DE102021119826A1

DE102021119826A1 - Carrier plate for a moistening device, stack of plates and moistening device

Info

Publication number: DE102021119826A1
Application number: DE102021119826.7A
Authority: DE
Inventors: Herbert Pietrowski; Alexander Korn; Jakob Suppan; Matthias Müller; Ralph Kemper
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-02
Also published as: WO2023006957A1; DE112022003766A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trägerplatte (10) für eine Befeuchtungseinrichtung (100), wenigstens umfassend einen umlaufenden Rahmen (12) mit einer zentralen Öffnung (14), sowie eine auf dem Rahmen (12) angeordnete flächige poröse Lage (16), welcher den Rahmen (12) verschließt. Erfindungsgemäß ist ein Randbereich (18) der porösen Lage (16), welcher mit dem Rahmen (12) verbunden ist, mit einem Infiltrationsmittel (28) aufgefüllt, insbesondere fluiddicht versiegelt.
Die Erfindung betrifft ferner einen Plattenstapel (50) mit wenigstens zwei Trägerplatten (10) sowie eine Befeuchtungseinrichtung (100), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem.

The invention relates to a carrier plate (10) for a moistening device (100), comprising at least one peripheral frame (12) with a central opening (14) and a flat, porous layer (16) arranged on the frame (12) and covering the frame (12) closes. According to the invention, an edge area (18) of the porous layer (16), which is connected to the frame (12), is filled with an infiltration medium (28), in particular sealed in a fluid-tight manner.
The invention also relates to a stack of plates (50) with at least two carrier plates (10) and a humidifying device (100), in particular for a fuel cell system.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft eine Trägerplatte für eine Befeuchtungseinrichtung, einen Plattenstapel mit wenigstens zwei Trägerplatten sowie eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem.The invention relates to a carrier plate for a humidifier, a stack of plates with at least two carrier plates and a humidifier, in particular for a fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 10 2016 224 478 A1 offenbart einen Membranbefeuchter für Brennstoffzellensysteme, bei dem feuchtes Abgas aus der Brennstoffzelle zum Befeuchten von Reaktionsgasen in den Brennstoffzellen eingesetzt wird. Der Membranbefeuchter umfasst mehrere aufeinander gestapelte Strömungsplatten. Zwischen zwei unmittelbar benachbarten bzw. nebeneinander angeordneten Strömungsplatten ist jeweils eine feuchtigkeitsdurchlässige Membran angeordnet. Der Membranbefeuchter umfasst eine umlaufende Dichtung, die auf einem umlaufenden Rand der Strömungsplatte angeordnet ist.The DE 10 2016 224 478 A1 discloses a membrane humidifier for fuel cell systems in which moist exhaust gas from the fuel cell is used to humidify reaction gases in the fuel cells. The membrane humidifier comprises a plurality of flow plates stacked on top of one another. A moisture-permeable membrane is arranged in each case between two flow plates which are directly adjacent or arranged next to one another. The membrane humidifier includes a peripheral seal disposed on a peripheral edge of the flow plate.

Bekannte Filterelemente umschließen die Randzone eines Filtermediums von einem Randbereich einer unteren flächigen Ausdehnung des Filtermediums über die Schmalseite bis in den Randbereich einer oberen flächigen Ausdehnung, beispielsweise durch Umspritzen bzw. Umgießen des Filtermediums.Known filter elements enclose the edge zone of a filter medium from an edge area of a lower flat extension of the filter medium over the narrow side to the edge area of an upper flat extension, for example by encapsulating or encapsulating the filter medium.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trägerplatte für eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, mit einer verbesserten Abdichtung einer Membran anzugeben.One object of the invention is to specify a carrier plate for a humidification device, in particular a fuel cell system, with improved sealing of a membrane.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen Plattenstapel mit wenigstens zwei solchen verbesserten Trägerplatten anzugeben.A further object is to specify a stack of plates with at least two such improved carrier plates.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einem Plattenstapel aus solchen Trägerplatten anzugeben.A further object is to specify a humidification device, in particular for a fuel cell system, with a plate stack made up of such carrier plates.

Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einer Trägerplatte für eine Befeuchtungseinrichtung, wenigstens umfassend einen umlaufenden Rahmen mit einer zentralen Öffnung, sowie eine auf dem Rahmen angeordnete flächigen poröse Lage, welcher die Öffnung des Rahmens verschließt. Ein Randbereich der porösen Lage, welcher mit dem Rahmen verbunden ist, ist mit einem Infiltrationsmittel aufgefüllt, insbesondere fluiddicht versiegelt.According to one aspect of the invention, the aforementioned object is achieved by a carrier plate for a moistening device, comprising at least one peripheral frame with a central opening and a planar porous layer arranged on the frame, which closes the opening of the frame. An edge area of the porous layer, which is connected to the frame, is filled with an infiltration medium, in particular sealed in a fluid-tight manner.

Die weitere Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von einem Plattenstapel mit wenigstens zwei Trägerplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Trägerplatten in ihrer flächigen Ausdehnung in einer Stapelrichtung miteinander verbunden sind, wobei jeweils auf einem Rahmen angeordnete Abstandselemente von zwei benachbarten Trägerplatten aufeinander liegend angeordnet sind.The further object is achieved according to a further aspect of the invention by a stack of plates with at least two carrier plates, characterized in that the at least two carrier plates are connected to one another in their areal extent in a stacking direction, with spacer elements arranged on a frame from two adjacent carrier plates on top of each other are arranged horizontally.

Die weitere Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst von einer Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit wenigstens einem Plattenstapel, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist.According to a further aspect of the invention, the further object is achieved by a humidification device, in particular for a fuel cell system, with at least one plate stack which is arranged in a housing.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable configurations and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.

Es wird eine Trägerplatte für eine Befeuchtungseinrichtung vorgeschlagen, wenigstens umfassend einen umlaufenden Rahmen mit einer zentralen Öffnung, sowie eine auf dem Rahmen angeordnete flächige poröse Lage, welche den Rahmen verschließt.A carrier plate for a moistening device is proposed, comprising at least one peripheral frame with a central opening and a planar, porous layer which is arranged on the frame and which closes the frame.

Erfindungsgemäß ist ein Randbereich der porösen Lage, welcher mit dem Rahmen verbunden ist, mit einem Infiltrationsmittel aufgefüllt, insbesondere fluiddicht versiegelt.According to the invention, an edge area of the porous layer, which is connected to the frame, is filled with an infiltration medium, in particular sealed in a fluid-tight manner.

Bei der vorgeschlagenen Trägerplatte wird der Bereich der porösen Lage, an dem die Klebung angreift, mit einem Infiltrationsmittel aufgefüllt. Die Poren bzw. Freiräume zwischen dem Material der porösen Lage werden dabei mit diesem Infiltrationsmittel gefüllt und verschlossen. Nach der Infiltration erstarrt das Infiltrationsmittel in geeigneter Weise. So wird mindestens ein Formschluss zwischen dem schwamm- oder netzartigen Material der porösen Lage und dem Infiltrationsmittel gebildet und somit die Gefahr des Zerreißens der porösen Lage signifikant reduziert.In the case of the proposed carrier plate, the area of the porous layer on which the adhesive acts is filled with an infiltration agent. The pores or free spaces between the material of the porous layer are filled and closed with this infiltration agent. After infiltration, the infiltrant solidifies in a suitable manner. In this way, at least one form fit is formed between the spongy or net-like material of the porous layer and the infiltration medium, and the risk of the porous layer tearing is thus significantly reduced.

Ebenso minimiert das Verschließen der Poren den Durchfluss durch die poröse Lage in einer oder beide Richtungen der größeren Ausdehnungen einer flächigen Lage.Also, closing the pores minimizes flow through the porous sheet in either or both directions of major dimensions of a planar sheet.

Insbesondere sind die Randzonen dieser Lage abgedichtet, wenn dieser dort an einem Tragelement festgeklebt ist. Dies ist besonders wirksam, wenn die festzuklebende poröse Lage einer mehrlagigen porösen Lage mit Trennwänden, wie beispielsweise semipermeablen Membranen, festgeklebt wird.In particular, the edge zones of this layer are sealed when it is glued to a support element there. This is particularly effective when the porous sheet to be adhered is adhered to a multilayer porous sheet having partition walls such as semipermeable membranes.

