CN109428096B - 加湿器及具有该加湿器的燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加湿器及具有该加湿器的燃料电池系统。加湿器包括：水分可渗透部件，所述水分可渗透部件每个均具有管状形状；外壳，所述外壳容纳水分可渗透部件；第一流路部，在所述第一流路部中，要被供给到燃料电池的阴极气体和从燃料电池排出的阴极废气中的一种在水分可渗透部件的内侧流动；第二流路部，在所述第二流路部中，阴极气体和阴极废气中的另一种在外壳内在水分可渗透部件的外侧流动；和温度敏感部件，所述温度敏感部件被附接到水分可渗透部件中的至少一个水分可渗透部件，能够响应于温度而变形，并且随着温度降低而变形以便减小水分可渗透部件之间的间隙。

Description

加湿器及具有该加湿器的燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种加湿器及一种具有该加湿器的燃料电池系统。

背景技术

已知一种加湿器，该加湿器通过使用在从燃料电池排出的阴极废气中所包含的水分来加湿要被供给到燃料电池的阴极气体。期望的是，适当地调节阴极气体的加湿量。例如，如果当燃料电池的温度相对低时加湿器对阴极气体的加湿量太大，则可能在燃料电池中产生大量的冷凝水，从而可能发生溢流。此外，如果当燃料电池的温度相对高时阴极气体的加湿量不足，则燃料电池的电解质膜可能被干燥。例如，日本未审专利申请公布No.2006-156203公开了：用于使阴极废气绕过加湿器的旁通路径；和用于调节阴极废气的旁通量的旁通阀。

上述旁通路径和旁通阀被设置在加湿器的外部，这可能使得整个系统复杂化并且可能增加其尺寸。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种能够利用简单结构适当地调节要被供给到燃料电池的阴极气体的加湿量的加湿器和一种具有该加湿器的燃料电池系统。

通过一种加湿器实现了以上目的，该加湿器包括：水分可渗透部件，所述水分可渗透部件每个均具有管状形状；外壳，所述外壳容纳所述水分可渗透部件；第一流路部，在所述第一流路部中，要被供给到燃料电池的阴极气体和从所述燃料电池排出的阴极废气中的一种在所述水分可渗透部件的内侧流动；第二流路部，在所述第二流路部中，所述阴极气体和所述阴极废气中的另一种在所述外壳内在所述水分可渗透部件的外侧流动；和温度敏感部件，所述温度敏感部件被附接到所述水分可渗透部件中的至少一个水分可渗透部件，能够响应于温度而变形，并且随着温度降低而变形以便减小所述水分可渗透部件之间的间隙。

附接到水分可渗透部件的温度敏感部件的温度至少受到阴极废气的温度的影响。在这里，当燃料电池的温度相对高时，阴极废气的温度也是相对高的。当燃料电池的温度相对低时，阴极废气的温度也是相对低的。因此，当燃料电池的温度相对高时，温度敏感部件的温度也是相对高的。当燃料电池的温度相对低时，温度敏感部件的温度也是相对低的。如上所述，温度敏感部件随着温度降低而变形以便减小水分可渗透部件之间的间隙。因此，当温度敏感部件的温度降低时，流过水分可渗透部件之间的间隙的阴极气体或阴极废气的流量降低。这还降低了穿过水分可渗透部件从阴极废气移动到阴极气体的水分的数量。因此，随着温度敏感部件的温度降低，阴极气体的加湿量减小。也就是说，当燃料电池的温度相对低时，阴极气体的加湿量减小。当燃料电池的温度相对高时，阴极气体的加湿量增大。以此方式，能够在不在加湿器的外部设置旁通路径或旁通阀的情况下利用简单结构适当地调节供给到燃料电池的阴极气体的加湿量。

