用于燃料电池的湿化器的制作方法

用于燃料电池的湿化器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年11月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2020-0157112的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种用于燃料电池的湿化器，更具体地，涉及这样一种用于燃料电池的湿化器：其能够具有简化的结构并且提高空间利用率和设计自由度。


背景技术：

4.燃料电池系统是指通过利用持续供应的燃料的化学反应来持续产生电能的系统。已经将燃料电池系统作为能够解决全球环境问题的替代方案而有规律地进行了研究和开发。
5.根据用于燃料电池系统的电解质的类型，可以将燃料电池系统划分为磷酸燃料电池(phosphoric acid fuel cell，pafc)、熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell，mcfc)、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，sofc)、聚合物电解质膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell，pemfc)、碱性燃料电池(alkaline fuel cell，afc)、直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell，dmfc)等。根据工作温度、输出范围等以及所使用的燃料的类型，燃料电池系统可以应用于与移动电力、运输、分布式发电等相关的各种应用领域。
6.在不同类型的燃料电池中，聚合物电解质膜燃料电池应用于正在被开发以替代内燃机的氢动力车辆(氢燃料电池车辆)的领域。
7.氢动力车辆包括燃料电池堆，该燃料电池堆通过氢气与氧气o2之间的氧化还原反应产生电力。氢动力车辆配置为通过燃料电池堆所产生的电力来操作电机而行驶。
8.为了使燃料电池堆正常运行，需要将膜电极组件的电解质膜维持在预定湿度或更高湿度，因此流入气体可以在被引入燃料电池堆之前通过湿化器进行湿化。
9.近年来，已经提出了一种通过利用从燃料电池堆排出的潮湿空气对通过湿化器的流入气体(干燥的空气)进行湿化的方法。
10.另外，氢动力车辆设置有空气控制阀，所述空气控制阀配置为：控制将被引入燃料电池堆的空气(将经由湿化器而引入燃料电池堆的空气)和将从燃料电池堆排出的空气(将从燃料电池堆排放到湿化器的空气)。
11.同时，为了提高氢动力车辆的空间利用率和设计自由度，需要使燃料电池堆(例如，燃料电池堆所就位的系统框架)与湿化器之间的空间(距离)最小化。
12.然而，在现有技术中，空气控制阀的连接端口(包括通过其引入流入气体的端口和通过其排出潮湿空气的端口)平行地(在同一方向上平行)布置，但是，与连接端口不同，分别对应于空气控制阀的连接端口的干燥器的端口(包括流入气体排出端口，流入气体通过该端口排出，以及潮湿空气供应端口，潮湿空气通过该端口而被引入)布置成彼此相交(例
如，呈十字形而不平行地布置)。因此，存在这样的问题：难以设置直管来连接空气控制阀与湿化器，并且用于连接空气控制阀与湿化器的管不可避免地形成为弯曲形状(例如，s形)。
13.如上所述，由于在现有技术中需要设置弯曲管来连接空气控制阀与湿化器，因此需要确保使弯曲管能够布置在燃料电池堆与湿化器之间的空间(具有能够容纳弯曲管的曲率的高度)。结果，存在这样的问题：难以将燃料电池堆与湿化器之间的距离减小到一定程度或更多，并且设计自由度和空间利用率变差。
14.此外，由于在现有技术中用于连接空气控制阀与湿化器的管形成为弯曲形状，因此存在结构和制造工艺复杂的问题，在成本方面存在劣势，湿化器的压力差由于管的曲率而增加，并且能量效率变差(电力消耗增加)。