Auf diese Weise kann eine Leckage am Befestigungsbereich einer porösen Lage vermieden werden, wenn die zu befestigende Lage der beispielsweise mehrlagigen porösen Lage mit Trennwänden an allen oder auch nur Teilen der Ränder bzw. Befestigungsbereichen keinen Fluiddurchtritt zulassen soll. Letzterer Fall tritt beispielsweise auf, wenn eine einseitig oder beidseitig vlieskaschierte Membran, die als selektive Trennwand fungiert, an einem Rahmen befestigt wird, beispielsweise mittels Kleben. Das rahmennahe Kaschier-Vlies sollte dann ganz oder, falls gewünscht, teilweise keine Leckagestellen entlang der Berandung aufweisen.In this way, leakage at the attachment portion of a porous sheet can be avoided be used when the layer to be fastened, for example the multi-layered porous layer with partitions on all or only parts of the edges or fastening areas, should not allow any fluid to pass through. The latter case occurs, for example, when a membrane laminated with fleece on one or both sides, which functions as a selective partition, is attached to a frame, for example by means of gluing. The non-woven lining near the frame should then have no leakage points along the border, either in whole or in part if desired.

Bei flächigen Lagen, bei denen eine erste Längenausdehnung viel kleiner ist als die beiden anderen Ausdehnungen, und ggf. zusätzlich flexiblen porösen Lagen wie beispielsweise Textilien oder Vliese besteht nämlich die Möglichkeit, dass die Porosität an den Rändern der flächigen porösen Lage durch den oberflächlich bestehenden Kontakt des Klebstoffes erhalten bleibt. Hierdurch kann eine Leckagestelle am Befestigungsbereich auftreten. Dies ist beispielsweise unerwünscht, wenn die poröse flächige Lage von Fluiden nur in der einen Richtung der geringsten Ausdehnung passiert werden soll, nicht aber in einer oder beider der anderen Richtungen, wie beispielsweise bei Filtermedien. Die beschriebene Leckage kann auch unerwünscht sein bei mehrlagigen porösen Lagen mit zwischen den einzelnen Lagen befindlichen Trennwänden, welche einen Fluid-Durchtritt ganz unterbinden oder nur selektiv, beispielsweise einzelne Fluidanteile zulassen. Durch das Auffüllen des Randbereichs der porösen Lage mit einem geeigneten Infiltrationsmittel kann eine solche Leckage vermieden werden.In the case of flat layers in which a first linear expansion is much smaller than the other two expansions, and possibly additionally flexible porous layers such as textiles or nonwovens, for example, there is the possibility that the porosity at the edges of the flat porous layer is caused by the surface contact of the adhesive is retained. This can cause a leak in the attachment area. This is undesirable, for example, if fluids are to be passed through the porous flat layer only in one direction of the smallest extent, but not in one or both of the other directions, as is the case with filter media, for example. The leakage described can also be undesirable in the case of multi-layer porous layers with partitions located between the individual layers, which completely prevent the passage of fluid or only selectively, for example allow individual fluid components. Such leakage can be avoided by filling the edge area of the porous layer with a suitable infiltration medium.

Das Einbringen des Infiltrationsmittels in die poröse Lage verhindert auch, dass die poröse Lage unter mechanischer Belastung an der Befestigungsstelle reißt. Bei der Befestigung poröser Lagen oder Stoffe, insbesondere in flexibler Ausführung, beispielsweise Textilien, Vliese, Papiere, mittels Klebstoffen an Tragelementen, wie beispielsweise Rahmen, wird der Kontakt des Klebstoffes mit der porösen Lage oder dem Stoff nur oberflächlich bzw. oberflächennah an der bzw. in die poröse Lage hinein ausgebildet. Dadurch besteht die Gefahr, dass die poröse Lage, insbesondere nahe der Befestigungsstellen bzw. Befestigungsflächen, die unter Beanspruchung Bereiche konzentrierter Spannung darstellen, zerreißen kann. Diese Gefahr kann bei dem Einbringen des Infiltrationsmittels in die poröse Lage minimiert werden.Introducing the infiltrant into the porous layer also prevents the porous layer from tearing under mechanical stress at the point of attachment. When attaching porous layers or fabrics, especially flexible ones, such as textiles, nonwovens, paper, to supporting elements such as frames using adhesives, the contact of the adhesive with the porous layer or fabric is only superficial or close to the surface of the or formed into the porous layer. As a result, there is a risk that the porous layer can tear, particularly near the attachment points or attachment surfaces, which represent areas of concentrated stress when stressed. This risk can be minimized when the infiltrant is introduced into the porous layer.