所述水分可渗透部件可以是水分可渗透膜，并且所述温度敏感部件可以被附接到所述水分可渗透膜的弯曲部分的内侧和外侧中的至少一侧。

所述水分可渗透部件可以是中空纤维膜，并且所述温度敏感部件可以被弯曲以便抓持所述中空纤维膜。

可以包括被构造成执行加热所述温度敏感部件和冷却所述温度敏感部件中的至少一种的元件。

所述温度敏感部件可以是使所述水分可渗透部件部分地露出的多孔体。

所述温度敏感部件可以包括双金属和形状记忆合金中的至少一种。

还通过一种燃料电池系统实现了以上目的，该燃料电池系统包括：燃料电池；和加湿器，其中，所述加湿器包括：水分可渗透部件，所述水分可渗透部件每个均具有管状形状；外壳，所述外壳容纳所述水分可渗透部件；第一流路部，在所述第一流路部中，要被供给到燃料电池的阴极气体和从所述燃料电池排出的阴极废气中的一种在所述水分可渗透部件的内侧流动；第二流路部，在所述第二流路部中，所述阴极气体和所述阴极废气中的另一种在所述外壳内在所述水分可渗透部件的外侧流动；和温度敏感部件，所述温度敏感部件被附接到所述水分可渗透部件中的至少一个水分可渗透部件，能够响应于温度而变形，并且随着温度降低而变形以便减小所述水分可渗透部件之间的间隙。

本发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够利用简单结构适当地调节要被供给到燃料电池的阴极气体的加湿量的加湿器和一种具有该加湿器的燃料电池系统。

附图说明

图1是燃料电池系统的概略视图；

图2A至图2C是加湿器的解释性视图；

图3A至图3C是水分可渗透单元的外部视图，并且图3D是温度敏感部件的局部放大视图；

图4A至图4C是在温度敏感部件的低温状态下的加湿器的解释性视图；

图5A至图5C是根据变型的加湿器的解释性视图；

图6A至图6D是根据变型的水分可渗透单元的解释性视图；

图7A至图7B是加湿器的解释性视图，并且图7C是根据变型的温度敏感部件的弯曲部分的局部放大视图；

图8A和图8B是在低温状态下的加湿器的解释性视图；并且

图9A和图9B分别是示意在弯曲部分的高温状态和低温状态下的中空纤维膜之间的间隙的视图。

具体实施方式

图1是燃料电池系统1(在下文中，称作系统)的概略视图。系统1包括控制装置10、燃料电池20、空气供给系统30、冷却系统40等。系统1向马达(未示意)等供给由燃料电池20产生的电力。控制装置10是包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等的计算机，被电连接到以后描述的装置并且控制整个系统1。另外地，系统1包括用于将作为阳极气体的氢气供给到燃料电池20的氢气供给系统(未示意)和用于控制由燃料电池20产生的电力的电力控制系统。

空气供给系统30包括供给路径31、排出路径32、压缩机33、中间冷却器36和背压阀38。空气供给系统30向燃料电池20供给空气并且被如下地构造。从大气获取的含有氧的空气(阴极气体)经由供给路径31被压缩机33压缩，被中间冷却器36冷却，并且被供给到燃料电池20。排出路径32向大气排出从燃料电池20排出的阴极废气。背压阀38调节燃料电池20的阴极侧上的背压。加湿器50通过使用在穿过排出路径32的阴极废气中所包含的水分来对穿过供给路径31的阴极气体进行加湿。压缩机33、中间冷却器36和加湿器50从上游侧按该顺序布置在供给路径31上。加湿器50和背压阀38从上游侧按该顺序布置在排出路径32上。

冷却系统40包括循环路径41、旁通路径42、分配路径43、循环泵45、散热器46、三通阀47和温度传感器48。冷却系统40使作为冷却剂的冷却水通过预定路径循环，以便将燃料电池20冷却并且被如下地构造。冷却剂被循环泵45通过循环路径41循环，被散热器46热交换和冷却，并且被供给到燃料电池20。旁通路径42从循环路径41分支并且绕过散热器46。三通阀47调节流过旁通路径42的冷却剂的流量。分配路径43从循环路径41分支并且被连接到中间冷却器36，并且被再次连接到循环路径41。穿过中间冷却器36的空气被冷却剂冷却。温度传感器48检测从燃料电池20排出的冷却剂的温度。此外，分配路径43在燃料电池20的上游侧上且在三通阀47的下游侧上从循环路径41分支，并且在燃料电池20的下游侧上且在循环泵45的上游侧上联结循环路径41。

接着，将描述加湿器50。图2A至图2C是加湿器50的解释性视图。在图2A至图2C中示意的加湿器50在形状方面不同于在图1中概略地示意的加湿器50，但是加湿器50不限于在图2A至图2C中示意的形状。加湿器50包括外壳501、气体进口51a、气体出口51b、废气进口52a、废气出口52b、分配管53a、合流管53b、密封部件54a、密封部件54b、和水分可渗透单元55。

