[发明专利]优选用于燃料电池系统的膜加湿器

说明书

本发明涉及一种优选用于燃料电池系统的膜加湿器，其包括多个上下叠置的堆叠单元，其中，单个堆叠单元包括流动板和扩散单元，所述扩散单元的周边由两个相对置的第一边缘侧和两个相对置的第二边缘侧形成，并且单个扩散单元包括：位于该扩散单元上侧的上层、位于该扩散单元下侧的下层、透湿膜、位于该扩散单元上侧的在所述两个第一边缘侧上的两个相对置的上侧容纳元件、以及位于该扩散单元下侧的在所述两个第二边缘侧上的两个相对置的下侧容纳元件，所述堆叠单元的流动板插入所述两个下侧容纳元件中，并且下一个堆叠单元插入所述两个上侧容纳元件中。

技术领域

在此公开的技术涉及一种优选在燃料电池系统中使用的膜加湿器。

背景技术

膜加湿器在燃料电池系统中尤其是用于借助相对潮湿的阴极排气加湿相对干燥的阴极供气。在膜加湿器内，阴极排气的湿气穿过透湿膜传递到干燥的阴极供气。

膜加湿器尤其是用于具有质子交换膜(PEM，proton exchange membrane)的燃料电池。为了使这种燃料电池能够在尽可能高的功率下运行，80℃至95℃的运行温度是尤为有利的。高运行温度在此例如允许通过冷却剂比在较低运行温度下更好地散热。由于质子交换膜一方面基于高温并且另一方面基于对于高功率所需的高空气质量流要比在低温时干燥得多，因此加湿阴极供气是有利的。在不加湿的情况下，燃料电池的性能会降低。US2008/0001313 A1示出一种示例性的膜加湿器。

发明内容

本文公开的技术的优选任务在于减少或消除先前已知解决方案的至少一个缺点。

本文公开的技术的任务尤其是在于提供一种膜加湿器，其可在简单且低成本的结构中少维护地且可靠地使用。该膜加湿器尤其是应在燃料电池系统中适合用于借助离开燃料电池的阴极排气加湿燃料电池的阴极供气。其它优选任务可由本文公开的技术的有益效果产生。

本文公开的技术尤其涉及一种包括至少一个燃料电池的燃料电池系统。该燃料电池系统例如用于汽车应用、如机动车，尤其是用于为至少一个用于机动车前行的驱动机器提供能量。在其最简单的形式中，燃料电池是一种电化学能量转换器，其将燃料和氧化剂转化为反应产物并且在此产生电和热。燃料电池包括通过离子选择性或离子渗透分离器隔开的阳极和阴极。阳极被供应燃料。优选的燃料是：氢、低分子量醇、生物燃料或液化天然气。阴极被供应氧化剂。优选的氧化剂例如是空气、氧气和过氧化物。离子选择性分离器例如可构造为质子交换膜(PEM，proton exchange membrane)。优选使用阳离子选择性聚合物电解质膜。用于这种膜的材料例如是：和

除了所述至少一个燃料电池之外，该燃料电池系统还包括外围系统部件(BOP部件)、如膜加湿器，其可在所述至少一个燃料电池运行时使用。通常多个燃料电池组合成一个燃料电池堆或堆叠。

所述任务通过一种优选用于燃料电池系统的膜加湿器解决。但也可将该膜加湿器用于其它系统、如房屋通风中的湿气交换。

膜加湿器包括多个上下叠置的堆叠单元。在此多个堆叠单元可沿堆叠轴线上下叠置。堆叠单元垂直于堆叠轴线。例如为了使用在燃料电池系统中，可将50个或更多个堆叠单元组装成膜加湿器。各个堆叠单元优选全部构造相同，其中第一和最后一个堆叠单元也可不同地构造。

单个堆叠单元包括流动板和扩散单元。在流动板中多个流动通道并排设置。流动通道可结构化或中断，以便能够有针对性地影响流动。在使用膜加湿器时，通过这些流动通道引导潮湿的气体和待加湿的气体。流动通道分别朝向同一堆叠单元的扩散单元或朝向下一个堆叠单元的扩散单元开口，从而湿气可穿过邻接的扩散单元进入最近的流动板的流动通道中。

单个扩散单元的周边在此根据定义由两个相对置的第一边缘侧和两个相对置的第二边缘侧形成。扩散单元的该周边优选为矩形、特别优选为正方形。