Als Infiltrationsmittel kommen beispielsweise dünnflüssige Epoxidharze, oder auch silikonbasierte Flüssigkleber in Betracht. Dabei kann eine Wärmebehandlung von beispielsweise bis zu 140°C vorteilhaft sein, um den Flüssigkleber zu verflüssigen und so das Infiltrationsmittel in die poröse Lage gut eindringen zu lassen. Das Infiltrationsmittel kann beispielsweise auch auf einer PSA (Phthalsäureanhydrid)-Folie aufgebracht sein, welche auf die poröse Lage aufgeklebt wird. Auch Acrylatkleber können günstig eingesetzt werden.Thin epoxy resins, for example, or also silicone-based liquid adhesives can be considered as infiltration media. A heat treatment of, for example, up to 140° C. can be advantageous here in order to liquefy the liquid adhesive and thus allow the infiltration agent to penetrate well into the porous layer. The infiltration agent can also be applied to a PSA (phthalic anhydride) film, for example, which is glued to the porous layer. Acrylate adhesives can also be used cheaply.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann die poröse Lage mittels einer Klebeschicht mit dem Rahmen verbunden sein und der Randbereich der porösen Lage in dem Bereich, in dem sie mit der Klebeschicht verbunden ist, ausgebildet sein. So kann die poröse Lage in dem gesamten Bereich der Klebeschicht mit dem Infiltrationsmittel aufgefüllt sein, wodurch eine mögliche Leckage in durch ein Fluid in Richtung der porösen Lage vermieden werden kann.According to a favorable configuration of the carrier plate, the porous layer can be connected to the frame by means of an adhesive layer and the edge area of the porous layer can be formed in the area in which it is connected to the adhesive layer. Thus, the porous layer can be filled with the infiltrant in the entire region of the adhesive layer, as a result of which a possible leakage through a fluid in the direction of the porous layer can be avoided.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann die poröse Lage einen Aufbau aus mehreren aufeinander angeordneten Teillagen aufweisen, wobei wenigstens eine innenliegende Teillage der porösen Lage eine Trennwand, insbesondere eine Membran, aufweist oder als eine Trennwand, insbesondere Membran, ausgebildet ist, auf der zumindest einseitig, insbesondere beidseitig, eine poröse Teillage angeordnet ist. Dabei ist wenigstens ein zwischen der Trennwand und dem Rahmen angeordneter Randbereich der porösen Teillage mit dem Infiltrationsmittel aufgefüllt. Die Membran soll einen Lufttransport quer zur Membran verhindern, jedoch einen Feuchteaustausch ermöglichen. Eine beidseitige Vlieslage an der Membran kann die relativ empfindliche Membran schützen und stabilisieren. Wenn der Randbereich der porösen Teillage zwischen Membran und Rahmen mit Infiltrationsmittel aufgefüllt ist, kann wirkungsvoll eine Leckage der Feuchtigkeit parallel zur Erstreckung der Membran nach außen verhindert werden.According to a favorable embodiment of the carrier plate, the porous layer can have a structure of several partial layers arranged one on top of the other, wherein at least one inner partial layer of the porous layer has a partition, in particular a membrane, or is designed as a partition, in particular a membrane, on which at least one side A porous partial layer is arranged, in particular on both sides. At least one edge region of the porous partial layer arranged between the partition and the frame is filled with the infiltration medium. The membrane should prevent air transport across the membrane, but allow moisture exchange. A fleece layer on both sides of the membrane can protect and stabilize the relatively sensitive membrane. If the edge area of the porous partial layer between the membrane and the frame is filled with infiltration medium, leakage of moisture parallel to the extension of the membrane to the outside can be effectively prevented.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte können Randbereiche der mehrlagigen porösen Lage, welche in einer Stapelrichtung quer zu dem Rahmen angeordnet sind, mit dem Infiltrationsmittel aufgefüllt sein. Um auch ein mögliches Reißen einer porösen Teillage der mehrlagigen porösen Lage oder eine zusätzliche Leckage durch Feuchtigkeit oberhalb der Membran innerhalb der porösen Lage auf der dem Rahmen abgewandten Seite zu verhindern, können alle Randbereiche quer zu dem Rahmen mit Infiltrationsmittel gefüllt werden. Außerdem kann die Haftung der oberen porösen Teillage mit der als Membran ausgebildeten Trennwand durch Infiltration der Randbereiche verbessert werden.According to a favorable configuration of the carrier plate, edge regions of the multi-layered porous layer, which are arranged in a stacking direction transversely to the frame, can be filled with the infiltration medium. In order to also prevent possible tearing of a porous sub-layer of the multi-layer porous layer or additional leakage due to moisture above the membrane within the porous layer on the side facing away from the frame, all edge regions across the frame can be filled with infiltrant. In addition, the adhesion of the upper porous partial layer to the dividing wall designed as a membrane can be improved by infiltration of the edge regions.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann ein Klebstoff der Klebeschicht als Infiltrationsmittel ausgebildet sein und der Randbereich mit dem Klebstoff aufgefüllt sein. Wenn der Klebstoff als Infiltrationsmittel geeignet ist, also beispielsweise die porösen Lage in geeigneter Weise durchdringen kann, kann günstigerweise der Klebstoff selbst als Infiltrationsmittel verwendet werden und der Randbereich komplett damit durchtränkt werden. So kann die mögliche Leckage vermieden werden.According to a favorable configuration of the carrier plate, an adhesive of the adhesive layer can be designed as an infiltration medium and the edge area can be filled with the adhesive. If the adhesive is suitable as an infiltration medium, for example the porous layer in a suitable manner can penetrate, the adhesive itself can advantageously be used as an infiltration medium and the edge area can be completely saturated with it. Thus, the possible leakage can be avoided.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann das Infiltrationsmittel als Klebstoff ausgebildet sein und der Randbereich mittels des Infiltrationsmittels mit dem Rahmen verbunden sein. Umgekehrt kann auch ein mögliches Infiltrationsmittel ausreichend klebende Eigenschaften aufweisen, sodass das Infiltrationsmittel selbst zum Verbinden der porösen Lage mit dem Rahmen verwendet werden kann. Gleichzeitig kann eine mögliche Leckage von Feuchtigkeit wirksam unterbunden werden.According to a favorable configuration of the carrier plate, the infiltration medium can be designed as an adhesive and the edge region can be connected to the frame by means of the infiltration medium. Conversely, a possible infiltrant can also have sufficient adhesive properties so that the infiltrant itself can be used to connect the porous layer to the frame. At the same time, possible leakage of moisture can be effectively prevented.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann das Infiltrationsmittel auf eine Folie aufgebracht sein und mit der Folie auf der porösen Lage angeordnet sein. Dabei kann die Folie auf einer von der porösen Lage abgewandten Seite angeordnet sein. Das Infiltrationsmittel kann so günstig in Form einer Klebefolie auf der porösen Lage aufgeklebt werden und, beispielsweise unter zusätzlicher Wärmebehandlung, in die poröse Lage auf geeignete Weise eindringen und mögliche Leerräume auffüllen. Damit kann eine mögliche Leckage von Feuchtigkeit wirksam unterbunden werden.According to a favorable configuration of the carrier plate, the infiltration medium can be applied to a foil and arranged with the foil on the porous layer. The film can be arranged on a side facing away from the porous layer. The infiltration agent can thus be conveniently stuck onto the porous layer in the form of an adhesive film and, for example with additional heat treatment, can penetrate into the porous layer in a suitable manner and fill up any empty spaces. A possible leakage of moisture can thus be effectively prevented.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann das Infiltrationsmittel auf die Folie aufgebracht sein und mit der Folie dem Rahmen zugewandt auf einer der porösen Teillagen der porösen Lage angeordnet sein. Dabei ist die Folie klebend ausgebildet und der Randbereich ist mittels der Folie mit dem Rahmen verbunden. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Folie, auf welcher das Infiltrationsmittel aufgebracht ist, beispielsweise auf der Rückseite mit einem Klebstoff versehen sein, sodass die Folie einerseits auf die porösen Lage aufgebracht werden kann, damit das Infiltrationsmittel in die porösen Lage eindringen kann und mit der Rückseite für eine klebende Verbindung zu dem Rahmen sorgen kann. Damit kann die poröse Lage in einem Arbeitsgang mit dem Rahmen verklebt und mit dem Infiltrationsmittel günstig aufgefüllt werden. Zusätzlich kann noch eine Wärmebehandlung zum vollständigen Eindringen des Infiltrationsmittels in die poröse Lage erfolgen. Damit kann eine mögliche Leckage von Feuchtigkeit wirksam unterbunden werden.According to a favorable configuration of the carrier plate, the infiltration medium can be applied to the foil and arranged with the foil facing the frame on one of the porous partial layers of the porous layer. The film is adhesive and the edge area is connected to the frame by means of the film. In an alternative embodiment, the foil on which the infiltration agent is applied can be provided with an adhesive on the back, for example, so that the foil can be applied to the porous layer on the one hand so that the infiltration agent can penetrate into the porous layer and on the other side can provide an adhesive connection to the frame. In this way, the porous layer can be glued to the frame in one operation and filled with the infiltration medium. In addition, a heat treatment can also be carried out to ensure that the infiltration agent penetrates completely into the porous layer. A possible leakage of moisture can thus be effectively prevented.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann die Trennwand feuchtedurchlässig und luftundurchlässig ausgebildet sein. Vorteilhaft kann die Trennwand als Membran aus einem mikroporösen Material gebildet sein. Die Mikroporen im Material erlauben einen Feuchtetransport durch die Membran. Vorteilhaft kann der Feuchtetransport mittels Kapillarwirkung im mikroporösen Material erfolgen. Insbesondere kann die Membran aus PFSA gebildet sein. PFSA ist ein Kunststoff aus Perfluorosulfonsäure und unter anderem unter dem Markennamen Nafion bekannt.According to a favorable configuration of the carrier plate, the partition wall can be designed to be moisture-permeable and air-impermeable. The dividing wall can advantageously be formed as a membrane made of a microporous material. The micropores in the material allow moisture to be transported through the membrane. Moisture transport can advantageously take place by means of capillary action in the microporous material. In particular, the membrane can be formed from PFSA. PFSA is a plastic made from perfluorosulfonic acid and is known, among other things, under the brand name Nafion.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Trägerplatte kann das Infiltrationsmittel eine im Wesentlichen luftundurchlässige Versiegelung bilden. Über die Feuchtigkeitsversiegelung kann der Randbereich mit dem Infiltrationsmittel auch zusätzlich einen Gasaustausch mit der Umgebung verhindern und den Randbereich der porösen Lage wirksam luftdicht versiegeln.According to a favorable configuration of the carrier plate, the infiltration medium can form a seal that is essentially impermeable to air. Via the moisture seal, the edge area with the infiltration agent can also additionally prevent gas exchange with the environment and effectively seal the edge area of the porous layer in an airtight manner.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Plattenstapel mit wenigstens zwei Trägerplatten, insbesondere für eine Befeuchtungseinrichtung eines Brennstoffzellensystems, vorgeschlagen. Dabei sind die wenigstens zwei Trägerplatten in ihrer flächigen Ausdehnung in einer Stapelrichtung miteinander verbunden, wobei jeweils auf einem Rahmen angeordnete Abstandselemente von zwei benachbarten Trägerplatten aufeinander liegend angeordnet sind. Zur Ausbildung einer Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, können die oben beschriebenen Trägerplatten in geeigneter Weise übereinander gestapelt werden. Dabei können Abstandselemente zwischen den Trägerplatten, beispielsweise auf den Rahmen der Trägerplatten angeordnet, für einen geeigneten Abstand sorgen, sodass zwischen den Trägerplatten Strömungskanäle für Zuluft und Abluft der Brennstoffzellen ausgebildet werden können, um so die gewünschte Befeuchtung der Zuluft durchzuführen.According to a further aspect of the invention, a plate stack with at least two carrier plates, in particular for a humidification device of a fuel cell system, is proposed. The at least two carrier plates are connected to one another in their planar extent in a stacking direction, with spacer elements of two adjacent carrier plates arranged on a frame lying one on top of the other. In order to form a humidification device, in particular for a fuel cell system, the support plates described above can be stacked one on top of the other in a suitable manner. Spacer elements between the support plates, for example arranged on the frame of the support plates, can ensure a suitable distance so that flow channels for supply air and exhaust air of the fuel cells can be formed between the support plates in order to carry out the desired humidification of the supply air.

