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DE102024201256A1 - Device for humidifying a gas stream and air system for supplying at least one fuel cell stack with air - Google Patents

Device for humidifying a gas stream and air system for supplying at least one fuel cell stack with air

Info

Publication number
DE102024201256A1
DE102024201256A1 DE102024201256.4A DE102024201256A DE102024201256A1 DE 102024201256 A1 DE102024201256 A1 DE 102024201256A1 DE 102024201256 A DE102024201256 A DE 102024201256A DE 102024201256 A1 DE102024201256 A1 DE 102024201256A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
water
gas stream
air
flow
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024201256.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Sebastian Hoffmann
Dirk Schnittger
Janis Zeiser
Konstantin Lindenthal
Pascal Woerner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102024201256.4A priority Critical patent/DE102024201256A1/en
Priority to PCT/EP2025/051442 priority patent/WO2025172003A1/en
Publication of DE102024201256A1 publication Critical patent/DE102024201256A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Befeuchten eines Gasstroms (1) mit Hilfe eines wasserhaltigen weiteren Gasstroms (2), aufweisend ein Gehäuse (3), durch das sich jeweils ein Strömungspfad (4) für die beiden Gasströme (1, 2) erstreckt, wobei der Strömungspfad (4) für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom (2) über mehrere parallel verlaufende Strömungskanäle (5) führt, über die ein geodätisch höher liegender Einlassbereich (6) mit einem geodätisch tiefer liegenden Auslassbereich (7) verbunden ist, in dem Wasserfangelemente (8) zum Abscheiden von Wasser aus dem wasserhaltigen weiteren Gasstrom (2) angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Luftsystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (100). The invention relates to a device (100) for humidifying a gas stream (1) with the aid of a further water-containing gas stream (2), comprising a housing (3) through which a flow path (4) for each of the two gas streams (1, 2) extends, wherein the flow path (4) for the further water-containing gas stream (2) leads via a plurality of parallel flow channels (5) via which a geodetically higher inlet region (6) is connected to a geodetically lower outlet region (7) in which water-catching elements (8) for separating water from the further water-containing gas stream (2) are arranged.
The invention further relates to an air system with a device (100) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befeuchten eines Gasstroms, wobei es sich insbesondere um einen Luftstrom handeln kann, der einem Brennstoffzellenstapel über ein Luftsystem zugeführt wird. Die Erfindung betrifft daher ferner ein Luftsystem zur Versorgung mindestens eines Brennstoffzellenstapels mit Luft, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.The invention relates to a device for humidifying a gas stream, which may in particular be an air stream that is supplied to a fuel cell stack via an air system. The invention therefore further relates to an air system for supplying at least one fuel cell stack with air, which comprises a device according to the invention.

Bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind mobile Brennstoffzellensysteme bzw. Fahrzeuge, bei denen Antriebsenergie durch mindestens einen Brennstoffzellenstapel erzeugt wird.The preferred field of application of the invention is mobile fuel cell systems or vehicles in which drive energy is generated by at least one fuel cell stack.

Stand der TechnikState of the art

Bei Fahrzeugen, bei denen Antriebsenergie durch ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel oder Brennstoffzellensysteme geliefert wird, wird in der Regel das Oxidationsmittel Sauerstoff aus der Umgebungsluft benutzt, um in der Brennstoffzelle mit Wasserstoff zu Wasser bzw. Wasserdampf zu reagieren und damit durch elektrochemische Wandlung eine elektrische Leistung zu liefern. Die Umgebungsluft wird dem Brennstoffzellenstapel mit Hilfe eines Luftförder- und Luftverdichtungssystems dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen, da die elektrochemische Wandlung einen gewissen Luftmassenstrom und ein gewisses Druckniveau erfordert. Die Verdichtung der Luft erfolgt in der Regel mit Hilfe einer thermischen Strömungsmaschine, welche elektromotorisch angetrieben wird. Optional kann diese mit einer Turbine gekoppelt werden, der die aus dem Brennstoffzellenstapel austretende feuchte Luft bzw. Abluft zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Abgasenthalpie zur Energie-Rückgewinnung genutzt werden. Bei mehrstufiger Luftverdichtung mit mehreren Luftverdichtern bzw. Welle-Rotor-Einheiten ist in der Regel zumindest eine Welle-Rotor-Einheit mit einer Abluft-Turbine verbunden.In vehicles where propulsion energy is supplied by one or more fuel cell stacks or fuel cell systems, the oxidant oxygen from the ambient air is typically used to react with hydrogen in the fuel cell to form water or water vapor, thereby generating electrical power through electrochemical conversion. The ambient air is fed to the fuel cell stack using an air conveying and compression system, as the electrochemical conversion requires a certain air mass flow and a certain pressure level. The air is typically compressed using a thermal turbomachine driven by an electric motor. Optionally, this can be coupled to a turbine, to which the moist air or exhaust air exiting the fuel cell stack is fed. In this way, the exhaust gas enthalpy can be used for energy recovery. In multi-stage air compression with multiple air compressors or shaft-rotor units, at least one shaft-rotor unit is typically connected to an exhaust air turbine.

