加湿器、板、装置以及机动车的制作方法

本发明涉及一种加湿器，具有燃料电池的装置以及机动车。

背景技术：

加湿器用于为待加湿的气体输送湿气。加湿器尤其地使用在带有至少一个燃料电池的装置的运行中。燃料电池用于将化学能直接转化成电能。其可以静止或者移动地应用。示例性的应用领域是在机动车中。加湿器用于例如借助于燃料电池的废气来加湿用于燃料电池的输送空气，燃料电池的废气通常具有高的湿度。

基本上，加湿器构造成，在加湿区间上，待加湿的气体和加湿用的气体可通过可透过水的材料相互分离地被引导经过彼此，使得以气态、液态或汽相的水从第二气体中转移到第一气体中。

那么，例如由文件DE10102447A1已知一种加湿器，其设置成用于与燃料电池一起使用。该加湿器包括：多个组合的可透过水的膜片，其中，通过在膜片中流动有带有不同湿度含量的不同气体并且在不同的气体之间进行湿度交换从而通过带有较大湿度含量的另一湿的气体加湿带有较小湿度含量的干的气体，可透过水的膜片中的每一个都产生经加湿的气体。

加湿器的另一形式使用空心纤维。如此，文件DE 102 44 707 A1说明了一种用于在湿的与干的气体流之间交换湿气、尤其地水或水蒸气的装置。在此，空心纤维用于分离两个气体流彼此。文件DE 101 02 358 A1也说明了一种加湿器，其包括壳体，壳体容纳大量在壳体的纵向流动的方向上布置的可透水的空心纤维膜片，其中，带有不同湿度含量的两种不同的气体分离地被引导通过在空心纤维膜片束之外的空间并且通过空心纤维膜片束的内部，以便于经由空心纤维膜片交换其湿度，其中，为带有更小的湿度含量的干燥气体加湿。

在文件DE 102 44 707 A1中阐述的壳体是立方体的，而文件JP H07-71795研究了在圆柱形的壳体中的加湿器。

作者Kadylak, David Erwin所著的“Effectiveness method for heat and mass transfer in membrane humidifiers”(2009年4月，英国哥伦比亚大学，温哥华，加拿大)讨论了影响加湿器中的水输送的变量和参数，并且尤其地阐述了加湿器几何形状和流动条件与性能的相关性。在此确定，通过高压差的膜片孔驱动毛细管的水输送。

为了使渗入加湿器模块之间的自由空间中的空气流的压力损失均匀化，文件DE 10 2008 006 793 A1提出了带有两个彼此倾斜的流入面的加湿器模块的构造方案。

技术实现要素：

本发明所研究的任务是，改善从湿的气体到待加湿的气体的湿转移。

为此，提出根据权利要求1所述的加湿器。此外，根据权利要求3所述的板和根据权利要求8所述的带有燃料电池和根据本发明的用于借助于燃料电池的废气加湿用于燃料电池的空气输送的根据本发明的加湿器的装置。最终，还提出一种带有根据本发明的装置的根据权利要求9所述的机动车。

根据本发明提出的加湿器包括至少一个加湿通道，其中，加湿器设计成，在加湿通道中待加湿的第一气体可在流动方向上并且通过可透水的材料分离地被引导经过加湿用的第二气体，从而水从第二气体中转移到第一气体中。根据本发明提出的加湿器的特征在于，提供给第一气体的加湿通道的横截面在流动方向上减小。

横截面的减小引起在加湿通道上的压力下降，该压力下降减小、补偿或过补偿由于越来越多的加湿引起的压力增加，从而尽管在加湿通道区间上的湿转移，在第一与第二气体之间分压差保持很大。

在有利的实施形式中，加湿器可包括壳体，通过壳体限制加湿通道。在此，加湿器可包括多个由可透水的材料制成的空心纤维以用于通过第二气体，其中，空心纤维在壳体中垂直于流动方向延伸，其中，在流动方向上空心纤维的布置密度是恒定的并且壳体在流动方向上变细。

