CN102456900B - 燃料电池用加湿器及用其作为辅助加湿器的燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

燃料电池用加湿器及用其作为辅助加湿器的燃料电池系统

技术领域

本发明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。

背景技术

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(protonexchangemembranefuelcell)或聚合物电解质薄膜燃料电池(polymerelectrolytemembranefuelcell，PEMFC)，其包括含有薄膜电极组件(membraneelectrodeassembly，MEA)，气体扩散层(GDL)，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。气体扩散层起到均匀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(floodingphenomenon)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℃，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。

背景技术部分中公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，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。

发明内容

为了解决上述与现有技术有关的问题作出了本发明。因此，本发明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。

根据本发明的各个方面，本发明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，本发明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内(例如在管道中间或以其它方式合适地安装)，以将通过泵送管传送的水供给供气管，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通过多孔材料的毛细通道。

在一个优选的实施方式中，进口组件和出口组件中的每一个包括设置在排气管和供气管之间的连接管以及从连接管分出支路并且连接到泵送管的一端的端口。

在另一个优选的实施方式中，每一个端口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两端的电极，从而当电极施加电压时，利用电渗透作用产生的泵送力使水传送通过多孔材料中的毛细通道。

在又一个优选的实施方式中，每一个电极包括具有网状结构的导电板，在网状结构中形成有多个水能穿过的通孔；和连接到用于施加电压的导线并向外延伸的引线。

在又一个优选的实施方式中，进口组件设置在连接到燃料电池组的阴极出口的排气管内。进一步地，出口组件设置在连接到燃料电池组的阴极进口的供气管内。因而，对供给燃料电池组的阴极的空气进行加湿。

在又一个优选的实施方式中，出口组件设置在用于对供给燃料电池组的阴极的空气进行加湿的主加湿器的前面或后面的供气管内。

在又一个优选的实施方式中，进口组件包括用于冷却水过饱和的废气经过的壁的冷却装置，从而增加在壁上冷凝的水分的量。

在又一个优选的实施方式中，冷却装置包括：固定支架，固定到连接到供气管的进口组件的连接管的外围，并且通过隔离部件与该连接管隔开；以及超声振动器，设置在固定支架上，其中，冷却装置是一种当电力施加到超声冷却装置时，使用由超声振动引起的声流的超声冷却装置。

另一方面，本发明提供一种包含上述加湿器的燃料电池系统，其中，加湿器的进口组件设置在连接到燃料电池组的阴极出口的排气管内并且加湿器的出口组件设置在连接到燃料电池组的阴极进口的供气管内，从而对供给燃料电池组的阴极的空气进行加湿。

在一个优选的实施方式中，出口组件设置在用于对供给燃料电池组阴极的空气进行加湿的主加湿器的前面或后面的排气管内，从而，该加湿器被用作辅助加湿器，与用于主加湿器一起对空气进行加湿。

以下讨论本发明的另外一些方面和优选的实施方式。

应当理解此处使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括，诸如包括运动用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、多种商用车辆的载客汽车的机动车辆，包括各种船和艇的水运工具，航行器等，并且包括混合动力车、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆和其它可选的燃料车辆(例如从除了石油以外的资源中获得的燃料)。参照此处所述，混合动力车为具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。

以下讨论本发明上述和其它的特征。

附图说明

现参照在下面仅以示例方式给出的示例性附图的特定典型实施方式来详细说明本发明的以上和其它特征，由此，这些特征不限制本发明，其中：

图1是示出了在典型的燃料电池系统中，通过薄膜加湿器对空气进行加湿并将空气供应给燃料电池组的情况的示意图。

图2是示出了根据本发明的实施方式的作为工作原理的电渗透现象的示意图。

图3和图4是示出了根据本发明的优选实施方式的包括加湿器的燃料电池组的结构的示意图。

图5是示出了根据本发明的优选实施方式的加湿器的结构的透视图。

图6是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的进口组件的透视图。

图7是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的进口组件的分解透视图。

图8是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的出口组件的分解透视图。

图9是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的泵送管的透视图。

图10是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的泵送管的分解透视图。

附图中涉及的附图标记包括后面将进一步讨论的下列部件：

10：燃料电池组20：空气供应装置

21：供气管22：排气管

23：主加湿器(薄膜加湿器)

