用于对流体进行加湿的加湿模块的制作方法

本发明涉及用于对流体进行加湿的加湿模块以及用于这种加湿模块的膜衬里，所述加湿模块特别地用于对燃料电池的工作流体进行加湿，尤其在包括燃料电池的机动车辆中。

背景技术：

常规的用于对流体进行加湿的装置(以下称为加湿模块)是已知一段时间了。根据现有技术，这样的加湿模块包括对于气体不可渗透但分别对于湿度或水或水蒸气可渗透的膜。在加湿模块中，一方面的待加湿的流体和另一方面的潮湿介质分别流过如此形成的膜。两种流体由此通过膜彼此流体地分离。由此，流过加湿模块并流动经过膜衬里的两种流体在材料方面不会混合。

然而，具有较高湿度的流体的湿分可穿过膜，并可被具有较低湿度的流体吸收以对其进行加湿。两种流体的湿度由此匹配。特别地，燃料电池的工作流体必须通过这样的加湿模块来得到加湿。在燃料电池中使用的工作流体(例如：分子氢和氧)必须在流入燃料电池之前得到加湿，这是因为否则，燃料电池中通常使用的聚合物电解质膜会干掉。这样的干掉(可通过加湿模块来避免)负面地影响尤其是聚合物电解质膜的耐久性，以及燃料电池的效率。

由de202013003566u1已知一种可用于对用于燃料电池的工作气体进行加湿的加湿模块。该加湿模块包括可透水但大致不透气的水转移层。该加湿模块还具有至少在某些区域是可透水和气的热塑性保护层。水转移层向着其上侧和下侧通过热压工艺固定地连接到上述热塑性保护层，使得形成三层的夹层。水转移层和保护层堆叠地设置以至少部分地相互重叠。为了对用于燃料电池的工作气体进行加湿，所述工作气体被引导经过水转移层的一侧，另一潮湿气体被引导到水转移层的另一侧。借助于水转移层，在两个气体之间可发生湿度补偿，使得工作气体以及第二气体的湿度相互匹配。

还由de102008034407a1已知一种可用于对机动车辆燃料电池系统中的流体进行加湿的加湿模块。该加湿模块具有两个容置部件，在它们之间在壳体中设置有至少一个不透气但可透湿的膜，包括该膜的该壳体形成为盒体的形式，并针对环境密封膜。为了对供给给燃料电池的在膜的另一侧流过膜的工作流体进行加湿，在膜的另一侧流过膜的第二流体的湿分可通过加湿模块穿过膜，并可被燃料电池的工作流体吸收，不导致两种流体在材料方面的混合。

由此，认为已知解决方案的一个缺陷在于，难以针对环境密封膜，以致于大多数情况下都使用密封膜衬里的壳体。尽管还存在可省掉这样的壳体的解决方案，在上述解决方案中使用的密封概念是相对高成本的。而且，已经显示出，对于常规加湿模块，如果潮湿流体具有如此大量的湿分以致于在膜上沉积液体，则用于湿度交换的不透气但可透湿的膜的有效性受损。流体具有的任何液滴都还可能会沉积在膜上，不当地减小膜的有效面积。

技术实现要素：

由此，本发明的一个目的在于示出用于对流体进行加湿的加湿模块的新研发方式，尤其以消除上述缺陷。

该目的是通过根据独立权利要求1的主题来解决的。优选实施例是从属权利要求的主题。

由此，本发明的基本构思在于实施一种带有加湿器块和液体分离器的用于对流体进行加湿的加湿模块，其中，第一流体可流过以在第一和第二流体之间交换湿度的第一流体路径和第二流体可流过的第二流体路径通过不透气但可透湿的膜彼此流体地分离，所述液体分离器流体地连接到第一流体路径或第二流体路径，由此第一或第二流体可流过该液体分离器。膜由此限定彼此流体地分离的第一和第二流体路径，两种流体可如此地流过第一和第二流体路径以使得通过膜可发生流体之间的湿度交换，而不导致流体在材料方面的混合。液体分离器还防止流过液体分离器的第一或第二流体具有过多的湿分或过多的液体。液体分离器用作要么是预分离器，使得可以减小或甚至完全避免膜的可用于湿度交换的有效面积的减小，要么是后分离器，使得可防止或至少减小在流过加湿器块之后的第一或第二流体所携带的湿分或液体逃逸到环境中。

根据本发明的用于对流体进行加湿、优选地用于对燃料电池的工作流体进行加湿的加湿模块包括加湿器块，其中，存在第一流体可流过的第一流体路径和第二流体可流过的第二流体路径，所述燃料电池尤其优选地位于带有燃料电池的机动车辆中。在加湿器块中，通过使用不透气但可透湿的膜，第一和第二流体路径彼此流体地分离。膜允许第一和第二流体之间的湿度交换，而第一和第二流体不材料混合。加湿模块还包括流体地连接到第一或第二流体路径以用于供第一或第二流体通过的(第一)液体分离器。因此，有利之处在于，避免流过分离器的第一或第二流体中过多的湿分或过多的液体，如前所述的，这可以确保膜的有效性或保护环境。

根据所述加湿模块的一个优选实施例，第一液体分离器在第一或第二流体路径的第一端部部分处流体地连接到该第一或第二流体路径。加湿模块还具有第二流体分离器，其在连接到第一流体分离器的第一或第二流体路径的与第一端部部分相对的第二端部部分中流体地连接到该第一或第二流体路径。取决于流动方向，第一流体分离器用作预分离器，第二流体分离器用作后分离器，或相反。这具有同时可以确保膜的有效性且可以避免或至少减小不期望地将湿分或液体引入环境中的优点。

