[发明专利]用于燃料电池的加湿器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种用于燃料电池的加湿器及其制造方法，该加湿器能够可靠地防止由于燃料电池的重复工作和停止而导致的气体泄漏并且能够以相对低的制造成本和高生产率来制造。本发明的用于燃料电池的加湿器包括加湿模块和分别耦接到加湿模块两端的盖。加湿模块包括：中间壳体，在其内周面上具有台阶；多个中空纤维膜，在中间壳体中；固定层，中空纤维膜的端部被灌封在固定层上；支架，由中间壳体的台阶支撑并与固定层接触；以及封装构件，与支架接触，并且具有凹槽，中间壳体的端部插入该凹槽中。

技术领域

本公开涉及一种用于燃料电池的加湿器及其制造方法，更具体地，涉及一种能够可靠地防止由于燃料电池的重复工作和停止而导致的气体泄漏并且能够以相对低的制造成本和高生产率来制造的用于燃料电池的加湿器以及其制造方法。

背景技术

燃料电池是将氢和氧结合来发电的发电电池。燃料电池的优点在于，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地发电，并且其优点还在于没有热损失，由此燃料电池的效率大约是内燃机效率的两倍。

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，从而排放的污染物量少。因此，该燃料电池的优点在于燃料电池是环保的，并且其优点还在于可以减少关于由于能量消耗的增加引起的资源枯竭的担忧。

根据所使用的电解质的种类，这种燃料电池一般可以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，但在所使用的燃料的类型、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，已知聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)被认为对运输系统以及小型固定式发电设备最有利，因为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(PEMFC)的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)供应预定量或更多的水分来保持水分含量。其原因在于，如果聚合物电解质膜或质子交换膜变干，发电效率急剧降低。

用作对聚合物电解质膜或质子交换膜进行加湿的方法有：1)鼓泡机加湿(bubblerhumidification)法，该方法将水填充到耐压容器中并使目标气体通过扩散器以供应水分；2)直接注入法，该方法计算燃料电池反应所需的要供应的水分量，并且通过电磁阀直接向气流管道供应水分；以及3)膜加湿法，该方法使用聚合物分离膜向气体流化床供应水分。

在这些方法中，膜加湿法的优点在于，可以减小加湿器的重量和尺寸，该膜加湿法使用被配置成选择性地仅透过废气中包含的水蒸气的膜向被供应到聚合物电解质膜或质子交换膜的气体(即，空气或燃料气体)提供水蒸气以便加湿聚合物电解质膜或质子交换膜。

当形成组件时，每单位体积具有大传输面积的中空纤维膜适用于膜加湿法中使用的选择性渗透膜。即，当使用中空纤维膜制造加湿器时，具有大接触表面积的中空纤维膜的高度集成是可能的，由此即使在小容量的情况下也可以充分加湿聚合物电解质膜或质子交换膜，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，并且通过加湿器再利用所收集的水分和热量。

如图1所示，传统的膜加湿型加湿器1000包括：加湿模块1100，其中在从外部供应的气体与从燃料电池堆(未示出)排出的废气之间进行水分交换；以及盖1200，分别耦接到加湿模块110的相对的端部。

其中一个盖1200将从外部供应的气体传输到加湿模块1100，并且另一个盖将加湿模块1100加湿的气体传输到燃料电池堆。