[发明专利]中空纤维膜盒式加湿组件及其制造方法

说明书

本发明提供中空纤维膜盒式加湿组件及其制造方法。该组件包括：壳体；共用中空纤维膜盒，夹在沿着壳体长度方向插入壳体的多个中空纤维膜束的两端部；划分部，形成在壳体内，对多个中空纤维膜束进行划分；封装部，一次性地对多个共用中空纤维膜盒及中空纤维膜束封装在壳体内。该方法包括下述步骤：准备共用中空纤维膜盒，其夹在中空纤维膜束的两端部；制造壳体，壳体具有划分部，根据共用中空纤维膜盒的形状和数量被确定其容量，以划分中空纤维膜束；将多个共用中空纤维膜盒和中空纤维膜束插入壳体内而进行排列；将多个共用中空纤维膜盒和中空纤维膜束一次性地封装在壳体内。本发明能够根据共用中空纤维膜盒的形状和数量制造壳体并将其扩大利用为多种容量的产品，根据共用中空纤维膜盒的形状、数量和尺寸比例而提高利用效率，以简化的封装能够减少制造时间和成本。

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜盒式加湿组件及其制造方法，更具体地，涉及下述一种中空纤维膜盒式加湿组件及其制造方法，其中共用的中空纤维膜盒被插入于壳体并与壳体形成一体，实现具有更多种容量的产品，提高中空纤维膜盒的使用效率，并且通过简化的封装，可减少制造时间和成本。

背景技术

燃料电池是通过氢和氧的结合产生电能的发电型电池。燃料电池与诸如干电池或蓄电池等的一般的电池不同，燃料电池的优点是只要供给氢和氧，就可以连续发电，并且没有热损失，因此其具有大约两倍于内燃机的效率。此外，该燃料电池由于将因氢氧结合而产生的化学能直接转换成电能，因此污染物排放较低。因此，燃料电池具有以下优点：不仅对环境有利，而且能够降低因能量消耗的增加带来的人们对资源枯竭的担忧。这样的燃料电池根据所使用的电解质的种类大体分为聚合物电解质膜燃料电池(Polymer ElectrolyteMembrane Fuel Cell:PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池(AFC)等。这些各自燃料电池归根结底根据相同原理工作，但是所使用的燃料的种类、工作温度、催化剂、电解质等互不相同。其中，聚合物电解质膜燃料电池与其他类型的燃料电池相比，由于能够在低温下工作，且输出密度大而能够实现小型化，因此不仅在小规模安装型发电装备上、且在输送系统上具有最好的未来展望性。

在提高聚合物电解质膜燃料电池性能方面最重要的因素之一为，通过提供不少于预定水平的水分来保持膜电极组件(Membrane Electrode Assembly:MEA)的聚合物电解质膜或质子交换膜(Polymer Eletrolyte Membrane或Proton Exchange Membrane:PEM)中水分的含量。这是因为在聚合物电解质膜干燥时，发电效率会急剧下降。聚合物电解质膜的加湿方法包括：1)在耐压容器中加满水并使目标气体通过扩散器(diffuser)从而供给水分的起泡(bubbler)加湿方法、2)将对燃料电池反应所需供水量进行计算并通过电磁阀向气体流动管直接提供水分的直接喷射(direct injection)方法、和3)利用高分子分离膜向气体流动层供给水分的加湿膜方法等。在这些方法中，从可实现加湿器的轻量化和小型化角度考虑，加湿膜方法有利，该方法利用仅使排出气体中所包含的水蒸气进行选择性渗透的膜将水蒸气向聚合物电解质膜供给以对聚合物电解质膜进行加湿。

如果在形成膜组件时，用于加湿膜方法的选择性渗透膜优选的是中空纤维膜，其每单位体积下具有大的渗透面积。也就是说，使用中空纤维膜制造加湿器时，可以实现具有大的接触表面积的中空纤维膜的高集成化，因此即使使用小量，也可对燃料电池充分进行加湿。此外，能够使用廉价材料，对从燃料电池中以高温排出的未进行反应的气体中所包含的水分和热进行回收，以通过加湿器可进行再利用。

但是，在传统的中空纤维膜组件的情况下，为了增加组件的容量，当多个中空纤维膜被集成，向中空纤维膜外部流动的气体的流动因中空纤维膜导致的不一致的阻力而不能形成均匀的流动。为了解决上述问题，采用了通过对所述中空纤维膜束进行分割来增加容量或者对单位组件进行盒型化来增加容量的技术。但是这个技术可能导致制造成本的增加，这是因为制造单个盒组件所要求的时间过长，或者当分割束的时候低下的工作能力可能导致质量的变化。

专利文献