加湿模块适宜地包括另外的液体分离器，其优选地流体地连接到第一和第二流体路径的未流体地连接到第一或第二液体分离器的相应端部部分。这样的优点在于第一和第二流体两者的湿度或液体含量可限于最优数值。

根据所述加湿模块的另一有利实施例，液体分离器中至少一个在其分离器内部中具有翼结构。该翼结构用于使得液体与第一或第二流体分离。翼结构包括彼此间隔的多个翼。流过液体分离器的流体在翼处偏向，由于该流体所携带的液滴的惯性，上述液滴与流体流分离。借助于相对简单的构造，液体可由此与相应流体分离。在成本方面，也可由此确保液体与相应流体的合适的分离，以保护环境或保护膜衬里的膜的功能性。

在所述加湿模块的另一优选实施例中，在液体分离器中的一个的分离器内部设置有包括第一加速开口的喷嘴板。该喷嘴板将分离器内部分为两个子区域。取决于是那种流体流过液体分离器，第一或第二流体通过喷嘴板的第一加速开口被加速，并被引导向也设置在分离器内部中的偏向板。被加速的第一或第二流体由此撞击偏向板。由于第一或第二流体的流动方向的突变并由于该第一或第二流体中所携带的可能的液滴的惯性，上述液滴与流体分离。可由此有利地实现特别有效的液体分离。

根据所述加湿模块的另一有利实施例，喷嘴板实施为具有至少一个第二加速开口。该第二加速开口能够通过可设置的封闭元件至少部分地被封闭。第二加速开口可由此连接或断开连接。由于第二加速开口的该连接或断开连接，可由此设定流过相应液体分离器的第一或第二流体的体积流量。由此也可影响分离程度。可由此有利地确保使得尽可能最优的液体量与分相应液体分离。

根据所述加湿模块的另一有利实施例，液体分离器中至少一个包括插件，该插件特别优选地具有液体出口。通过该插件，有利地实现相应液体分离器或其内部的特别良好的通达性(例如出于维护目的)。

在所述加湿模块的另一有利实施例中，加湿器块的膜大致是平的，并设置为膜叠层。这样的膜提供特别成本有效的构造加湿器块的方式。

加湿模块的加湿器块适宜地配备有设置为沿着堆叠方向彼此相距一距离地交替的多个第一和第二膜衬里。这些膜衬里中的在堆叠方向上相邻的两个分别交替地限定第一流体路径中的一个和第二流体路径中的一个，其中，第一流体路径设置为与第二流体路径流体地分离。第一流体路径如此地形成以使得第一流体可流过该第一流体路径。第二流体路径如此地形成以使得第二流体可流过该第二流体路径。膜衬里均包括保持部件，其中第一膜衬里均具有第一保持部件，第二膜衬里均具有第二保持部件。在每个膜衬里的该保持部件处设置有不透气但可透湿的膜中的一个。第一流体路径均限定在上述膜的一侧，并且第二流体路径通过该膜限定在另一侧。第一和第二流体路径由此通过不透气但可透湿的膜彼此分离。如果第一流体的湿度比第二流体更高，由此当流过加湿模块时，可发生第一流体的湿度通过不透气但可透湿的膜的转移以对第二流体进行加湿。分别在膜衬里中或膜衬里的叠层中形成有用于将第一流体输配到第一流体路径的第一流体输配管道和用于收集流过第一流体路径之后的第一流体的第一流体收集管道。与之类似的，分别在膜衬里中或膜衬里的叠层中形成有用于将第二流体输配到第二流体路径的第二流体输配管道和用于收集流过第二流体路径之后的第二流体的第二流体收集管道。由此有利的是，分别在膜衬里中或膜衬里的叠层中设置有流体输配器以及收集器以及流体路径，由此尤其减少加湿模块所必需的构件的数量，并且由此还减小期望生产成本。

加湿器块的膜衬里叠层设置为彼此流体密封。这具有可完全省掉封闭膜叠层并使得与环绕加湿器块的外部环境密封的单独壳体的优点。然而，当然可设置这样的壳体以保护膜叠层和通常脆弱的膜免受外部干扰或改善膜衬里针对该环境的必要密封。

优选地，在每个第一保持部件中分别存在用于形成第一流体输配管道和用于形成第一流体收集管道的两个第一孔。每个第一保持部件还包括用于形成第二流体输配管道和用于形成第二流体收集管道的两个第二孔。这意味着流体输配和流体收集管道分别由某些部分中的第一或第二孔形成。所有第二保持部件均具有用于形成第二流体输配管道和用于形成第二流体收集管道的两个第一孔。在每个第二保持部件中分别设置有用于形成第一流体收集管道和第一流体输配管道的两个第二孔。第一和第二保持部件的第一和第二孔由此分别形成流体输配管道或流体收集管道的部分。膜衬里或保持部件的形成分别有利地提供一个特别节省安装空间的加湿模块设计选项，这是因为所有流体引导空腔都分别形成在膜衬里中或膜衬里叠层中。还存在成本优点，这是因为可省掉分别包括流体输配管道或流体收集管道的额外构件。