15.另外，在现有技术中，为了确保燃料电池堆与湿化器之间的距离，需要通过利用单独的支架将湿化器安装在系统框架上，这导致了制造成本增加并且重量增加的问题。
16.因此，近年来已经进行了各种类型的研究，以使燃料电池堆与湿化器之间的空间最小化并且提高空间利用率和设计自由度，但是该研究的结果仍然是不充分的。因此，需要开发一种用于燃料电池的湿化器，其能够使燃料电池堆与湿化器之间的空间最小化，从而提高空间利用率和设计自由度。


技术实现要素：

17.本发明提供一种用于燃料电池的湿化器，其能够具有简化的结构并且提高设计自由度和空间利用率。
18.本发明还应用了直管作为用于连接燃料电池堆与湿化器的管，并且使湿化器与燃料电池堆之间的空间最小化。
19.本发明可以简化制造工艺并降低成本。
20.本发明可以使湿化器的压力差的增加而引起的能量效率的降低最小化，从而提高湿化性能。
21.本发明的示例性实施方案提供一种用于燃料电池的湿化器，所述湿化器包括：壳体；第一空间，其设置于壳体中；潮湿空气供应端口，其连接至壳体以与所述第一空间连通并且配置为供应从燃料电池堆排出的潮湿空气；湿化单元，其设置于所述第一空间中；第二空间，其与所述第一空间分开布置并且设置在壳体中以与所述湿化单元连通；以及流入气体排出端口，其连接至壳体以与第二空间连通并且配置为排出已经流过所述湿化单元的流入气体。
22.这是为了简化结构并提高设计自由度和空间利用率。
23.也就是说，在现有技术中，空气控制阀的连接端口(包括通过其引入流入气体的端口和通过其排出潮湿空气的端口)彼此相邻并且平行地布置，但是，与连接端口不同，分别对应于空气控制阀的连接端口的干燥器的端口(包括流入气体排出端口，流入气体通过该端口排出，以及潮湿空气供应端口，潮湿空气通过该端口而被引入)布置成彼此相交(不平行地布置)。因此，存在这样的问题：难以设置直管来连接空气控制阀与湿化器，并且用于连接空气控制阀与湿化器的管不可避免地形成为弯曲形状(例如，s形)。
24.如上所述，由于在现有技术中需要设置弯曲管来连接空气控制阀与湿化器，因此，需要确保使弯曲管能够布置在燃料电池堆与湿化器之间的空间(具有能够容纳弯曲管的曲
率的高度)。结果，存在这样的问题：难以将燃料电池堆与湿化器之间的距离减小到一定程度或更多，并且设计自由度和空间利用率变差。
25.此外，由于在现有技术中用于连接空气控制阀与湿化器的管形成为弯曲形状，因此存在结构和制造工艺复杂的问题，在成本方面存在劣势，湿化器的压力差由于管的曲率而增加，并且能量效率变差(电力消耗增加)。
26.另外，在现有技术中，为了确保燃料电池堆与湿化器之间的距离，需要通过单独的支架的方式将湿化器安装在系统框架上，这导致了制造成本增加并且重量增加的问题。
27.相反，在本发明的示例性实施方案中，第一空间设置为堆叠(以限定独立密封的另一层)在第二空间的上部，并且在流入气体排出端口从第一空间密封的状态下，流入气体排出端口贯穿第一空间，使得潮湿空气供应端口和流入气体排出端口可以在与壳体的纵向方向垂直的方向上彼此平行地布置。因此，可以获得以下有益效果：简化燃料电池堆与用于燃料电池的湿化器之间的连接结构并且提高设计自由度和空间利用率。
28.此外，在本发明的示例性实施方案中，类似于空气控制阀的连接端口，用于燃料电池的湿化器的潮湿空气供应端口和流入气体排出端口可以形成为彼此平行，因此，每一者均具有笔直形状的第一直管和第二直管可以用作用于连接空气控制阀与湿化器的管。
29.因此，在本发明的示例性实施方案中，可以使第一直管和第二直管布置在燃料电池堆与湿化器之间的空间最小化，因此，可以获得以下有益效果：使燃料电池堆与湿化器之间的距离最小化并且提高设计自由度和空间利用率。
30.壳体的形状和结构可以根据需要的条件和设计规格而不同地改变。
31.例如，所述壳体可以包括：壳体主体；第一壳体盖，其连接到壳体主体的第一端；以及第二壳体盖，其连接到壳体主体的第二端并且具有潮湿空气供应端口和流入气体排出端口。
