本发明专利技术提供一种燃料电池用加湿器，其与现有的气对气加湿器一起，被用作燃料电池的辅助加湿器以改善气对气加湿器的低效区的湿润性能，从而提高燃料电池的输出并提供高效的操作。具体而言，该加湿器包括：进口组件，设置在从燃料电池组排放水过饱和废气的排气管内，以将从废气中冷凝的水供给燃料电池组；出口组件，设置在将被加湿并被供给所述燃料电池组的反应气体经过的供气管内，以将通过泵送管传送的水供给所述供气管，从而对反应气体进行加湿；以及泵送管，包括设置在其内的多孔材料和用于将电压施加到多孔材料的两端并被设置在进口组件和出口组件之间的电极，从而当电极施加电压时，利用由电渗透作用产生的泵送力使水传送穿过多孔材料中的毛细通道。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃料电池用的加湿器，特别涉及一种与现有的气对气加湿器一起，被用作燃料电池的辅助加湿器的加湿器。当用作辅助加湿器时，该加湿器能够在气对气加湿器的低效区提供改善的湿润性能。
技术介绍
燃料电池是一种不是通过燃烧将化学能转换为热量而是在燃料电池组中利用电化学方法将化学能直接转换为电能的发电系统。燃料电池不仅可以用于小型电力和电子设备，例如便携设备的电力供应，而且可以用于工业或家用的电器和车辆的电力供应。其中一种被最广泛使用的车用燃料电池是质子交换薄膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell)或聚合物电解质薄膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell,PEMFC),其包括含有薄膜电极组件(membrane electrode assembly, MEA)，气体扩散层(⑶L)，衬垫，密封构件和双极板(隔板)的燃料电池组。一般来说，薄膜电极组件包括聚合物电解质薄膜和设置在聚合物电解质薄膜两侧的每一侧的电极/催化剂层。氢离子被输送穿过聚合物电解质薄膜并且在电极/催化剂层发生电化学反应。气体扩散层起到均勻扩散反应气体的作用并且输送所产生的电力。衬垫起到为反应气体和冷却剂提供适当的气密性的作用。密封构件起到提供适当的粘合压力的作用。双极板起到如下作用，支撑薄膜电极组件和气体扩散层，收集和输送所产生的电力，传送反应气体，传送和去除反应产物，并传送冷却剂以去除反应热等。在燃料电池车中使用聚合物电解质薄膜燃料电池的情况下，操作时需要水。由于水充当氢离子(H+)的输送媒介，因此反应气体的湿度直接与燃料电池的性能相关。因此， 作为氧化剂供应给燃料电池组的阴极的空气(或氧气)在燃料电池组的空气进口处被加湿器进行加湿。如果聚合物电解质薄膜燃料电池的水分含量不足，则会降低氢离子的导电性，并且，进一步地，电极和电解质薄膜的接触电阻会由于电解质薄膜的收缩而增加。另一方面， 如果水分含量过多，则会出现水形成在电极上的溢流现象(flooding phenomenon)而阻止反应气体的扩散，从而降低燃料电池的性能。因此，为了防止溢流现象，适度的加湿是需要的。供应给燃料电池组的反应气体是空气和氢气，并且在供应给燃料电池组之前通过加湿器将空气的加湿到所需的范围。润湿后的空气通过进气歧管被引入到燃料电池组的阴极以湿润薄膜电极组件，提高离子导电性，并且随后通过废气管被排放到空气中或成为冷凝的空气。加湿器的种类有很多种，例如气泡型加湿器、喷射型加湿器、吸收型加湿器等。然而，在燃料电池车的情况下，由于封装方面的限制，广泛地使用了具有相对小体积的薄膜加湿器。薄膜加湿器具有重要的优势，原因在于不需要独立电源和封装。此外，在薄膜加湿器中，供应给燃料电池组的阴极进口的气体能够接收来自从阴极出口排放的又湿又热的气体的燃料电池组的废热和水。图1是示出在典型的燃料电池系统中的通过薄膜加湿器120对空气进行加湿并将空气供应给燃料电池组130的情况的示意图。如图1所示，外界干燥空气被空气鼓风机110 强行吹动以穿过薄膜加湿器120。这里，从燃料电池组130的阴极出口排放的过饱和湿润空气穿过薄膜加湿器120 以通过过饱和湿润空气和干燥空气之间的水交换对干燥空气进行加湿，并且加湿后的空气被供给燃料电池组130的阴极进口。