24：空心纤维薄膜30：进口组件

31：连接管32：出口端

33：多孔材料34：电极

35：引线36：通孔

40：出口组件41：连接管

42：进口端43：引线

44：电极45：引线

46：通孔50：泵送管

51：管道52：多孔材料

53：电极54：引线

55：通孔60：冷却装置

61：间隔件62：固定支架

63：超声振动器

应该理解，附图不必按比例绘制，而只是表示用于说明本发明的基本原理的各种优选特征的简化表示。包括例如特定尺寸、方向、位置和形状的本文所公开的本发明的特定设计特征，将部分地由特定应用和使用环境确定。

在所有附图中，相同的附图标记表示本发明中相同或者等同的部件。

具体实施方式

下文将详细参照本发明的各个实施方式，在附图中示出并在下文中描述其实施例。尽管将结合示例性实施方式说明本发明，然而应该理解的是，本说明书不是要将本发明限制到这些典型的实施方式。相反地，本发明不仅要涵盖这些典型的实施方式，还涵盖包含在所附权利要求中所限定的本发明的构思和范围内的各种替代、修改、等效物及其它实施方式。

本发明提供一种新型的加湿器，其被用作辅助加湿器。具体而言，本发明提供一种燃料电池用电渗透加湿器，与现有的气对气加湿器一起，被用作辅助加湿器。

在本发明中可以被用作主加湿器的气对气加湿器可以是使用空心纤维薄膜的薄膜加湿器。当然，其它已知的加湿器也可以被适当地使用。因此，尽管各种实施方式在此可能被描述成与薄膜加湿器相关，但应该理解各种其它类型的加湿器也可以被使用，替代薄膜加湿器。

在除含有加湿器(例如薄膜加湿器)之外进一步设置本发明的加湿器的情况下，可以提高加湿器(例如薄膜加湿器)的低效区域的湿润性能，从而提高燃料电池的输出并提供高效的操作。

根据各种实施方式，本发明的加湿器利用电渗透作用，其中允许从燃料电池组的水过饱和的废气(即过饱和湿空气)中收集的水利用电渗透作用流动以对空气进行加湿。

在一些实施方式中，在本发明的加湿器中，从燃料电池组排放的相对湿度在100％或更高的废气中收集水滴而无需使用独立的气液分离器，并且然后通过电渗透作用将水滴传送到供气管。

图2是示出了根据本发明的实施方式的作为工作原理的电渗透现象的示意图。如图2所示，电渗透现象由电压差造成，其中，液体流道由多孔壁或毛细管形成并且电极被设置在其两侧以施加电压，使得液体沿着流道从一个电极(即正极)流到另一电极(即负极)。

这里，水离子被形成在多孔固体上的电势差集结以形成具有电特性的双层，并且利用电势差被集结的水沿着多孔固体中的毛细通道流动，其中，通量与电势差和通道的截面积成比例。

图3和图4是示出了根据本发明的优选实施方式的包括加湿器的燃料电池组10的结构的示意图，其中，图3示出了加湿器被设置在排气管22和供气管21之间、在主加湿器23的前面的燃料电池组10的结构，而图4示出了加湿器设置在排气管22和供气管21之间、在主加湿器23的后面的燃料电池组10的结构。

如这些图中所示，本发明的加湿器被设置在从燃料电池组10排放水过饱和的废气的排气管22和供应将要进行加湿的空气的供气管21之间。

特别地，设置一种允许从燃料电池组10的阴极通过排气管22排放的废气中收集的水，即从过饱和的湿空气中收集的水利用电渗透作用移动到供气管21的结构，该结构包括分别在排气管22和供气管21设置有分支结构的进口组件30和出口组件40，以及连接到进口组件30和出口组件40的电渗透泵送管50。

这里，为了对供给燃料电池组10的空气进行加湿，本发明的加湿器可以这样配置，即，泵送管50被设置在连接到燃料电池组10的阴极出口的排气管22与连接到作为主加湿器23的薄膜加湿器的前面或后面的供气管21之间。多孔材料可以设置在泵送管50内，并且用于施加电压的电极可以进一步设置在多孔材料的两端。

在燃料电池系统中，从燃料电池组10的阴极出口排放的过饱和湿空气流过排气管22，并且将被供给燃料电池组10的阴极进口的空气流过供气管21。

根据本发明的实施方式，本发明的加湿器能够利用电渗透现象的泵送力(pumpingforce)将从排气管22的水过饱和湿空气中收集的水供给供气管21，从而对通过供气管21供给燃料电池组10的空气进行加湿。