32.根据本发明的示例性实施方案，用于燃料电池的湿化器可以包括流入气体供应端口，其设置在第一壳体盖中以与湿化单元连通。
33.根据本发明的示例性实施方案，用于燃料电池的湿化器可以进一步包括潮湿空气排出端口，其连接到壳体以与第一空间连通并且配置为排出潮湿空气。
34.第一空间和第二空间之间的划分(密封)结构可以根据需要的条件和设计规格而不同地改变。
35.例如，用于燃料电池的湿化器可以包括分隔部分，其配置为将壳体的内部空间划分为第一空间和第二空间。
36.具体地，流入气体排出端口的第一端可以暴露于壳体的外部，并且流入气体排出端口的第二端可以连接到所述分隔部分，以穿过第一空间并且可以与第二空间连通。
37.根据本发明的示例性实施方案，所述分隔部分可以包括：第一分隔壁，其配置为在第一方向上划分壳体的内部空间；以及第二分隔壁，其连接至第一分隔壁并且配置为在与所述第一方向相交的第二方向上划分壳体的内部空间，所述第二空间可以通过第一分隔壁和第二分隔壁而与第一空间分开。
38.根据本发明的示例性实施方案，第一空间可以包括：第一级空间部分，其通过第一分隔壁与第二空间分开，所述第一分隔壁插置于所述第一级空间部分与第二空间之间；以及第二级空间部分，其配置为与所述第一级空间部分连通并且通过第二分隔壁与第二空间
分开，所述第二分隔壁插置于所述第二级空间部分与第二空间之间。
39.具体地，所述湿化单元可以设置于所述第一级空间部分中，并且潮湿空气可以经由所述第二级空间部分供应到所述第一级空间部分。
40.所述湿化单元可以具有能够通过利用潮湿空气对流入气体进行湿化的各种结构。
41.例如，所述湿化单元可以包括：套筒壳体，其设置于所述壳体中，所述套筒壳体在其第一侧具有第一窗口，潮湿空气通过所述第一窗口引入，并且所述套筒壳体在其第二侧具有第二窗口，潮湿空气通过所述第二窗口排出；以及湿化膜，其设置于所述套筒壳体中并且配置为使流入气体能够沿着所述湿化膜流动。
42.具体地，所述第一分隔壁可以由用于将湿化膜固定在壳体中的灌封材料制成。如上所述，由于第一分隔壁不仅用于将第一空间与第二空间分开，而且还用于固定湿化膜，因此可以获得简化结构并且提高空间利用率和设计自由度的有益效果。
43.根据本发明的示例性实施方案，所述流入气体排出端口可以连接到第二分隔壁以穿过所述第二级空间部分，并且所述潮湿空气供应端口可以连接到壳体以面向所述第二分隔壁。
44.具体地，潮湿空气供应端口和流入气体排出端口可以布置在与壳体的纵向方向垂直的方向上。
45.根据本发明的示例性实施方案，用于燃料电池的湿化器可以包括：第一直管，其配置为连接燃料电池堆与潮湿空气供应端口；以及第二直管，其配置为连接燃料电池堆与流入气体排出端口。
46.具体地，所述第一直管和所述第二直管可以连接到安装在燃料电池堆上的空气控制阀。
附图说明
47.图1是用于说明根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的湿化器的立体图。
48.图2是用于说明根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的湿化器的俯视图。
49.图3是用于说明根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的湿化器的截面图。
50.图4和图5是用于说明根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的湿化器中的第一空间和第二空间的示意图。
51.图6是用于说明根据本发明的示例性实施方案的用于燃料电池的湿化器中的流入气体和潮湿空气的流动的示意图。
具体实施方式
52.应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如本文中
所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