Da sich die Luft beim Verdichten stark erwärmt, wird sie vor dem Eintritt in den Brennstoffzellenstapel mit Hilfe eines Kühlers gekühlt. Zur weiteren Konditionierung wird die Luft in der Regel befeuchtet. Das Befeuchten der Luft soll ein Austrocknen der Membranen der Brennstoffzellen verhindern. Denn die Protonenleitfähigkeit der Membranen hängt wesentlich davon ab, dass eine ausreichende Menge Wasser in ihrer Struktur eingelagert ist. Zum Befeuchten kann ein Gas-zu-Gas-Membranbefeuchter eingesetzt werden, in dem die zu befeuchtende Luft an der feuchten Abluft vorbeigeführt wird. Die Abluft gibt dann einen Teil des enthaltenen Wassers an die zu befeuchtende Luft ab. Der in der Abluft verbleibende Teil des enthaltenen Wassers kann mit Hilfe eines Wasserabscheiders vom Abluftstrom getrennt werden, was insbesondere von Vorteil ist, wenn der Abluftstrom anschließend einer Turbine zur Energie-Rückgewinnung zugeführt werden soll. Denn das in der Abluft enthaltene Restwasser kann die Turbine durch Tropfenschlag bzw. Erosion schädigen.Because the air heats up considerably during compression, it is cooled using a cooler before entering the fuel cell stack. For further conditioning, the air is typically humidified. Humidifying the air is intended to prevent the fuel cell membranes from drying out. This is because the proton conductivity of the membranes depends largely on a sufficient amount of water being embedded in their structure. A gas-to-gas membrane humidifier can be used for humidification. The air to be humidified is passed past the moist exhaust air. The exhaust air then releases some of its water content to the air to be humidified. The remaining water in the exhaust air can be separated from the exhaust air stream using a water separator. This is particularly advantageous if the exhaust air stream is subsequently fed into a turbine for energy recovery. This is because the residual water contained in the exhaust air can damage the turbine through droplet impact or erosion.

In einem Luftsystem kommen demnach eine Vielzahl unterschiedlicher Komponenten zum Einsatz. Da der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt ist, insbesondere in mobilen Anwendungen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Komponentenanzahl und damit den Bauraumbedarf zu senken.Accordingly, a multitude of different components are used in an air system. Since the available installation space is limited, especially in mobile applications, the present invention aims to reduce the number of components and thus the installation space required.

Zur Lösung der Aufgabe werden die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Luftsystem mit den Merkmalen des Anspruch 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve this object, the device having the features of claim 1 and the air system having the features of claim 9 are proposed. Advantageous further developments of the invention can be found in the respective subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum Befeuchten eines Gasstroms mit Hilfe eines wasserhaltigen weiteren Gasstroms. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, durch das sich jeweils ein Strömungspfad für die beiden Gasströme erstreckt, wobei der Strömungspfad für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom über mehrere parallel verlaufende Strömungskanäle führt, über die ein geodätisch höher liegender Einlassbereich mit einem geodätisch tiefer liegenden Auslassbereich verbunden ist, in dem Wasserfangelemente zum Abscheiden von Wasser aus dem wasserhaltigen weiteren Gasstrom angeordnet sind.A device for humidifying a gas stream with the aid of a further water-containing gas stream is proposed. The device comprises a housing through which a flow path for each of the two gas streams extends. The flow path for the further water-containing gas stream leads through several parallel flow channels, via which a geodetically higher inlet region is connected to a geodetically lower outlet region, in which water trapping elements are arranged to separate water from the further water-containing gas stream.

