燃料电池膜加湿器制造技术

本发明专利技术涉及一种能够防止由膜加湿器的内部与外部之间的压力差导致加湿效率降低的燃料电池膜加湿器。根据本发明专利技术的实施例的燃料电池膜加湿器包括：中间壳体，形成有模块插入部，模块插入部包括形成为与中间壳体的内壁间隔开的外分隔壁；盖壳体，与中间壳体结合；中空纤维膜模块，插入模块插入部中并包括具有多个中空纤维膜的至少一个中空纤维膜束或者容纳有多个中空纤维膜的至少一个中空纤维膜盒；主动压力缓冲部，形成在中间壳体与模块插入部之间，以根据燃料电池的输出状态，防止由于中间壳体的内部与外部之间的压力差导致模块插入部膨胀，或者消除压力差。或者消除压力差。或者消除压力差。

【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，更具体地涉及一种能够防止由于膜加湿器的内部与外部之间的压力差导致的加湿效率降低的燃料电池膜加湿器。

技术介绍

[0002]燃料电池是通过氢气与氧气之间的结合来发电的发电电池。燃料电池与例如干电池或蓄电池的常规化学电池不同，具有只要供应氢气和氧气就能够持续产生电的优点，并且由于没有热量损失，燃料电池的效率为内燃机的约两倍。
[0003]此外，由于通过氢气与氧气之间的结合产生的化学能直接转换成电能，所以减少了污染物的排出。因此，燃料电池具有环保以及能够减少由于能量消耗增加导致的能源枯竭的担忧的优点。
[0004]根据所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]这些燃料电池本质上根据相同的原理工作，但在所使用的燃料的类型、工作温度、催化剂、电解质等方面具有差异。在这些电池中，已知聚合物电解质膜燃料电池不仅对于小型固定发电设备是最有前途的，而且对于运输系统也是最最有前途的，因为聚合物电解质膜燃料电池在比其他燃料电池低的温度下工作，并且由于输出密度高，聚合物电解质膜燃料电池可以被小型化。
[0006]提高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将一定量以上的水分供应给膜电极组件(MEA)的聚合物电解质膜(或质子交换膜：PEM)来保持水分含量。这是因为当聚合物电解质膜干燥时，发电效率快速降低。
[0007]聚合物电解质膜的加湿方法的示例包括：1)用水填充耐压容器然后使目标气体通过扩散器(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气体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，可以减小膜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膜加湿器时，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中空纤维膜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且可以再利用从燃料电池以高温排出的未反应气体中包含的水分和热量。
[0010]另一方面，当膜加湿器工作时，存在由于膜加湿器的内部与外部之间的压力差导致的加湿效率降低的问题。将参照图1、图2和图3对此进行描述。
[0011]图1、图2和图3是根据相关技术的燃料电池膜加湿器的横截面图。为了方便描述，在图中仅示出灌封部P的一部分中的中空纤维膜，省略了对其他部分的中空纤维膜的说明。在相关技术的膜加湿器中，容纳有多个中空纤维膜的中空纤维膜模块11被容纳在中间壳体10的内部。如图所示，中空纤维膜模块11可以形成为盒的形式。在中间壳体10的内部形成供盒形式的中空纤维膜模块11插入的模块插入部12。模块插入部12由形成在中间壳体10内部的多个分隔壁12a和12b形成。这里，形成模块插入部12的外壳的分隔壁12b实质上是中间壳体10的内壁的一部分。
[0012]如图2所示，通过将中空纤维膜模块11的两侧放入分隔壁12a和12b中来将中空纤维膜模块11插入到模块插入部12中。在这种情况下，中间壳体10包括中央部分凹入的中央凹入部10a，并且中央凹入部10a的内壁与中空纤维膜模块11彼此紧密附接。因此，由中间壳体10的非凹入部10b与中空纤维膜模块11形成的两个流体流动空间A和B彼此隔离。中央凹入部10a和形成模块插入部12的外壳的分隔壁12b实质上相同。
