燃料电池膜加湿器的制作方法

本公开涉及一种燃料电池膜加湿器，并且更具体地，涉及一种通过防止加湿模块中的压差损失来提高加湿效率的燃料电池膜加湿器。

背景技术：

1、燃料电池是指用于通过结合氢与氧来产生电的发电电池。与通常的化学电池诸如干电池或蓄电池不同，只要供应氢气和氧气，燃料电池就可以持续地产生电，并且因为没有热损失，所以效率大约是内燃机的两倍。

2、此外，因为通过氢和氧的结合产生的化学能被直接转化为电能，所以污染物的排放低。因此，燃料电池不仅环保，而且还可以减少关于因能源消耗增加而导致资源枯竭的担忧。

3、根据所使用的电解质的类型，燃料电池可以大致分类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)和碱性燃料电池(afc)。

4、这些燃料电池基本上根据相同的原理来运行，但是它们在使用的燃料类型、运行温度、催化剂和电解质方面有所不同。在这些燃料电池中，已知pemfc不仅对于小型固定式发电设备而且对于运输系统是最有前途的，因为pemfc在比其他燃料电池更低的温度下运行，并且由于其高功率密度而可以被小型化。

5、改进pemfc的性能的最重要的因素之一是通过向膜电极组件(mea)的聚合物电解质膜或质子交换膜(pem)供应一定量或更多的水分来保持水分含量。这是因为，当聚合物电解质膜干燥时，发电效率迅速降低。

6、聚合物电解质膜的加湿方法的实例包括：1)向耐压容器填充水，并且通过使目标气体穿过扩散器来供应水分的鼓泡器加湿方法；2)计算燃料电池反应所需要的水分供应量，并且通过电磁阀向气体流动管直接供应水分的直接注入法；和3)通过使用聚合物分离器向气体流化床供应水分的加湿膜方法。

7、在这些方法中，通过使用选择性地仅传输废气中包含的水蒸气的膜向供应至聚合物电解质膜的空气供应水蒸气来对聚合物电解质膜加湿的加湿膜方法的优点在于，可以减少膜加湿器的重量和尺寸。

8、当形成模块时，每单位体积传输面积大的中空纤维膜适合用于在加湿膜方法中使用的选择性传输膜。即，当通过使用中空纤维膜制造膜加湿器时，具有大接触表面积的中空纤维膜的高度集成是可能的，因此，即使使用少量，也可以充分地加湿燃料电池，可以使用便宜的材料，并且可以通过膜加湿器收集和再利用在高温下从燃料电池排出的废气中包含的水分和热量。

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开的一个目的是提供一种通过防止加湿模块中的压差损失来提高加湿效率的燃料电池膜加湿器。

3、技术方案

4、根据本公开的一个实施方案，用于在第一流体与第二流体之间进行水分交换的燃料电池膜加湿器包括：

5、中间壳体；第二流体入口，所述第二流体通过该第二流体入口引入到所述中间壳体中；第二流体出口，所述第二流体通过该第二流体出口排出至外部；分隔壁，配置为将所述中间壳体的内部空间分成第一空间和第二空间；和至少一个简体，位于所述中间壳体中并且配置为在其中容纳多个中空纤维膜。所述第二流体入口的截面面积等于或大于构成第一网孔单元并且以网状布置在至少一个简体中用于与第一空间流体连通的窗口的总面积。

6、在根据本公开的一个实施方案的燃料电池膜加湿器中，构成第一网孔单元的窗口的总面积可以等于或大于至少一个简体的内部截面面积，该内部截面面积不包括由容纳在至少一个简体中的多个中空纤维膜占据的截面面积。

7、在根据本公开的一个实施方案的燃料电池膜加湿器中，当所述第二流体入口的截面面积为cs1、构成所述第一网孔单元的窗口的总面积为cs2、所述至少一个简体的截面面积为cs3以及容纳在所述至少一个简体中的多个中空纤维膜的截面面积之和为cs4时，所述第二流体入口的内径可以满足cs1≥cs2≥cs3-cs4。