根据本发明的加湿模块的一个优选实施例，膜衬里或膜衬里叠层分别设置在第一和第二封闭部件之间。第一以及第二封闭部件均具有用于第一或第二流体的第一和第二流体连接部。第一封闭部件的第一流体连接部由此流体地连接到第一流体输配管道。第一封闭部件的第二流体连接部连接到第二流体输配管道以与其流体地联通。反过来，第二封闭部件的第一流体连接部连接到第二流体收集管道以与其流体地联通，并且第二封闭部件的第二流体连接部连接到第一流体收集管道以与其流体地联通。第一或第二封闭部件的流体连接部可有利地配备有相同的外直径或标准化耦接件，由此可以以相对小的工作量将加湿模块集成在更高级系统中。

根据所述加湿模块的另一优选实施例，在堆叠方向中相邻的至少两个膜衬里彼此密封连接。第一和第二流体收集管道以及第一和第二流体输配管道由此也针对加湿模块的外部环境被密封。有利地，由此可省掉密封膜衬里或第一和第二流体收集管道以及第一和第二流体输配管道的单独的壳体。从该省掉单独的壳体可获得直接的成本优点。

所述加湿模块的另一优选实施例提出，各膜衬里的在堆叠方向上相邻的至少两个保持部件通过压接彼此密封连接。由此，为了针对环境分别密封保持部件或膜衬里，包括流体路径以及流体收集器和流体输配器，有利地不需要例如粘着剂的额外密封介质。这样的压接还是可释放的，这有利地与被密封的构件可以可选地无需破坏上述构件地彼此分离的事实相关联。另一方面，这用于节省成本，这首先是因为可省掉密封介质，其次是因为在加湿模块的可能的拆卸(例如出于维护目的)之后可便利地再次使用膜衬里。

根据所述加湿模块的一个优选实施例，两个封闭部件之间的膜衬里通过螺固连接而受压。该螺固连接由此形成于两个封闭部件之间。为了形成该螺固连接，封闭部件具有例如通孔，螺纹杆被引导穿过该通孔。膜衬里还可以具有根据与封闭部件重叠的孔构造来分别地实施或设置的多个通孔。用于分别密封各保持部件或膜衬里或加湿模块的压力通过起始于螺纹杆的两个端部处的螺母的反螺固来实现。也可设计例如通过使用长螺钉的螺固连接，该长螺钉在一侧具有螺钉头部，其承载表面的直径比通孔的直径更大。为了施加密封压力，则仅将螺母螺固到该螺钉上。封闭部件中的一个还可具有螺纹孔或包括螺纹的插件，而不是通孔。本领域技术人员已知形成这样的螺固连接的多种其它选项，因此在此不更详细地说明。使用这样的螺固连接，可以特别成本有效地，以容易生产的方式建立用于分别密封相邻保持部件或膜衬里的压接。

在所述加湿模块的一个优选实施例中，两个封闭部件形成为相同部件。第一和第二膜衬里也可以实施为相同部件。这导致成本优点，这是因为相同的部件可通过相同制造工艺并还可分别在相同的制造线中或批量生产。

在所述加湿模块的另一优选实施例中，加湿模块的第一和第二流体路径如此地形成以使得第一和第二流体在加湿模块工作期间交叉流动地流过它们。这应如此地理解：当在堆叠方向上观察时，第一流体通过第一流体路径的流动方向与第二流体通过第二流体路径的流动方向交叉。由此有利地通过不透气但可透湿的膜实现两种流体之间特别良好的湿度交换。

所述加湿模块的另一有利实施例提出，至少一个膜衬里的保持部件形成为板状保持框架。上述板状保持框架具有中央孔。板状保持框架中的该中央孔通过不透气但可透湿的膜封闭。中央孔侧向地设置在两个第一孔之间。两个第一孔由此设置为沿着第一横向方向彼此相距一距离。该第一横向方向与堆叠方向正交地延伸。膜衬里的保持部件的保持框架的板状成型导致膜衬里的特别良好的可堆叠性，它们由此还可通过已经说明的压接而特别良好地紧密连接。

根据所述加湿模块的另一有利实施例，该中央孔侧向地设置在两个第二孔之间。两个第二孔设置为沿着第二横向方向彼此相距一距离。第二横向方向也与堆叠方向正交地延伸，但不与第一横向方向重叠。由此有利地实现，在不透气但可透湿的膜上流过尽可能大的有效长度。由此通过不透气但可透湿的膜，可特别良好地实现湿度交换。

在另一优选实施例中，保持部件中的第一孔均通过第一连接部分流体地连接到中央孔以与其联通。两个第二孔也均可以通过连接部分流体地连接到中央孔以与其联通。通过这些连接部分，可特别容易地进行将第一或第二流体分别输配到第一或第二流体路径，以及分别在流体已经流过流体路径之后从第一或第二流体路径收集第一或第二流体。

在所述加湿模块的另一有利实施例中，两个第一连接部分形成为向着保持部件的上侧打开。两个第二连接部分可类似地形成为向保持部件的下侧打开。各连接部分或保持部件的该实施例可以以特别小的工作量来生产，这由此与制造成本优点相关联。

在所述加湿模块的另一有利实施例中，第一封闭部件的密封表面以及第二封闭部件的密封表面和膜衬里中至少一个的横截面(当在堆叠方向上观察时)具有大致相同的外轮廓。所有膜衬里特别有利地具有这样的大致相同的外轮廓(当在堆叠方向上观察时)。可由此有利地实现加湿模块的特别紧凑的外部形状，由此所述加湿模块可特别良好地以节省空间的方式集成在更高级系统中。

