CN101154737B - 用于燃料电池的混合增湿器 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料电池的混合增湿器包括：在圆柱形外壳的一侧形成的空气入口，从鼓风机供应的干空气流入到所述空气入口中；在所述外壳的另一侧形成的空气出口，所述干空气被增湿，然后通过所述空气出口被排出；多个增湿管，其插入到所述外壳中并且被布置成彼此间隔一段距离从而不互相干涉，多个通孔，其在所述增湿管中形成从而将从燃料电池堆排放的湿空气输送到所述外壳的内部；超滤膜模件，其容纳在所述外壳中并且将从所述增湿管排放的湿气输送到所述干空气；和子出口，在增湿所述外壳内部的干空气之后通过该子出口排放残余空气。

Description

用于燃料电池的混合增湿器
技术领域
本发明涉及用于燃料电池的混合增湿器，尤其涉及这样一种用于燃料电池的混合增湿器，其中提供多个用于供应从燃料电池堆排放的湿空气的增湿管从而均匀地增湿增湿器的内部，由此提高增湿效率。
背景技术
燃料电池车辆由燃料电池产生的驱动力驱动，燃料电池将氧和氢反应产生的化学能转换成电能。在这时，为了燃料电池的工作，必须增湿燃料电池内部的电解液。
通常，如果鼓风机从车辆外部吸入干空气，干空气被增湿器增湿，然后被供应给燃料电池堆。增湿器用已用于燃料电池堆内部反应中的高温和高湿度的空气增湿从外部供应的干空气。
存在使用各种方法的各种增湿器，例如超音波增湿，蒸汽增湿、蒸发式增湿等等，并且具有小电功率消耗和小尺寸的增湿器适合于燃料电池。因此，使用超滤膜的增湿器通常用于燃料电池。
图1是传统超滤增湿器的横截面图，图2是图1的超滤膜模件的透视图，图3是显示图1的超滤膜增湿器的气流的图示。
如图1和图2中所示，在传统的超滤膜增湿器1中，通过其供应干空气的第一入口20在外壳10的一侧形成，通过其排放增湿器1内的湿空气的第一出口30在外壳10的另一侧形成。包括含有超滤膜64的多个模件外壳62的超滤膜模件60插入到外壳10中。
通过其供应从燃料电池堆排放的高温和高湿度空气的第二入口40在外壳10中形成，并且通过其排放增湿增湿器1内部的空气的第二出口50在外壳10中形成。包含在通过第二入口40供应的高温和高湿度的空气中的湿气(moisture)通过超滤膜64的毛细现象分离，然后移动到超滤膜64中。移动的湿气增湿沿其纵向方向通过超滤膜64的干空气，并且增湿后的空气通过第一出口30排放，然后供应给燃料电池堆。
然而，如图1和图3中所示，从外部供应的干空气在超滤膜模件60的中心部分A集中并且然后被供应，用于增湿的湿空气缓慢地分散，从而湿空气难以渗透到中超滤膜模件60地中心部分中。增湿器1的边缘部分B是湿润的，但是在边缘部分B中几乎没有用于增湿的空气，因此增湿器1的效率降低。
另外，由于除了蒸汽之外燃料电池中的反应产生的水被供应给增湿器，因此供应给增湿器的水会在冷天结冰，因此会降低效率。
另外，为了恢复降低的效率，应当使用大量的超滤膜，因此制造成本增加并且增湿器的尺寸也增加。
发明内容
本发明试图提供一种用于燃料电池的混合增湿器，其具有的优点是通过允许干空气均匀地流入到增湿器中以均匀地增湿来增强增湿效率。
本发明的一个典型实施方式提供了一种用于燃料电池的混合增湿器，其包括：在圆柱形外壳的一侧形成的空气入口，从鼓风机供应的干空气流入到所述空气入口中；在所述外壳的另一侧形成的空气出口，所述干空气被增湿，然后通过所述空气出口被排出；多个增湿管，其插入到所述外壳中并且被布置成彼此间隔一段距离从而不互相干涉，多个通孔，其在所述增湿管中形成从而将从燃料电池堆排放的湿空气输送到所述外壳的内部；超滤膜模件，其容纳在所述外壳中并且将从所述增湿管排放的湿气输送到所述干空气；和子出口，在增湿所述外壳内部的干空气之后通过该子出口排放残余空气。
所述增湿管可以穿透所述空气入口和所述空气出口以延伸到所述空气入口和所述空气出口的外部。
用于在所述空气出口侧沿着与所述干空气的流动方向相反的方向将湿空气供应到所述混合增湿器中的管插孔可以在所述增湿管中形成。
