本发明专利技术涉及一种能够以提高的生产率制造并显著降低维护成本的垫圈组件，以及包括该垫圈组件的燃料电池膜加湿器。根据本发明专利技术实施例的垫圈组件是用于燃料电池膜加湿器的垫圈组件，燃料电池膜加湿器包括：中间壳体；盖，紧固到中间壳体上；至少一个盒，设置在所述中间壳体内并容纳多个中空纤维膜，垫圈组件包括：子壳体，形成为包围盒的端部的形状，并包括供盒的端部插入的第一孔；垫圈，包括具有供子壳体插入的第二孔的主体构件；封装部，形成在主体构件的一端处并包括突出构件，突出构件与插入第二孔中的子壳体的外周面接触以防止中间壳体中的流体朝向盖流动；边缘部，形成在主体构件的另一端处并形成于由中间壳体的端部处形成的凹槽和盖的端部形成的空间中。成的凹槽和盖的端部形成的空间中。成的凹槽和盖的端部形成的空间中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】垫圈组件及包括其的燃料电池膜加湿器
[0001]本专利技术涉及一种垫圈组件和包括该垫圈组件的燃料电池膜加湿器，更具体地说，涉及一种能够以提高的生产率制造并大大降低维护成本的垫圈组件和包括该垫圈组件的燃料电池膜加湿器。
技术介绍
[0002]燃料电池是通过氢和氧的结合产生电能的发电电池。与诸如干电池或蓄电池等一般化学电池不同，燃料电池的优点是只要供应氢气和氧气，就能够持续发电，而且由于没有热量损失，因此具有内燃机约两倍以上的效率。
[0003]此外，由于氢气和氧气之间的结合产生的化学能直接转化为电能，因此减少了污染物的排放。因此，燃料电池具有环境友好和能够减少对因能源消耗增加而导致的资源枯竭的担忧的优点。
[0004]根据使用的电解质的类型，这些燃料电池大致分为例如，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]这些燃料电池根本上根据相同原理工作，但在所使用的燃料类型、工作温度、催化剂、电解质等方面存在差异。在这些电池中，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)已知是最有前途的，不仅适用于小型固定发电设备，而且适用于运输系统，这是因为聚合物电解质膜燃料电池在比其它燃料电池低的温度下工作，并且由于高输出密度而可以小型化。
[0006]改善聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)性能的最重要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来保持水分含量。这是因为当聚合物电解质膜干燥时发电效率迅速降低。
[0007]用于加湿聚合物电解质膜的方法的示例包括：1)用水填充耐压容器然后使目标气体穿过扩散器(diffuser)以供应水分的起泡(bubbler)加湿方式；2)用于计算燃料电池反应所需的水分供应量并通过电磁阀向气体流动管直接供应水分的直接注入方式；以及3)使用聚合物分离膜向流化气体层供应水分的加湿膜方式。
[0008]在这些方式中，通过使用仅选择性地透过包含在废气中的水蒸气的膜向供应至聚合物电解质膜的空气提供水蒸气来加湿聚合物电解质膜的膜加湿方式的优点在于，可以减小加湿器的重量和尺寸。
[0009]膜加湿方式中使用的选择性渗透膜优选是在形成模块时每单位体积具有大的渗透面积的中空纤维膜。也就是说，当使用中空纤维膜制造加湿器时，具有以下优点：接触表面积大的中空纤维膜的高度集成是可能的，因此即使是小容量的也可以充分加湿燃料电池，可以使用低成本材料，并且可以通过加湿器回收并再利用从燃料电池以高温排出的废气中所包含的水分和热量。
[0010]图1是示出根据相关技术的燃料电池膜加湿器的分解透视图。如图1所示，相关技术的燃料电池膜加湿器10包括加湿模块11以及结合至加湿模块11的两端的盖12，在该加湿
模块11中，在从外部提供的空气与从燃料电池堆(未图示)排出的废气之间进行水分交换。
[0011]其中一个盖12向加湿模块11供应从外部供应的空气，另一个盖向燃料电池堆供应通过加湿模块11加湿的空气。
[0012]加湿模块11包括具有废气入口11aa和废气出口11ab的中间壳体11a以及位于中间壳体11a内的多个中空纤维膜11b。中空纤维膜11b的束的两端固定到灌封部11c。灌封部11c通常通过浇铸(casting)方式使诸如液体聚氨酯树脂的液体聚合物固化来形成。
[0013]从外部供应的空气沿着中空纤维膜11b的中空部流动。通过废气入口11aa流入中间壳体11a中的废气与中空纤维膜11b的外表面接触，然后通过废气出口11ab从中间壳体11a排出。当废气与中空纤维膜11b的外表面接触时，废气中包含的水分透过中空纤维膜11b中，以加湿沿着中空纤维膜11b的中空部流动的气体。
[0014]盖12的内部空间仅与中空纤维膜11b的中空部进行流体连通，并且应当与中间壳体11a的内部空间完全阻隔。否则，由于压力差而发生空气泄漏，供应到燃料电池堆的加湿空气的量减少，并且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11b的端部被固定于的灌封部11c、以及灌封部11c与中间壳体11a之间的树脂层11d阻隔盖12的内部空间和中间壳体11a的内部空间。与灌封部11c类似，树脂层11d通常通过浇铸方式使液态聚合物(例如液态聚氨酯树脂)固化而形成。
[0016]然而，由于形成树脂层11d的浇铸工序需要相对较长的工序时间，因此膜加湿器10的生产率降低。
[0017]此外，由于树脂层11d粘附到中间壳体11a的内壁以及灌封部11c，当中空纤维膜11b发生问题时，需要更换整个加湿模块11，这产生了巨大的维护成本。