根据所述加湿模块的另一优选实施例，该轮廓是轴向或点对称的。由此有利地确保通过螺固连接施加的用于将膜衬里密封地压在连接部件之间的力尽可能均匀地分布到所有膜衬里以及各封闭部件或其密封表面。实施为相同部件的膜衬里由此还可设置为叠层以如此地相对彼此转动，从而使得取决于它们的排齐，它们形成第一膜衬里，或者形成第二膜衬里。

在所述加湿模块的另一优选实施例中，第一封闭部件具有可至少部分地被封闭的旁通流体管道。该旁通流体管道可通过可调节阀门装置至少部分地被封闭。旁通流体管道将第一封闭部件的第一或者第二流体连接部经过第一或第二流体路径连接到第一或第二流体收集管道以与其流体地联通。第二封闭部件也可包括这样的包括可调节阀门装置的旁通流体管道，该可调节阀门装置可至少部分地封闭上述旁通流体管道。第二封闭部件的该旁通流体管道将第一或者第二流体连接部经过第一或第二流体路径连接到第一或者第二流体输配管道以与其流体地联通。第一封闭部件的旁通流体管道或第二封闭部件的旁通流体管道由此分别用于为第一或第二流体路径提供桥接。在可调节阀门装置打开的情况下，不流过流体路径，因此也不发生第一与第二流体之间的湿度交换。由此一个优点在于，第一或第二流体中的一个(取决于哪一个是有待加湿的流体)的湿度水平可通过相应旁通流体管道借助于可调节阀门装置的该至少部分封闭来设置。阀门装置的设置可在加湿模块的工作期间连续地发生。由此可确保有待加湿的流体总是具有最优湿度水平。

在所述加湿模块的另一有利实施例中，在第一或第二封闭部件中的一个的密封表面与最接近的膜衬里的面向该第一或第二封闭部件的上侧或下侧之间设置有第一液体分离器。该第一液体分离器具有将该第一或第二封闭部件的第一流体连接部连接到第一流体输配管道以与其流体地联通的分离器内部。第一液体分离器也可以是第一或第二封闭部件的组成部分。在第一或第二封闭部件中的另一个的密封表面与最接近的膜衬里的面向该另一个第一或第二封闭部件的上侧或下侧之间设置有第二液体分离器。该第二液体分离器具有将第一或第二封闭部件中的所述另一个的第二流体连接部连接到第一流体收集管道以与其联通的分离器内部。第二液体分离器也可以是第一或第二封闭部件的所述另一个的组成部分。由此，可有利地防止过大的液滴到达第一或第二流体路径中，导致该处的膜衬里的膜具有潮湿流体并且潮湿，由此会影响其有效性。由此，通过第一液体分离器，可确保当潮湿流体携带液滴尺寸过大的液体时，加湿模块的功能也得到确保。第二液体分离器有利地用于在潮湿流体离开之前可分离该流体携带的液体的目的。由此防止液体以不期望的方式到达周围区域中。

根据所述加湿模块的另一有利实施例，设置在加湿模块的加湿器块中的不透气但可透湿的膜设计为空心纤维膜。这样的空心纤维膜允许第一与第二流体之间特别有效的湿度交换。

设计为空心纤维膜的加湿器块的不透气但可透湿的膜均封闭空腔。膜的空腔均形成第一流体路径之一。空心纤维膜的空腔因此可被沿着第一流体路径的第一流体流过。空心纤维膜在其背离空腔的外侧限定第二流体路径。这意味着第二流体路径由空心纤维膜之间的空间限定。随着流体流过第二流体路径，第二流体围绕空心纤维膜的外侧流动。这样的优点在于，在使用空心纤维膜的加湿模块的加湿器块中，特别容易构造地分离第一和第二流体路径。

在所述加湿模块的一个有利实施例中，加湿器块的空心纤维膜沿着共同的纵向方向延伸，并设置为彼此大致平行且相距一距离。这导致空心纤维膜特别均匀的设置，由于第二流体路径的特别均匀的形成，这对加湿模块的有效性具有正面的影响。

所述加湿模块的另一优选实施例在于，加湿模块的加湿器块具有在纵向方向上延伸以限定壳体内部的壳体。该壳体内部包括中央室、流体输配室和流体收集室。壳体内部的中央室通过在纵向方向上彼此相对的两个密封板与壳体内部的流体输配室和壳体内部的流体收集室流体地分离。这意味着，壳体内部的中央室在纵向方向上设置在壳体内部的流体收集室与壳体内部的流体输配室之间。空心纤维膜均具有两个端部部分，这两个端部部分在纵向方向上彼此相对，并分别与设置在端部部分之间的空心纤维膜的中央部分相汇。空心纤维膜如此地设置在壳体内部中，以使得空心纤维膜的中央部分在壳体内部的中央室中，在空心纤维膜外侧限定第二流体路径。这意味着第二流体路径存在于壳体内部的中央室中。壳体以及两个密封板和空心纤维膜的外侧适宜地以流体密封的方式限定第二流体路径。空心纤维膜中的两个端部部分均穿入密封板中的一个，使得流体输配室和流体收集室通过空心纤维膜的形成第一流体路径的空腔流体连接。第一流体由此可通过流体输配室被输配到空心纤维膜的形成第一流体路径的空腔，并在流过第一流体路径之后，通过流体收集室再次被收集。通过不透气但可透湿的空心纤维膜的湿度交换发生于壳体的中央室中。加湿模块的加湿器块的这样的设计允许第一与第二流体之间特别有效的湿度交换。

