[发明专利]能够控制流体流动方向的燃料电池膜加湿器

说明书

本发明涉及一种能够通过控制流体的流动方向来提高加湿效率的燃料电池膜加湿器，并且根据本发明的实施例的燃料电池膜加湿器包括：用于容纳中空纤维膜的中空纤维膜组件，在第一流体在中空纤维膜中流动并且第二流体在中空纤维膜的外部流动的同时第一流体和第二流体执行水分交换；以及构成膜净化器的外观的壳体单元，其中，在中空纤维膜与壳体单元之间形成有用于均匀地引导流体的流动的流体引导部。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池膜加湿器，其能够控制流体流动方向从而提高加湿效率。

背景技术

燃料电池是将氢和氧结合以产生电的电力产生电池。这种燃料电池具有以下优点：与诸如干电池或蓄电池的普通化学电池不同，只要供应氢和氧，就可以连续产生电，并且没有热损失，由此燃料电池的效率大约是内燃机效率的两倍。

此外，燃料电池将由氢和氧的结合产生的化学能直接转换成电能，由此排放的污染物的量很小。因此，燃料电池的优点为，燃料电池是环境友好的，并且可以减少由于能量消耗的增加而引起的资源枯竭的担忧。

基于所使用的电解质的种类，这种燃料电池可分为聚合物电解质膜燃料电池(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)或碱性燃料电池(AFC)。

这些燃料电池基本上是按照相同的原理工作的，但在所用燃料的种类、工作温度、催化剂和电解质方面彼此不同。在这些燃料电池中，聚合物电解质膜燃料电池已知对于运输系统以及小型固定电力产生设备是最优选的，因为聚合物电解质膜燃料电池在比其他燃料更低的温度下工作并且聚合物电解质膜燃料电池的输出密度高，由此可以使聚合物电解质膜燃料电池小型化。

改善聚合物电解质膜燃料电池性能的最重要因素之一是向膜电极组件(MEA)的聚合物电解质膜或质子交换膜(PEM)提供规定量或更多的水分，以保持水含量。其原因在于，在干燥聚合物电解质膜或质子交换膜的情况下，发电效率急剧降低。

1)鼓泡机加湿法，向耐压容器中填充水，并使目标气体流过扩散器以提供水分；2)直接注入法，计算燃料电池反应所需的要提供的水分量，并且通过电磁阀将水分直接供应到气体流动管道；以及3)加湿膜法，使用聚合物分离膜将水分供应到气体流动层，该方法被用作加湿聚合物电解质膜或质子交换膜的方法。

在这些方法中，加湿膜法使用被配置为仅使废气中所包含的水蒸气选择性地透过的膜，向供应至聚合物电解质膜或质子交换膜的气体提供水蒸气以加湿聚合物电解质膜或质子交换膜，其优点为，可以减小加湿器的重量和尺寸。

在形成组件的情况下，作为在加湿膜法中使用的选择性透过膜，优选使用每单位体积的透过面积较大的中空纤维膜。即，在使用中空纤维膜制造加湿器的情况下，可以实现接触表面面积较大的中空纤维膜的高度集成，由此，即使在小容量的情况下也可以充分地加湿燃料电池，可以使用廉价的材料，并且可以收集在高温下从燃料电池排出的非反应气体中包含的水分和热量，并且可以通过加湿器再利用收集的水分和热量。

另一方面，在每单位体积的透过面积较大的中空纤维膜的情况下，可以实现中空纤维膜的高度集成，由此即使在小容量的情况下也可以充分地加湿燃料电池。然而，在中空纤维膜高度集成的情况下，由于中空纤维膜的阻力，流体不能均匀地流到中空纤维膜的外部。

此外，由于流体的流动不均匀，所以所使用的膜的面积减少，因此仅膜的一部分被使用，由此加湿效率降低。

发明内容

技术问题

鉴于上述问题而做出本发明，本发明的目的是提供一种燃料电池膜加湿器，该燃料电池膜加湿器即使在中空纤维膜被高度集成的情况下，也能够均匀地控制流体的流动并将流体引导至未使用的加湿膜，从而提高了加湿效率。

技术方案