53.本文所使用的术语仅仅为了描述具体实施方案的目的，并不旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括有”和/或“包括了”时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项的任何和所有组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，词语“包括”和诸如“包括有”或“包括了”的变化形式将被理解为暗示包含所述元件但是不排除任何其它元件。此外，在说明书中描述的术语“单元”、“器件”、“部件”和“模块”表示用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件以及它们的组合来实现。
54.此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读介质还可以分布在网络联接的计算机系统中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(controller area network，can)以分布式方式存储和执行。
55.下文中，将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方案。
56.然而，本发明的技术精神不限于本文中描述的一些示例性实施方案，而是可以实现为各种不同的形式。可以在本发明的技术精神的范围内选择性地组合和替换示例性实施方案中的一个或多个组成元件。
57.此外，除非另有特别地并且明确地定义和说明，在本发明的示例性实施方案中使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以解释为本发明所属领域的普通技术人员可以通常理解的含义。常用术语(诸如词典中定义的术语)的含义可以考虑相关技术的上下文含义来解释。
58.另外，在本发明的示例性实施方案中使用的术语用于说明示例性实施方案，而不是用于限制本发明。
59.除非在本说明书的上下文中另有特别地说明，否则单数形式也可以包括复数形式。本文中描述的说明“a、b和c中的至少一个(或者一个或多个)”可以包括可以通过对a、b和c进行组合而形成的所有组合中的一个或多个。
60.另外，诸如第一、第二、a、b、(a)和(b)的术语可以用于描述本发明的示例性实施方案的组成元件。
61.这些术语仅仅用于区分一个组成元件与另一个组成元件的目的，并且组成元件的性质、顺序或次序不受这些术语的限制。
62.此外，当一个组成元件描述为“连接”、“联接”或“附接”到另一个组成元件时，一个组成元件可以直接连接、联接或附接到另一个组成元件，或者通过插置在其间的又一个组成元件连接、联接或附接到另一个组成元件。
63.另外，“一个组成元件形成或布置于另一个组成元件的上方(上面)或下方(下面)”的说明不仅包括两个组成元件彼此直接接触的情况，而且还包括一个或多个另外的组成元件形成或布置在两个组成元件之间的情况。另外，表述“上面(上方)或下面(下方)”可以包
括基于一个组成元件的向下方向和向上方向的含义。
64.参考图1至图6，根据本发明的用于燃料电池的湿化器100包括：壳体110；第一空间120，其设置于壳体110中；潮湿空气供应端口112，其连接到壳体110以与第一空间120连通并且配置为供应从燃料电池堆20排出的潮湿空气wg；湿化单元150，其设置于第一空间120中；第二空间130，其与第一空间120分开布置并且设置于壳体110中以与湿化单元150连通；以及流入气体排出端口118，其连接到壳体110以与第二空间130连通并且配置为将已经流过湿化单元150的流入气体dg排出。
65.根据本发明的湿化器100设置为对将被引入到燃料电池堆20(例如，安装在燃料电池车辆中的燃料电池堆)的流入气体dg(例如，空气)进行湿化。
66.作为参考，燃料电池堆20可以具有能够通过利用燃料(例如，氢气)和氧化剂(例如，空气)之间的氧化还原反应来产生电力的各种结构。
