[发明专利]用于燃料电池的加湿器

说明书

技术领域

本发明涉及一种加湿器，更具体地，涉及一种用于燃料电池的加湿器。

背景技术

燃料电池是通过氢和氧的化合来产生电的电化学电池。与普通化学电池不同，只要供应必要的氢和氧，燃料电池就可以持续产生电。此外，燃料电池没有热量损失，从而燃料电池的效率高达内燃机效率的二倍。此外，由于燃料电池将氢和氧的化合所产生的化学能直接转化为电能，因此，燃料电势是生态环境友好的，并且能够在不用担心化石燃料耗尽的情况下工作。

基于电解质的类型，燃料电池可以被划分为聚合物电解质燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池。这些燃料电池基本上基于相同的原理工作。然而，每种燃料电池的燃料种类、工作温度、催化剂和电解质可以不同。在前述燃料电池中，聚合物电解质燃料电池可以在相对低的温度工作，并且由于输出密度大而可以形成为小型尺寸，因此，聚合物电解质燃料电池适合运输系统以及小尺寸安装型发电设备。

提高聚合物电解质燃料电池效率的最重要的方法之一是通过向膜-电极组件的聚合物电解质膜提供预定水分以保持水分含量。这是因为当聚合物电解质膜干燥时发电效率迅速降低。

聚合物电解质膜的加湿方法是利用聚合物分离膜将水分供应到流动的气体的膜加湿方法。

膜加湿方法使用仅选择性渗透包含在未反应气体中的蒸汽的膜，由此将包含在未反应气体中的蒸汽供应到聚合物电解质膜。此方法的优点是能够制造重量轻的小尺寸加湿器。

如果用于膜加湿方法的该选择性渗透膜形成模块，则优选使用具有大的单位体积渗透面积的中空纤维膜。就是说，如果用中空纤维膜制造加湿器，则可以高度一体化具有大接触表面积的中空纤维膜，从而即使燃料电池具有小体积，也能得到充分加湿。在此情形中，具有中空纤维膜的加湿器可以由低价材料制造。此外，包含在高温下从燃料电池排出的未反应气体中的水分和热量可以被收集在加湿器中并重新利用。

图1和6图示根据现有技术的用于燃料电池100的加湿器100和300。图1图示管形加湿器100，图6图示方柱形加湿器300。如图1和6所示，用于燃料电池的加湿器100和300包括膜外壳110和310以及一束中空纤维膜120和320。在此情形中，待供应到燃料电池（未示出）的反应气体的第一入口141和341形成在膜外壳110和310的一侧；用于将经加湿的反应气体供应到燃料电池的第二出口152和352形成在膜外壳110和310的另一侧。此外，具有第二入口151和351的第二帽150和350设置在膜外壳110和310的一侧，该第二入口151和351用于从燃料电池排出的含水分的未反应气体；并且具有第一出口142和342的第一帽140和340设置在膜外壳110和310的另一侧，该第一出口142和342用于将通过第二入口151和351供应到膜外壳110和310内的未反应气体排出。同时，多个第二孔112和312形成在膜外壳110和310的外周表面上，在该外周表面处安装有具有第二入口151和351的第二帽150和350。

前述用于燃料电池的加速器100和300的缺点是通过第二入口151和351供应的含水分的未反应气体不能均匀地分配给整束中空纤维膜120和320。就是说，由于所供应的含水分的未反应气体中的大部分保持平直，因此所供应的含水分的未反应气体流集中在多个第二孔112和312中靠近第二入口151和351的孔上。结果是，水分仅供应到在与含水分的未反应气体接触的中空纤维膜的空腔中流动的反应气体，而不供应到在剩余中空纤维膜的中空部分中流动的反应气体。因此，加湿过程很少利用到所述剩余的中空纤维膜，从而降低加湿器100和300的加湿效率。

特别地，如图7所示，与管形加湿器100不同，方柱形加湿器300中不具有障碍物，因此通过第二入口351供应的大部分未反应气体保持平直。因此，未反应气体集中在靠近第二入口351的中空纤维膜处，因此方柱形加湿器300的效率更低。

发明内容

技术问题

因此，考虑到上述问题而提出本发明，并且本发明的一个方面提供一种用于燃料电池的加湿器，其能够防止产生现有技术中的一个或多个问题。

本发明的另一方面提供一种用于燃料电池的加湿器，其通过使设置在加湿器内的所有中空纤维膜的加湿程度均匀来最大化中空纤维膜和供应到燃料电池的反应气体之间的接触面积，能够实现高加湿效率。