Mit Hilfe der vorgeschlagenen Vorrichtung kann demnach nicht nur ein Gasstrom befeuchtet, sondern ferner ein feuchter bzw. wasserhaltiger Gasstrom entfeuchtet bzw. getrocknet werden. Das heißt, die vorgeschlagene Vorrichtung die Funktion eines Befeuchters und die Funktion eines Wasserabscheiders übernimmt. Durch Integration dieser Funktionen in eine Vorrichtung kann die Komponentenanzahl in einem Luftsystem reduziert werden. Dies hilft Bauraum, Gewicht und Kosten einzusparen. Bei Anwendung in einem Luftsystem zur Versorgung eines Brennstoffzellenstapels mit Luft können zudem Dicht- und Schnittstellen reduziert werden. Ferner werden weniger Montageschritte zur Herstellung des Luftsystems benötigt.With the help of the proposed device, not only can a gas stream be humidified, but also a humid or water-containing gas stream can be dehumidified or dried. This means that the proposed device performs the function of a humidifier and a water separator. By integrating these functions into one device, the number of components in an air system can be reduced. This helps save space, weight, and costs. When used in an air system to supply a fuel cell stack with air, seals and interfaces can also be reduced. Furthermore, fewer assembly steps are required to manufacture the air system.

Durch die laminare Strömung des wasserhaltigen weiteren Gasstroms im Bereich der Strömungskanäle wird ein Teil des enthaltenen Wassers bereits abgeschieden. Ein weiterer Teil, vorzugsweise der gesamte restliche Teil, wird im Auslassbereich mit Hilfe der Wasserfangelemente vom Gasstrom getrennt. Auf einen nachgeschalteten, separaten Wasserabscheider kann dadurch verzichtet werden.Due to the laminar flow of the water-containing gas stream in the area of the flow channels, a portion of the water contained is already separated. Another portion, preferably the entire remaining portion, is separated from the gas stream in the outlet area with the help of the water trap elements. separated. This eliminates the need for a separate downstream water separator.

Bevorzugt sind die Strömungskanäle für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom in der finalen Einbaulage der Vorrichtung im Wesentlichen vertikal ausgerichtet. Auf diese Weise kann neben der Gasströmung die Schwerkraft für den Wassertransport genutzt werden. Da in mobilen Anwendungen die Vorrichtung in eine Schräglage gelangen kann, beispielsweise bei einer Bergfahrt des Fahrzeugs, kann die Ausrichtung der Strömungskanäle variieren.Preferably, the flow channels for the additional water-containing gas flow are oriented substantially vertically in the final installation position of the device. This allows gravity to be used for water transport in addition to the gas flow. Since the device may be tilted in mobile applications, for example, when driving uphill, the orientation of the flow channels can vary.

Die Einbaulage der Vorrichtung ist vorzugsweise so zu wählen, dass der Einlassbereich immer geodätisch höher, das heißt über dem Auslassbereich liegt. Der wasserhaltige weitere Gasstrom wird demnach vom Einlassbereich über die Strömungskanäle in den Auslassbereich im Wesentlichen von oben nach unten geführt. Wasser, das in Form von Wasserdampf im Gasstrom enthalten ist, wird dabei durch Kondensationseffekte, die beispielsweise auf Temperatur- und/oder Druckunterschiede zurückzuführen sind, als flüssiges Wasser ausgeschieden.The installation position of the device should preferably be selected so that the inlet area is always geodetically higher, i.e., above the outlet area. The additional water-containing gas flow is thus guided from the inlet area through the flow channels into the outlet area, essentially from top to bottom. Water contained in the gas flow in the form of water vapor is separated as liquid water through condensation effects, which are attributable, for example, to temperature and/or pressure differences.