Ein Plattenstapel kann eine Vielzahl von Trägerplatten umfassen. Typischerweise können 60 Trägerplatten in Stapelrichtung aufeinander gestapelt und zu einem Plattenstapel verbunden sein.A stack of plates can include a large number of carrier plates. Typically, 60 carrier plates can be stacked on top of one another in the stacking direction and connected to form a stack of plates.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels kann die poröse Lage einen Aufbau aus mehreren übereinander angeordneten Teillagen aufweisen, wobei wenigstens eine innen liegende Teillage der porösen Lage eine Trennwand, insbesondere eine Membran, aufweist oder als eine Trennwand, insbesondere Membran, ausgebildet ist. Dabei ist wenigstens ein zwischen der Trennwand und dem Rahmen angeordneter Randbereich der porösen Lage mit dem Infiltrationsmittel aufgefüllt. Die Membran soll einen Lufttransport quer zur Membran verhindern, jedoch einen Feuchteaustausch ermöglichen. Wenn der Randbereich der porösen Teillage zwischen Membran und Rahmen mit Infiltrationsmittel aufgefüllt ist, kann so wirkungsvoll eine Leckage der Feuchtigkeit parallel zur Erstreckung der Membran nach außen verhindert werden.According to a favorable embodiment of the stack of plates, the porous layer can have a structure of several partial layers arranged one above the other, wherein at least one inner partial layer of the porous layer has a partition, in particular a membrane, or is designed as a partition, in particular a membrane. At least one edge region of the porous layer arranged between the partition and the frame is filled with the infiltration medium. The membrane should prevent air transport across the membrane, but allow moisture exchange. If the edge area of the porous partial layer between the membrane and the frame is filled with infiltration medium, a leakage of moisture parallel to the extent of the membrane to the outside can be effectively prevented.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels können jeweils Paare von zwei Trägerplatten mit flächigen Seiten, welche Strukturelemente aufweisen, in der Stapelrichtung so miteinander verbunden sein, dass die flächigen Seiten mit Strukturelementen zueinander weisen. Dabei sind erste Strömungskanäle quer zur Stapelrichtung zwischen den Trägerplatten ausgebildet. Strukturelemente beeinflussen die Strömungsführung und können zu einem wirksamen Austausch der Feuchtigkeit quer zur Membran von dem ersten Strömungskanal zum einem benachbarten Strömungskanal einer darauf folgenden Trägerplatte beitragen.After a favorable embodiment of the stack of plates pairs of two Trä gerplatten with flat sides, which have structural elements, be connected to one another in the stacking direction in such a way that the flat sides with structural elements face each other. In this case, first flow channels are formed transversely to the stacking direction between the carrier plates. Structural elements influence the flow guidance and can contribute to an effective exchange of moisture across the membrane from the first flow channel to an adjacent flow channel of a subsequent carrier plate.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels können die Paare von je zwei Trägerplatten in Stapelrichtung aufeinander gestapelt so angeordnet sein, dass Seiten ohne Strukturelemente von benachbarten Paaren von Trägerplatten zueinander weisen. Dabei sind zwischen den Paaren von Trägerplatten zweite Strömungskanäle quer zur Stapelrichtung und quer zu den ersten Strömungskanälen ausgebildet. Auf diese Weise kann die Zuluft des Brennstoffzellensystems beispielsweise in den so gebildeten zweiten Strömungskanälen geführt sein und die Abluft in den ersten Strömungskanälen. Damit kann ein wirksamer Austausch der Feuchtigkeit quer zur Membran von dem ersten Strömungskanal zum dem benachbarten zweiten Strömungskanal eines darauf folgenden Paares von Trägerplatten erfolgen.According to a favorable configuration of the stack of plates, the pairs of two carrier plates each can be stacked one on top of the other in the stacking direction in such a way that sides without structural elements of adjacent pairs of carrier plates face one another. In this case, second flow channels are formed between the pairs of support plates transversely to the stacking direction and transversely to the first flow channels. In this way, the supply air of the fuel cell system can be guided, for example, in the second flow channels formed in this way and the exhaust air in the first flow channels. This allows an effective exchange of moisture across the membrane from the first flow channel to the adjacent second flow channel of a subsequent pair of support plates.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Plattenstapels können die Paare von je zwei Trägerplatten in Stapelrichtung mittels Zugstangen verpresst sein. Dadurch können die Trägerplatten in Stapelrichtung fixiert werden und zugleich so verpresst werden, dass die Trägerplatten gegeneinander abgedichtet sind und die Strömungskanäle ihre Funktion der dichten Führung von Zuluft und Abluft erfüllen.According to a favorable configuration of the plate stack, the pairs of two carrier plates each can be pressed in the stacking direction by means of tie rods. As a result, the carrier plates can be fixed in the stacking direction and at the same time pressed in such a way that the carrier plates are sealed against one another and the flow channels fulfill their function of tightly guiding supply air and exhaust air.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit wenigstens einem Plattenstapel vorgeschlagen, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist. Vorteilhaft ergibt sich eine kompakte Anlage, bei der ein zuverlässiger Feuchteübergang von Brennstoffzellenabgas auf das Reaktionsmedium, insbesondere Luft oder Sauerstoff, gewährleistet ist.According to a further aspect of the invention, a humidification device, in particular for a fuel cell system, is proposed with at least one stack of plates, which is arranged in a housing. A compact system is advantageously obtained, in which a reliable transfer of moisture from the fuel cell waste gas to the reaction medium, in particular air or oxygen, is ensured.

Figurenlistecharacter list

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following description of the drawing. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.

Es zeigen beispielhaft:

1 eine schematische Darstellung einer Trägerplatte für eine Befeuchtungseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt;
2 eine schematische Darstellung einer Trägerplatte mit einer mehrlagigen, aus mehreren Teillagen gebildeten porösen Lage für eine Befeuchtungseinrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt;
3 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Längsschnitts durch eine poröse Lage nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine isometrische Darstellung einer Trägerplatte nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine isometrische Darstellung der Trägerplatte nach 4 mit Sicht auf eine Rückseite;
6 eine isometrische Darstellung eines Paars von zwei aufeinander gestapelten Trägerplatten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine isometrische Darstellung eines Plattenstapels aus Trägerplatten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Aufbau;
8 eine isometrische Darstellung eines Plattenstapels aus Trägerplatten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
9 eine isometrische Darstellung einer Befeuchtungseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Examples show:

1 a schematic representation of a support plate for a moistening device according to an embodiment of the invention in longitudinal section;
2 a schematic representation of a carrier plate with a multi-layer porous layer formed from several sub-layers for a moistening device according to a further embodiment of the invention in longitudinal section;
3 an electron micrograph of a longitudinal section through a porous layer according to an embodiment of the invention;
4 an isometric view of a support plate according to an embodiment of the invention;
5 an isometric representation of the carrier plate 4 with a view of a rear;
6 an isometric view of a pair of two stacked support plates according to an embodiment of the invention;
7 an isometric view of a plate stack of support plates according to an embodiment of the invention in the structure;
8th an isometric view of a plate stack of support plates according to an embodiment of the invention; and
9 an isometric view of a humidifier according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are denoted by the same reference symbols. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Trägerplatte 10 für eine Befeuchtungseinrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt. 1 shows a schematic representation of a carrier plate 10 for a moistening device 100 according to an embodiment of the invention in longitudinal section.

Die Trägerplatte 10 für eine Befeuchtungseinrichtung 100 umfasst einen umlaufenden Rahmen 12 mit einer zentralen Öffnung 14, sowie eine auf dem Rahmen 12 angeordnete flächige poröse Lage 16, welcher die Öffnung 14 des Rahmens 12 verschließt. Ein Randbereich 18 der porösen Lage 16, welcher mit dem Rahmen 12 verbunden ist, ist mit einem Infiltrationsmittel 28 aufgefüllt und dadurch insbesondere fluiddicht versiegelt.The support plate 10 for a moistening device 100 comprises a peripheral frame 12 with a central opening 14 and a planar porous layer 16 which is arranged on the frame 12 and which closes the opening 14 of the frame 12 . An edge area 18 of the porous layer 16, which is connected to the frame 12, is filled with an infiltration agent 28 and is thereby sealed in particular in a fluid-tight manner.