67.作为示例，燃料电池堆20包括：膜电极组件(membrane electrode assembly，mea)(未示出)，其在电解质膜的两侧具有发生电化学反应的催化剂电极层，氢离子移动通过所述电解质膜；气体扩散层(gas diffusion layers，gdl)(未示出)，其配置为使反应气体均匀分布并且用于转移产生的电能；垫圈(未示出)和紧固件(未示出)，其配置为保持对于反应气体和冷却剂的防漏密封性并且保持适当的紧固压力；以及隔板(双极板)(未示出)，其配置为使反应气体和冷却剂移动。
68.具体地，在燃料电池堆20中，作为燃料的氢气和作为氧化剂的空气(氧气)通过隔板中的流动路径分别供应到膜电极组件的阳极和阴极，使得氢气供应到阳极，空气供应到阴极。
69.供应到阳极的氢气通过设置于电解质膜两侧的电极层中的催化剂而分离为氢离子(质子)和电子。仅氢离子通过作为阳离子交换膜的电解质膜选择性地传输到阴极，同时，电子通过作为导体的气体扩散层和隔板传输到阴极。
70.在阴极处，通过电解质膜供应的氢离子和通过隔板输送的电子与通过空气供应装置供应到阴极的空气中的氧气相遇，从而建立起产生水的反应。由于氢离子的移动，电子流过外部导线，并且由于电子的流动而产生电流。
71.壳体110设置为在其中具有预定的容纳空间。
72.壳体110可以根据需要的条件和设计规格而在形状和结构上进行各种改变，并且本发明不受壳体110的形状和结构的约束或限制。
73.例如，壳体110可以包括壳体主体110a、连接到壳体主体110a的第一端的第一壳体盖110b以及连接到壳体主体110a的第二端的第二壳体盖110c。
74.例如，壳体主体110a可以形成为在其中具有容纳空间的四角形的盒体形状，第一壳体盖110b可以连接到壳体主体110a的右端(基于图2)，第二壳体盖110c可以连接到壳体主体110a的左端(基于图2)。
75.根据本发明的另一个示例性实施方案，第一壳体盖和第二壳体盖可以设置于壳体主体的上端或下端。
76.第一壳体盖110b可以设置有流入气体供应端口116，流入气体dg通过该端口而被引入(供应)。第二壳体盖110c可以设置有潮湿空气供应端口112和流入气体排出端口118，从燃料电池堆20排出的潮湿空气wg通过潮湿空气供应端口112供应，流过湿化单元150的流
入气体dg通过流入气体排出端口118排出。壳体主体110a可以设置有形成为与第一空间120连通的潮湿空气排出端口114。
77.作为参考，参考图6，通过第一壳体盖110b的流入气体供应端口116供应的流入气体dg可以在流过布置在设置于壳体主体110a中的第一空间120中的湿化单元150的同时被潮湿空气wg湿化。通过第二壳体盖110c的流入气体排出端口118排出的流入气体dg(例如，湿化后的空气)可以供应到燃料电池堆20。
78.此外，从燃料电池堆20排出的潮湿空气wg(或产生的水)可以供应到第二壳体盖110c的潮湿空气供应端口112中，以对第一空间120中的流入气体dg进行湿化，然后通过潮湿空气排出端口114排出到湿化器100的外部。
79.壳体110中具有独立密封的第一空间120和第二空间130。
80.作为参考，在本发明的示例性实施方案中，第一空间120可以定义为从燃料电池堆20排出的潮湿空气wg流动的空间，即，布置了湿化单元150的空间或区域。
81.另外，在本发明的示例性实施方案中，第二空间130可以定义为独立于第一空间120进行密封的空间，并且设置在壳体110中，以与湿化单元150连通并且使湿化后的流入气体dg能够从中流过。
82.第一空间120和第二空间130之间的分隔(密封)结构可以根据需要的条件和设计规格而不同地改变。
83.例如，参考图3至图5，用于燃料电池的湿化器100可以包括将壳体110的内部空间划分为第一空间120和第二空间130的分隔部分140。
84.分隔部分140可以具有能够将壳体110的内部空间划分为第一空间120和第二空间130的各种结构，并且本发明不受分隔部分140的结构的限制或约束。
