燃料电池膜加湿器制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池膜加湿器，所述燃料电池膜加湿器可以防止由于燃料电池的重复驱动和停止而引起的气体泄漏，可以以相对低的制造成本和高的生产率制造，并且可以抑制运行过程中产生的振动。根据本发明专利技术的一个实施方案的燃料电池膜加湿器包括：加湿模块，所述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；和封盖，所述封盖分别接合至所述加湿模块的两端。所述加湿模块包括：中间壳体，所述中间壳体具有打开的两端和形成在所述中间壳体的内圆周表面上的台阶；至少一个筒体，所述筒体设置在所述中间壳体内并且容纳多个中空纤维膜；固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述固定层中，并且所述固定层由所述中间壳体的内壁支撑；支架，所述支架由所述中间壳体的台阶差支撑并且与所述固定层接触；和封装构件，所述封装构件具有凹槽，所述中间壳体的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与所述支架接触。另外，所述加湿模块具有阻尼突起，所述阻尼突起形成在所述中间壳体的内壁上并且装配在所述固定层中，以抑制由于在所述加湿模块内部流动的空气而在所述筒体中产生的振动。体中产生的振动。体中产生的振动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池膜加湿器


[0001]本专利技术涉及一种燃料电池膜加湿器，更具体地，涉及一种燃料电池膜加湿器，该燃料电池膜加湿器能够防止由于燃料电池的重复运行和停止而导致的气体泄漏，以相对低的制造成本和高生产率制造，并且抑制运行时产生的振动。

技术介绍

[0002]燃料电池是通过氢气和氧气之间的结合而产生电力的发电电池。与常规化学电池如干电池或蓄电池不同，燃料电池具有的优势是，只要供应氢气和氧气，就可以连续地产生电力，并且由于没有热损失而具有约为内燃机的两倍的效率。
[0003]另外，由于通过氢气和氧气之间的结合产生的化学能被直接转化为电能，因此，污染物的排放减少。因此，燃料电池具有的优势是，其是环境友好的并且能够减少因能源消耗增加引起的对资源枯竭的担忧。
[0004]根据使用的电解质的类型，这些燃料电池大致被划分为，例如，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)。
[0005]这些燃料电池基本上根据相同的原理工作，但是在使用的燃料的类型、工作温度、催化剂、电解质等方面有所不同。其中，由于聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)在比其它燃料电池更低的温度下运行，并且由于高输出密度而可以小型化，因此被认为是不仅在小型固定式发电设备中，而且在运输系统中最有前景的燃料电池。
[0006]改善聚合物电解质膜燃料电池(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以保持水分含量。这是因为，当聚合物电解质膜是干燥的时，发电效率迅速降低。
[0007]用于加湿聚合物电解质膜的方法的实例包括：1)鼓泡加湿法，用水填充耐压力容器，然后使目标气体经过扩散器来供应水分；2)直接喷射法，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流管道直接供应水分；和3)加湿膜法，利用聚合物分离膜向流化气体层供应水分。
[0008]在这些方法中，膜加湿法通过使用仅选择性地渗透废气中包含的水蒸气的膜，将水蒸气供应至待供应至聚合物电解质膜的空气中，以加湿聚合物电解质膜，其优势在于，可以减小加湿器的重量和尺寸。
[0009]用于膜加湿方法的选择性渗透膜优选地为在形成模块时具有大的每单位体积的渗透面积的中空纤维膜。即，当使用中空纤维膜制造加湿器时，具有的优势是，具有大接触表面积的中空纤维膜可以高度集成，使得即使在小容量下也可以充分地加湿燃料电池，可以使用低成本的材料，并且由燃料电池在高温下排出的废气中包含的水分和热量可以被回收并且可以通过加湿器重新利用。
[0010]如图1所示，常规的膜加湿型加湿器1000包括：加湿模块1100，在其中发生从外部供应的空气与从燃料电池堆(未示出)排出的废气之间的水分交换；和封盖1200，其接合至
加湿模块1100的两端。
[0011]封盖1200中的一个将从外部供应的空气输送至加湿模块1100，另一个将由加湿模块1100加湿的空气输送至燃料电池堆。
[0012]加湿模块1100包括：中间壳体1110，其具有废气入口1110a和废气出口1110b；和在中间壳体1110内的多个中空纤维膜1120。中空纤维膜1120的束的两端均被灌封在固定层1130中。固定层1130通常通过铸造法(例如，浸渍铸造(dip casting)或离心铸造)使液体聚合物如液体聚氨酯树脂固化来形成。
[0013]从外部供应的空气沿着中空纤维膜1120的中空流动。通过废气入口1110a流入中间壳体1110的废气与中空纤维膜1120的外表面接触，然后通过废气出口1110b从中间壳体1110排出。当废气与中空纤维膜1120的外表面接触时，包含在废气中的水分渗透到中空纤维膜1120中，以加湿沿着中空纤维膜1120的中空流动的空气。
[0014]封盖1200的内部空间仅与中空纤维膜1120的中空流体连通，并且应当与中间壳体1110的内部空间完全隔开。否则，由于压力差而发生气体泄漏，燃料电池的发电效率下降。
[0015]通常，如图1所示，在固定层1130与中间壳体1110之间的树脂层1140与固定层1130一起将封盖1200的内部空间与中间壳体1110的内部空间隔开。与固定层1130类似，树脂层1140通常通过铸造法(浸渍铸造或离心铸造)使液体聚合物如液体聚氨酯树脂固化来形成。
[0016]然而，(i)随着燃料电池的运行和停止重复进行，交替地发生树脂层1140的膨胀和收缩，并且由于中间壳体1110和树脂层1140之间的热膨胀系数的差异，树脂层1140与中间壳体1110分离，这引起它们之间产生间隙，或者(ii)由于振动和/或冲击，很可能在树脂层1140和中间壳体1110之间产生间隙。树脂层1140与中间壳体1110之间的间隙引起气体泄漏，这降低了燃料电池的发电效率。
[0017]为了防止由于树脂层1140与中间壳体1110之间的间隙引起的气体泄漏，韩国专利No.1697998公开了如下方法，将密封剂(液体密封材料)涂布至由树脂层1140的侧表面和中间壳体1110的内表面的台阶(step)形成的凹槽，将封装构件(固体密封材料)装配到凹槽中，然后固化密封剂。
[0018]然而，上述方法具有低生产率和高制造成本的问题，在于(i)由于密封剂应当精确地涂布至凹槽，因此可操作性差，(ii)需要24小时或更长的很长的时间来固化密封剂，以及(iii)需要单独的空间用于储存加湿模块1100直至密封剂固化。