在图3和图4的实施方式中，薄膜加湿器23通过供气管21连接到设置在薄膜加湿器23前面的空气供应装置20。被例如鼓风机吸入的空气，可以通过供气管21供给薄膜加湿器23，并且薄膜加湿器23可以连接到与燃料电池组10的阴极进口连接的供气管21。因而，由薄膜加湿器23进行加湿的空气被供给燃料电池组10。

薄膜加湿器23可以进一步地连接到薄膜加湿器前面的，从燃料电池组10的阴极出口排放的过饱和湿空气流过的排气管22。排气管22还可以设置在薄膜加湿器23的后面以排放由薄膜加湿器23进行加湿的空气。

因此，当从燃料电池组10的阴极出口排放的过饱和湿空气通过薄膜加湿器23前面的排气管22被供给薄膜加湿器23的壳体内部时，其将水和热量传送到穿过空心纤维薄膜24的空气并随后通过在薄膜加湿器23后面的排气管22被排放到外界。

进一步地，由空气供应装置20通过在薄膜加湿器23前面的供气管21传送的外部空气(即新鲜空气)穿过空心纤维薄膜24，在此过程中，外部空气通过从被供给薄膜加湿器23的壳体内部的过饱和湿空气传送的水和热量进行加湿，并且随后通过在薄膜加湿器23后面的供气管21供给燃料电池组10的阴极。

在本发明的加湿器中，进口组件30可以设置在排气管22内(例如，如这些图中的排气管22的中间，或者以其它方式合适地安置在排气管22内)以传递从燃料电池组10排放的过饱和湿空气，收集包含在过饱和湿空气中的水滴，并且将所收集的水滴供给泵送管50。出口组件40可以设置在供气管21内(例如，如这些图所示的进气管21的中间，或者以其它方式适当地安置在进气管21内)以传递供给燃料电池组10的空气并将流经送泵管50的水喷射到供气管21的空气中。

根据不同的实施方式，设置了电渗透泵送管50并且电渗透泵送管50起到利用多孔材料中的毛细管的电渗透流将从进口组件30收集的水传送到出口组件40。

更具体地，图5是示出了根据本发明的优选实施方式的加湿器的结构的透视图。图6是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的进口组件的透视图。图7是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的进口组件的分解透视图。图8是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的出口组件的分解透视图。图9是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的泵送管的透视图。图10是示出了根据本发明的实施方式的加湿器的泵送管的分解透视图。

如这些图中所示，进口组件30和出口组件40的每一个具有分支结构，例如T形管结构。例如，如图所示，进口组件30可以包括设置在排气管22的中间的连接管31和从连接管31分支的端口32，而出口组件40包括设置在供气管21中的连接管41(例如，在排气管22的中间或以其它方式合适地设置)和从连接管41分支的端口42。

例如，如图所示，进口组件30的端口32和出口组件40的端口42可以连接到利用电渗透效应泵送水的泵送管50的两端，并因此泵送管50被配置成连接进口组件30和出口组件40。

从进口组件30的连接管31分出支路的端口32对应于连接到泵送管50的进口组件30的出口的端口，因此被称为出口端口。此外，从出口组件40的连接管41分出支路的端口42对应于出口组件40的进口的端口，因此被称为进口端口。

在优选的实施方式中，用于利用电渗透效应传送水的多孔材料33和43被分别设置在进口组件30的出口端口32和出口组件40的进口端口42，并且施加电压到多孔材料33和43的两端的电极34和44分别设置在出口端口32和进口端口42。

电极34和44包括可以被连接到用于施加电压的导线并分别在电极34和44的一侧形成的引线35和45。引线35和45可以通过形成在出口端口32和进口端口42的孔32a和42a延伸到出口端口32和进口端口42的外部。

由于被插入到对应的进口端口32和出口端口42的电极34和44的每一个被优选地设置成传递水，因此，电极34和44可以是具有网状结构或其它适当的结构的导电板的形式，其中形成有多个水能穿过的通孔36和46。

多孔材料33和43由任何适当的绝缘材料例如多孔陶瓷或玻璃形成，并且可以设置有充当利用电渗透效应能够将水传送的毛细通道的微孔。

根据各个实施方式，多孔材料33和43可以具有带有多个微孔的固体结构。在一些实施方式中，多孔材料33和43可以具有微粒被填充在电极34和44之间并被封装的结构，并且在这种情况下，导电网可以被进一步地设置在电极34和44的内部以防止微粒泄漏。