在所述加湿模块的另一优选实施例中，间隔装置附接到膜衬里的膜。该间隔装置确保膜在加湿模块的工作期间还固定在其位置上。膜以及该膜衬里的间隔装置可固定地连接到保持部件。该固定连接尤其优选地通过丝印工艺或通过高频焊接来实现。有利地，通过间隔装置，在加湿模块工作期间，还确保通常柔软的膜的位置。由此防止设有间隔装置的膜例如与最接近的膜衬里的膜接触。这样的接触一方面可能会损坏膜，另一方面可能会减小用于通过膜的湿度交换的有效表面。

本发明的范围还扩展至用于加湿模块、优选地用于如上所述的加湿模块的膜衬里。

根据本发明的膜衬里由此包括保持部件，不透气但可透湿的膜设置在该保持部件处。保持部件还具有两个第一孔以及两个第二孔。保持部件形成为具有中央孔的板状保持框架。膜以不透气但可透液体的方式封闭上述中央孔。在这样的根据本发明的膜衬里的情况中，因为可依赖于常见半成品，保持部件由于其板状设计而可以特别成本有效地生产。

所述膜衬里的一个优选实施例提出，中央孔侧向地设置在两个第一孔之间。这两个第一孔与中央孔间隔开。两个第一孔和中央孔沿着板状保持部件的第一横向方向设置。类似地，中央孔侧向地设置在两个第二孔之间。两个第二孔与中央孔间隔开。两个第二孔以及中央孔沿着板状保持部件的第二横向方向设置。由于膜衬里的保持部件的保持框架的板状成型，导致膜衬里的特别良好的可堆叠性，由此它们也可通过上述压接特别良好地紧密连接。

在所述膜衬里的一个有利实施例中，第一横向方向与第二横向方向正交地延伸。由此有利地实现，在不透气但可透湿的膜上流过尽可能大的有效长度。由此通过不透气但可透湿的膜，可特别良好地实现湿度交换。

在所述膜衬里的一个有利实施例中，保持部件中的两个第一孔均通过连接部分流体地连接到中央孔以与其联通。两个第二孔也均可以通过第二连接部分流体地连接到中央孔以与其联通。通过这些连接部分，可特别容易地分别将第一或第二流体输配到第一或第二流体路径，以及在流体流过了膜之后收集相应的第一或第二流体。

所述膜衬里的另一优选实施例提出，第一连接部分均形成为朝向保持部件的上侧打开。类似地，两个第二连接部分可形成为朝向保持部件的下侧打开。各连接部分或保持部件的该实施例可以以特别小的工作量来生产，这由此与制造成本优点相关联。

在一个优选实施例中，间隔装置附接到膜衬里的膜。膜或间隔装置分别固定地连接到保持部件。膜或间隔装置的与保持部件的该固定连接优选地通过丝印工艺或通过高频焊接来实现。有利地，通过间隔装置，在加湿模块的工作期间，还确保通常柔软的膜的位置。由此避免设有间隔装置的膜例如与最接近的膜衬里的膜接触。这样的接触一方面可能会损坏膜，另一方面可能会减小用于通过膜的湿度交换的有效表面。

根据从属权利要求、附图和基于附图的相应附图说明，本发明的其它重要特征和优点将变得显而易见。

显然，在不超出本发明的范围的情况下，上述特征和将在下文中说明的特征不仅用于分别的特定组合中，而且还用于其它组合或单独使用。

附图说明

在附图中示出本发明的优选示例性实施例，并在以下说明中对其更详细地说明，其中，相同的附图标记指相同或相似或在功能上相同的构件。

图分别示意性地：

图1示出根据本发明的加湿模块的分解图；

图2示出沿加湿模块的膜衬里的堆叠方向的根据本发明的这种加湿模块的横截面；

图3示出根据本发明的加湿模块的膜衬里的例子；

图4a至4c示出膜衬里的其它示例性实施例；

图5a和5b示出加湿模块的封闭部件的例子；

图6示出了包括两个湿度分离器的加湿模块的的示例性替代方案；

图7示出带有根据本发明的空心纤维膜的加湿模块的截面的例子；

图8示出带有根据本发明的加湿模块的燃料电池系统的高度简化的示意图的例子。

具体实施方式

图1示例性地示出根据本发明的用于对流体2进行加湿的加湿模块1。加湿模块1包括具有多个膜衬里4的加湿器块23。膜衬里4均具有保持部件6。膜衬里4的每个保持部件6处都设有不透气但可透湿的膜7。对于膜衬里4，要区分均包括第一保持部件6a的第一膜衬里4a和均包括第二保持部件6b的第二膜衬里4b，它们沿着堆叠方向3彼此相距一距离交替地设置。在图1的例子中，所有包括第一保持部件6a的第一膜衬里4a和包括第二保持部件6b的第二膜衬里4b实施为相同的部件。但是，它们在它们的对齐方面彼此不同，根据它们的对齐，包括第一保持部件6a的第一膜衬里4a设置为相对于包括第二保持部件6b的第二膜衬里4b旋转90度。在堆叠方向3上相邻的两个膜衬里4a和4b分别交替地限定用于供第一流体2a流过的第一流体路径5a和用于供第二流体2b流过的第二流体路径5b。在加湿模块1的加湿器块23中，膜衬里4的不透气但可透湿的膜7使得在堆叠方向3上相邻的第一流体路径5a与第二流体路径5b分离。如果第一流体2a和第二流体2b现在流过彼此流体地分离的流体路径5a和5b，则通过不透气但可透湿的膜7，在两种流体2a和2b之间可发生湿度补偿，而不导致两种流体2a和2b在材料方面的混合。流体2a和2b中的具有较低湿度的那种流体由此通过吸收流体2a和2b中的流过不透气但可透湿的膜7的另一种流体的湿度而得到加湿。加湿模块1的第一流体路径5a和第二流体路径5b由此如此地形成，以使得在加湿模块1工作期间，第一流体2a和第二流体2b交叉流动地流过它们。

