燃料电池的加湿系统技术方案

本发明专利技术涉及一种加湿装置，该装置包括具有中空中心的外壳和具有中空纤维膜的壳体。该壳体至少部分位于外壳的第一中空中心内。第一气流通过导入管流到中空中心并通过排出管流出外壳。第二气流通过壳体中的中空纤维膜流动。第一气流通过壳体中的流入孔从外壳的壁与壳体之间的间隙进入壳体，并通过壳体中的排出管流出壳体，流到外壳的壁与壳体之间的间隙。邻近隔壁布置导入管。该装置通过将水分从第一气流传递到第二气流来提供加湿性能，反之亦然。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种加湿系统，更具体地，涉及一种用于燃料 电池的力口湿系统，^旦不限于此。
技术介绍
一些燃一+电池包4舌用于加湿入口气体的加湿系统。该加湿 系统用于燃料电池以增大燃料电池的平均电流密度。入口气体 需要最佳湿度水平以产生可能用于特定的燃料电池的最高的平 均电流密度。使入口气体的湿度增大到最佳水平的一个技术是 将来自出口气体的水分传送到入口气体，由于在燃料电池的化 学反应过程中产生的水，所以该出口气体具有高的水分含量。用于燃料电池系统的加湿系统可使用中空纤维膜。在中空 纤维膜的内部设置细孔以使水分与气流分离。在中空纤维膜内 部流动的出口气体的水分被传送到中空纤维膜的外部以加湿在 中空纤维膜的外部流动的入口气体。
技术实现思路
然而，中空纤维膜不是特别坚固，容易在加湿系统内破裂。 中空纤维膜的破裂经常发生在气流高度集中的区域，如气体流 过加湿系统的出口和入口 。为了防止中空纤维膜的破裂，可在气流高度集中的区域布置高强度纤维。然而，高强度纤维往往加湿性能差，这降低了 加湿系统的加湿能力。总体来说，本专利技术提供一种可以在保持高加湿性能的同时 有效防止中空纤维膜破裂的加湿装置。根据本专利技术，加湿装置 交换在中空纤维膜的内部流动的气流与在中空纤维膜的外部流 动的气流之间的水分。在一个实施例中，本专利技术涉及一种包括具有导入管和排出 管的外壳的装置。第一气流通过导入管流入到外壳。第一气流 通过排出管流出外壳。该装置还包括被外壳覆盖的纤维模块， 该纤维模块具有壳体和容纳在壳体中的中空纤维膜。壳体包括 流入孔和排出孔，第 一 气流通过该流入孔从外壳的壁与壳体之 间的间隙流入到壳体，第 一 气流通过该排出孔从外壳的壁与壳 体之间的间隙流出，而第二气流在中空纤维膜内流动。该装置 还包括将间隙分隔成导入室和排出室的隔壁。流入孔与导入室 连接，而排出孔与排出室连接。朝中空纤维模块的轴线方向的 内侧设置流入孔的导入管的位置，或朝中空纤维模块的轴线方 向的内侧设置排出孔的排出管的位置。在另 一个实施例中，本专利技术涉及一种包括加湿系统和燃料 电池堆的装置，该燃料电池堆接收来自加湿系统的被加湿的气 流并将湿润气流输出到加湿系统。加湿系统包括具有第 一 中空 中心的外壳和具有第二中空中心的壳体。外壳包括导入管和排 出管，其中第一气流通过导入管流到第一中空中心，第一气流 通过排出管流出第一中空中心。壳体至少部分布置在外壳的第 一中空中心内。壳体包括第二中空中心内的中空纤维膜、与中 空纤维膜连接的流入口、与中空纤维膜连接的排出口 、流入孔 和排出孔，其中，第二气流通过流入口流到中空纤维膜，第二 气流通过排出口流出中空纤维膜，第一气流通过流入孔从外壳的壁与壳体之间的间隙流入到壳体，第 一气流通过排出孔从外 壳的壁与壳体之间的间隙流出。加湿系统还包括将间隙分隔成 导入室和排出室的隔壁。流入孔与导入室连接而排出孔与排出 室连接。邻近隔壁布置导入管。附图说明图l是图解第一典型实施例的加湿装置的斜立体图。图2 (a)是图解第一典型实施例的加湿装置的内部结构的 一部分的剖视图。图2 (b)是图解第一典型实施例的中空纤维模块的局部剖 视图。图3是图解第二典型实施例的加湿装置的斜立体图。 图4是图3的加湿装置的剖视图。图5 (a)是图解第三典型实施例的加湿装置的斜立体图。 图5 (b)是图解第三典型实施例的加湿装置的剖视图。 图6是图解第四典型实施例的加湿装置的斜立体图。 图7是图解第五典型实施例的加湿装置的斜立体图。 图8是图解第六典型实施例的加湿装置的斜立体图。具体实施方式图l是图解第一典型实施例的加湿装置l的斜立体图。此外， 图2 ( a)是图解加湿装置的内部结构的一部分的剖视图。图2 (b)是图解中空纤维模块的局部剖视图。加湿装置l可用于燃 沣+电池系统。燃料电池系统具有燃料电池，该燃料电池通过作为燃料的 氢气和供给的作为氧化剂的空气发生电化学反应产生电能。