85.根据本发明的示例性实施方案，分隔部分140可以包括第一分隔壁142和第二分隔壁144，第一分隔壁142配置为在第一方向(例如，竖直方向)上划分壳体110的内部空间，第二分隔壁144连接到第一分隔壁142并且配置为在与第一方向相交的第二方向(例如，水平方向)上划分壳体110的内部空间，从而形成大致的形状。第二空间130可以通过插置于第一空间120与第二空间130之间的第一分隔壁142和第二分隔壁144而与第一空间120分开(通过第一分隔壁和第二分隔壁而与第一空间分开)。
86.根据本发明的另一个示例性实施方案，第二分隔壁可以布置为相对于水平方向倾斜，或者第一分隔壁可以布置为相对于竖直方向倾斜。
87.第一空间120可以根据需要的条件和设计规格而具有各种结构，并且本发明不受第一空间120的结构的限制或约束。
88.例如，第一空间120可以包括第一级空间部分122和第二级空间部分124，第一级空间部分122通过插置于其间的第一分隔壁142与第二空间130分开，并且第二级空间部分124配置为与第一级空间部分122连通并且通过插置于其间的第二分隔壁144与第二空间130分开。
89.根据本发明的示例性实施方案，潮湿空气wg可以经由第二级空间部分124供应到第一级空间部分122。
90.在这种情况下，潮湿空气wg经由第二级空间部分124供应至第一级空间部分122的配置可以理解为这样的配置：其中，通过潮湿空气供应端口供应的潮湿空气wg首先被引入
第二级空间部分124，然后从第二级空间部分124移动到第一级空间部分122。
91.湿化单元150设置在第一空间120中，以通过利用供应到壳体110中的潮湿空气wg对流入气体dg进行湿化。
92.根据本发明的示例性实施方案，湿化单元150可以设置在第一空间120的第一级空间部分122中。根据本发明的另一个示例性实施方案，湿化单元(或湿化单元的一部分)可以设置在第一空间的第二级空间部分中。
93.湿化单元150可以具有能够通过利用潮湿空气wg对流入气体dg进行湿化的各种结构，并且本发明不受湿化单元150的结构的限制或约束。
94.例如，湿化单元150可以包括：套筒壳体152和湿化膜154；套筒壳体152设置在壳体110中，套筒壳体152在其第一侧具有第一窗口152a，潮湿空气wg通过第一窗口152a被引入，并且套筒壳体152在其第二侧具有第二窗口152b，潮湿空气wg通过第二窗口152b排出；湿化膜154设置在套筒壳体152中并且配置为使流入气体dg能够沿着湿化膜154流动。
95.套筒壳体152可以具有其中有容纳空间的各种结构，并且本发明不受套筒壳体152的结构的限制或约束。
96.作为参考，套筒壳体152的数量和套筒壳体152的布置可以根据需要的条件和设计规格而不同地改变。例如，可以在壳体110中仅设置一个套筒壳体152。根据本发明的另一个示例性实施方案，可以在壳体中设置多个套筒壳体。
97.具体地，通过其引入潮湿空气wg的第一窗口152a形成于套筒壳体152的第一侧(基于图3，在套筒壳体的左侧部分)，并且通过其排出潮湿空气wg的第二窗口152b形成于套筒壳体152的第二侧(基于图3，在套筒壳体的右侧部分)。
98.第一窗口152a和第二窗口152b的数量以及第一窗口152a和第二窗口152b的结构可以根据需要的条件和设计规格而不同地改变，并且本发明不受第一窗口152a和第二窗口152b的数量以及第一窗口152a和第二窗口152b的结构的约束或限制。例如，可以在套筒壳体152中形成多个第一窗口152a和多个第二窗口152b，并且每个窗口可以形成为近似四边形的孔的形式。
99.根据本发明的另一个示例性实施方案，第一窗口和第二窗口的每一者可以形成为圆形孔的形式或者可以形成为其他形状。或者，可以在套筒壳体中形成单个第一窗口和单个第二窗口。
100.湿化膜154设置在套筒壳体152中并且配置为使得流入气体dg沿着湿化膜154的内部流动。
