[发明专利]燃料电池用加湿器

说明书

本发明涉及一种燃料电池用加湿器，该加湿器包括：加湿模块，通过使用从燃料电池堆排出的湿气体来加湿从外部供应的干气体；第一盖，结合至所述加湿模块的一端；和第二盖，结合至所述加湿模块的另一端。所述加湿模块包括：中间壳，其两端打开；和至少一个筒，位于所述中间壳的内部并且包括多个中空纤维膜。在所述筒的内壳中形成的第二进气口和第二出气口之间的距离大于在所述中间壳中形成的第一进气口和第一出气口之间的距离。

技术领域

本公开涉及一种被配置为向燃料电池供应加湿气体的燃料电池用加湿器。

背景技术

与常规的化学电池如干电池或蓄电池不同，燃料电池的优点在于，只要供应氢气和氧气就可以持续发电，而且没有热量损失，因此，燃料电池的效率约为内燃机的效率的两倍。

另外，燃料电池将氢气与氧气的结合所产生的化学能直接转化为电能，由此，污染物的排放量小。因此，燃料电池具有的优点是，燃料电池是环境友好的，而且可以减少由于能源消耗增加引起的对资源枯竭的担忧。

基于使用的电解质的种类，这种燃料电池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(AEC)。

这些燃料电池基本上以相同的原理运行，但是在使用的燃料的种类、运行温度、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(PEMFC)在比其它燃料电池更低的温度下运行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，因此，聚合物电解质膜燃料电池已知最有利于运输系统以及小型固定式发电设备。

改善聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)的性能的最重要的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，以便保持水分含量。这是因为，如果聚合物电解质膜或质子交换膜干燥，则发电效率突然降低。

使用如下方法作为加湿聚合物电解质膜或质子交换膜的方法：1)起泡器加湿法，用水填充耐压容器，并将目标气体通过扩散器以便供应水分；2)直接注入法，计算燃料电池反应所需要的水分的供应量，并通过电磁阀将水分直接供应至气流管；和3)膜加湿法，使用聚合物分离膜将水分供应至气体流化床(gas fluid bed)。

在这些方法中，膜加湿法使用被配置为仅选择性地透过废气中包含的水蒸气的膜，向供应至聚合物电解质膜或质子交换膜的空气提供水蒸气，以便加湿聚合物电解质膜或质子交换膜，其优点在于，可以减小加湿器的重量和尺寸。

当形成组件时，具有每单位体积大的渗透面积的中空纤维膜适合用于在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可以高度集成，由此，即使在小容量下也可以充分加湿燃料电池，可以使用廉价材料，并且可以收集在高温下由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使用收集的水分和热量。

图1是常规的燃料电池用加湿器的示意性分解透视图。

如图1中所示，常规的膜加湿型加湿器100包括：加湿模块110，其中在从外部供应的空气与从燃料电池堆(未示出)排出的废气之间进行水分交换；和盖120，分别结合至加湿模块110的相对端。

盖120中的一个将从外部供应的空气输送至加湿模块110，并且另一盖将由加湿模块110加湿的空气输送至燃料电池堆。