由可透水的材料制成的根据本发明提出的板在面式的侧上具有接片，其在流动方向上延伸并且限制加湿通道。板的特征在于，在接片之间的距离在流动方向上单调减小。

板的优点同样在于，尽管在加湿通道区间上的湿转移，在第一与第二气体之间的分压差保持很大。

在一有利的实施形式中，板可具有多个接片，其限制多个彼此平行的加湿通道，其中，接片的宽度在流动方向上单调增大，从而加湿通道的横截面在流动方向上减小。

此外可行的是，板在另一面式的侧上具有向流动方向延伸的其它接片，其中，所述其它接片之间的距离在流动方向上单调增大。

在另一实施形式中，加湿器可在壳体中具有至少一个根据本发明的板。

由其它在从属权利要求中所提到的特征得到本发明的其它优选的设计方案。

如果在具体情况中没有特别地阐述，在本申请中所述的本发明的不同的实施形式可有利地相互组合。

附图说明

下面在实施例中根据从属的附图阐述本发明。其中：

图1显示了根据现有技术的第一加湿器，

图2显示了第二加湿器，其示出了本发明的实施例，

图3以俯视图示出了由可透水的材料制成的根据现有技术的第一板，

图4以截面图显示了第一板，

图5以俯视图显示了由可透水的材料制成的第二板，其中，第二板是本发明的实施例，以及

图6以截面图显示了根据本发明的第二板。

具体实施方式

在图1中显示的根据现有技术的第一加湿器10包括壳体20，带有平行的空心纤维130的空心纤维束布置在壳体20中。空心纤维130在束中的密度在此是恒定的。

所显示的壳体20是带有矩形基础面地圆柱形的且限制加湿通道，加湿通道在平行于基础面的流动方向上延伸。在所显示的加湿器10中，空心纤维130垂直于基础壁伸延，并且由此垂直于流动方向且平行于壳体的侧壁伸延。未彼此邻接的且因此在该示例中彼此平行的侧壁中的两个包括第一气体输入部和第一气体输出部，第一气体可通过第一气体输入部和第一气体输出部被引导到壳体20中并且从壳体中被引出。

第二气体可从第二气体输入部被引导到第二气体输出部。在所示出的示例中，空心纤维的端部形成第二气体输入部和第二气体输出部。

空心纤维130密度均匀地布置在壳体20中。空心纤维130由可透水的材料制成并且允许湿气毛细管式地通过材料的孔，然而不允许气体通过。这实现，例如湿的气体被引导通过空心纤维130并且待加湿的气体绕空心纤维130被引导。备选地，待加湿的气体被引导通过空心纤维130并且湿的气体绕空心纤维130被引导。

在图2中显示了带有壳体200的第二加湿器100，其示出了本发明的实施例。所显示的第二加湿器100的壳体200包括加湿通道210并且是圆柱形的。在壳体200中布置有带有平行的空心纤维130的空心纤维束。在此，空心纤维130在束中的密度是恒定的。在根据本发明的加湿器100的实施例中，壳体的基础壁110,120是梯形的。空心纤维130又垂直于基础壁伸延并且由此平行于壳体200的侧壁伸延，除了彼此平行的基础壁110,120，壳体200附加地具有一对平行的侧壁140,150和一对不平行的侧壁。该对平行的侧壁140,150具有第一气体输入部和第一气体输出部，第一气体可通过第一气体输入部和第一气体输出部被引导到壳体200中并且从壳体200中被引出。从第一气体输入部到第一气体输出部的流动方向垂直于空心纤维130的延伸方向。空心纤维130的面密度在壳体100中在每个垂直于流动方向的平面中都是恒定的，待加湿的第一气体在该流动方向上被引导。在此，第一气体通过其被引入加湿通道中的第一气体输入部被较大的平行的侧壁140包围，而第一气体通过其从加湿通道中被引出的第一气体输出部被较小的平行的侧壁150包围。因此，加湿通道的横截面在流动方向上减小。