Die poröse Lage 16 ist mittels einer Klebeschicht 20 mit dem Rahmen 12 verbunden. Der mit dem Infiltrationsmittel 28 aufgefüllte Randbereich 18 der porösen Lage 16 ist dabei in dem Bereich, in dem er mit der Klebeschicht 20 verbunden ist, ausgebildet.The porous layer 16 is connected to the frame 12 by means of an adhesive layer 20 . The edge area 18 of the porous layer 16 filled with the infiltration medium 28 is formed in the area in which it is connected to the adhesive layer 20 .

Ein Fluiddurchtritt durch die porösen Lage 16, insbesondere ein Feuchtedurchtritt, ist so quer durch die porösen Lage 16 möglich, wie mit dem Pfeil 60 angedeutet ist. Eine Fluidleckage in Richtung der porösen Lage 16 nach außen durch den Randbereich 18, wie mit dem gestrichelten Pfeil 62 angedeutet, ist jedoch durch den mit dem Infiltrationsmittel 28 aufgefüllten Randbereich 18 wirksam verhindert.A passage of fluid through the porous layer 16 , in particular a passage of moisture, is possible across the porous layer 16 , as indicated by the arrow 60 . A fluid leakage in the direction of the porous layer 16 to the outside through the edge area 18, as indicated by the dashed arrow 62, is effectively prevented by the edge area 18 filled with the infiltration medium 28.

In 2 ist eine schematische Darstellung einer Trägerplatte 10 mit einer mehrlagigen, aus mehreren aufeinander angeordneten Teillagen gebildeten porösen Lage 16 für eine Befeuchtungseinrichtung 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt zu erkennen.In 2 a schematic representation of a carrier plate 10 with a multi-layer porous layer 16 formed from several partial layers arranged one on top of the other for a moistening device 100 according to a further exemplary embodiment of the invention can be seen in longitudinal section.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die poröse Lage 16 einen Aufbau aus mehreren Teillagen 22, 24, 26 auf. Dabei ist die innen liegende Teillage 24 der porösen Lage 16 als eine Trennwand 30, insbesondere semipermeable Membran, ausgebildet, auf der zumindest beidseitig eine poröse Teillage 22, 26 angeordnet ist. Die Trennwand 30 kann, insbesondere wenn die Trägerplatte 10 für eine Befeuchtungseinrichtung 100 eines Brennstoffzellensystems vorgesehen ist, feuchtedurchlässig und luftundurchlässig ausgebildet sein.In this exemplary embodiment, the porous layer 16 has a structure made up of a plurality of sub-layers 22 , 24 , 26 . The inner partial layer 24 of the porous layer 16 is designed as a partition 30, in particular a semipermeable membrane, on which a porous partial layer 22, 26 is arranged at least on both sides. The partition wall 30 can, in particular if the carrier plate 10 is provided for a humidification device 100 of a fuel cell system, be designed to be moisture-permeable and air-impermeable.

Ein zwischen der Trennwand 30 und dem Rahmen 12 angeordneter Randbereich 18 der porösen Lage 22 ist mit dem Infiltrationsmittel 28 aufgefüllt. Die poröse Lage 16 ist wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Klebeschicht 20 mit dem Rahmen 12 verbunden.An edge area 18 of the porous layer 22 arranged between the partition wall 30 and the frame 12 is filled with the infiltration medium 28 . The porous layer 16 is as in 1 illustrated embodiment is connected to the frame 12 by means of an adhesive layer 20 .

Das Infiltrationsmittel 28 bildet so eine im Wesentlichen luftundurchlässige Versiegelung des Randbereichs 18 der porösen Lage 16. Ein Fluidfluss 60, welcher durch die Trennwand 30 verhindert wird, kann zwar parallel zu der Trennwand 30 erfolgen. Eine mögliche Fluidleckage 62 parallel zur Trennwand 30 nach außen in die Umgebung wird durch den mit dem Infiltrationsmittel 28 aufgefüllten Randbereich 18 verhindert.The infiltration medium 28 thus forms a substantially airtight seal of the edge region 18 of the porous layer 16. A fluid flow 60, which is prevented by the dividing wall 30, can take place parallel to the dividing wall 30. A possible fluid leakage 62 parallel to the partition wall 30 to the outside into the environment is prevented by the edge area 18 filled with the infiltration medium 28 .

In einem weiteren, nicht dargestellten, Ausführungsbeispiel können sämtliche Randbereiche 18, 19 der mehrlagigen porösen Lage 16, welche in einer Stapelrichtung 40 quer zu dem Rahmen 12 angeordnet sind, mit dem Infiltrationsmittel 28 aufgefüllt sein. Dabei kann auch der Randbereich 19, welcher auf der dem Rahmen 12 abgewandten Seite der Trennwand 30 angeordnet ist, mit dem Infiltrationsmittel 28 aufgefüllt sein, sodass gerade beim Stapeln von Trägerplatten aufeinander, eine Fluidleckage durch die porösen Lage 16 auch in der oberen Lage 26 der porösen Lage 16 wirksam verhindert werden kann. In a further exemplary embodiment, not shown, all edge regions 18, 19 of the multi-layer porous layer 16, which are arranged transversely to the frame 12 in a stacking direction 40, can be filled with the infiltration medium 28. The edge region 19, which is arranged on the side of the partition wall 30 facing away from the frame 12, can also be filled with the infiltration medium 28, so that fluid leakage through the porous layer 16, even in the upper layer 26 of the porous layer 16 can be effectively prevented.

Weiter kann ein Klebstoff der Klebeschicht 20 als Infiltrationsmittel 28 ausgebildet sein und damit der Randbereich 18 mit dem Klebstoff aufgefüllt sein. Wenn der Klebstoff als Infiltrationsmittel 28 geeignet ist, also beispielsweise die poröse Lage 16 in geeigneter Weise durchdringen kann, kann günstigerweise der Klebstoff selbst als Infiltrationsmittel 28 verwendet werden und der Randbereich 18 komplett damit durchtränkt werden. So kann die mögliche Leckage vermieden werden.Furthermore, an adhesive of the adhesive layer 20 can be designed as an infiltration medium 28 and thus the edge area 18 can be filled with the adhesive. If the adhesive is suitable as an infiltration medium 28, for example if it can penetrate the porous layer 16 in a suitable manner, the adhesive itself can advantageously be used as an infiltration medium 28 and the edge area 18 can be completely saturated with it. Thus, the possible leakage can be avoided.

Alternativ ist möglich, dass das Infiltrationsmittel 28 als Klebstoff ausgebildet ist und der Randbereich 18 mittels des Infiltrationsmittels 28 als Klebstoff mit dem Rahmen 12 verbunden, insbesondere verklebt ist. Umgekehrt kann auch ein mögliches Infiltrationsmittel 28 ausreichend klebende Eigenschaften aufweisen, sodass das Infiltrationsmittel 28 selbst zum Verbinden der porösen Lage 16 mit dem Rahmen 12 verwendet werden kann. Gleichzeitig kann eine mögliche Leckage von Feuchtigkeit wirksam unterbunden werden.Alternatively, it is possible for the infiltration medium 28 to be in the form of an adhesive and for the edge region 18 to be connected, in particular glued, to the frame 12 by means of the infiltration medium 28 as an adhesive. Conversely, a possible infiltrant 28 can also have sufficient adhesive properties so that the infiltrant 28 itself can be used to connect the porous layer 16 to the frame 12 . At the same time, possible leakage of moisture can be effectively prevented.

3 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Längsschnitts durch eine aus mehreren aufeinander angeordneten Teillagen gebildete poröse Lage 16 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 shows an electron micrograph of a longitudinal section through a porous layer 16 formed from a plurality of partial layers arranged one on top of the other, according to an exemplary embodiment of the invention.

Die poröse Lage 16 ist mehrlagig ausgebildet mit einer mittleren Teillage einer als Membran ausgebildeten Trennwand 30, welche beidseitig mit einer Vlieslage 22, 26 verbunden ist. Die Membran 30 kann sehr dünn ausgebildet sein mit einer Dicke von beispielsweise 5 µm, während eine Vlieslage 22, 26 eine Dicke von beispielsweise 0,26 mm aufweisen kann.The porous layer 16 is multi-layered with a central sub-layer of a dividing wall 30 designed as a membrane, which is connected to a fleece layer 22, 26 on both sides. The membrane 30 can be made very thin with a thickness of, for example, 5 μm, while a fleece layer 22, 26 can have a thickness of, for example, 0.26 mm.

