[发明专利]燃料电池膜加湿器

说明书

本发明涉及一种燃料电池膜加湿器，其能够防止由于膜加湿器的内部和外部之间的压力差而导致的加湿效率的降低，根据本发明的实施例，燃料电池膜加湿器包括：中间壳体，在中间壳体中具有组件插入单元；盖壳体，耦接到中间壳体；中空纤维膜组件，插入到组件插入单元中；以及压力缓冲单元，设置在中间壳体的内壁和组件插入单元之间。

技术领域

本公开涉及一种燃料电池膜加湿器，更具体地，涉及一种能够防止由于膜加湿器的内部和外部之间的压力差而导致的加湿效率降低的燃料电池膜加湿器。

背景技术

燃料电池是将氢和氧结合来发电的发电电池。这种燃料电池的优点在于，不同于诸如干电池或蓄电池的普通化学电池，只要供应氢和氧，其就可以连续地发电，以及没有热损失，由此燃料电池的效率是内燃机效率的约两倍。

另外，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，排出的污染物的体积小。因此，燃料电池的优点在于，燃料电池是环境友好的，并且可以减少由于能源消耗的增加引起的资源枯竭的担忧。

基于所使用的电解质的种类，这种燃料电池通常可以分为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC：polymer electrolyte membrane fuel cell)、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以相同的原理工作，但是在所使用的燃料的种类、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，由于聚合物电解质膜燃料电池在比其他燃料电池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，因此聚合物电解质膜燃料电池已知是对运输系统以及小型固定发电设备最有利的，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的性能的最重要因素之一是将规定量或更多的水分供应给膜电极组件(MEA)以保持水分含量的聚合物电解质膜PEM(也称为质子交换膜)。其原因在于，在聚合物电解质膜变干的情况下，发电效率急剧降低。

作为加湿聚合物电解质膜的方法，使用1)向耐压容器填充水并使目标气体穿过扩散器以供应水分的鼓泡机加湿方法，2)计算燃料电池反应所需的水分量并通过电磁阀将水分直接供应给气流管道的直接注入方法，以及3)使用聚合物分离膜将水分供应给气体流化床的膜加湿方法。

在这些方法中，使用被构造成仅选择性地透过废气中包含的水蒸气的膜将水蒸气提供给被供应到聚合物电解质膜的气体从而加湿聚合物电解质膜的膜加湿方法的优点在于，可以减小加湿器的重量和尺寸。

在形成有组件的情况下，作为在膜加湿方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大的中空纤维膜。即，在使用中空纤维膜制造膜加湿器的情况下，可以使接触表面积大的中空纤维膜高度一体化，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废气中包含的水分和热量，并且可以通过加湿器重新利用收集的水分和热量。

同时，在膜加湿器的工作期间由于膜加湿器的内部和外部之间的压力差导致加湿效率降低，这将参考图1至图4进行描述。

图1至图4是常规燃料电池膜加湿器的剖视图。为了便于描述，在图中仅示出了在灌封单元P处的中空纤维膜，并且在图中省略了在其他元件处的中空纤维膜。在常规的膜加湿器中，在其中具有多个中空纤维膜的中空纤维膜组件11被容纳在中间壳体10中。如图所示，中空纤维膜组件11可以被构造为盒的形式。在中间壳体10中形成有组件插入单元12，盒型的中空纤维膜组件11插入到组件插入单元12中。组件插入单元12包括多个分隔壁12a和12b。在此，构成组件插入单元12的外壁的分隔壁12b实质上是中间壳体10的一部分。