[0013]另一方面，从燃料电池堆(未示出)排出的第二流体通过形成在中间壳体10中的流体入口(未示出)流入内部，并且流过中空纤维膜模块11的同时与从鼓风机供应并在中空纤维膜内部流动的第一流体进行水分交换。盖壳体20与中间壳体10结合，并且在盖壳体20中形成第一流体通过其流入/从内部流出的流体入口20a。
[0014]然而，在高压工作条件的情况下，即，当从形成在中间壳体10中的流体入口(未示出)流入内部的第二流体是具有比膜加湿器外部的大气高的压力的高压流体时，在膜加湿器的内部与外部之间出现压力差，并且在膜加湿器内部流动的第二流体的压力高于外部大气压，因此，朝向膜加湿器的外部形成压力梯度，并且膜加湿器的一部分(具体地，中间壳体的凹入部)向膜加湿器外部的方向变形，如图3所示。另一方面，由于内部分隔壁12a在分隔壁的两侧上具有相同的压力，所以不形成压力梯度并且不发生变形。
[0015]由于压力梯度导致的中间壳体10的形状改变在中空纤维膜模块11与中间壳体10的内壁之间产生间隙，并且流体流动空间A中的第二流体不流过中空纤维膜模块11，而通过该间隙流入流体流动空间B。不流过中空纤维膜模块11的第二流体是没有通过中空纤维膜加湿的流体，这导致加湿效率降低的问题。
[0016]图4是示出用于解决图1所示的相关技术的燃料电池膜加湿器的问题的另一个根据相关技术的燃料电池膜加湿器(参见韩国未审查专利公开第2019
‑
0138288号)的图。
[0017]如图4所示，在另一个相关技术的燃料电池膜加湿器中，在中间壳体10的内部形成模块插入部12和压力缓冲部22。压力缓冲部22包括由彼此间隔开的外分隔壁12b和中间壳体10形成的空间以及在外分隔壁12b与中间壳体10之间形成的连接部21。连接部21隔离流体流动空间A与流体流动空间B，使得通过流体入口20a流入内部的流体仅流过中空纤维膜盒C。
[0018]如上述构成的压力缓冲部22使外分隔壁12b的两侧上的压力大体上相同。由于压力缓冲部22使得在外分隔壁12b的两侧上不形成压力梯度，所以外分隔壁12b不变形。因此，与图1中示出的燃料电池膜的加湿器不同，在中空纤维膜盒C与外分隔壁12b之间不产生间隙，使得可以防止流体流动空间A中的流体不流过中空纤维膜模块而流过流体流动空间B，因此防止了加湿效率降低。
[0019]另一方面，在如图4所示的根据相关技术的燃料电池膜加湿器中，由于燃料电池的
高输出情况或异常输出状态导致从形成在中间壳体10中的流体入口(未示出)流入内部的第二流体的压力(内部压力P1)远高于膜加湿器外部的大气压(外部压力P2)(P1＞＞P2)时，如图5的(a)和图5的(b)所示，由于压力差，中间壳体10可能受到向外的压力并且向外膨胀(由E1表示)。在这种情况下，由于外分隔壁12b连接到连接部21，所以外分隔壁12b也可以向外膨胀(由E2表示)。当外分隔壁12b向外膨胀时，在中空纤维膜盒C与外分隔壁12b之间可能产生间隙。因此本文档来自技高网...

【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：中间壳体，所述中间壳体中形成有模块插入部，所述模块插入部包括形成为与所述中间壳体的内壁间隔开的外分隔壁；盖壳体，所述盖壳体与所述中间壳体结合；中空纤维膜模块，所述中空纤维膜模块插入所述模块插入部并且包括集成有多个中空纤维膜的至少一个中空纤维膜束或者容纳有多个中空纤维膜的至少一个中空纤维膜盒；以及主动压力缓冲部，所述主动压力缓冲部形成在所述中间壳体与所述模块插入部之间，以根据燃料电池的输出状态，防止由于所述中间壳体的内部与外部之间的压力差导致所述模块插入部膨胀，或者消除压力差。2.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述主动压力缓冲部包括形成在所述外分隔壁与所述中间壳体的所述内壁之间的旁通结构。3.根据权利要求2所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述旁通结构包括：一对突出构件，所述一对突出构件形成为固定到所述外分隔壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴暎奭，李娥凛，李智润，金京柱，
申请(专利权)人：可隆工业株式会社，
类型：发明
国别省市：