燃料电池加湿器及其封装构件制造技术

公开了一种燃料电池加湿器及其封装构件，该燃料电池加湿器可以以提高的生产率制造并且可以显著降低维护和维修成本。本发明专利技术的燃料电池加湿器包括：加湿模块，用于利用从燃料电池堆排出的废气中的水分加湿从外部供应的空气；以及盖，耦接到加湿模块的一端，其中，加湿模块包括中间壳体和至少一个盒，至少一个盒布置在中间壳体内并包括多个中空纤维膜，并且燃料电池加湿器还包括通过机械组件以气密方式耦接到加湿模块的一端的封装构件，从而可以在盖与仅中空纤维膜之间进行流体连通。盖与仅中空纤维膜之间进行流体连通。盖与仅中空纤维膜之间进行流体连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池加湿器及其封装构件


[0001]本公开涉及一种用于燃料电池的加湿器及其封装构件，更具体地，涉及一种能够以提高的生产率制造同时显著降低其维护费用的用于燃料电池的加湿器及其封装构件。

技术介绍

[0002]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高。
[0003]此外，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。
[0004]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)。
[0005]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)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。
[0006]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变干，发电效率急剧降低。
[0007]对聚合物电解质膜进行加湿的方法是：1)鼓泡机加湿(bubbler humidification)法，该方法包括向耐压容器填充水，并通过扩散器使目标气体从中通过以向气体供应水分的步骤；2)直接注入法，该方法包括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的步骤；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。
[0008]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，该膜加湿法通过被配置成选择性地仅透过废气中包含的水蒸气的膜将水蒸气提供给被供应给聚合物电解质膜的气体，以加湿聚合物电解质膜。
[0009]当形成组件时能够提供每单位体积的大透过面积的中空纤维膜可以优选用作膜加湿方法的选择性渗透膜。即，当使用中空纤维膜制造加湿器时，可以实现具有大接触表面积的中空纤维膜的高度集成，从而即使在小容量的情况下也可以充分地加湿燃料电池，以使用廉价的材料并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，并通过加湿器将它们再利用。
[0010]如图1所示，传统的膜加湿型加湿器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；以及盖120，分别耦接到加湿模块110的相对端。
[0011]其中一个盖120将从外部供应的空气传输到加湿模块110，另一个盖将通过加湿模块110加湿的空气传输到燃料电池堆。
[0012]加湿模块110包括具有废气入口111a和废气出口111b的中间壳体111以及设置在中间壳体111中的多个中空纤维膜112。一束中空纤维膜112的相对端被灌封在固定层113中。通常，每个固定层113通过使用浇铸方法使诸如液态聚氨酯树脂的液态聚合物硬化而形成。
[0013]从外部供应的空气沿着中空纤维膜112a的内腔流动。通过废气入口111a引入中间壳体111中的废气与中空纤维膜112的外表面接触，并通过废气出口111b从中间壳体111排出。当废气与中空纤维膜112的外表面接触时，废气中包含的水分透过中空纤维膜112以加湿沿中空纤维膜112的内腔流动的空气。
[0014]盖220的内部空间必须仅与中空纤维膜112的内腔进行流体连通，同时与中间壳体111的内部空间完全隔离。否则，会产生由于压力差而导致的空气泄漏，从而供应给燃料电池堆的加湿空气的量减少，由此燃料电池的发电效率降低。
[0015]通常，如图1所示，多个中空纤维膜112的端部在其中被灌封的固定层113、以及固定层113与中间壳体111之间的树脂层114使盖120的内部空间与中间壳体111的内部空间隔开。类似于固定层113，每个树脂层114通常通过使用浇铸方法使诸如液态聚氨酯树脂的液态聚合物硬化而形成。
[0016]然而，由于用于形成树脂层114的浇铸工艺需要相对较长的处理时间，因此加湿器100的生产率降低。
[0017]另外，由于树脂层114被接合到中间壳体111的内壁以及固定层113，因此，如果中空纤维膜112变得有缺陷，则需要更换整个加湿模块110，这会产生巨大的维护费用。
[0018]此外，由于燃料电池的重复运行，在每个树脂层114与中间壳体111之间可能产生间隙。即，当燃料电池的运行和停止重复时，树脂层114可能交替地膨胀和收缩，由此树脂层114极有可能由于中间壳体111与树脂层114之间的热膨胀系数的差异而与中间壳体111分离。如前所述，当在树脂层114与中间壳体111之间产生间隙时，会发生由于压力差导致的空气泄漏，从而供应给燃料电池堆的加湿空气量减少，因此燃料电池的发电效率降低。
[0019]为了防止由于在树脂层114与中间壳体111之间产生间隙而导致的空气泄漏，可以考虑执行额外的工艺，例如在它们之间施加密封剂和/或附接外部封装构件。然而，由于这种额外的工艺也需要额外的处理时间，因此加湿器100的生产率降低。