泵送管50可以包括由适当的绝缘材料形成并被设置在管道51或类似物内部的多孔材料52，以及具有网状结构，例如类似于进口组件30和出口组件40的端口32和42，的电极53。类似地，每一个电极53可以包括通过形成在管道51中的孔51a延伸到管道51的外部并被连接到用于施加电压的导线的引线54。

根据设置在排气管22的进口组件30和设置在供气管21的出口组件40之间的距离，在一些实施方式中可以使用多条泵送管50。例如多条泵送管50可以通过任何典型的管道连接方法，例如通过使用装配件或者通过使用螺钉的直接连接方法，相互连接。

可以按这样的方式增加泵送管50的长度，即多个多孔材料被连续地排列在具有所需长度的一条管道内，并且多对电极可以被设置在多孔材料列的两端和每个多孔材料的中间，同时设置在每个多孔材料的两端的两个电极形成一对电极。

在上述结构中，进口组件30是从通过排气管22排放的过饱和湿空气中收集冷凝水并将所收集的水供给泵送管50的部件。因此，通过冷却冷凝的水的量应该被增加。例如，进口组件30可以包括冷却装置60，用于强制冷却进口组件30的壁，更具体地是连接管31的壁，以增加沿连接管31的内侧冷凝的水量。

冷却装置60强制冷却连接管31，从而来自过饱和湿空气中大量的水滴被冷凝并收集在连接管31的内侧。具体而言，冷却装置60增加了被收集的水滴的量，从而大量的水能够被供给泵送管50，因此改善了湿润性能。

作为进口组件30的冷却装置60，在一些实施方式中，由于在布局方面的有限的空间，可能很难使用水冷却类型的冷却装置。因此，在各个实施方式中，优选地，采用使用由超声振动引起的声流(acousticstreaming)的超声冷却装置。

超声冷却使用以下原理，即当具有预定频率(例如，30kHz)的超声波从超声振动器产生时，由超声振动引起的声流产生空气对流以冷却热源，从而在被引入的新鲜空气量少的燃料电池组和加湿器中提供了一种良好的冷却效果。

超声冷却装置60可以包括多个超声振动器63，例如相互间以规则间隔隔开，环绕部分37a，相对于进口组件30的连接管31中的废气的流动方向，对应于出口端32的上游侧。

在一些实施方式中的每一个超声振动器63是压电元件，其接收外部动能并产生具有预定频率的超声波。

在本发明的加湿器中的超声振动器63能够被安装在与连接管31间隔开的固定支架62上，其中，在与超声振动器63相对的位置的连接管31的壁37b优选地大体平行于超声振动器63的表面。

参考图6和图7，固定支架62可以通过设置在连接管31内的间隔件61与连接管31的外围间隔开，并且，如这些图所示，两个超声振动器63(或者任何合适的数目)以这样的方式被设置，即每一个超声振动器63的表面被适当的定位，例如以预定间隙大体平行于连接管31的壁37b。

超声振动器63可以通过控制器的控制信号从超声振动驱动单元接收电力来操作。在一些实施方式，超声振动器驱动单元可以具有包括图中未示出的放大器等典型的电路配置。

同样，已经描述了能够被用作燃料电池系统的辅助加湿器的利用电渗透作用的加湿器的结构。加湿器的操作可以以这样的方式被控制器控制，即当响应控制器的控制信号，电压被施加到进口组件30、出口组件40以及泵送管50的电极34，44和53时，从进口组件30收集的水利用电渗透作用沿着多孔材料33，42和52中的水流移动，并且移动到出口组件40的水被供给连接管41以对通过供气管21供给燃料电池组10的空气进行加湿。

接着，将描述根据本发明的一个实施方式的加湿器的操作。

首先，当含有过量水滴的相对湿度为100％或更高的过饱和湿空气通过排气管22和进口组件30的连接管31从燃料电池组10的阴极排放出来时，水从过饱和湿空气中冷凝在连接管31的内侧，并且一部分在连接管31的内侧流动的冷凝水通过出口端口32被引入到泵送管50。

在这种情况下，出口端口32和泵送管50的多孔材料33和52吸收和保持水分。

接着，当根据燃料电池系统的操作条件湿润负荷超过湿润容量时，控制器施加用于起动辅助加湿的控制信号，并且响应控制信号，施加电压到设置在每一个多孔材料33，43和52的两端的电极33，34和53。

当施加电压时，操作本发明的加湿器以收集冷凝在进口组件30的内侧的水滴并传送到毛细管。因此，利用电渗透作用通过泵送管50的操作将从进口组件30引入的水被传送到出口组件40以对通过出口组件40的供气通道(即连接管)供给燃料电池组10的空气进行加湿。