Ferner bevorzugt ist bzw. sind der Einlassbereich und/oder der Auslassbereich im Wesentlichen senkrecht zu den Strömungskanälen ausgerichtet, so dass der wasserhaltige weitere Gasstrom mit Eintritt in die Strömungskanäle und/oder mit Austritt aus den Strömungskanälen umgelenkt wird. Die Umlenkung ermöglicht eine geringe Bauhöhe des Einlassbereichs und/oder des Auslassbereichs, so dass sich der Bauraumbedarf weiter verringert. Ferner kann über den Einlassbereich der Gasstrom auf alle Strömungskanäle verteilt werden. Über den Auslassbereich können die aus den Strömungskanälen austretenden Gasströme zusammengeführt werden.Furthermore, the inlet region and/or the outlet region is/are preferably oriented substantially perpendicular to the flow channels, so that the water-containing additional gas flow is deflected upon entering the flow channels and/or upon exiting the flow channels. This deflection enables a low overall height of the inlet region and/or the outlet region, thus further reducing the space requirement. Furthermore, the gas flow can be distributed to all flow channels via the inlet region. The gas flows exiting the flow channels can be combined via the outlet region.

Der Strömungspfad für den zu befeuchtenden Gasstrom ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu den Strömungskanälen des Strömungspfads für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom ausgerichtet ist, so dass die beiden Gasströme im Kreuzstrom aneinander vorbeigeführt werden. Diese Führung der Gasströmung fördert die Befeuchtung des zu befeuchtenden Gasstroms, so dass hierüber bereits ein Großteil des im weiteren Gasstrom enthaltenen Wassers abgeschieden werden kann.The flow path for the gas stream to be humidified is preferably oriented substantially perpendicular to the flow channels of the flow path for the water-containing additional gas stream, so that the two gas streams pass each other in crossflow. This gas flow guidance promotes the humidification of the gas stream to be humidified, allowing a large portion of the water contained in the additional gas stream to be separated.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ragen die im Auslassbereich angeordneten Wasserfangelemente von einem Boden des Auslassbereichs in den Strömungspfad des wasserhaltigen weiteren Gasstroms hinein, so dass sie vom wasserhaltigen weiteren Gasstrom überströmt werden. Die Höhe der Wasserfangelemente ist demnach geringer als die Höhe des Auslassbereichs, so dass der Strömungspfad nur teilweise durch die Wasserfangelemente eingeschränkt wird. An den Wasserfangelementen bleiben vom Gasstrom mitgeführte Wassertropfen hängen und gleiten schwerkraftgetrieben an diesen herab, so dass sie sich am Boden des Auslassbereichs sammeln.According to a preferred embodiment of the invention, the water-collecting elements arranged in the outlet region protrude from a bottom of the outlet region into the flow path of the additional water-containing gas stream, so that the additional water-containing gas stream flows over them. The height of the water-collecting elements is therefore less than the height of the outlet region, so that the flow path is only partially restricted by the water-collecting elements. Water droplets entrained by the gas stream cling to the water-collecting elements and slide down them under gravity, collecting at the bottom of the outlet region.

Bevorzugt sind die Wasserfangelemente in Strömungsrichtung des wasserhaltigen weiteren Gasstroms in Reihe geschaltet. Das heißt, dass die Wasserfangelemente nacheinander überströmt werden, so dass mit der Anzahl der Wasserfangelemente, die überströmt werden, die Abscheiderate steigt.Preferably, the water collection elements are connected in series in the flow direction of the additional water-containing gas stream. This means that the water collection elements are flowed over one after the other, so that the separation rate increases with the number of water collection elements over which the water is flowed.

