本發(fā)明涉及一種加濕器，具有燃料電池的裝置以及機(jī)動(dòng)車(chē)。

背景技術(shù)：

加濕器用于為待加濕的氣體輸送濕氣。加濕器尤其地使用在帶有至少一個(gè)燃料電池的裝置的運(yùn)行中。燃料電池用于將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能。其可以靜止或者移動(dòng)地應(yīng)用。示例性的應(yīng)用領(lǐng)域是在機(jī)動(dòng)車(chē)中。加濕器用于例如借助于燃料電池的廢氣來(lái)加濕用于燃料電池的輸送空氣，燃料電池的廢氣通常具有高的濕度。

基本上，加濕器構(gòu)造成，在加濕區(qū)間上，待加濕的氣體和加濕用的氣體可通過(guò)可透過(guò)水的材料相互分離地被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)彼此，使得以氣態(tài)、液態(tài)或汽相的水從第二氣體中轉(zhuǎn)移到第一氣體中。

那么，例如由文件DE10102447A1已知一種加濕器，其設(shè)置成用于與燃料電池一起使用。該加濕器包括：多個(gè)組合的可透過(guò)水的膜片，其中，通過(guò)在膜片中流動(dòng)有帶有不同濕度含量的不同氣體并且在不同的氣體之間進(jìn)行濕度交換從而通過(guò)帶有較大濕度含量的另一濕的氣體加濕帶有較小濕度含量的干的氣體，可透過(guò)水的膜片中的每一個(gè)都產(chǎn)生經(jīng)加濕的氣體。

加濕器的另一形式使用空心纖維。如此，文件DE 102 44 707 A1說(shuō)明了一種用于在濕的與干的氣體流之間交換濕氣、尤其地水或水蒸氣的裝置。在此，空心纖維用于分離兩個(gè)氣體流彼此。文件DE 101 02 358 A1也說(shuō)明了一種加濕器，其包括殼體，殼體容納大量在殼體的縱向流動(dòng)的方向上布置的可透水的空心纖維膜片，其中，帶有不同濕度含量的兩種不同的氣體分離地被引導(dǎo)通過(guò)在空心纖維膜片束之外的空間并且通過(guò)空心纖維膜片束的內(nèi)部，以便于經(jīng)由空心纖維膜片交換其濕度，其中，為帶有更小的濕度含量的干燥氣體加濕。

在文件DE 102 44 707 A1中闡述的殼體是立方體的，而文件JP H07-71795研究了在圓柱形的殼體中的加濕器。

作者Kadylak, David Erwin所著的“Effectiveness method for heat and mass transfer in membrane humidifiers”(2009年4月，英國(guó)哥倫比亞大學(xué)，溫哥華，加拿大)討論了影響加濕器中的水輸送的變量和參數(shù)，并且尤其地闡述了加濕器幾何形狀和流動(dòng)條件與性能的相關(guān)性。在此確定，通過(guò)高壓差的膜片孔驅(qū)動(dòng)毛細(xì)管的水輸送。

為了使?jié)B入加濕器模塊之間的自由空間中的空氣流的壓力損失均勻化，文件DE 10 2008 006 793 A1提出了帶有兩個(gè)彼此傾斜的流入面的加濕器模塊的構(gòu)造方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所研究的任務(wù)是，改善從濕的氣體到待加濕的氣體的濕轉(zhuǎn)移。

為此，提出根據(jù)權(quán)利要求1所述的加濕器。此外，根據(jù)權(quán)利要求3所述的板和根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有燃料電池和根據(jù)本發(fā)明的用于借助于燃料電池的廢氣加濕用于燃料電池的空氣輸送的根據(jù)本發(fā)明的加濕器的裝置。最終，還提出一種帶有根據(jù)本發(fā)明的裝置的根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)動(dòng)車(chē)。

根據(jù)本發(fā)明提出的加濕器包括至少一個(gè)加濕通道，其中，加濕器設(shè)計(jì)成，在加濕通道中待加濕的第一氣體可在流動(dòng)方向上并且通過(guò)可透水的材料分離地被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)加濕用的第二氣體，從而水從第二氣體中轉(zhuǎn)移到第一氣體中。根據(jù)本發(fā)明提出的加濕器的特征在于，提供給第一氣體的加濕通道的橫截面在流動(dòng)方向上減小。

橫截面的減小引起在加濕通道上的壓力下降，該壓力下降減小、補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償由于越來(lái)越多的加濕引起的壓力增加，從而盡管在加濕通道區(qū)間上的濕轉(zhuǎn)移，在第一與第二氣體之間分壓差保持很大。

在有利的實(shí)施形式中，加濕器可包括殼體，通過(guò)殼體限制加濕通道。在此，加濕器可包括多個(gè)由可透水的材料制成的空心纖維以用于通過(guò)第二氣體，其中，空心纖維在殼體中垂直于流動(dòng)方向延伸，其中，在流動(dòng)方向上空心纖維的布置密度是恒定的并且殼體在流動(dòng)方向上變細(xì)。