燃 料电池具有电能产生单元，该电能产生单元包括具有供给氢气的燃料极和供给空气的空气极的电池。考虑到能量的高密度化、 成本的降低和重量的减小，经常使用固体高分子型作为各电池 的电解质。例如，固体高分子膜可包括由如氟树脂基离子交换 膜等离子(质子)导电高分子膜制成的电解质，并且通过饱和 吸水用作离子导电电解质。在燃料电池系统中，处于被加湿状态的氩气和空气是入口 气体以加湿固体高分子电解质膜。本实施例的加湿装置1用于加 湿供给到燃料电池系统中的燃料电池堆的氲气和空气。本实施例的加湿装置l通过交换湿润气流W和干燥气流D 之间的水来加湿残气D,该湿润气体即从图中未示出的燃料 电池堆排出的氢气或空气(下文中被称为废气)，该干燥气流D 即供给到燃料电池堆的氬气或空气(下文中被称作为残气)。 如图l所示，加湿装置l包括中空纤维模块2、导入管ll和排出管 12，该导入管将气体(本实施例的残气D)导入到中空纤维模 块2,该排出管12将通过穿过中空纤维模块2加湿的气体(残气 D)排出到中空纤维模块2的外部。如图l所示，中空纤维模块2包括容纳在筒状壳体4中的可透 水的中空纤维膜3。壳体4成形为端部开口的筒状，并且残气D 的流入孔5和排出孔6#1布置在壳体的轴线方向的端部附近的外 周壁上。中空纤维膜3具有从内侧到外侧的多个微细毛细管，并 且中空纤维膜3被容纳在壳体4中。用封装材料(密封材料)密 封壳体4的两端中的各中空纤维膜3之间的间隙。在具有该结构的中空纤维模块2中，从燃料电池堆排出的废 气W流过流入口7并从排出口8排出，该流入口7位于中空纤维模 块2的一端，该排出口8位于中空纤维模块2的另一端。在中空纤 维模块2中，废气W流向中空纤维膜3的内部。此外，残气D通 过位于中空纤维模块2的 一 端中的流入孔5进入并从另 一 端的排出孔6排出。加湿装置l交换第一气流(气体)与第二气流(气体)之间的水并加湿千燥的气流，该第一气流(气体)在中空纤维膜3 的外部流动，该第二气流(气体)在中空纤维膜3的内部流动。 根据本实施例，在中空纤维膜3的外部流动的残气D与第 一 气流 对应，而在中空纤维力莫3的内部流动的废气W与第二气流对应。流入孔5是供给到燃料电池堆的残气D在中空纤维模块2中 的入口，并且位于中空纤维模块2的废气排出侧的端部附近。沿 圆周方向在壳体4的外周壁上间隔地设置流入孔5。此外，排出 孔6是残气D在中空纤维模块中的出口 ，并且位于中空纤维模块 的气体进入侧的另 一 个端部附近。在壳体4的外周壁上设置与流 入孔5相同数量的排出孔6。筒状外壳10覆盖中空纤维模块2的至少外周部。导入管U 和排出管12在圆周方向的斜线位置与外壳10的周壁连接。导入 管11与外壳10的周壁连接以连接外壳10与壳体4之间的间隙15。 通过间隙15,导入管11将残气D从流入孔5导入到中空纤维膜2 的内部。此外，排出管12与外壳10的周壁连接，使得排出管12 与间隙15连接。通过间隙15，排出管12将穿过中空纤维模块2 的残气D排出到中空纤维模块2的外部。在外壳10与壳体4之间，隔壁13将间隙15产生的环状空间分 隔成布置导入管11和流入孔5的导入侧(导入室15a)以及布置 排出管12和排出孔6的排出侧(排出室15b )。这里，如图l所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，其包括：外壳，其具有导入管和排出管，其中，第一气流通过所述导入管流入到所述外壳，所述第一气流通过所述排出管流出所述外壳；纤维模块，其被所述外壳覆盖，所述纤维模块具有壳体和容纳在所述壳体中的中空纤维膜，其中，所述壳体包括流入孔和排出孔，所述第一气流通过所述流入孔从所述外壳的壁和所述壳体之间的间隙流入到所述壳体，所述第一气流通过所述排出孔从所述壳体流到所述外壳的所述壁与所述壳体之间的所述间隙，并且第二气流流动通过所述中空纤维膜的内部；以及隔壁，其将所述间隙分隔成导入室和排出室，其中，所述流入孔与所述导入室连接，所述排出孔与所述排出室连接，其中，所述导入管相对于所述流入孔的位置被设置成靠近所述中空纤维模块的轴线方向的内侧，或者所述排出管相对于所述排出孔的位置被设置成靠近所述中空纤维模块的轴线方向的内侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺崎贵行，臼田昌弘，中田雅秋，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]