8、根据本公开的一个实施方案的燃料电池膜加湿器可以进一步包括主动旁通单元，所述主动旁通单元配置为根据通过所述第二流体入口引入的所述第二流体的流量调节流过所述第一空间和所述第二空间的所述第二流体的流量。

9、在根据本公开的一个实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述主动旁通单元可以包括：穿过所述分隔壁的旁通孔；和配置为根据通过所述第二流体入口引入的所述第二流体的流量打开/关闭所述旁通孔的旁通孔打开/关闭装置。

10、在根据本公开的一个实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述旁通孔打开/关闭装置可以是在所述分隔壁上形成的以覆盖所述旁通孔的单阀构件。

11、在根据本公开的一个实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述旁通孔打开/关闭装置可以是在所述分隔壁上形成的以覆盖所述旁通孔的两侧的双阀构件。

12、在根据本公开的一个实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述旁通孔打开/关闭装置可以是在所述分隔壁上形成的以覆盖所述旁通孔的两侧的双阀构件，并且所述双阀构件形成为使得构件的至少一部分重叠。

13、在根据本公开的一个实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述旁通孔打开/关闭装置可以由柔性材料形成，所述柔性材料在压力增大时变形并且在压力减小时返回至其初始形状。

14、在下面详细描述中包括根据本公开的各个方面的实施方案的其他细节。

15、有益效果

16、根据本公开的实施方案，可以通过防止加湿模块中的压差损失来提高加湿效率。

技术特征：

1.一种用于进行第一流体与第二流体之间的水分交换的燃料电池膜加湿器，所述燃料电池膜加湿器包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，构成所述第一网孔单元的窗口的总面积等于或大于所述至少一个简体的内部截面面积，所述内部截面面积不包括由容纳在所述至少一个简体中的所述多个中空纤维膜占据的截面面积。

3.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，当所述第二流体入口的截面面积为cs1、构成所述第一网孔单元的所述窗口的总面积为cs2、所述至少一个简体的截面面积为cs3以及容纳在所述至少一个简体中的所述多个中空纤维膜的截面面积之和为cs4时，所述第二流体入口的内径满足cs1≥cs2≥cs3-cs4。

4.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，进一步包括主动旁通单元，所述主动旁通单元配置为根据通过所述第二流体入口引入的第二流体的流量调节流过所述第一空间和所述第二空间的第二流体的流量。

5.根据权利要求4所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述主动旁通单元包括：

6.根据权利要求5所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述旁通孔打开/关闭装置是在所述分隔壁上形成的以覆盖所述旁通孔的单阀构件。

7.根据权利要求5所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述旁通孔打开/关闭装置是在所述分隔壁上形成的以覆盖所述旁通孔的两侧的双阀构件。

8.根据权利要求5所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述旁通孔打开/关闭装置是在所述分隔壁上形成的以覆盖所述旁通孔的两侧的双阀构件，并且所述双阀构件形成为使得所述构件的至少一部分重叠。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的燃料电池膜加湿器，其中，

技术总结
提供一种燃料电池膜加湿器，其中，通过防止加湿模块中的压差损失来提高加湿效率。所述燃料电池膜加湿器进行第一流体与第二流体之间的水分交换，并且包括：中间壳体；第二流体入口，所述第二流体通过所述第二流体入口引入到所述中间壳体中；第二流体出口，所述第二流体通过所述第二流体出口排出至外部；分隔壁，配置为将所述中间壳体的内部空间分成第一空间和第二空间；和至少一个简体，位于所述中间壳体中并且配置为在其中容纳多个中空纤维膜。所述第二流体入口的截面面积等于或大于构成第一网孔单元并且以网状布置在至少一个简体中用于与第一空间流体连通的窗口的总面积。

技术研发人员：金度佑,安娜贤,金仁镐
受保护的技术使用者：可隆工业株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21