由可透水的材料制成的根據(jù)本發(fā)明提出的板在面式的側(cè)上具有接片，其在流動(dòng)方向上延伸并且限制加濕通道。板的特征在于，在接片之間的距離在流動(dòng)方向上單調(diào)減小。

板的優(yōu)點(diǎn)同樣在于，盡管在加濕通道區(qū)間上的濕轉(zhuǎn)移，在第一與第二氣體之間的分壓差保持很大。

在一有利的實(shí)施形式中，板可具有多個(gè)接片，其限制多個(gè)彼此平行的加濕通道，其中，接片的寬度在流動(dòng)方向上單調(diào)增大，從而加濕通道的橫截面在流動(dòng)方向上減小。

此外可行的是，板在另一面式的側(cè)上具有向流動(dòng)方向延伸的其它接片，其中，所述其它接片之間的距離在流動(dòng)方向上單調(diào)增大。

在另一實(shí)施形式中，加濕器可在殼體中具有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的板。

由其它在從屬權(quán)利要求中所提到的特征得到本發(fā)明的其它優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案。

如果在具體情況中沒(méi)有特別地闡述，在本申請(qǐng)中所述的本發(fā)明的不同的實(shí)施形式可有利地相互組合。

附圖說(shuō)明

下面在實(shí)施例中根據(jù)從屬的附圖闡述本發(fā)明。其中：

圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一加濕器，

圖2顯示了第二加濕器，其示出了本發(fā)明的實(shí)施例，

圖3以俯視圖示出了由可透水的材料制成的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一板，

圖4以截面圖顯示了第一板，

圖5以俯視圖顯示了由可透水的材料制成的第二板，其中，第二板是本發(fā)明的實(shí)施例，以及

圖6以截面圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二板。

具體實(shí)施方式

在圖1中顯示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一加濕器10包括殼體20，帶有平行的空心纖維130的空心纖維束布置在殼體20中?？招睦w維130在束中的密度在此是恒定的。

所顯示的殼體20是帶有矩形基礎(chǔ)面地圓柱形的且限制加濕通道，加濕通道在平行于基礎(chǔ)面的流動(dòng)方向上延伸。在所顯示的加濕器10中，空心纖維130垂直于基礎(chǔ)壁伸延，并且由此垂直于流動(dòng)方向且平行于殼體的側(cè)壁伸延。未彼此鄰接的且因此在該示例中彼此平行的側(cè)壁中的兩個(gè)包括第一氣體輸入部和第一氣體輸出部，第一氣體可通過(guò)第一氣體輸入部和第一氣體輸出部被引導(dǎo)到殼體20中并且從殼體中被引出。

第二氣體可從第二氣體輸入部被引導(dǎo)到第二氣體輸出部。在所示出的示例中，空心纖維的端部形成第二氣體輸入部和第二氣體輸出部。

空心纖維130密度均勻地布置在殼體20中?？招睦w維130由可透水的材料制成并且允許濕氣毛細(xì)管式地通過(guò)材料的孔，然而不允許氣體通過(guò)。這實(shí)現(xiàn)，例如濕的氣體被引導(dǎo)通過(guò)空心纖維130并且待加濕的氣體繞空心纖維130被引導(dǎo)。備選地，待加濕的氣體被引導(dǎo)通過(guò)空心纖維130并且濕的氣體繞空心纖維130被引導(dǎo)。

在圖2中顯示了帶有殼體200的第二加濕器100，其示出了本發(fā)明的實(shí)施例。所顯示的第二加濕器100的殼體200包括加濕通道210并且是圓柱形的。在殼體200中布置有帶有平行的空心纖維130的空心纖維束。在此，空心纖維130在束中的密度是恒定的。在根據(jù)本發(fā)明的加濕器100的實(shí)施例中，殼體的基礎(chǔ)壁110,120是梯形的?？招睦w維130又垂直于基礎(chǔ)壁伸延并且由此平行于殼體200的側(cè)壁伸延，除了彼此平行的基礎(chǔ)壁110,120，殼體200附加地具有一對(duì)平行的側(cè)壁140,150和一對(duì)不平行的側(cè)壁。該對(duì)平行的側(cè)壁140,150具有第一氣體輸入部和第一氣體輸出部，第一氣體可通過(guò)第一氣體輸入部和第一氣體輸出部被引導(dǎo)到殼體200中并且從殼體200中被引出。從第一氣體輸入部到第一氣體輸出部的流動(dòng)方向垂直于空心纖維130的延伸方向。空心纖維130的面密度在殼體100中在每個(gè)垂直于流動(dòng)方向的平面中都是恒定的，待加濕的第一氣體在該流動(dòng)方向上被引導(dǎo)。在此，第一氣體通過(guò)其被引入加濕通道中的第一氣體輸入部被較大的平行的側(cè)壁140包圍，而第一氣體通過(guò)其從加濕通道中被引出的第一氣體輸出部被較小的平行的側(cè)壁150包圍。因此，加濕通道的橫截面在流動(dòng)方向上減小。