外壳501具有大致长方体形状，并且容纳分配管53a、合流管53b、密封部件54a和54b、和水分可渗透单元55。气体进口51a和气体出口51b被设置成分别从外壳501的在Z方向上彼此相反的两个表面向外突出。废气进口52a和废气出口52b被设置成分别从外壳501的在X方向上彼此相反的两个表面向外突出。管被连接到气体进口51和气体出口51b中的每一个，并且限定上述供给路径31的一部分。同样，管被连接到废气进口52a和废气出口52b中的每一个，并且限定排出路径32的一部分。外壳501、气体进口51a、气体出口51b、废气进口52a、和废气出口52b由例如金属制成，但是不限于此。

分配管53a和合流管53b在作为纵向方向的Y方向上延伸，并且分别连接到气体进口51a和气体出口51b。分配管53a和合流管53b分别在外壳501的在Z方向上的一端和另一端处布置在外壳501内，并且大致布置在X方向上的中心处。气体进口51a和气体出口51b分别联结到分配管53a和合流管53b的外表面。气体进口51a和气体出口51b分别从形成在外壳501的在Z方向上彼此相反的两个表面上的开口突出。分配路径531a和合流路径531b分别形成在分配管53a和合流管53b中。分配路径531a和合流路径531b分别与气体进口51a和气体出口51b连通。分配管53a和合流管53b由例如金属制成，但是不限于此。

分配管53a的内表面被连接到沿Y方向并排布置的密封部件54a。每一个密封部件54a均具有带有底部的扁平管状形状，并且每一个密封部件54a的纵向方向是X方向。具有扁平管状形状的密封部件54a的底部部分设置有与分配管53a的分配路径531a连通的开口。因此，分配路径531a与密封部件54a内侧的空间连通。同样，合流管53b的内表面连接到沿Y方向并排布置的密封部件54b。每一个密封部件54b均具有带有底部的扁平管状形状，并且每一个密封部件54b的纵向方向是X方向。具有扁平管状形状的密封部件54b的底部部分设置有与合流管53b的合流路径531b连通的开口。因此，合流路径531b与密封部件54b内侧的空间连通。密封部件54a和54b由例如橡胶制成。

水分可渗透单元55包括水分可渗透膜56和温度敏感部件57。关于水分可渗透膜56，具有平坦膜形状的水分可渗透膜被形成为类似密封部件54a和54b的扁平管状形状。水分可渗透膜56的一端和另一端的周缘分别连接到保持水分可渗透膜56的密封部件54a和54b的内周。因此，水分可渗透膜56沿Y方向并排布置。水分可渗透膜56在其轴向方向的Z方向上的长度大于密封部件54a和54b每一个的长度。水分可渗透膜56是具有管状形状的水分可渗透部件的示例。

阴极气体按顺序从气体进口51a流到分配管53a的分配路径531a、密封部件54a的内侧、水分可渗透膜56的内侧、密封部件54b的内侧、合流管53b的合流路径531b和气体出口51b。气体进口51a、分配管53a、密封部件54a和54b、合流管53b、和气体出口51b是第一流路部的示例，在所述第一流路部中，要被供给到燃料电池20的阴极气体和从燃料电池20排出的阴极废气中的一种在水分可渗透膜56的内侧流动。

温度敏感部件57被附接到水分可渗透膜56。具体地，温度敏感部件57分别附接到水分可渗透膜56的从密封部件54a和54b露出的部分。这些部分是水分可渗透膜56的在X方向上布置的一个弯曲部分和另一个弯曲部分。温度敏感部件57分别附接到一个弯曲部分和另一个弯曲部分的外表面，并且沿着Z方向延伸。因此，温度敏感部件57自身也被弯曲。水分可渗透膜56和温度敏感部件57将在以后详细描述。

废气进口52a和废气出口52b与在外壳501的内侧且在密封部件54a和54b和水分可渗透单元55的外侧的空间连通。因此，阴极废气被从废气进口52a引入外壳501中，在密封部件54a和54b和水分可渗透膜56外侧流动，并且被从废气出口52b排出。此外，阴极废气在外壳501内流过密封部件54a之间的间隙、密封部件54b之间的间隙、和水分可渗透膜56之间的间隙。废气进口52a和废气出口52b是第二流路部的示例，在所述第二流路部的示例中，阴极气体和阴极废气中的另一种在外壳501的内侧且在水分可渗透膜56的外侧流动。