空心纤维130由可透水的材料制成并且允许湿气毛细管式地通过材料的孔，然而不允许气体通过。

现在，如果待加湿的第一气体在壳体200中围绕空心纤维130从第一气体输入部流向第一气体输出部并且湿的第二气体流过空心纤维130，则在第一与第二气体之间的湿气的分压差保持较大，因为在环流空心纤维的情况中由于湿转移在第一气体中引起的湿气的分压增加而减小、补偿或过补偿由于横截面变化的压力减小。保持不变的分压差引起从第二到第一气体的保持不变地良好的湿转移。

图3以俯视图显示了由可透水的材料制成的根据现有技术的第一板40并且图4以沿着图3中以A表示的线的截面显示了第一板40。这种由可透水的材料制成的板40也被称为膜片加湿器板，其允许湿气毛细管式地通过材料的孔。

在板40的面式的侧上构造有同样高地伸出的且彼此平行地伸延的接片41,42，其形成敞开的通道51,61。接片41,42中的每一个具有恒定的宽度并且通道51,61中的每一个具有恒定的宽度，其中，不同的接片41,42和/或通道51,61可具有不同的宽度。如果通过板40在壳体中的布置方案来封闭通道51,61，则待加湿的第一气体可通过通道51在板40的面式的侧中的一个上被引导，并且加湿用的第二气体在对流中通过通道61在板40的另一面式的侧上被引导。与水在第一与第二气体之间的分压差异相关地，湿气通过板扩散并且加湿第一气体。

图5以俯视图显示了由可透过水的材料制成的第二板400，其允许湿气毛细管式地通过材料的孔，并且图6以沿着在图5中以B表示的线的截面显示了第二板400。在图5和6中示出的板400是本发明的实施例。

在板400的面式的侧上又构造有同样高地伸出的接片410,420，其形成敞开的通道510,610。虽然，通道510,610基本上平行地伸延，然而通道510,610的侧壁不是平行地伸延，因为，通道510,610的宽度在板500的长度上线性变化。这通过接片510,610实现，接片510,610在板500的长度上线性地变得更宽。

在此，在板100的面式的侧上的接片410与在另一面式的侧上的接片420相反地变细。然而也可行的是，在板100的面式的侧上的接片410与在另一面式的侧上的接片420相同指向地变细。

也可行的是，通过两个不平行的辅助接片代替在两个通道510,610之间的每个接片410,420，在辅助接片之间保留不是用作通道的自由空间。

板400由可透水的材料制成并且允许湿气毛细管式地通过材料的孔，然而不允许气体通过。

如果通过板400在壳体中的布置方案来封闭通道，则待加湿的第一气体可通过通道510在板的面式的侧中的一个上被引导，并且加湿用的第二气体在对流中通过通道610在板的另一面式的侧上被引导。与水在第一与第二气体之间的分压差异相关地，湿气通过板扩散并且加湿第一气体。在此，在整个区间上的分压差保持足够大以用于高效的湿转移并且相应地保持第一气体的良好加湿和/或第二气体的除湿。

在所示出的且说明的实施例中，用于通过待加湿的气体的一个或多个通道的宽度或横截面线性的变化。然而，在本发明的思想中其它宽度变化也是可行的。本发明的效果基于通道宽度或通道横截面在流动方向上的减小。对于本发明的效果而言，当在输入侧上的通道宽度或通道横截面大于在输出侧上时，就足够，待加湿的气体在输入侧上被输送给通道，已加湿的气体在输出侧上从通道中被导出。

附图标记清单

10,100加湿器

20,200壳体

210加湿通道

110,120基础壁

130可透水的材料，构造成空心纤维或带有接片的板

140,150壳体的平行的侧壁

40,400板

41,42恒定宽度的接片

410,420带有变化的宽度的接片

51,61恒定的宽度的通道

510,610带有变化的宽度的通道