Des Weiteren bevorzugt sind die Wasserfangelemente in Strömungsrichtung des wasserhaltigen weiteren Gasstroms konkav ausgeführt. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Wasserfangelement gegen die Strömungsrichtung des wasserhaltigen weiteren Gasstroms gekippt sind. Beide Maßnahmen - jeweils allein oder in Kombination - führen zur Ausbildung eines Auffangraums, in dem vom Gasstrom getrenntes Wasser gesammelt werden kann. Durch den Strömungsdruck des Gasstroms, der die Wasserauffangelemente überströmt, wird zugleich das in den Auffangräumen gesammelte Wasser zu einer Seite getrieben, von wo aus es abgeführt werden kann.Furthermore, the water collection elements are preferably designed to be concave in the flow direction of the additional water-containing gas stream. Alternatively or additionally, it is proposed that the water collection elements be tilted against the flow direction of the additional water-containing gas stream. Both measures – either alone or in combination – lead to the formation of a collection chamber in which water separated from the gas stream can be collected. The flow pressure of the gas stream flowing over the water collection elements simultaneously forces the water collected in the collection chambers to one side, from where it can be drained away.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Auslassbereich über mindestens eine, vorzugsweise bodenseitig angeordnete, Öffnung mit einem Wasserablauf verbunden ist. Die mindestens eine Öffnung kann sich beispielsweise entlang einer Seite des Auslassbereichs erstrecken, so dass zu dieser Seite getriebenes Wasser über die Öffnung in den Wasserablauf gelangt.In a further development of the invention, it is proposed that the outlet area be connected to a water drain via at least one opening, preferably arranged at the bottom. The at least one opening can, for example, extend along one side of the outlet area, so that water driven to this side flows into the water drain via the opening.

Der Wasserablauf ist vorzugsweise unterhalb des Auslassbereichs angeordnet. Das an die mindestens eine Seite des Auslassbereichs getriebene Wasser kann somit schwerkraftgetrieben in den Wasserablauf abgeführt werden. Ferner vorzugsweise ist der Wasserablauf trichterförmig ausgeführt. Das über die mindestens eine Seite des Auslassbereichs ablaufende Wasser kann über die Trichterform gesammelt und an einem vorzugsweise zentralen Punkt, aus der Vorrichtung abgelassen werden. Das Gehäuse kann in diesem Punkt einen Anschlussstutzen ausbilden, der den Anschluss einer Wasserleitung vereinfacht.The water drain is preferably located below the outlet area. The water driven to at least one side of the outlet area can thus be drained into the water drain by gravity. Furthermore, the water drain is preferably funnel-shaped. The water flowing through at least one side of the outlet area can be collected via the funnel shape and drained from the device at a preferably central point. The housing can form a connection piece at this point, which simplifies the connection of a water pipe.

Da die vorgeschlagene Vorrichtung insbesondere in einem Luftsystem zur Versorgung mindestens eines Brennstoffzellenstapels mit Luft zur Anwendung gelangen kann, wird darüber hinaus ein Luftsystem vorgeschlagen, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. In dem Luftsystem kann die Vorrichtung zum Befeuchten eines dem Brennstoffzellenstapel zugeführten Luftstroms verwendet werden. Zum Befeuchten kann insbesondere die Feuchtigkeit genutzt werden, die in der aus dem Brennstoffzellenstapel austretenden Luft bzw. Abluft enthalten ist. Der wasserhaltige weitere Gasstrom ist demnach ein weiterer Luftstrom.Since the proposed device can be used in particular in an air system for supplying at least one fuel cell stack with air, an air system is also proposed that comprises a device according to the invention. In the air system, the device can be used to humidify an air flow supplied to the fuel cell stack. For humidification, the moisture contained in the air or exhaust air exiting the fuel cell stack can be used. The additional water-containing gas stream is therefore another air stream.