在水分可渗透膜56中，根据在水分可渗透膜56内侧和外侧流动的气体之间的水蒸气分压力的差异，水分子在膜中移动。在本实施例中，被压缩机33压缩并且被中间冷却器36冷却的阴极气体在水分可渗透膜56内侧流动，并且阴极废气在水分可渗透膜56外侧流动。在这里，由于通过燃料电池20的发电反应产生的水，阴极废气的水蒸气分压力高于阴极气体的水蒸气分压力。因此，在阴极废气中所包含的水分穿过水分可渗透膜56移动到阴极气体，这加湿了阴极气体。

接着，将详细描述温度敏感部件57。图3A至图3C是水分可渗透单元55的外部视图。温度敏感部件57能够响应于温度而变形。具体地，温度敏感部件57的弯曲形状的曲率随着其温度降低而降低。即，在相对高温状态下，温度敏感部件57的弯曲形状的曲率是相对大的。在相对低温状态下，温度敏感部件57的弯曲形状的曲率是相对小的。图3A和图3B示意了在温度敏感部件57的高温状态下的水分可渗透单元55。图3C示意了在温度敏感部件57的低温状态下的水分可渗透单元55。如在图3A和图3B中示意地，在温度敏感部件57的高温状态下，水分可渗透膜56变形成在X方向上是长的并且在Y方向上是小的。作为对照，在温度敏感部件57的低温状态下，水分可渗透膜56变形成在X方向上是短的并且在Y方向是大的。也就是说，与低温状态相比较，在温度敏感部件57的高温状态下水分可渗透膜56变形成更加平坦。图2A至图2C示意了在温度敏感部件57的高温状态下的加湿器50。

图3D是温度敏感部件57的局部放大视图。温度敏感部件57是通过结合具有不同线性膨胀系数的两个金属板571和573来形成的双金属。金属板571被附接到水分可渗透膜56的弯曲部分的外表面。金属板573被附接到金属板571。也就是说，温度敏感部件57弯曲成向水分可渗透膜56的外侧突出，并且金属板573比金属板571更靠近外侧。这里，金属板571由具有比金属板573的线性膨胀系数小的线性膨胀系数的材料制成。因此，金属板571和573这两者在高温状态下均膨胀，但是在金属板571和573之间的膨胀量的差异增加，并且温度敏感部件57的曲率增加。与高温状态相比较，金属板571和573这两者在低温状态下均收缩，但是在金属板571和573之间的膨胀量的差异降低，并且温度敏感部件57的曲率降低。以如此方式，温度敏感部件57的曲率随着温度降低而降低，并且然后温度敏感部件57如上所述地变形。

图4A至图4C是在温度敏感部件57的低温状态下的加湿器50的解释性视图。如上所述，温度敏感部件57的曲率随着其温度降低而降低，并且水分可渗透膜56的一端和另一端分别连接到密封部件54a和54b。因此，水分可渗透膜56在密封部件54a和54b之间部分地变形。由于水分可渗透单元55沿Y方向并排布置，所以水分可渗透膜56变形以使得沿Y方向在水分可渗透膜56之间的间隙随着温度敏感部件57的温度降低而减小。在水分可渗透膜56之间的间隙的减小增加了流过其间的间隙的阴极废气的压力损失，这减小了流过该间隙的阴极废气的流量。也就是说，流过水分可渗透膜56之间的间隙的阴极废气的流量随着温度敏感部件57的温度降低而降低。因此，经由水分可渗透膜56从阴极废气移动到阴极气体的水分的数量随着温度敏感部件57的温度降低而降低，这减小了在加湿器50中的阴极气体的加湿量。也就是说，在高温状态下阴极气体的加湿量增加，而在低温状态下阴极气体的加湿量减小。