空心纖維130由可透水的材料制成并且允許濕氣毛細(xì)管式地通過(guò)材料的孔，然而不允許氣體通過(guò)。

現(xiàn)在，如果待加濕的第一氣體在殼體200中圍繞空心纖維130從第一氣體輸入部流向第一氣體輸出部并且濕的第二氣體流過(guò)空心纖維130，則在第一與第二氣體之間的濕氣的分壓差保持較大，因?yàn)樵诃h(huán)流空心纖維的情況中由于濕轉(zhuǎn)移在第一氣體中引起的濕氣的分壓增加而減小、補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償由于橫截面變化的壓力減小。保持不變的分壓差引起從第二到第一氣體的保持不變地良好的濕轉(zhuǎn)移。

圖3以俯視圖顯示了由可透水的材料制成的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一板40并且圖4以沿著圖3中以A表示的線(xiàn)的截面顯示了第一板40。這種由可透水的材料制成的板40也被稱(chēng)為膜片加濕器板，其允許濕氣毛細(xì)管式地通過(guò)材料的孔。

在板40的面式的側(cè)上構(gòu)造有同樣高地伸出的且彼此平行地伸延的接片41,42，其形成敞開(kāi)的通道51,61。接片41,42中的每一個(gè)具有恒定的寬度并且通道51,61中的每一個(gè)具有恒定的寬度，其中，不同的接片41,42和/或通道51,61可具有不同的寬度。如果通過(guò)板40在殼體中的布置方案來(lái)封閉通道51,61，則待加濕的第一氣體可通過(guò)通道51在板40的面式的側(cè)中的一個(gè)上被引導(dǎo)，并且加濕用的第二氣體在對(duì)流中通過(guò)通道61在板40的另一面式的側(cè)上被引導(dǎo)。與水在第一與第二氣體之間的分壓差異相關(guān)地，濕氣通過(guò)板擴(kuò)散并且加濕第一氣體。

圖5以俯視圖顯示了由可透過(guò)水的材料制成的第二板400，其允許濕氣毛細(xì)管式地通過(guò)材料的孔，并且圖6以沿著在圖5中以B表示的線(xiàn)的截面顯示了第二板400。在圖5和6中示出的板400是本發(fā)明的實(shí)施例。

在板400的面式的側(cè)上又構(gòu)造有同樣高地伸出的接片410,420，其形成敞開(kāi)的通道510,610。雖然，通道510,610基本上平行地伸延，然而通道510,610的側(cè)壁不是平行地伸延，因?yàn)椋ǖ?10,610的寬度在板500的長(zhǎng)度上線(xiàn)性變化。這通過(guò)接片510,610實(shí)現(xiàn)，接片510,610在板500的長(zhǎng)度上線(xiàn)性地變得更寬。

在此，在板100的面式的側(cè)上的接片410與在另一面式的側(cè)上的接片420相反地變細(xì)。然而也可行的是，在板100的面式的側(cè)上的接片410與在另一面式的側(cè)上的接片420相同指向地變細(xì)。

也可行的是，通過(guò)兩個(gè)不平行的輔助接片代替在兩個(gè)通道510,610之間的每個(gè)接片410,420，在輔助接片之間保留不是用作通道的自由空間。

板400由可透水的材料制成并且允許濕氣毛細(xì)管式地通過(guò)材料的孔，然而不允許氣體通過(guò)。

如果通過(guò)板400在殼體中的布置方案來(lái)封閉通道，則待加濕的第一氣體可通過(guò)通道510在板的面式的側(cè)中的一個(gè)上被引導(dǎo)，并且加濕用的第二氣體在對(duì)流中通過(guò)通道610在板的另一面式的側(cè)上被引導(dǎo)。與水在第一與第二氣體之間的分壓差異相關(guān)地，濕氣通過(guò)板擴(kuò)散并且加濕第一氣體。在此，在整個(gè)區(qū)間上的分壓差保持足夠大以用于高效的濕轉(zhuǎn)移并且相應(yīng)地保持第一氣體的良好加濕和/或第二氣體的除濕。

在所示出的且說(shuō)明的實(shí)施例中，用于通過(guò)待加濕的氣體的一個(gè)或多個(gè)通道的寬度或橫截面線(xiàn)性的變化。然而，在本發(fā)明的思想中其它寬度變化也是可行的。本發(fā)明的效果基于通道寬度或通道橫截面在流動(dòng)方向上的減小。對(duì)于本發(fā)明的效果而言，當(dāng)在輸入側(cè)上的通道寬度或通道橫截面大于在輸出側(cè)上時(shí)，就足夠，待加濕的氣體在輸入側(cè)上被輸送給通道，已加濕的氣體在輸出側(cè)上從通道中被導(dǎo)出。

附圖標(biāo)記清單

10,100加濕器

20,200殼體

210加濕通道

110,120基礎(chǔ)壁

130可透水的材料，構(gòu)造成空心纖維或帶有接片的板

140,150殼體的平行的側(cè)壁

40,400板

41,42恒定寬度的接片

410,420帶有變化的寬度的接片

51,61恒定的寬度的通道

510,610帶有變化的寬度的通道