101.例如，湿化膜154形成为管状的中空纤维膜，流入气体dg可以在其中流动，湿化膜154的一端(入口端)和另一端(出口端)可以通过灌封材料(对应于第一分隔壁)固定在套筒壳体152中。
102.具体地，第一分隔壁142可以由用于将湿化膜154固定在壳体110中的灌封材料制成。如上所述，由于第一分隔壁142不仅用于将第一空间120和第二空间130分开，而且还用于固定湿化膜154，因此可以获得简化结构以及提高空间利用率和设计自由度的有益效果。
103.作为参考，由于湿化膜154形成为中空纤维膜，因此供应到套筒壳体152中的水分(例如，潮湿空气wg中的水分)可以从湿化膜154的外部渗透到湿化膜154中，然后被传递到流入气体dg。然而，流入气体dg无法从湿化膜154的内部渗透湿化膜154而到达湿化膜154的
外部。
104.利用上述配置，通过潮湿空气供应端口112供应到第一空间120中的潮湿空气wg可以通过第一窗口152a供应到套筒壳体152中，并且供应到套筒壳体152中的潮湿空气wg可以围绕湿化膜154流动并且对沿着湿化膜154流动的流入气体dg进行湿化。随后，通过第二窗口152b排出到套筒壳体152的外部的潮湿空气wg可以通过潮湿空气排出端口114排出到壳体110的外部。
105.作为参考，在以上描述和示出的本发明的示例性实施方案中，已经描述了这样的示例：套筒壳体152设置在第一空间120中并且湿化膜154布置在套筒壳体152中。然而，根据本发明的另一个示例性实施方案，湿化膜可以直接布置在第一空间中，而没有单独设置套筒壳体。
106.潮湿空气供应端口112设置为将从燃料电池堆20排出的潮湿空气wg供应到壳体110中。
107.具体地，潮湿空气供应端口112连接到壳体110以与第一空间120(例如，基于图3，第一空间的上部)连通，并且从燃料电池堆20排出的潮湿空气wg可以沿着潮湿空气供应端口112供应到第一空间120的第二级空间部分124中。
108.根据本发明的示例性实施方案，潮湿空气供应端口112可以连接到壳体110(例如，基于图3，壳体的上表面)以面向第二分隔壁144。
109.流入气体排出端口118设置为将第二空间130中的流入气体dg(流过湿化单元的同时被湿化的湿化后的空气)排出到燃料电池堆20。
110.具体地，流入气体排出端口118连接到壳体110以与第二空间130连通并且与潮湿空气供应端口112平行地布置，并且流过湿化单元150的流入气体dg可以通过流入气体排出端口118排出到燃料电池堆20。
111.具体地，流入气体排出端口118的一端(例如，上端)暴露于壳体110的外部，并且流入气体排出端口118的另一端(例如，下端)连接到分隔部分140(例如，第一分隔壁)以穿过第一空间120(例如，第一空间的第二级空间部分)并且与第二空间130连通。
112.更具体地，潮湿空气供应端口112和流入气体排出端口118可以在与壳体110的纵向方向dl垂直的方向dh上彼此平行地布置。
113.根据本发明的示例性实施方案，用于燃料电池的湿化器100可以包括第一直管32和第二直管34，第一直管32配置为连接燃料电池堆20与潮湿空气供应端口112，并且第二直管34配置为连接燃料电池堆20与流入气体排出端口118。
114.在这种情况下，第一直管32和第二直管34可以限定为笔直地形成而不具有弯曲部分的管，并且本发明不受管的横截面形状和尺寸的限制或约束。
115.具体地，第一直管32和第二直管34可以连接到安装在燃料电池堆20上的空气控制阀22的连接端口(包括通过其引入流入气体dg的端口以及通过其排出潮湿空气wg的端口)。
116.作为参考，空气控制阀22可以设置为控制将被引入到燃料电池堆20中的空气(流入气体dg)和将从燃料电池堆20排出的空气(潮湿空气wg)。通过其引入流入气体dg的端口(未示出)和通过其排出潮湿空气wg的端口(未示出)可以形成在空气控制阀22中以彼此相邻且平行(在图2中，形成为在方向dh上彼此平行)。
117.例如，当车辆运行时，空气控制阀22的阀构件(未示出)可以操作为打开空气控制