Bevorzugt weist das Luftsystem einen Zuluftpfad zum Zuführen von Luft und einen Abluftpfad zum Abführen der aus dem Brennstoffzellenstapel austretenden Luft auf. Der Zuluftpfad führt dabei über den Strömungspfad für den zu befeuchtenden Gasstrom und der Abluftpfad führt über den Strömungspfad für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom durch das Gehäuse der Vorrichtung. Die Vorrichtung ist demnach sowohl in den Zuluftpfad als auch in den Abluftpfad des Luftsystems integriert. Dank der zusätzlichen Abscheidefunktion der Vorrichtung kann auf einen separaten Wasserabscheider verzichtet werden. Dies hilft Bauraum, Gewicht und Kosten einzusparen. Ferner werden Dicht- und Schnittstellen im Luftsystem reduziert.The air system preferably has an air supply path for supplying air and an exhaust path for removing the air escaping from the fuel cell stack. The air supply path leads via the flow path for the gas stream to be humidified, and the exhaust path leads via the flow path for the additional water-containing gas stream through the housing of the device. The device is thus integrated into both the air supply path and the exhaust path of the air system. Thanks to the additional separation function of the device, a separate water separator is no longer required. This helps save space, weight, and costs. Furthermore, seals and interfaces in the air system are reduced.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und
  • 2 eine vereinfachte, teilweise perspektivische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
The invention and its advantages are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a simplified longitudinal section through a device according to the invention and
  • 2 a simplified, partially perspective sectional view through a device according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Befeuchten eines Gasstroms 1. Bei dem Gasstrom 1 kann es sich beispielsweise um einen Luftstrom handeln, der über einen Zuluftpfad eines Luftsystems einem Brennstoffzellenstapel (nicht dargestellt) zugeführt wird. Zum Befeuchten wird der Gasstrom 1 innerhalb eines Gehäuses 3 der Vorrichtung 100 an einem wasserhaltigen weiteren Gasstrom 2 vorbeigeführt, wobei die beiden Gasströme 1, 2 getrennte Strömungspfade (4) nutzen. Eine Vermischung der Gasströme 1, 2 erfolgt demnach nicht. Der Strömungspfad 4 für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom 2 erstreckt sich über eine Vielzahl parallel angeordneter Strömungskanäle 5, einen den Strömungskanälen 5 vorgelagerten Einlassbereich 6 und einen den Strömungskanälen 5 nachgelagerten Auslassbereich 7. Über den Einlassbereich 6 wird der Gasstrom 2 auf die Strömungskanäle 5 verteilt. Über den Auslassbereich 7 werden die aus den Strömungskanälen 5 austretenden Einzel-Gasströme wieder zusammengeführt. 1 shows a device 100 according to the invention for humidifying a gas stream 1. The gas stream 1 can, for example, be an air stream that is supplied to a fuel cell stack (not shown) via an air supply path of an air system. For humidification, the gas stream 1 is guided past a further water-containing gas stream 2 within a housing 3 of the device 100, wherein the two gas streams 1, 2 use separate flow paths (4). Mixing of the gas streams 1, 2 therefore does not occur. The flow path 4 for the further water-containing gas stream 2 extends over a plurality of parallel flow channels 5, an inlet region 6 upstream of the flow channels 5 and an outlet region 7 downstream of the flow channels 5. The gas stream 2 is distributed to the flow channels 5 via the inlet region 6. The individual gas streams emerging from the flow channels 5 are reunited via the outlet area 7.

Durch die laminare Strömung in den Strömungskanälen 5 wird ein Teil des im Gasstrom2 enthaltenen Wassers bereits abgeschieden und an den anderen Gasstrom 1 abgegeben. Ein weiterer Teil verbleibt im Gasstrom 2 und gelangt mit dem Gasstrom 2 in den Auslassbereich 7. Im Auslassbereich 7 sind Wasserfangelemente 8 angeordnet, die sich von einem Boden 9 des Auslassbereichs 7 in den Strömungspfad 4 hinein erstrecken. Die Wasserfangelemente 8 sind in mehreren Reichen hintereinander angeordnet, so dass sie nacheinander vom Gasstrom 2 überströmt werden. Die Wasserfangelemente 8 sind zudem in Strömungsrichtung des Gasstroms 2 konkav ausgeführt, so dass vom Gasstrom 2 mitgeführte Wassertropfen 12 an den Wasserfangelementen 8 hängen bleiben und an diesen heruntergleiten, so dass sie sich am Boden 9 des Auslassbereichs 7 sammeln. Der Strömungsdruck des Gasstroms 2 treibt die sich am Boden 9 sammelnden Wassertropfen 12 nach außen zu einer Seite hin, die über eine entlang der Seite verlaufende Öffnung (nicht dargestellt) mit einem Wasserablauf 10 verbunden ist, der unterhalb des Auslassbereichs 7 angeordnet und nur durch den Boden 9 von diesem getrennt ist. Der Wasserablauf 10 ist trichterförmig ausgeführt und weist einen zentral angeordneten Anschlussstutzen 11 für den Anschluss einer Wasserleitung (nicht dargestellt) auf. Der von Wasser befreite Gasstrom 2 wird über eine weitere Öffnung 13 im Boden 9 des Auslassbereichs 7 abgeführt.Due to the laminar flow in the flow channels 5, a portion of the water contained in the gas stream 2 is already separated and released into the other gas stream 1. Another portion remains in the gas stream 2 and reaches the outlet region 7 with the gas stream 2. Water collection elements 8 are arranged in the outlet region 7 and extend from a bottom 9 of the outlet region 7 into the flow path 4. The water collection elements 8 are arranged one behind the other in several regions so that the gas stream 2 flows over them one after the other. The water collection elements 8 are also concave in the flow direction of the gas stream 2 so that water droplets 12 carried by the gas stream 2 adhere to the water collection elements 8 and slide down them, collecting at the bottom 9 of the outlet region 7. The flow pressure of the gas stream 2 drives the water droplets 12 collecting at the bottom 9 outward to one side, which is connected via an opening (not shown) running along the side to a water drain 10 located below the outlet area 7 and separated from it only by the bottom 9. The water drain 10 is funnel-shaped and has a centrally located connection piece 11 for connecting a water pipe (not shown). The gas stream 2, freed of water, is discharged via a further opening 13 in the bottom 9 of the outlet area 7.