两种流体2a和2b的彼此交叉的流动方向在图1中通过流动箭头示出。在每个膜衬里4中形成有用于将第一流体2a输配到第一流体路径5a的第一流体输配管道8a。在膜衬里4中还形成有用于收集流过第一流体路径5a后的第一流体2a的第一流体收集管道9a。为了输配第二流体2b，在膜衬里4中还存在用于将第二流体2b输配到第二流体路径5b的第二流体输配管道8b。在膜衬里4中还设置有用于收集流过第二流体路径5b后的第二流体2b的第二流体收集管道9b。每个第一保持部件6a有利地具有两个第一孔10和两个第二孔11。每个第二保持部件6b也包括两个第一孔10和两个第二孔11。如将在下一段落中更详细地说明的，第一和第二孔10和11每个形成加湿模块1的加湿器块23中的第一和第二流体输配管道8a和8b的和第一和第二流体收集管道9a和9b的子部分。

如在图2中能够看到，第一流体输配管道8a和第一流体收集管道9a通过第一保持部件6a的两个第一孔10和第二保持部件6b的两个第二孔11形成在加湿模块1的加湿器块23中。

类似地，第二流体输配管道8b和第二流体收集管道9b通过第一保持部件6a的两个第二孔11和第二保持部件6b的两个第一孔10形成。膜衬里4设置在第一封闭部件13a与第二封闭部件13b之间。封闭部件13中的每个由此具有第一流体连接部14a和第二流体连接部14b。第一封闭部件13a的第一流体连接部14a与加湿模块1中的第一流体输配管道8a流体地联通。第一封闭部件13a的第二流体连接部14b连接到第二流体输配管道8b以与其流体地联通。第二封闭部件13b的第一流体连接部14a与加湿模块1中的第二流体收集管道9b流体地联通。第二封闭部件13b的第二流体连接部14b连接到第一流体收集管道9a以与其流体地联通。根据所述加湿模块1的一个替代方案，在堆叠方向3上相邻的至少两个膜衬里4彼此紧密地连接。第一和第二流体收集管道9a和9b以及第一和第二流体输配管道8a和8b由此针对加湿模块1的外部环境被密封。在加湿模块1的另一研发方案中，在堆叠方向3上彼此相邻的两个膜衬里4可通过压接而彼此紧密地连接。该压接有利地通过连接两个封闭部件13a和13b并将膜衬里4压在封闭部件13a与13b之间的螺固连接实现。在图1中，该螺固连接示例性地通过螺纹杆29来实现，所述螺纹杆由为了本目的设置在两个封闭部件13和膜衬里4中的通孔来容纳。通过将螺母28反螺固在被容纳在上述通孔中的螺纹杆29的端部上，膜衬里4被压在两个封闭部件13a与13b之间。当然，替代地，也可考虑其它用于专业地实现螺固连接的选项。根据加湿模块1的另一研发方案，两个封闭部件13实现为相同的部件。膜衬里4也可通过相同的部件来形成。在图1所示的例子中，膜衬里4的保持部件6实现为板状保持框架。

如还由图3可见，该保持框架具有中央孔15。中央孔15通过膜7以不透气但可透湿的方式地被封闭。中央孔15侧向地设置在两个第一孔10之间。两个第一孔10由此设置为沿着板状保持部件6的第一横向方向30a彼此相距一距离并与中央孔15相距一距离。第一横向方向30a与堆叠方向3正交地延伸。实施为板状保持框架的保持部件6的中央孔15还侧向地设置在两个第二孔11之间。两个第二孔11由此设置为沿着板状保持部件6的第二横向方向30b彼此相距一距离并与中央孔15相距一距离。第一横向方向30b与堆叠方向3正交地延伸。在加湿模块1的一个替代方案中，第一横向方向30a和第二横向方向30b彼此正交地延伸。保持部件6中的两个第一孔10两者每个都经由第一连接部分16连接到中央孔15以与其流体地联通。两个第二孔11也均可以都经由第二连接部分(但没有在图中示出)连接到中央孔15以与其流体地联通。两个第一连接部分16形成为向着实施为板状保持框架的保持部件6的上侧开放。两个第二连接部分可形成为向着形成为板状保持框架的保持部件6的下侧开放(但没有在图中示出)。第一封闭部件13a和第二封闭部件13b每个具有密封表面17。这些密封表面17和至少一个膜衬里4的当在堆叠方向3上观察时的横截面实施为具有大致相同的轮廓。