In der Aufnahme sind die Vlieslagen 22, 26 als Fasergeflecht zu erkennen. Die obere Vlieslage 26 ist mit dem Infiltrationsmittel 28 durchtränkt. Das Infiltrationsmittel 28, welches beispielsweise als silikonbasiertes Dichtmaterial ausgebildet sein kann, ist auf eine Folie 32, beispielsweise aus Polyethylennaphthalat (PEN), aufgebracht und kann so, wenn die Folie 32 auf die poröse Lage 16 aufgeklebt wird, in diesen eindringen. Die Folie 32 ist dabei auf der der Trennwand 30 abgewandten Außenseite 42 der porösen Lage 16 angeordnet.The fleece layers 22, 26 can be seen as a fiber mesh in the recording. The upper fleece layer 26 is impregnated with the infiltration medium 28 . The infiltration agent 28, which can be designed as a silicone-based sealing material, for example, is applied to a film 32, for example made of polyethylene naphthalate (PEN), and can penetrate into the porous layer 16 when the film 32 is glued to it. The film 32 is arranged on the outside 42 of the porous layer 16 facing away from the partition 30 .

Alternativ kann das Infiltrationsmittel 28 auf die Folie 32 aufgebracht sein und mit der Folie 32 dem Rahmen 12 zugewandt auf einer der porösen Lagen 22, 26 der porösen Lage 16 angeordnet sein. Dabei kann die Folie 32 klebend ausgebildet sein und der Randbereich 18 mittels der Folie 32 mit dem Rahmen 12 verbunden sein.Alternatively, the infiltrant 28 may be applied to the film 32 and disposed on one of the porous layers 22 , 26 of the porous layer 16 with the film 32 facing the frame 12 . The film 32 can be adhesive and the edge area 18 can be connected to the frame 12 by means of the film 32 .

In 4 ist eine isometrische Darstellung einer Trägerplatte 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung von ihrer ersten flächigen Seite 48 zu erkennen, während in 5 die Trägerplatte 10 von ihrer zweiten flächigen Seite 49 dargestellt ist.In 4 is an isometric representation of a carrier plate 10 according to an embodiment of the invention from its first flat side 48 to see, while in 5 the carrier plate 10 is shown from its second flat side 49 .

Die poröse Lage 16, in welchen eine Trennwand 30 eingebettet ist, liegt flächig auf dem Rahmen 12 auf und ist mit diesem beispielsweise über eine Klebung verbunden. Der Rahmen 12 ist quer über die Öffnung 14 des Rahmens 12 mit einem Steg 38 zur mechanischen Versteifung versehen. Die poröse Lage 16 kann deshalb auch mit diesem Steg 38 verbunden sein.The porous layer 16, in which a partition 30 is embedded, lies flat on the frame 12 and is connected to it, for example, by means of an adhesive. The frame 12 is provided across the opening 14 of the frame 12 with a web 38 for mechanical reinforcement. The porous layer 16 can therefore also be connected to this web 38 .

Die poröse Lage 16 kann einen Aufbau aus mehreren Lagen 22, 24, 26 aufweisen, wobei wenigstens eine innen liegende Lage 24 der porösen Lage 16 eine Trennwand 30, insbesondere eine Membran, aufweist oder als eine Trennwand 30, insbesondere Membran, ausgebildet ist.The porous layer 16 can have a structure of several layers 22, 24, 26, wherein at least one inner layer 24 of the porous layer 16 has a partition 30, in particular a membrane, or is designed as a partition 30, in particular a membrane.

Auf der ersten flächigen Seite 48 der Trägerplatte 10 sind entlang der Längsseiten 44, 45 Abstandselemente 34 zum Stapeln von Trägerplatten 10 aufeinander angeordnet.On the first flat side 48 of the carrier plate 10, spacer elements 34 for stacking carrier plates 10 are arranged one on top of the other along the longitudinal sides 44, 45.

Die zweite flächige Seite 49 der Trägerplatte 10 weist Strukturelemente 36 auf, welche für eine Beeinflussung des strömenden Fluids vorgesehen sind. Die Strukturelemente 36 sind mit dem Rahmen verbunden.The second flat side 49 of the support plate 10 has structural elements 36 which are provided for influencing the flowing fluid. The structural elements 36 are connected to the frame.

Auf der zweiten flächigen Seite 49 der Trägerplatte 10 sind entlang der Querseiten 46, 47 Abstandselemente 34 zum Stapeln von Trägerplatten 10 aufeinander angeordnet.On the second flat side 49 of the carrier plate 10, spacer elements 34 for stacking carrier plates 10 are arranged one on top of the other along the transverse sides 46, 47.

6 zeigt eine isometrische Darstellung eines Paars 58 von zwei aufeinander gestapelten Trägerplatten 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 7 zeigt eine isometrische Darstellung eines Plattenstapels 50 aus Trägerplatten 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Aufbau, während in 8 der zusammengebaute Plattenstapel 50 dargestellt ist. 6 5 shows an isometric representation of a pair 58 of two support plates 10 stacked on top of one another according to an exemplary embodiment of the invention. 7 shows an isometric view of a stack of plates 50 from carrier plates 10 according to an embodiment of the invention in construction, while in 8th the assembled plate pack 50 is shown.

Bei einem Plattenstapel 50 für eine Befeuchtungseinrichtung 100 eines Brennstoffzellensystems, welcher wenigstens zwei Trägerplatten 10, jedoch typischerweise eine Vielzahl von Trägerplatten 10 umfassen kann, sind die wenigstens zwei Trägerplatten 10 in ihrer flächigen Ausdehnung in einer Stapelrichtung 40 miteinander verbunden. Dabei sind jeweils auf einem Rahmen 12 angeordnete Abstandselemente 34 von zwei benachbarten Trägerplatten 10 aufeinander liegend angeordnet.In a plate stack 50 for a humidification device 100 of a fuel cell system, which can comprise at least two carrier plates 10, but typically a multiplicity of carrier plates 10, the at least two carrier plates 10 are connected to one another in their areal extent in a stacking direction 40. In this case, spacer elements 34 of two adjacent carrier plates 10, which are arranged on a frame 12, are arranged one on top of the other.

Dabei sind, wie in 6 zu erkennen, jeweils Paare 58 von zwei Trägerplatten 10 mit flächigen Seiten 49, welche Strukturelemente 36 aufweisen, in der Stapelrichtung 40 so miteinander verbunden sind, dass die flächigen Seiten 49 mit Strukturelementen 36 zueinander weisen. Bei einer solchen Anordnung werden erste Strömungskanäle 52 quer zur Stapelrichtung 40 zwischen den Trägerplatten 10 ausgebildet. Die ersten Strömungskanäle 52 können beispielsweise zum Durchströmen mit dem Abgas 64 eines Brennstoffzellensystems als erstem Fluid vorgesehen sein.There are, as in 6 to recognize, in each case pairs 58 of two carrier plates 10 with flat sides 49, which have structural elements 36, are connected to one another in the stacking direction 40 in such a way that the flat sides 49 with structural elements 36 face one another. In such an arrangement, first flow channels 52 are formed between the carrier plates 10 transversely to the stacking direction 40 . The first flow channels 52 can be provided, for example, for the exhaust gas 64 of a fuel cell system to flow through as the first fluid.

Bei einem Plattenstapel 50 werden die Paare 58 von je zwei Trägerplatten 10 in Stapelrichtung 40 aufeinander gestapelt beispielsweise so angeordnet, dass Seiten 48 ohne Strukturelemente 36 von benachbarten Paaren 58 von Trägerplatten 10 zueinander weisen, wobei zwischen den Paaren 58 von Trägerplatten 10 zweite Strömungskanäle 54 quer zur Stapelrichtung 40 und quer zu den ersten Strömungskanälen 52 ausgebildet sind. Diese zweiten Strömungskanäle 54 können beispielsweise zum Durchströmen mit der Zuluft 66 des Brennstoffzellensystems als zweitem Fluid vorgesehen sein.In a stack of plates 50, the pairs 58 of two carrier plates 10 each are stacked on top of one another in the stacking direction 40, for example arranged such that sides 48 without structural elements 36 of adjacent pairs 58 of carrier plates 10 face one another, with second flow channels 54 transversely between the pairs 58 of carrier plates 10 to the stacking direction 40 and transverse to the first flow channels 52 are formed. These second flow channels 54 can be provided, for example, for the supply air 66 of the fuel cell system to flow through as the second fluid.