用于加热从燃料电池堆供应的湿空气从而蒸发空气的加热器可以设在朝着所述空气出口的所述增湿管的端部。
附图说明
图1是传统超滤增湿器的横截面图。
图2是图1的超滤膜模件的透视图。
图3是显示图1的超滤膜增湿器的气流的图示。
图4是显示根据本发明的典型实施方式的空气供应管线的图示。
图5是图4的混合增湿器的横截面图。
图6是图5的增湿管的放大图。
图7是示意性地显示图5的增湿管的安装状态的透视图。
<指示图中主要元件的参考数字的说明>
100：鼓风机        200：燃料电池堆
300：混合增湿器    310：外壳
314：空气入口      318：空气出口
319：子出口        320：超滤膜模件
330：增湿管        332：管插入孔
334：通孔          336：加热器
具体实施方式
在下文将参考附图具体描述本发明的典型实施方式。
图4是显示根据本发明的典型实施方式的空气供应管线的图示，图5是图4的混合增湿器的横截面图，图6是图5的增湿管的放大图，图7是示意性地显示图5的增湿管的安装状态的透视图。
如图4-7中所示，根据本发明的典型实施方式的空气供应管线包括从车辆的外部抽吸空气的鼓风机100，和混合增湿器300，其用从燃料电池堆200排放的湿(humid)空气增湿由鼓风机100抽吸的空气并且将增湿后的空气供应给燃料电池堆200。
混合增湿器300包括圆柱形的外壳310，容纳在外壳310内并且增湿干空气的超滤膜模件320，和供应从燃料电池堆200输送的湿空气的增湿管330。
用于引导从鼓风机100输送到外壳310内部的干空气的流入引导部分312在外壳310的一端形成，已通过流入引导部分312的干空气流入到其中的空气入口314被提供。提供排放增湿后空气的空气出口318，并且将增湿后的空气引导到外部的排放引导部分316在外壳310的一侧形成。另外，子出口319在外壳310的一侧形成，从增湿管330排放并且然后增湿混合增湿器300内部的空气通过子出口319被排放。
超滤膜模件320由容纳在外壳310内并且将湿气(moisture)与从增湿管330排放的湿空气分离的多个超滤膜管形成，所述超滤膜管由多孔超滤膜(参考图2的参考数字64)形成。
混合增湿器300的内部充满超滤膜模件320，从而流入到增湿器300中的干空气可以仅仅当通过超滤膜模件320之后排放到外部。因此，干空气通过仅仅通过超滤膜模件320的混合增湿器300，并且干空气在该过程期间被增湿。
如图6中所示，增湿管330形成圆柱形，并且在增湿管330中形成多个通孔334。管插孔332在朝着空气出口318的增湿管330的一端形成，并且已用于燃料电池堆200内部的反应并且已被排放的湿空气通过管插入孔332被供应给混合增湿器300。
优选的是多个增湿管330被布置成彼此间隔特定距离从而不互相干涉，如图7中所示。因此，蒸汽可以均匀地排放到混合增湿器300地内部，由此提高增湿效率。
加热器336设在朝着管插孔332的增湿管330的一部分。加热器336加热已通过管插孔332的湿空气，由此蒸发空气中的湿气从而形成蒸汽。
包含在湿空气中的湿气由加热器336转变为蒸汽，并且产生的蒸汽与包含在从燃料电池堆200供应的空气中的湿气一起被排放到混合增湿器300的内部。
由于管插孔332带有加热器336，流入混合增湿器300中的湿气和水转变为蒸汽并且然后被供应，从而可以防止增湿器由于超滤膜周围的水结冰而效率降低。
另外，由于通孔334的尺寸小，因此通过通孔334的蒸汽从狭窄区域被排放到宽阔区域，从而快速地排放。由于蒸汽在排放速度增加的状态下被排放到相对宽阔的区域，因此扩散速度增加，从而湿气可以快速地扩散到超滤膜模件320。因此，可以增强混合增湿器300的效率。
如图5中所示，增湿管330穿透空气入口314和空气出口318，从而延伸到空气入口314和空气出口318的外部。由于增湿管330延伸到空气入口314的外部并且彼此间隔，因此已通过流入引导部分312的空气与增湿管330的端部碰撞，从而空气的方向改变。
