[發(fā)明專利]燃料電池加濕系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710307056.1
• 申請(qǐng)日: 2007-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN101383422A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 全義植
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 沙 捷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池加濕系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及可調(diào)節(jié)要 被供應(yīng)到燃料電池組的干燥空氣的濕度的燃料電池加濕系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)是發(fā)電系統(tǒng)，其將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。

燃料電池系統(tǒng)通常包括用于發(fā)電的燃料電池組，用于供應(yīng)燃料(氫 氣)至燃料電池組的燃料供應(yīng)系統(tǒng)，用于供應(yīng)空氣中的氧氣至燃料電 池組的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，氧氣是電化學(xué)反應(yīng)所需要的氧化劑，以及用于 將燃料電池組的反應(yīng)熱排出燃料電池系統(tǒng)并控制燃料電池組的工作溫 度的熱和水管理系統(tǒng)。

具有上述配置的燃料電池系統(tǒng)通過作為燃料的氫氣和空氣中氧氣 的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電并排出作為反應(yīng)副產(chǎn)物的熱和水。

其中，燃料電池系統(tǒng)需要濕潤(rùn)的空氣以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。加濕是通 過以中空纖維膜或薄膜形式的膜而直接供應(yīng)水至燃料電池組，或通過 將從燃料電池組釋放的過飽和濕潤(rùn)空氣的濕空氣與來(lái)自外部的干燥空 氣進(jìn)行交換而執(zhí)行的。

圖1是示出了其中濕潤(rùn)空氣由燃料電池的傳統(tǒng)加濕系統(tǒng)供應(yīng)的情 況的視圖。如圖所示，來(lái)自外部的干燥空氣被風(fēng)機(jī)1強(qiáng)迫吹風(fēng)通過膜 加濕器2，且從燃料電池組3的出口排放的過飽和濕潤(rùn)空氣通過膜加濕 器2(然后排放到外部空氣)，因此通過過飽和濕潤(rùn)空氣和干燥空氣之 間的濕氣交換實(shí)現(xiàn)加濕。從而加濕的空氣被供應(yīng)到燃料電池組3。

膜加濕器2是采用中空纖維膜的氣體-氣體膜加濕器。在使用這樣 的膜加濕器2時(shí)，因?yàn)榭梢愿叨燃删哂写蠼佑|表面積的中空纖維膜， 即使容量(capacity)小也能實(shí)現(xiàn)燃料電池組3的充分加濕。此外，因 為在從燃料電池組3排放的高溫未反應(yīng)氣體中包含的濕空氣和熱被收 集并再利用，可以節(jié)省燃料電池組3加濕需要的濕空氣和能量。

一個(gè)直接影響燃料電池系統(tǒng)的操作性能的因素是含水量。具體地， 必須供應(yīng)超過預(yù)定量的濕空氣至膜電極組件(MEA)的催化劑層中的 電解質(zhì)膜和離子聚合物(ionomer)，從而獲得電解質(zhì)膜和離子聚合物的 最大離子導(dǎo)電性。

這里，膜加濕器2的功能是通過膜表面將在從燃料電池組3高溫 排放的未反應(yīng)氣體中包含的濕氣和熱供應(yīng)至室溫干燥氣體，該室溫干 燥氣體被供應(yīng)至燃料電池組3，因此實(shí)現(xiàn)燃料電池組3的加濕和溫度保 持。

傳統(tǒng)膜加濕器主要包括干燥空氣通過的中空纖維膜束(bundle)， 和從燃料電池組3排放的過飽和濕潤(rùn)空氣通過的殼體。在該情況下， 殼體基本上為圓筒形狀，包括干燥空氣和過飽和濕潤(rùn)空氣通過的入口 和出口。

然而，傳統(tǒng)加濕系統(tǒng)具有下面的缺點(diǎn)。

首先，高于某水平的濕度在適于低電流和低輸出區(qū)的同時(shí)，在高 電流和高輸出區(qū)可增加從陰極產(chǎn)生的水量。

在高電流和高輸出區(qū)從陰極產(chǎn)生的水量的增加可增加陰極處物質(zhì) 轉(zhuǎn)移阻力，引起溢流問題。這進(jìn)而可阻塞陰極處的空氣供應(yīng)并引起空 氣缺乏的問題。結(jié)果，可加速燃料電池催化劑的退化，并且可顯著降 低燃料電池的耐用性。

從而，在高電流和高輸出區(qū)，需要將濕空氣量降低至某個(gè)水平。 盡管如此，傳統(tǒng)膜加濕器在低電流區(qū)和高電流區(qū)之間濕空氣量上差別 很小；高電流區(qū)具有超過RH?80％的加濕性能，RH?80％類似于低電流 區(qū)濕度水平。此外，傳統(tǒng)膜加濕器有缺點(diǎn)，因?yàn)樵诟唠娏鲄^(qū)，隨著氣 流量的增加，壓力降增加且風(fēng)機(jī)負(fù)載增加。

該背景技術(shù)中揭示的信息僅是為了增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，而 不能當(dāng)作對(duì)形成本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息的承認(rèn)，或當(dāng) 作任何形式的建議。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明努力解決上面的問題，且本發(fā)明的目的是提供燃料電池的 加濕系統(tǒng)，其可調(diào)節(jié)要被供應(yīng)到燃料電池組的干燥空氣的加濕量并防 止的溢流和缺乏的問題。

在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供了燃料電池的加濕系統(tǒng)，加濕系統(tǒng) 包括：第一膜加濕器，其包括在第一殼體中的至少一個(gè)中空纖維膜； 第二膜加濕器，其包括在第二殼體中的至少一個(gè)中空纖維膜，該中空 纖維膜的直徑大于第一膜加濕器的中空纖維膜的直徑，且該中空纖維 膜的孔徑尺寸小于第一膜加濕器的中空纖維膜的孔徑尺寸；和流動(dòng)路 徑開關(guān)閥門，其設(shè)置在第二膜加濕器的后端，用于選擇性地打開或關(guān) 閉要被供應(yīng)到燃料電池的燃料電池組的加濕空氣的排放流動(dòng)路徑。