技术实现思路

[0020]技术问题
[0021]因此，本公开涉及一种能够防止由上述相关技术的限制和缺点引起的问题的用于燃料电池的加湿器及其封装构件。
[0022]本公开的目的是提供一种能够以提高的生产率制造同时显著降低其维护费用的用于燃料电池的加湿器。
[0023]本公开的另一个目的是提供一种能够使用于燃料电池的加湿器能以提高的生产
率制造同时显著降低其维护费用的用于燃料电池的加湿器的封装构件。
[0024]除了上述目的之外，本公开的其他特征和优点将在下文中描述，或者本公开所属领域的技术人员将从其以下描述中清楚地理解。
[0025]技术方案
[0026]根据本公开的一个方面，提供一种用于燃料电池的加湿器，该加湿器包括：加湿模块，该加湿模块被配置为使用从燃料电池堆排出的废气中的水分来加湿从外部供应的空气；以及盖，该盖耦接到加湿模块的一端，其中，加湿模块包括中间壳体以及设置在中间壳体中的至少一个盒，该盒包括多个中空纤维膜，并且加湿器还包括封装构件，该封装构件通过机械组装方法而气密地耦接到加湿模块的一端，使得盖能够仅与中空纤维膜进行流体连通。
[0027]封装构件可以包括：具有孔的封装部，盒的端部插入到孔中，封装部插设在中间壳体与盒之间；以及围绕封装部的边本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池的加湿器，所述加湿器包括：加湿模块，所述加湿模块被配置为使用从燃料电池堆排出的废气中的水分来加湿从外部供应的空气；以及盖，所述盖耦接到所述加湿模块的一端，其中，所述加湿模块包括：中间壳体；以及至少一个盒，所述至少一个盒设置在所述中间壳体中，所述盒包括多个中空纤维膜，并且所述加湿器还包括封装构件，所述封装构件通过机械组装方法而气密地耦接到所述加湿模块的一端，使得所述盖仅与所述中空纤维膜进行流体连通。2.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述封装构件包括：封装部，所述封装部具有孔，所述盒的端部插入到所述孔中，所述封装部插设在所述中间壳体与所述盒之间；以及边缘部，所述边缘部围绕所述封装部。3.根据权利要求2所述的加湿器，其中，所述封装部包括：主体；以及翼部，所述翼部围绕所述孔并且紧贴插入到所述孔中的所述盒的所述端部。4.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述翼部相对于所述主体以预定角度倾斜，使得所述封装部在所述主体与所述翼部之间具有第一凹槽。5.根据权利要求4所述的加湿器，其中，所述封装部具有面向所述盖的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，并且所述第一凹槽形成在所述第一表面上。6.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述翼部从所述主体朝向所述孔的中心突出。7.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述翼部包括在所述孔的中心轴方向上并排布置的第一子翼部和第二子翼部。8.根据权利要求7所述的加湿器，其中，所述第一子翼部和所述第二子翼部中的每一个从所述主体朝向所述孔的中心突出。9.根据权利要求7所述的加湿器，其中，所述第一子翼部和所述第二子翼部中的一个从所述主体朝向所述孔的中心突出，并且所述第一子翼部和所述第二子翼部中的另一个相对于所述主体以预定角度倾斜。10.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述孔和所述翼部中的每一个具有与插入到所述孔中的所述盒的所述端部的形状相对应的形状。11.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述边缘部具有第二凹槽，所述中间壳体的端部的至少一部分插入到所述第二凹槽中。12.根据权利要求11所述的加湿器，其中，所述主体具有面向所述盖的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，并且所述主体具有形成在所述第一表面和所述第二表面中的至少一个上的第三凹槽。13.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述封装部和所述边缘部中的每一个具有10肖氏A至100肖氏A的第一硬度，并且
所述封装构件还包括插入到所述主体的至少一部分中的加强构件，所述加强构件具有高于所述第一硬度的第二硬度。14.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述加湿模块包括两个以上的盒，所述封装部具有两个以上的孔，所述盒分别插入到所述两个以上的孔中，所述封装部包括分别围绕所述孔的两个以上的翼部，并且所述主体包括：外围部；以及至少一个肋，所述至少一个肋在所述孔之间。15.根据权利要求14所述的加湿器，其中，所述封装构件具有面向所述盖的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述边缘部具有第二凹槽，所述中间壳体的端部的至少一部分插入到所述第二凹槽中，所述第二凹槽形成在所述第二表面上，并且所述肋具有形成在所述第一表面和所述第二表面中的至少一个上的第三凹槽。16.根据权利要求14所述的加湿器，其中，所述封装部和所述边缘部中的每一个具有10肖氏A至100肖氏A的第一硬度，并且所述封装构件还包括插入到所述主体的至少一部分中的加强构件，所述加强构件具有高于所述第一硬度的第二硬度。17.根据权利要求16所述的加湿器，其中，所述加强构件插入到所述肋中。18.根据权利要求3所述的加湿器，其中，所述盒还包括：内部壳体，在所述内部壳体的端部具有开口...

【专利技术属性】
技术研发人员：安雄铨，吴暎奭，金京柱，
申请(专利权)人：可隆工业株式会社，
类型：发明
国别省市：