因此，由于干空气不仅流入混合增湿器300的中心部分C，而且流入混合增湿器300的边缘部分D，因此可以增强混合增湿器300的效率。
通过改变增湿管330的形状(直径，长度，通孔的大小，等等)或数量，可以适当地调整混合增湿器300的效率。
同样，由于混合增湿器300的总效率被增强，因此没有必要使用过多的超滤膜来保持增湿效率。因此，可以通过减小昂贵的超滤膜来减少成本，并且可以减小混合增湿器300的尺寸。
将在下文根据本发明的典型实施方式说明用于增湿用于燃料电池的混合增湿器中的空气的方法。
如图5中所示，通过鼓风机100从外部流入的干空气通过流入引导部分312流入混合增湿器300的外壳310中。干空气与增湿管330的端部碰撞从而均匀地分散，由此通过各种路径(C和D)流入空气入口314中。流过空气入口314的干空气通过超滤膜模件320。
如图5和图6中所示，在参与反应之后在高温和高湿度状态下从燃料电池堆200排放的湿空气通过管插孔332流入增湿管330中。在这时，包含在湿空气中的湿气由加热器336蒸发。包含被蒸发蒸汽的空气通过在多个增湿管330中形成的通孔334被排放，从而在整个超滤膜模件320上均匀地分散。
包含在被排放空气中的蒸汽通过毛细现象流入超滤膜中，并且流入超滤膜中的湿气用于增湿从外部供应的干空气。
失去蒸汽的空气通过子出口319从混合增湿器300排放，由此被排放到车辆的外部。相反地，从外部供应的干空气当通过超滤膜模件320时被增湿，在湿润状态下通过空气出口318，通过排放引导部分316从混合增湿器300排放，并且被供应给燃料电池堆。
尽管结合了当前认为可行的典型实施方式描述了本发明，应当理解的是本发明并不限于所公开的实施方式，而是相反，意欲涵盖包括在后附权利要求的精神和范围内的各种改进和等效布置。
如上所述，由于用于供应湿空气的增湿管布置在根据本发明的实施方式的用于燃料电池的混合增湿器中的超滤膜模件之间，因此流入增湿器中的干空气可以均匀地被增湿，从而增强了增湿器的效率。
另外，增湿管用于分散通过空气入口供应的空气从而分散干气流，由此增强了增湿器的效率。
此外，由于向增湿管的管插孔提供了加热器，因此流入增湿器中的湿气和水转变为蒸汽，从而可以防止在超滤膜周围水结冰，由此防止降低效率。
可以通过改变增湿管的形状和数量调整增湿效率，并且流入增湿管中的湿空气由通孔分散，从而增加分散速度。因此，增强了增湿效率。
由于增湿器的总效率因为增湿管而增强，因此它不需要过量地使用超滤膜，从而可以减小制造成本并且可以显著减小增湿器的尺寸。

Claims (3)

1.一种用于燃料电池的混合增湿器，包括：
在圆柱形外壳的一侧形成的空气入口，从鼓风机供应的干空气流入到所述空气入口中；
在所述外壳的另一侧形成的空气出口，所述干空气被增湿，然后通过所述空气出口被排出；
多个增湿管，其插入到所述外壳中并且被布置成彼此间隔一段距离从而不互相干涉，多个通孔，其在所述增湿管中形成从而将从燃料电池堆排放的湿空气输送到所述外壳的内部；
超滤膜模件，其容纳在所述外壳中并且将从所述增湿管排放的潮湿空气输送到所述干空气；
子出口，在增湿所述外壳内部的干空气之后通过该子出口排放残余空气；以及
加热器，该加热器设在朝着所述空气出口的所述增湿管的端部，以用于对从燃料电池堆供应的湿空气进行加热从而蒸发空气。
2.根据权利要求1的混合增湿器，其中所述增湿管穿透所述空气入口和所述空气出口以延伸到所述空气入口和所述空气出口的外部。
3.根据权利要求1的混合增湿器，其中所述增湿管具有管插孔，该管插孔形成在对应于所述空气出口的增湿管的端部，该管插孔用于沿着与所述干空气的流动方向相反的方向将湿空气供应到所述混合增湿器中，并且所述加热器设在形成有所述管插孔的所述增湿管的端部上，以将通过该管插孔的湿空气进行加热。
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