Der 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Befeuchten eines Gasstroms 1 mit Hilfe eines wasserhaltigen weiteren Gasstroms 2 zu entnehmen. Die Vorrichtung 100 weist ein Gehäuse 3 auf, das in der 2 geschnitten dargestellt ist. Die Darstellung lässt somit das Innenleben erkennen. Insbesondere können die Strömungspfade 4 für die beiden Gasströme 1, 2 aus der 2 abgelesen werden. Der Eintritt und der Austritt des zu befeuchtenden Gasstroms 1 erfolgt jeweils von der Seite. Der wasserhaltige weitere Gasstrom 2 wird von oben in den Einlassbereich 6 eingeleitet und über die Strömungskanäle (nicht dargestellt) dem Auslassbereich 7 zugeführt. Anstelle der Strömungskanäle ist eine Kammer 14 zur Aufnahme eines die Strömungskanäle 5 ausbildenden Einsatzes dargestellt. In der 2 wurde der Einsatz weggelassen.The 2 1 shows a further device 100 according to the invention for humidifying a gas stream 1 by means of a further water-containing gas stream 2. The device 100 has a housing 3 which is 2 The diagram thus shows the inner workings. In particular, the flow paths 4 for the two gas streams 1, 2 from the 2 The gas stream 1 to be humidified enters and exits from the side. The additional water-containing gas stream 2 is introduced from above into the inlet area 6 and is fed to the outlet area 7 via the flow channels (not shown). Instead of the flow channels, a chamber 14 is shown for receiving an insert forming the flow channels 5. 2 the insert was omitted.

2 lässt die in Reihen angeordneten, konkav ausgeführten Wasserfangelemente 8 erkennen sowie eine sich hieran anschließende Öffnung 13 im Boden 9 des Auslassbereichs 7, über die der von Wasser befreite Gasstrom 2 abgeführt wird. Das sich am Boden 9 sammelnde Wasser wird vom Strömungsdruck zu einer Seite getrieben und gelangt von dort über eine weitere Öffnung (nicht dargestellt) in den Wasserablauf 10, der auch hier trichterförmig ausgeführt ist und in einem Anschlussstutzen 11 endet. 2 shows the concave water collection elements 8 arranged in rows, as well as an adjoining opening 13 in the base 9 of the outlet area 7, through which the gas stream 2 freed of water is discharged. The water collecting at the base 9 is driven to one side by the flow pressure and from there, via a further opening (not shown), reaches the water outlet 10, which is also funnel-shaped here and ends in a connecting piece 11.

Claims (10)