Die ersten und zweiten Strömungskanäle 52, 54 werden beim Aufeinanderstapeln von Trägerplatten 10 durch die aneinander grenzenden Abstandselemente 34 jeweils zweier mit derselben Seite 48, 49 zu einander gestapelten Trägerplatten 10 gebildet.The first and second flow channels 52, 54 are formed when the carrier plates 10 are stacked on top of one another by the adjoining spacer elements 34 of two carrier plates 10 stacked on the same side 48, 49 relative to one another.

Die Paare 58 von je zwei Trägerplatten 10 können in Stapelrichtung 40 mittels Zugstangen 56 miteinander verbunden und verpresst werden, wie in 7 zu erkennen ist. The pairs 58 of two carrier plates 10 each can be connected to one another and pressed in the stacking direction 40 by means of tie rods 56, as shown in FIG 7 can be seen.

Bei zusammengebautem Plattenstapel 50 strömt die Zuluft 66 durch eine Stirnseite des Plattenstapels 50 ein und tritt an der gegenüber liegenden Seite wieder aus. Das Abgas 64 tritt an einer quer dazu liegenden Stirnseite des Plattenstapels 50 in diesen ein und an der gegenüber liegenden Seite wieder aus. So verlaufen die Fluidströmungen von Zuluft 66 und Abgas 64 unter einem Winkel von 90° zu einander.When the stack of plates 50 is assembled, the supply air 66 flows in through an end face of the stack of plates 50 and exits again on the opposite side. The exhaust gas 64 enters the stack of plates 50 on an end face lying transversely thereto and exits again on the opposite side. The fluid flows of supply air 66 and exhaust gas 64 thus run at an angle of 90° to one another.

In 9 ist eine isometrische Darstellung einer Befeuchtungseinrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erkennen. Die Befeuchtungseinrichtung 100 weist einen Plattenstapel 50 auf, welcher in einem Gehäuse 102 angeordnet ist.In 9 an isometric view of a humidifier 100 according to an embodiment of the invention can be seen. The humidifying device 100 has a stack of plates 50 which is arranged in a housing 102 .

9 zeigt eine Außenansicht der Befeuchtungseinrichtung 100. Die Befeuchtungseinrichtung 100 umfasst das Gehäuse 102 mit einem Eingang 104 und einem Ausgang 106 für ein erstes Fluid, beispielsweise Abgas von Brennstoffzellen, und einen Eingang 108 und einen Ausgang 110 für ein zweites Fluid, beispielsweise Luft als Reaktionsmedium für Brennstoffzellen. In der Befeuchtungseinrichtung 100 erfolgt ein Feuchteübertrag vom ersten Fluid auf das zweite Fluid. 9 shows an external view of the humidifier 100. The humidifier 100 includes the housing 102 with an input 104 and an outlet 106 for a first fluid, for example exhaust gas from fuel cells, and an inlet 108 and an outlet 110 for a second fluid, for example air as a reaction medium for fuel cells. Moisture is transferred from the first fluid to the second fluid in the humidification device 100 .

Im Gehäuse 102 ist ein quaderförmiger Plattenstapel 50, wie in 8 dargestellt, angeordnet, bei dem Trägerplatten 10 in einer Stapelrichtung 40 aufeinander folgen. Der Plattenstapel 50 ist an seinen Stirnseiten mit einer umlaufenden Dichtung 68 gegen das Gehäuse 102 abgedichtet.In the housing 102 is a cuboid stack of plates 50, as in 8th shown, arranged in which support plates 10 follow one another in a stacking direction 40 . The plate stack 50 is sealed off from the housing 102 at its end faces with a circumferential seal 68 .

Das erste Fluid, beispielsweise feuchtes Abgas insbesondere einer Brennstoffzelle, gelangt über den in der 9 unten am Gehäuse 102 angeordneten Eingang 104 in das Gehäuse 102 und strömt durch Strömungskanäle 52 durch den Plattenstapel 50, in der 8 von vorne in die Bildebene hinein, und gibt Feuchtigkeit ab. Die Strömungskanäle 52 gehen von der dem Eingang 104 nahen Außenseite des Plattenstapels 50 aus in den Plattenstapel 50 hinein und treten durch den in der 9 unten am Gehäuse 102 angeordneten Ausgang 106 aus dem Gehäuse 102 aus.The first fluid, for example moist exhaust gas, in particular a fuel cell, passes through the in the 9 arranged at the bottom of the housing 102 input 104 into the housing 102 and flows through the flow channels 52 through the plate stack 50, in which 8th from the front into the picture plane and releases moisture. The flow channels 52 go from the inlet 104 near the outside of the plate stack 50 from in the plate stack 50 and pass through the in the 9 outlet 106 arranged at the bottom of the housing 102 from the housing 102 .

Das zweite Fluid, beispielsweise trockene Luft insbesondere für eine Brennstoffzelle, gelangt über den in der 9 vorne seitlich am Gehäuse 102 angeordneten Eingang 108 in das Gehäuse 102 und strömt durch Strömungskanäle 54 durch den Plattenstapel 50, in der 8 von links nach rechts, und nimmt Feuchtigkeit auf. Die Strömungskanäle 54 gehen von der dem Eingang 108 nahen Außenseite des Plattenstapels 50 aus in den Plattenstapel 50 hinein und treten durch den in der 9 hinten am Gehäuse 102 angeordneten Ausgang 110 aus dem Gehäuse 102 aus.The second fluid, for example dry air, in particular for a fuel cell, passes through the in the 9 front side arranged on the housing 102 input 108 into the housing 102 and flows through flow channels 54 through the plate stack 50, in which 8th from left to right, and absorbs moisture. The flow channels 54 go from the inlet 108 near the outside of the plate stack 50 in the plate stack 50 and pass through the in 9 outlet 110 arranged at the rear of the housing 102 from the housing 102 .

Die beiden Gruppen von Strömungskanälen 52, 54 sind in einer Kreuzstrom-Anordnung vorgesehen, d. h. die Richtungen der Strömungskanäle 52, 54 sind schräg oder senkrecht zueinander angeordnet.The two groups of flow channels 52, 54 are provided in a cross-flow arrangement, i. H. the directions of the flow channels 52, 54 are arranged obliquely or perpendicularly to one another.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Trägerplattebacking plate
1212: RahmenFrame
1414: Öffnungopening
1616: poröse Lageporous layer
1818: Randbereichedge area
1919: Randbereichedge area
2020: Klebeschichtadhesive layer
2222: Teillagepartial layer
2424: Teillagepartial layer
2626: Teillagepartial layer
2828: Infiltrationsmittelinfiltrant
3030: Trennwandpartition wall
3232: Foliefoil
3434: Abstandselementspacer element
3636: Strukturelementstructural element
3838: Stegweb
4040: Stapelrichtungstacking direction
4242: Außenseiteoutside
4444: Längsseitelong side
4545: Längsseitelong side
4646: Querseitetransverse side
4747: Querseitetransverse side
4848: flächige Seiteflat side
4949: flächige Seiteflat side
5050: Plattenstapelplate stack
5252: erste Strömungskanälefirst flow channels
5454: zweite Strömungskanälesecond flow channels
5656: Zugstangendrawbars
5858: PaarPair
6060: Fluiddurchtrittfluid passage
6262: verhinderte Leckageprevented leakage
6464: Fluid 1 AbgasFluid 1 exhaust
6666: Fluid 2 Luftfluid 2 air
6868: Dichtungpoetry
100100: Befeuchtungseinrichtunghumidification device
102102: GehäuseHousing
104104: Eingang Fluid 1 AbgasInlet fluid 1 exhaust gas
106106: Ausgang Fluid 1Fluid outlet 1
108108: Eingang Fluid 2 LuftInlet fluid 2 air
110110: Ausgang Fluid 2Fluid outlet 2

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102016224478 A1 [0002]DE 102016224478 A1 [0002]

Claims

Trägerplatte (10) für eine Befeuchtungseinrichtung (100), wenigstens umfassend einen umlaufenden Rahmen (12) mit einer zentralen Öffnung (14), sowie eine auf dem Rahmen (12) angeordnete flächige poröse Lage (16), welche die Öffnung des Rahmens (12) verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (18) der porösen Lage (16), welcher mit dem Rahmen (12) verbunden ist, mit einem Infiltrationsmittel (28) aufgefüllt ist, insbesondere fluiddicht versiegelt ist.Support plate (10) for a moistening device (100), comprising at least one peripheral frame (12) with a central opening (14) and a flat, porous layer (16) arranged on the frame (12) and covering the opening of the frame (12 ) closed, characterized in that an edge region (18) of the porous layer (16), which is connected to the frame (12), is filled with an infiltration medium (28), in particular is sealed in a fluid-tight manner.

Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Lage (16) mittels einer Klebeschicht (20) mit dem Rahmen (12) verbunden ist und der Randbereich (18) der porösen Lage (16) in dem Bereich, in dem er mit der Klebeschicht (20) verbunden ist, ausgebildet ist.carrier plate claim 1 , characterized in that the porous layer (16) is connected to the frame (12) by means of an adhesive layer (20) and the edge area (18) of the porous layer (16) in the area in which it is connected to the adhesive layer (20) is connected, is formed.

Trägerplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Lage (16) einen Aufbau aus mehreren Lagen (22, 24, 26) aufweist, wobei wenigstens eine innen liegende Lage (24) der porösen Lage (16) eine Trennwand (30), insbesondere eine Membran, aufweist oder als eine Trennwand (30), insbesondere Membran, ausgebildet ist, auf der zumindest einseitig, insbesondere beidseitig, eine poröse Lage (22, 26) angeordnet ist, wobei wenigstens ein zwischen der Trennwand (30) und dem Rahmen (12) angeordneter Randbereich (18) der porösen Lage (22, 26) mit dem Infiltrationsmittel (28) aufgefüllt ist.carrier plate claim 1 or 2 , characterized in that the porous layer (16) has a structure of several layers (22, 24, 26), wherein at least one inner layer (24) of the porous layer (16) has a partition (30), in particular a membrane, or is designed as a partition (30), in particular a membrane, on which a porous layer (22, 26) is arranged at least on one side, in particular on both sides, with at least one layer being arranged between the partition (30) and the frame (12). Edge area (18) of the porous layer (22, 26) is filled with the infiltration agent (28).

Trägerplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Randbereiche (18, 19) der mehrlagigen porösen Lage (16), welche in einer Stapelrichtung (40) quer zu dem Rahmen (12) angeordnet sind, mit dem Infiltrationsmittel (28) aufgefüllt sind.carrier plate claim 3 , characterized in that edge regions (18, 19) of the multi-layered porous layer (16), which are arranged in a stacking direction (40) transversely to the frame (12), are filled with the infiltration medium (28).

Trägerplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff der Klebeschicht (20) als Infiltrationsmittel (28) ausgebildet ist und der Randbereich (18) mit dem Klebstoff aufgefüllt ist.Carrier plate according to one of claims 2 until 4 , characterized in that an adhesive of the adhesive layer (20) is designed as an infiltration medium (28) and the edge region (18) is filled with the adhesive.

Trägerplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrationsmittel (28) als Klebstoff ausgebildet ist und der Randbereich (18) mittels des Infiltrationsmittels (28) mit dem Rahmen (12) verbunden ist.Support plate according to one of the preceding claims, characterized in that the infiltration medium (28) is in the form of an adhesive and the edge region (18) is connected to the frame (12) by means of the infiltration medium (28).

Trägerplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrationsmittel (28) auf eine Folie (32) aufgebracht ist und mit der Folie (32) auf der porösen Lage (16) angeordnet ist, wobei die Folie (32) auf einer von der porösen Lage (16) abgewandten Seite (42) angeordnet ist.Support plate according to one of the preceding claims, characterized in that the infiltration medium (28) is applied to a film (32) and is arranged with the film (32) on the porous layer (16), the film (32) being on one of the side (42) facing away from the porous layer (16).

Trägerplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrationsmittel (28) auf die Folie (32) aufgebracht ist und mit der Folie (32) dem Rahmen (12) zugewandt auf einer der porösen Teillagen (22, 26) der porösen Lage (16) angeordnet ist, wobei die Folie (32) klebend ausgebildet ist und der Randbereich (18) mittels der Folie (32) mit dem Rahmen (12) verbunden ist.Support plate according to one of the preceding claims, characterized in that the infiltration medium (28) is applied to the film (32) and with the film (32) facing the frame (12) on one of the porous partial layers (22, 26) of the porous layer (16) is arranged, the film (32) being adhesive and the edge region (18) being connected to the frame (12) by means of the film (32).

Trägerplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (30) feuchtedurchlässig und luftundurchlässig ausgebildet ist.Support plate according to one of the preceding claims, characterized in that the partition (30) is designed to be moisture-permeable and air-impermeable.

Trägerplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrationsmittel (28) eine im Wesentlichen luftundurchlässige Versiegelung bildet.Support plate according to one of the preceding claims, characterized in that the infiltration medium (28) forms a substantially airtight seal.

Plattenstapel (50) mit wenigstens zwei Trägerplatten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Trägerplatten (10) in ihrer flächigen Ausdehnung in einer Stapelrichtung (40) miteinander verbunden sind, wobei jeweils auf einem Rahmen (12) angeordnete Abstandselemente (34) von zwei benachbarten Trägerplatten (10) aufeinander liegend angeordnet sind.Plate stack (50) with at least two carrier plates (10) according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the at least two carrier plates (10) are connected to one another in their areal extension in a stacking direction (40), wherein spacer elements (34) of two adjacent carrier plates (10) arranged on a frame (12) are arranged lying one on top of the other .

Plattenstapel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Lage (16) einen Aufbau aus mehreren Lagen (22, 24, 26) aufweist, wobei wenigstens eine innen liegende Lage (24) der porösen Lage (16) eine Trennwand (30), insbesondere eine Membran, aufweist oder als eine Trennwand (30), insbesondere Membran, ausgebildet ist.plate stack after claim 11 , characterized in that the porous layer (16) has a structure of several layers (22, 24, 26), wherein at least one inner layer (24) of the porous layer (16) has a partition (30), in particular a membrane, has or is designed as a partition (30), in particular a membrane.

Plattenstapel nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Paare (58) von zwei Trägerplatten (10) mit flächigen Seiten (49), welche Strukturelemente (36) aufweisen, in der Stapelrichtung (40) so miteinander verbunden sind, dass die flächigen Seiten (49) mit Strukturelementen (36) zueinander weisen, wobei erste Strömungskanäle (52) quer zur Stapelrichtung (40) zwischen den Trägerplatten (10) ausgebildet sind.plate stack after claim 11 or 12 , characterized in that pairs (58) of two carrier plates (10) with flat sides (49) which have structural elements (36) are connected to one another in the stacking direction (40) in such a way that the flat sides (49) with structural elements (36) point towards one another, with first flow channels (52) being formed between the carrier plates (10) transversely to the stacking direction (40).

Plattenstapel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare (58) von je zwei Trägerplatten (10) in Stapelrichtung (40) aufeinander gestapelt so angeordnet sind, dass Seiten (48) ohne Strukturelemente (36) von benachbarten Paaren (58) von Trägerplatten (10) zueinander weisen, wobei zwischen den Paaren (58) von Trägerplatten (10) zweite Strömungskanäle (54) quer zur Stapelrichtung (40) und quer zu den ersten Strömungskanälen (52) ausgebildet sind.plate stack after Claim 13 , characterized in that the pairs (58) of two carrier plates (10) are arranged stacked on top of one another in the stacking direction (40) such that sides (48) without structural elements (36) of adjacent pairs (58) of carrier plates (10) face each other point, wherein between the pairs (58) of support plates (10) second flow channels (54) are formed transversely to the stacking direction (40) and transversely to the first flow channels (52).

Plattenstapel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare (58) von je zwei Trägerplatten (10) in Stapelrichtung (40) mittels Zugstangen (56) verpresst sind.plate stack after Claim 14 , characterized in that the pairs (58) of two carrier plates (10) are pressed in the stacking direction (40) by means of tie rods (56).

Befeuchtungseinrichtung (100), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit wenigstens einem Plattenstapel (50) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, welcher in einem Gehäuse (102) angeordnet ist.Humidification device (100), in particular for a fuel cell system, with at least one plate stack (50) according to one of Claims 11 until 15 , which is arranged in a housing (102).