[發明專利]燃料電池的加濕裝置及方法

有效

• 申請號: 201310594464.5
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103872358B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 金賢裕;權赫律
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

本發明提供燃料電池加濕裝置，其包括外殼、中空纖維膜組件、閥、傳感器和控制器。更具體地，中空纖維膜組件布置在外殼內。該外殼具有形成在外殼外周面的兩側表面的第一進口和第一出口，以及形成在外殼的一側和相對側的第二進口和第二出口。此外，閥安裝在外殼的第一出口中且傳感器配置為感測燃料電池組的控制因素。控制器還被配置為根據傳感器的感測信號輸出控制信號來調節閥打開或關閉的程度。

相關申請的交叉參考

本申請要求于2012年12月12日提交到韓國知識產權局的韓國專利申請No.10-2012-0144857的優先權和權益，其全部內容并入本文以作參考。

技術領域

本發明涉及燃料電池的加濕裝置及方法，更具體地，涉及如下的燃料電池加濕裝置和方法，其中在中空纖維膜組件的中部安裝有根據燃料電池的輸出來調節開/關的流路打開/關閉閥門。

背景技術

一般而言，應用于燃料電池汽車的燃料電池包括發電組件，其中多個單元電池是連續排列的，且每個單元電池通過燃料（如氫）和氧化劑（如空氣）間的電化學反應產生電能。

每個單元電池包括膜電極組件和隔板，隔板布置為分別與膜電極組件的兩側緊密接觸。隔板具有導電性質且通常為板形。隔板還包括通道，燃料和氧化劑分別通過通道沿著與膜電極組件緊密接觸的表面流動。

膜電極組件包括形成在一表面上的陽極電極（方便起見，以下稱為“陽極”）和形成在另一表面上的陰極電極（方便起見，以下稱為“陰極”）。此外，在陽極和陰極間形成有電解質膜。電子通過外電路從陽極流向陰極，產生直流電。

在陽極，催化劑氧化經隔板的通道提供的燃料，將燃料分解成帶負電的電子和帶正電的離子（一般為氫離子）。電解質膜是專門設計為讓離子通過而帶負電的電子不能通過的物質。自由電子流過電線而相應地產生電流。帶正電的離子經電解質到達陰極。一旦到達陰極，帶正電的離子與電子再結合，從陽極接收的帶負電的電子和帶正電的離子與經由隔板的通道接收的氧化劑中所包含的氧氣進行反應。反應通常導致水或二氧化碳和熱生成。

此外，為了高效且有效地運行上述燃料電池，燃料電池組的電解質膜需要保持適當的濕度。為了達到這個目的，供應到燃料電池的空氣通過加濕器在空氣進口加濕。

通常應用于燃料電池汽車的一種加濕器是如下配置的膜加濕器，其中密集地集聚有多個中空纖維膜的中空纖維膜組件布置在外殼內。而且，干燥空氣經過的第一進口和第一出口形成在外殼的兩側表面，且濕潤空氣經過的第二進口和第二出口形成在外殼的上側表面上。

可操作地（operationally），在干燥空氣經第一進口引入并經過中空纖維膜組件的內側時，濕潤空氣經第二進口朝中空纖維膜組件的外側供應。濕潤空氣帶有的水分通過中空纖維膜的毛細管作用而分離，分離出的水分在流經中空纖維膜毛細管內時凝結進入到中空纖維膜內。結果，經第一開口引入的干燥空氣通過膜內水分加濕，且加濕空氣從第一出口排出。

然而，在傳統的膜加濕器中，由于中空纖維膜密集地集聚在中空纖維膜組件內，經第二進口引入的濕潤空氣不能滲透進入中空纖維膜組件。此外，濕潤空氣擴散到中空纖維膜組件內部的速度非常慢，且中空纖維膜組件的內部不能充分接收水分。

因此，大部分干燥空氣流向中空纖維膜組件的中部，濕潤空氣流向中空纖維膜組件的邊緣。于是，加濕裝置的效率大大降低。

上述在該背景技術部分公開的信息僅用于增強對本發明背景的理解，因此其可能含有不構成該國本領域中普通技術人員已經知曉的現有技術的信息。

發明內容

本發明致力于提供燃料電池的加濕裝置及方法，其能夠利用整個中空纖維膜組件提高加濕性能，能夠減少中空纖維膜股數的使用量，具有有利的包裝，能夠降低在燃料電池組高輸出期間施加到加濕裝置的壓降和鼓風機的負載。