[0018]此外，燃料电池的重复工作极易导致树脂层11d与中间壳体11a之间的间隙。也就是说，随着燃料电池的工作和停止反复，交替发生树脂层11d的膨胀和收缩，中间壳体11a与树脂层11d之间的热膨胀系数之差极易导致树脂层11d脱离中间壳体11a。如上所述，当树脂层11d与中间壳体11a之间产生间隙时，由于压力差而发生气体泄露，供给到燃料电池堆的加湿空气量减少，燃料电池的发电效率降低。
技术实现思路
[0019]技术问题
[0020]本专利技术的目的是提供一种垫圈组件以及包括该垫圈组件的燃料电池膜加湿器，该垫圈组件能够防止上述相关技术的局限和缺点引起的问题，以提高的生产率制造，并显著降低维护成本。
[0021]技术方案
[0022]根据本专利技术实施例的垫圈组件是一种用于燃料电池膜加湿器的垫圈组件，包括：中间壳体；盖，所述盖紧固到所述中间壳体上；以及至少一个盒，所述至少一个盒设置在所述中间壳体内并容纳多个中空纤维膜，所述垫圈组件包括：子壳体，所述子壳体形成为包围所述盒的端部的形状并且包括供所述盒的端部插入的第一孔；以及垫圈，所述垫圈包括主体构件，所述主体构件具有供所述子壳体插入的第二孔，所述垫圈包括封装部(packing portion)，所述封装部包括突出构件，所述突出构件形成在所述主体构件的一端并与插入
第二孔中的子壳体的外周面接触以防止中间壳体中的流体朝向盖流动，所述垫圈包括边缘部，所述边缘部形成在主体构件的另一端并形成在由中间壳体的端部处形成的凹槽和盖的端部形成的空间中。
[0023]在根据本专利技术实施例的垫圈组件中，可以将粘合剂涂布到子壳体的内周面上，使得子壳体结合至盒的端部。
[0024]在根据本专利技术实施例的垫圈组件中，子壳体可以由硬度比构成灌封部的材料高的材料形成。
[0025]在根据本专利技术实施例的垫圈组件中，主体构件可以包括形成为向下突出的下部主体构件以及朝向盖形成为平面形状的上部主体构件。
[0026]在根据本专利技术实施例的垫圈组件中，主体构件可以包括两个或更多第二孔，两个或更多子壳体能够插入所述两个或更多第二孔中，并且两个或更多突出构件可以被包括并形成为与所述两个或更多子壳体的外周面接触。...
【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膜加湿器的垫圈组件，所述燃料电池膜加湿器包括：中间壳体；盖，所述盖紧固到所述中间壳体；以及至少一个盒，所述至少一个盒设置在所述中间壳体内并容纳多个中空纤维膜，所述垫圈组件包括：子壳体，所述子壳体形成为包围所述盒的端部的形状并且包括供所述盒的所述端部插入的第一孔；以及垫圈，所述垫圈包括：主体构件，所述主体构件具有供所述子壳体插入的第二孔；封装部，所述封装部包括突出构件，所述突出构件形成在所述主体构件的一端处并与插入所述第二孔中的所述子壳体的外周面接触，以防止所述中间壳体中的流体朝向所述盖流动；以及边缘部，所述边缘部形成在所述主体构件的另一端处，并形成在由所述中间壳体的端部处形成的凹槽和所述盖的端部形成的空间中。2.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述子壳体的内周面被涂布粘合剂，以使所述子壳体结合到所述盒的端部。3.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述子壳体由硬度比构成在所述盒的端部处形成的灌封部的材料高的材料形成。4.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述主体构件包括形成为向下突出的下部主体构件以及朝向所述盖形成为平面形状的上部主体构件。5.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述主体构件包括两个以上的第二孔，两个以上的子壳体能够插入所述两个以上的第二孔中，并且所述垫圈组件包括两个以上的突出构件，并且所述两个以上的突出构件形成为与所述两个以上的子壳体的外周面接触。6.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述突出构件由于弹性力而按压并接触所述子壳体的所述外周面，以使中间壳体侧的空间和盖侧的空间是气密的。7.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述边缘部包括向两个方向突出的边缘翼，并且所述边缘翼在形成在所述中间壳体的端部处的所述凹槽被所述边缘翼填充的同时被插设，以密封所述中间壳体的内部和外部、所述中间壳体和所述盖。8.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述封装部和所述边缘部中的每一个具有20邵氏A至70邵氏A的第一硬度，并且所述垫圈组件进一步包括形成为插入所述封装部的至少一部分和所述边缘部的至少一部分中的加强构件，所述加强构件具有比所述第一硬度高的第二硬度。9.一种燃料电池膜加湿器，包括：中间壳体；盖，所述盖紧固到所述中间壳体；至少一个盒，所述至少一个盒设置在所述中间壳体内部并容纳多个中空纤维膜；以及垫圈组件，所述垫圈组件通过机械组装与加湿模块的至少一个端部气密地结合，使得所述盖能够仅与所述中空纤维膜进行流体连通，其中，所述垫圈组...
【专利技术属性】
技术研发人员：金度佑，金京柱，安娜贤，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：
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