技术实现思路

[0019]技术问题
[0020]本专利技术的一个目的是提供一种燃料电池膜加湿器，该燃料电池膜加湿器能够防止由如上所述的相关技术的限制和劣势而引起的问题，可靠地防止由于燃料电池的重复运行和停止引起的气体泄漏，以相对低的制造成本和高的生产率制造，并且抑制运行时产生的振动。
[0021]除了上述本专利技术的方面之外，本专利技术的其它特征和优势将在下文中描述，或者本领域技术人员将从这样的描述中清楚地理解。
[0022]技术方案
[0023]根据本专利技术的实施方案的燃料电池膜加湿器包括：
[0024]加湿模块，所述加湿模块配置为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；和封盖，所述封盖分别接合至所述加湿模块的两端，其中，所述加湿模块包括：中间壳体，所述中间壳体具有打开的两端和形成在内圆周表面上的台阶；至少一个筒体，所述筒体设置在所述中间壳体的内部并且配置为容纳多个中空纤维膜；固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述固定层中，并且所述固定层由所述中间壳体的内壁支撑；支架，所述支架由所述中间壳体的台阶支撑并且与所述固定层接触；和封装构件，所述封装构件包括凹槽，所述中间壳体的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与所述支架接触，并且在所述中间壳体的内壁上形成有阻尼突起，该阻尼突起装配在所述固定层中，以抑制由于所述加湿模块内部的空气流动而在所述筒体中产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池膜加湿器，包括：加湿模块，所述加湿模块配置为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；和封盖，所述封盖分别接合至所述加湿模块的两端，其中，所述加湿模块包括：中间壳体，所述中间壳体具有打开的两端和形成在内圆周表面上的台阶；至少一个筒体，所述筒体设置在所述中间壳体内部并且配置为容纳多个中空纤维膜；固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述固定层中，并且所述固定层由所述中间壳体的内壁支撑；支架，所述支架由所述中间壳体的所述台阶支撑并且与所述固定层接触；和封装构件，所述封装构件包括凹槽，所述中间壳体的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与所述支架接触，并且在所述中间壳体的内壁上形成有阻尼突起，该阻尼突起装配在所述固定层中，以抑制由于在所述加湿模块内部流动的空气而在所述简体中产生的振动。2.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述支架和所述封装构件各自具有与所述中间壳体的横截面形状相对应的单一封闭曲线形状。3.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述支架具有比所述封装构件更高的硬度。4.根据权利要求3所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述支架具有60Shore A至100Shore A的硬度，所述封装构件具有40Shore A至50Shore A的硬度。5.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述封装构件包含软质橡胶，所述支架包含金属、硬质塑料或硬质橡胶。6.根据权利要求5所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述封装构件包含硅橡胶或氨基甲酸乙酯橡胶，所述支架包含聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或丙烯酸树脂。7.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述封装构件也与所述固定层接触。8.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述固定层包括：第一固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述第一固定层中；和第二固定层，所述第二固定层围绕所述第一固定层并且与所述支架接触。9.根据权利要求8所述的燃料电池...

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