在图1、2和6，所有膜衬里4实现为具有相互重合并当在堆叠方向3上观察时与两个封闭部件13a和13b的密封表面17的轮廓大致相同的轮廓。封闭部件13的密封表面17和膜衬里4的当在堆叠方向3上观察时的横截面的该大致相同的轮廓有利地是轴向或点对称的。由此获得如图3和图4a至4c所示的膜衬里4的设计选项。当然，本领域技术人员知悉，膜衬里4的当在堆叠方向3上观察时的横截面以及封闭部件13a和13b的密封表面17可实施成的多种其它形式。

在加湿模块1的一个替代方案中，如图5a和5b所示的第一封闭部件13a具有旁通流体管道19。旁通流体管道19能够通过可调节阀门装置18至少部分地被封闭。旁通流体管道19将第一封闭部件13a的第一或第二流体连接部14a或14b经过第一或第二流体路径5a和5b连接到第一或第二流体收集管道9a或9b，以与其流体地联通。第二封闭部件13b可附加地或替代地也包括这样的能够通过可调节阀门装置18至少部分地被封闭的旁通流体管道19。该旁通流体管道19则分别将第二封闭部件13b的第一或第二流体连接部14a或14b分别经过第一或第二流体路径5a或5b连接到第一或第二流体输配管道8a或8b，以与其流体地联通。

在图6中示例性地示出加湿模块1的另一研发方案，其中加湿模块1包括额外的第一液体分离器20a。该第一液体分离器20a可用作用于使得液体分别与第一或第二流体2a或2b分离的预分离器，设置在第一或第二封闭部件13a或13b的密封表面17与最接近的膜衬里4的面向该封闭部件13a或13b的上侧或下侧之间。第一液体分离器20a具有分离器内部21。第一液体分离器20a的分离器内部21将与第一液体分离器20a相邻设置的第一或第二封闭部件13a或13b的第一流体连接部14a连接到第一流体输配管道8a以与其流体地联通。第一液体分离器20a也可集成在相应的封闭部件13a或13b中。在第一液体分离器20a之外，如图6所示，加湿模块可包括第二液体分离器20b。在第一液体分离器20a实现预分离器的功能的情况下，所述第二液体分离器可用于分别存在于第一或第二流体2a或2b的液体的最终分离。第二液体分离器20b设置在第一或第二封闭部件13a或13b中的另一个的密封表面17与最接近的膜衬里4的面向第一或第二封闭部件13a或13b中的所述另一个的上侧或下侧之间。第二液体分离器20b具有分离器内部21。第二液体分离器20b的分离器内部21将与第二液体分离器20b相邻设置的相应封闭部件13a或13b的第二流体连接部14b连接到第一流体收集管道9a以与其流体地联通。第二液体分离器20b也可集成在上述封闭部件13a或13b中。如在图6中对于第一液体分离器20a所示例性地示出的，各液体分离器20a或20b中的一个可在其分离器内部21中具有翼结构22，以使得液体与第一或第二流体2a或2b分离。翼结构22包括彼此间隔的多个翼。在图6的例子中，翼结构22的这些翼设置为彼此平行并横向于第一或第二流体2a或2b的流动方向地延伸。该流动方向通过流动箭头示出。当然，其它的翼设置选项也是可行的，由此例如设置为不彼此平行或与流动方向成角度地延伸。在其分离器内部21中，液体分离器20a或20b中的一个可具有分隔分离器内部21的喷嘴板24。喷嘴板24具有至少一个第一加速开口，第一或第二流体2a或2b分别通过该第一加速开口加速。在其分离器内部21中，上述液体分离器20a或20b还包括偏向板26，所述偏向板如此地设置为与喷嘴板24相距一距离以使得加速的第一或第二流体2a或2b在加湿模块1工作期间撞击该偏向板26。喷嘴板24可以还包括能够通过可设置封闭元件至少部分地被封闭的至少一个第二加速开口。在图中没有示出包括这种可设置封闭元件的这种第二加速开口。液体分离器20a或20b中的至少一个有利地具有插件31。插件31可具有液体出口32。在加湿模块1的一个替代方案中，间隔装置33附接到膜衬里4中至少一个的膜7。该间隔装置33以稳定化的方式确保膜7在加湿模块1工作期间保持在其位置上。间隔装置33和/或膜7可固定地连接到上述膜衬里4的保持部件6。间隔装置33和/或膜7与保持部件6的固定连接可通过丝印工艺或高频焊接来实现。