典型的薄膜加湿器是使用空心纤维薄膜的气对气加湿器，其中，具有大接触表面积的空心纤维薄膜能够被高度聚集。因此，燃料电池能够被小容量的薄膜加湿器充分湿润。 此外，包含在从燃料电池组的阴极排放的热气中的水分和热量能够被薄膜加湿器收集和重新使用，从而节省了在加湿过程中使用的水和能量。描述了用于提高燃料电池组的湿润性能和输出性能的包括辅助加湿器和薄膜加湿器的各种燃料电池系统。韩国专利公开号10-2008-0042614描述了一种混合加湿系统，其包括形成在薄膜加湿器中的出口，从而当要求燃料电池组的高输出时，通过薄膜加湿器的出口排放的冷凝水被贮存在蓄水器中，并且能够通过喷射泵和喷射器被喷射到供给燃料电池组的空气，从而增加湿润空气的量。美国专利号6，696，192描述了一种除了薄膜加湿器之外还包括水收集装置和辅助加湿器的燃料电池。水收集装置包括气液分离器和水储存槽。辅助加湿器包括水泵、止回阀、管道和喷射器。收集在水储存槽的水被喷射器雾化并喷射到燃料电池组。因而，当在大功率操作过程或燃料电池起动过程中热量和水分含量不足时，使用从废气分离的水并且用喷射器将适当的水喷射到所供应的气体以提高湿润性能的技术。美国专利号7，258，937描述了一种包括空气供应压缩机，气液分离器，计量器，喷射器和控制器的流体流动系统。压缩机吸收和压缩来自燃料电池组的新鲜空气和湿润废气的混合物并将该混合物供给燃料电池组，而喷射器将从废气中分离的水喷射到压缩机中的混合物。被喷射到混合物的水被空气的压缩热蒸发以冷却压缩机并同时对空气进行加湿。 通过直接地将水喷射到压缩机难以对供给燃料电池组的空气充分加湿，因此只将所需量的水直接喷射到新鲜空气和废气的混合物以防止燃料电池系统效率的降低。然而，上述常规加湿系统具有以下问题。(1)气对气加湿器是一种能够同时收集和重新使用来自燃料电池组的热和水的无动力加湿器，因此效率高。然而，由于其采用手动加湿，因此由于结构特性，预期的效率低。(2)在利用喷射技术以克服现有的气对气加湿器的低效率的情况下，系统因例如喷射用蓄水器、气液分离器、喷射器、喷射器腔体、管道、控制器、喷射体积测量设备、传感器等辅助设备而复杂。因此，增加了体积、重量、制造成本、噪声等。此外，在包括气液分离器 (即水离器)、高压压缩和喷射器喷射的加湿系统中确定喷射器的适当的喷射时间和量有许多困难。(3)为了便于加湿，有必要喷射微滴(microdroplet)，并因此有必要提高喷射压力，使用高压泵，保证水槽的容量，并且控制水位。此外，在提高气液分离器的容量的情况下，对封装方面不利，冷却效率不足，并且因此进一步加重了燃料电池车的冷却性能的恶化。(4)为了防止空气温度低于0°C，例如在冬天时蓄水器的冻结，需要例如加热器和隔热器等抗冻装置，这导致了由于加热而起动延迟并增加了电池的功耗。
技术介绍
部分中公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此其可能包含不形成已在本国为本领域的普通技术人员所知的现有技术的信息。
技术实现思路
为了解决上述与现有技术有关的问题作出了本专利技术。因此，本专利技术提供了一种用作辅助加湿器的燃料电池用加湿器。具体而言，与现有的气对气加湿器一起，该燃料电池用的加湿器被用作辅助加湿器以改善湿润性能，特别是改善气对气加湿器的低效区的湿润性能。因而，提高了燃料电池的输出并提供了高效的操作。根据本专利技术的各个方面，本专利技术提供了一种具有比使用喷射技术的现有加湿器更简单的结构的燃料电池用加湿器。因此，可以降低体积、重量、制造成本、噪声等，并且便于控制。一方面，本专利技术提供一种燃料电池用加湿器，该加湿器包括进口组件，设置在排气管内(例如在管道的中间或以其它方式合适地安装)，并且过饱和废气通过该排气管从燃料电池组排放出来以将从废气中冷凝的水供给燃料电池组；出口组件，设置在将被加湿并被供给燃料电池组的反应气体经过的供气管本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：高幸进，琴荣范，卢映佑，金允锡，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：
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