Vorrichtung (100) zum Befeuchten eines Gasstroms (1) mit Hilfe eines wasserhaltigen weiteren Gasstroms (2), aufweisend ein Gehäuse (3), durch das sich jeweils ein Strömungspfad (4) für die beiden Gasströme (1, 2) erstreckt, wobei der Strömungspfad (4) für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom (2) über mehrere parallel verlaufende Strömungskanäle (5) führt, über die ein geodätisch höher liegender Einlassbereich (6) mit einem geodätisch tiefer liegenden Auslassbereich (7) verbunden ist, in dem Wasserfangelemente (8) zum Abscheiden von Wasser aus dem wasserhaltigen weiteren Gasstrom (2) angeordnet sind.Device (100) for humidifying a gas stream (1) with the aid of a further water-containing gas stream (2), comprising a housing (3) through which a flow path (4) for each of the two gas streams (1, 2) extends, wherein the flow path (4) for the further water-containing gas stream (2) leads via a plurality of parallel flow channels (5) via which a geodetically higher inlet region (6) is connected to a geodetically lower outlet region (7), in which water-catching elements (8) for separating water from the further water-containing gas stream (2) are arranged. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassbereich (6) und/oder der Auslassbereich (7) im Wesentlichen senkrecht zu den Strömungskanälen (5) ausgerichtet ist bzw. sind, so dass der wasserhaltige weitere Gasstrom (2) mit Eintritt in die Strömungskanäle (5) und/oder mit Austritt aus den Strömungskanälen (5) umgelenkt wird.Device (100) according to Claim 1 , characterized in that the inlet region (6) and/or the outlet region (7) is/are aligned substantially perpendicular to the flow channels (5), so that the water-containing further gas flow (2) is deflected upon entry into the flow channels (5) and/or upon exit from the flow channels (5). Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungspfad für den zu befeuchtenden Gasstrom (1) im Wesentlichen senkrecht zu den Strömungskanälen (5) des Strömungspfads (4) für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom (2) ausgerichtet ist, so dass die beiden Gasströme (1, 2) im Kreuzstrom aneinander vorbeigeführt werden.Device (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the flow path for the gas stream (1) to be humidified is aligned substantially perpendicular to the flow channels (5) of the flow path (4) for the water-containing further gas stream (2), so that the two gas streams (1, 2) are guided past each other in cross flow. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserfangelemente (8) von einem Boden (9) des Auslassbereichs (7) in den Strömungspfad (4) des wasserhaltigen weiteren Gasstroms (2) hineinragen, so dass sie vom wasserhaltigen weiteren Gasstrom (2) überströmt werden.Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the water collecting elements (8) protrude from a bottom (9) of the outlet region (7) into the flow path (4) of the water-containing further gas stream (2) so that they are flowed over by the water-containing further gas stream (2). Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserfangelemente (8) in Strömungsrichtung des wasserhaltigen weiteren Gasstroms (2) in Reihe geschaltet sind.Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the water collecting elements (8) are connected in series in the flow direction of the water-containing further gas stream (2). Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserfangelemente (8) in Strömungsrichtung des wasserhaltigen weiteren Gasstroms (2) konkav ausgeführt sind und/oder gegen die Strömungsrichtung des wasserhaltigen weiteren Gasstroms (2) gekippt sind.Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the water collecting elements (8) are designed to be concave in the flow direction of the water-containing further gas stream (2) and/or are tilted against the flow direction of the water-containing further gas stream (2). Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassbereich (7) über mindestens eine, vorzugsweise bodenseitig angeordnete, Öffnung mit einem Wasserablauf (10) verbunden ist.Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet area (7) is connected to a water drain (10) via at least one opening, preferably arranged on the bottom side. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserablauf (10) unterhalb des Auslassbereichs (7) angeordnet und/oder trichterförmig ausgeführt ist.Device (100) according to Claim 7 , characterized in that the water drain (10) is arranged below the outlet area (7) and/or is funnel-shaped. Luftsystem zur Versorgung mindestens eines Brennstoffzellenstapels mit Luft, umfassend eine Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Air system for supplying at least one fuel cell stack with air, comprising a device (100) according to one of the preceding claims. Luftsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftsystem einen Zuluftpfad zum Zuführen von Luft und einen Abluftpfad zum Abführen der aus dem Brennstoffzellenstapel austretenden Luft aufweist, wobei der Zuluftpfad über den Strömungspfad (4) für den zu befeuchtenden Gasstrom (1) und der Abluftpfad über den Strömungspfad (4) für den wasserhaltigen weiteren Gasstrom (2) durch das Gehäuse (3) der Vorrichtung (100) führt.Air system according to Claim 9 , characterized in that the air system has an air supply path for supplying air and an exhaust air path for discharging the air emerging from the fuel cell stack, wherein the air supply path leads via the flow path (4) for the gas stream (1) to be humidified and the exhaust air path leads via the flow path (4) for the water-containing further gas stream (2) through the housing (3) of the device (100).
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