图7示出了与上述说明相比具有加湿器块23的一个替代设计的根据本发明的加湿模块1的截面，根据图7，存在于加湿器块23中的不透气但可透湿的膜7可设计为空心纤维膜34。空心纤维膜34均可以封闭空腔35。空腔35均可以形成或限定第一流体路径5a中的一个。第一流体2a可因此沿着第一流体路径5a流过空腔35。空心纤维膜34均可以在其背离空腔35的外侧36限定第二流体路径5b。这意味着第二流体路径5b可由空心纤维膜34之间的空间形成。第二流体路径5b可因此如此地被第二流体2b流过，使得第二流体2b沿着第二流体路径5b流过空心纤维膜34之间的空间并在空心纤维膜34的外侧36上流动。空心纤维膜34可沿着共同的纵向方向25延伸。空心纤维膜34可设置为彼此大致平行并相距一距离。空心纤维膜34可设置为在加湿器块23的高度方向45上彼此相距一距离。在空心纤维膜34之间可设置有间隔器以确保空心纤维膜34之间的距离，但为了清晰，这在图7中没有示出。空心纤维膜34均可以具有当在纵向方向25上观察时大致恒定的横截面。加湿模块1的加湿器块23可包括沿着纵向方向25延伸的壳体37。壳体37可限定和至少部分地围绕壳体内部38。壳体内部38可包括中央室39、流体输配室41和流体收集室42。在壳体内部38中可设置有两个密封板40。密封板40可设置为在纵向方向25上彼此相距一距离。密封板40可将壳体内部38分为流体输配室41、中央室39和流体收集室42。流体输配室41和流体收集室42可在纵向方向25上彼此相对地通过两个密封板40与中央室39分离。空心纤维膜34可设置在壳体内部38中。空心纤维膜34可如此地设置在壳体内部38中，以使得在壳体内部38的中央室39中分别存在空心纤维膜34的中央部分43。在中央室39中，第二流体路径2b可由空心纤维膜34的中央部分43的外侧36限定。空心纤维膜34均可以具有在纵向方向25上彼此相对的两个端部部分44。端部部分44均可以沿着纵向方向通到中央部分43。两个端部部分44均可以如此地穿入密封板40中的一个，以使得流体输配室41和流体收集室42经由所述空心纤维膜34的空腔35彼此流体地连接。第一流体2a由此可从流体输配室41被输配到由空腔35限定的第一流体路径5a，并在流过第一流体路径5a之后，使用流体收集室42再次被收集，第一流体2a不达到壳体内部38的中央室39由此不达到第二流体路径5b。壳体37可具有两个端板46，以针对环绕加湿器块23的外部环境流体密封的方式，其中一个密封流体输配室41，一个密封流体收集室42。

壳体37可具有可用于从壳体38内排出液体的液体排出器47。加湿模块1可具有第一流体连接部14a，第一流体2a在加湿模块1工作期间通过该第一流体连接部进入加湿模块1或加湿器块23，并进入膜7的空腔35中。经由第一流体路径5a流过空腔35的第一流体2a可通过加湿模块1的第二第一流体连接部14a’流出加湿模块1。此外，第二流体2b可流过加湿模块1或加湿器块23，围绕空心纤维膜35在其外侧36流动。也就是说，空心纤维膜34之间的空间可形成用于第二流体2b的第二流体路径5b。加湿模块1可具有第一第二流体连接部14b，第二流体2b通过该第一第二流体连接部进入加湿模块1。第二流体2b可通过加湿模块1的第二第二流体端口14b’流出加湿模块1。在此，第一第一流体连接部14b和第二第一流体连接部14a’可沿着纵向方向25设置在加湿模块1的相对的加湿器侧，而第二第二流体连接部14b和第二第二流体连接部14b’可沿着横向于纵向方向25延伸的高度方向45设置在加湿模块1的相对的加湿器侧。第一流体2a可沿着纵向方向25根据空心纤维膜34的延伸流动，而第二流体2b围绕空心纤维膜34在外侧流动并由此具有横向于纵向方向25的流动方向，尤其是高度方向45。设计为空心纤维膜34的膜7的可透湿的设计允许第一流体2a与第二流体2b之间的湿度交换。可考虑第一流体2a会从第二流体2b吸收湿度。也可考虑第二流体2b从第一流体2a吸收湿度。图7还示出带有包括空心纤维膜34的加湿器块23的加湿模块1可具有第一流体分离器20a。此外，加湿模块1可包括第二液体分离器20b。液体分离器20a和20b可以以与上述的图6所示的例子相同的方式来设置和布置。加湿模块1的第一液体分离器20a可在第一或第二流体路径5a、5b的第一端部部分e1处流体地连接到第一或第二流体路径5a、5b。第二液体分离器20b可在第一或第二流体路径5a、5b的与第一端部区域e1相对的第二端部区域e2处流体地连接到第一或第二流体路径5a、5b，使得第一液体分离器20a用作预分离器并且第二液体分离器20b用作后分离器，或相反。

图8示出一个带有根据本发明的加湿模块1的燃料电池系统48的高度简化的示意图的例子。燃料电池系统48可具有带有阳极侧49和阴极侧50的燃料电池27。燃料电池27的阳极侧49可被供给阳极气体53，而阴极侧50可被供给阴极气体52。在燃料电池27工作期间，可产生液体和/或气态水，其从燃料电池27与燃料电池排放气体51一起排出。通过加湿模块1，含水的燃料电池排放气体51可用于对阴极气体52进行加湿。在所示例子中，阴极气体52可以是用于沿着第一流体路径5a流过加湿模块1的第一流体2a，而燃料电池排放气体51可以是用于通过第二流体路径5b流过加湿模块1的第二流体2b。相应地，燃料电池排放气体1可经由膜7将呈水或水蒸气形式的湿度释放给阴极气体52。这防止损坏燃料电池27和/或改善燃料电池27的工作。

原则上，如果阴极气体52过于潮湿，还可以将加湿模块1用作除湿器。过剩湿度可从阴极气体52转移到更不潮湿的燃料电池排放气体51。在该情况下，湿度可从第一流体2a(即从阴极气体52)转移到第二流体2b(即燃料电池排放气体51)。还可考虑在燃料电池系统48的重整器(在此未示出)前方使用加湿模块1，以生成阳极气体53，以对要供给给重整器的流体或气体(例如空气)进行加湿。

本发明的范围还延伸到如示例性地在图3和图4a至4c中所示的用于加湿模块1的膜衬里4。