阀22的空气流动路径(未示出)。此外，当车辆没有运行时，空气控制阀22的阀构件可以操作为阻塞空气流动路径。
118.如上所述，在本发明的示例性实施方案中，第一空间120(潮湿空气供应到其中的空间)设置为堆叠(以限定独立密封的另一层)在第二空间130(流入气体从该空间排出)的上部，并且在流入气体排出端口118从第一空间120密封的状态下，流入气体排出端口118贯穿第一空间120，使得潮湿空气供应端口112和流入气体排出端口118可以在与壳体110的纵向方向dl垂直的方向dh上彼此平行地布置。因此，可以获得以下有益效果：简化燃料电池堆20与用于燃料电池的湿化器100之间的连接结构并且提高设计自由度和空间利用率。
119.也就是说，在现有技术中，空气控制阀的连接端口(包括通过其引入流入气体dg的端口和通过其排出潮湿空气wg的端口)布置为彼此相邻并且平行，但是，与连接端口不同，分别对应于空气控制阀的连接端口的干燥器的端口(包括流入气体排出端口，流入气体dg通过该端口排出，以及潮湿空气供应端口，潮湿空气wg通过该端口而被引入)布置为彼此相交(不平行地布置)。因此，存在这样的问题：难以设置直管来连接空气控制阀与湿化器，并且用于连接空气控制阀与湿化器的管不可避免地形成为弯曲形状(例如，s形)。
120.如上所述，由于在现有技术中需要设置弯曲管来连接空气控制阀22与湿化器100，因此需要确保使弯曲管能够布置在燃料电池堆20与湿化器100之间的空间(具有能够容纳弯曲管的曲率的高度)。结果，存在这样的问题：难以将燃料电池堆20与湿化器100之间的距离减小到一定程度或更多，并且设计自由度和空间利用率变差。
121.相反，在本发明的示例性实施方案中，类似于空气控制阀22的连接端口，用于燃料电池的湿化器100的潮湿空气供应端口112和流入气体排出端口118可以形成为彼此平行，因此，每一者均具有笔直形状的第一直管32和第二直管34可以用作用于连接空气控制阀22与湿化器100的管。
122.因此，在本发明的示例性实施方案中，可以使第一直管32和第二直管34布置在燃料电池堆20与湿化器100之间的空间最小化，因此，可以获得以下有益效果：使燃料电池堆20与湿化器100之间的距离(参见图1中的h)最小化并且提高设计自由度和空间利用率。
123.另外，根据本发明的示例性实施方案，第一直管32和第二直管34可以用作用于连接燃料电池堆20(空气控制阀)与湿化器100的管，因此，可以获得以下有益效果：简化管的结构，简化管的制造工艺，降低成本，并且使管的结构特性(例如，管的曲率)引起的湿化器100的压力差最小化。
124.此外，根据本发明的示例性实施方案，可以使燃料电池堆20与湿化器100之间的距离h最小化，使得湿化器100可以直接安装在系统框架(燃料电池堆20所就位的系统框架)上，而无需另外使用单独的支架，因此可以获得降低制造成本和重量的有益效果。
125.根据如上所述的本发明的示例性实施方案，可以获得简化结构并且提高设计自由度和空间利用率的有益效果。
126.具体地，根据本发明的示例性实施方案，直管可以用作用于连接燃料电池堆与湿化器的管，因此可以获得使湿化器和燃料电池堆之间的空间最小化的有益效果。
127.另外，根据本发明的示例性实施方案，可以获得简化制造工艺并且降低成本的有益效果。
128.另外，根据本发明的示例性实施方案，湿化器可以在没有单独的支架的情况下直
接安装在燃料电池堆所就位的系统框架上。
129.另外，根据本发明的示例性实施方案，可以获得提高湿化性能以及提高燃料电池堆的性能和运行效率的有益效果。
130.尽管上面已经描述了示例性实施方案，但是示例性实施方案仅仅是说明性的，并且不旨在限制本发明。本领域技术人员可以理解，在不背离本示例性实施方案的本质特征的情况下可以对本示例性实施方案进行以上未描述的各种修改和替换。例如，可以对示例性实施方案中具体描述的各个构成元件进行修改并且然后实现。此外，应当理解的是，与修改和替换有关的差异包括在由所附权利要求限定的本发明的范围内。