此时，供给燃料电池组10的空气被主加湿器23进行加湿，并且同时被本发明的加湿器进一步进行加湿。因此，本发明的加湿器改善了主加湿器23的湿润性能，从而提高了燃料电池组10的输出并提供高效的操作。

在本发明的加湿器的辅助加湿过程中冷凝在进口组件30内的水的量可能不足的情况下，控制器可以操作超声冷却装置60。

即，当控制器施加用于起动超声冷却的控制信号时，超声振动器驱动单元施加电力到每一个将被操作的超声振动器63，并因此通过超声振动63的操作产生了具有预定频率的超声波。

因此，进口组件30的连接管31被超声振动引起的声流产生的空气对流强行冷却，并因此可以增加从燃料电池组10的废气中收集的在进口组件30的连接管31内的水滴的量。

如上所述，与现有的加湿器(例如气对气加湿器)一起设置，根据本发明的燃料电池用加湿器被用作辅助加湿器以改善湿润性能，特别是改善现有加湿器(例如气对气加湿器)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。

此外，根据本发明的燃料电池用加湿器具有比使用喷射技术的现有加湿器更简单的结构，并因此可以降低体积、重量、制造成本、噪声等，便于控制，并且提高了因不使用移动部件的耐用性。

此外，可以减少乃至防止常规喷射技术引起的车辆冷却性能的恶化以提高通过使用超声振动和声流效应的冷却装置的局部冷却而收集的水滴的量并且以产生微滴，从而改善湿润性能。

尽管参考优选的实施方式已经详细地描述了本发明。然而，本领域技术人员将理解到，在不偏离所附权利要求所公开的本发明的范围和思想的情况下可以作出各种修改。

Claims (9)

1.一种燃料电池用加湿器，所述加湿器包括：

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，以将从所述废气中冷凝的水供给所述燃料电池组；

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，从而对所述反应气体进行加湿；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所述多孔材料的两端并被设置在所述进口组件和所述出口组件之间的电极，从而当所述电极施加电压时，利用由电渗透作用产生的泵送力使水传送穿过所述多孔材料中的毛细通道，

其中，所述进口组件设置在连接到所述燃料电池组的阴极出口的排气管内，并且所述出口组件设置在连接到所述燃料电池组的阴极进口的供气管内，从而对供给所述燃料电池组的阴极的空气进行加湿。

2.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述进口组件包括设置在所述排气管的连接管和从所述连接管分支的端口，所述出口组件包括设置在所述供气管中的连接管和从所述连接管分支的端口，并且所述进口组件的端口和所述出口组件的端口可以连接到所述泵送管的两端。

3.根据权利要求2所述的加湿器，其中，每一个所述端口包括设置在其内的多孔材料和用于将电压施加到所述多孔材料的两端的电极，从而当所述电极施加电压时，利用由电渗透作用产生的泵送力使水传送穿过所述多孔材料中的毛细通道。

4.根据权利要求1或3所述的加湿器，其中，每一个所述电极包括具有形成有多个水能穿过的通孔的网状结构的导电板和连接到用于施加电压的导线并向外延伸的引线。

5.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述出口组件设置在用于对供给所述燃料电池组的阴极的空气进行加湿的主加湿器的前面或后面的供气管内。

6.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述进口组件包括用于冷却所述水-过饱和废气经过的壁的冷却装置，从而增加冷凝在所述壁上的水的量。

7.根据权利要求6所述的加湿器，其中，所述冷却装置包括：

固定支架，固定到连接到所述排气管的所述进口组件的所述连接管的外围，并且通过间隔部件与所述连接管的外围隔开；以及

超声振动器，设置在所述固定支架上，

其中，所述冷却装置是一种当被施加电力时，利用由超声振动引起的声流的超声冷却装置。

8.一种包含权利要求1所述的加湿器的燃料电池系统，其中，所述加湿器的进口组件设置在连接到燃料电池组的阴极出口的排气管内并且所述加湿器的出口组件设置在连接到所述燃料电池组的阴极进口的供气管内，从而对供给所述燃料电池组的阴极的空气进行加湿。

9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中，所述出口组件设置在用于对供给所述燃料电池组的阴极的空气进行加湿的主加湿器的前面或后面的供气管内，从而使所述加湿器被用作辅助加湿器，用于与所述主加湿器一起对空气进行加湿。