由于温度敏感部件57暴露于阴极废气，所以温度敏感部件57受到阴极废气的温度影响。温度敏感部件57不直接地暴露于阴极气体，但是温度敏感部件57透过水分可渗透膜56受到阴极气体的温度影响。在这里，例如，由于燃料电池20的发电量增大，燃料电池20输出的增大使燃料电池20的温度增加。这增加了阴极废气的温度。当燃料电池20的要求输大增加时，控制装置10控制压缩机33的旋转速度增加，以便增大阴极气体到燃料电池20的供给量。这增加了被压缩机33压缩的阴极气体的温度。以如此方式，燃料电池20输出的增大增加了阴极废气、阴极气体、和燃料电池20的温度。因此，燃料电池20输出的增大还增加了温度敏感部件57的温度，这增大了阴极气体的加湿量。

另外，由于燃料电池20中的发电反应，燃料电池20输出的降低使燃料电池20的温度降低，这降低了阴极废气的温度。当燃料电池20的要求输出降低时，控制装置10控制压缩机33的旋转速度降低，以便降低阴极气体到燃料电池20的供给量。这降低了被压缩机33压缩的阴极气体的温度。以如此方式，燃料电池20输出的降低降低了阴极废气、阴极气体和燃料电池20的温度。因此，燃料电池20输出的降低降低了温度敏感部件57的温度，这减小了阴极气体的加湿量。

例如，在燃料电池20的低温时，高湿度的阴极气体被供给到燃料电池20，这可能在燃料电池20中产生冷凝水，并且然后可能发生溢流。此外，在燃料电池20的高温时，低湿度的阴极气体被供给到燃料电池20，这可能使燃料电池20的电解质膜干燥。利用根据本实施例的加湿器50，当燃料电池20的温度高时，阴极气体的加湿量增加，并且然后相应地高湿度的阴极气体被供给到燃料电池20。当燃料电池20的温度低时，阴极气体的加湿量减小，并且低湿度的阴极气体被供给到燃料电池20。以如此方式，加湿器50能够适当地调节阴极气体的加湿量，由此抑制以上问题的发生。这还消除了对于使阴极废气绕过加湿器50的旁通路径的需要以及对于调节阴极废气的旁通量的旁通阀的需要。因此，能够利用简单的结构适当地调节阴极气体的加湿量。

在以上实施例中，水分可渗透膜56不相互接触的状态被示意为低温状态，但是水分可渗透膜56可以变形以相互接触。在这种状态下，阴极废气基本上不流过水分可渗透膜56之间的间隙，由此进一步减小加湿量。

在以上实施例中，设置了四个水分可渗透单元55，但是本发明不限于此。可以设置至少两个水分可渗透单元55。可以设置带有温度敏感部件57的至少一个水分可渗透单元55。例如，设置仅仅两个水分可渗透膜56，并且温度敏感部件57可以附接到水分可渗透膜56中的仅一个水分可渗透膜。这是因为在该情形中水分可渗透膜56之间的间隙也响应于温度敏感部件57的温度而改变，并且阴极气体的加湿量能够得到调节。另外地，虽然两个温度敏感部件57被附接到水分可渗透膜56，但是可以为其设置至少一个温度敏感部件57。

接下来，将描述变型。在以下变型的描述中，相同的构件由相同的附图标记表示，并且省略重复说明。图5A至图5C是根据变型的加湿器50a的解释性视图。图5A和图5B示意了在温度敏感部件57的高温状态下的加湿器50a，并且图5C示意了在温度敏感部件57的低温状态下的加湿器50a。在X方向上延伸的分隔管59被设置在密封部件54a之间及密封部件54b之间。换言之，分隔管59被布置在不妨碍在低温状态下变形的水分可渗透单元55的位置处。分隔管59在X方向上比水分可渗透单元55更长地延伸。从废气进口52a引入外壳501中的阴极废气的一部分穿过分隔管59从废气出口52b排出。在这里，流过分隔管59的阴极废气在不穿过水分可渗透膜56之间的间隙的情况下从外壳501排出。例如，在低温状态下，能够因此进一步降低流过水分可渗透膜56之间的间隙的阴极废气的流量。这能够进一步减小低温状态下的阴极气体的加湿量。

另外，可以在密封部件54a之间或者在密封部件54b之间布置一条分隔管59。当在作为分隔管59的轴向方向的X方向上观察时，分隔管59具有但是不限于扁圆形状。分隔管59可以具有大致椭圆形形状、大致正圆形状或者大致矩形形状。此外，本发明不限于管状部件诸如分隔管59。例如，分隔板可以分隔密封部件54a之间的空间和密封部件54b之间的空间中的一个空间，和水分可渗透单元55之间的空间。

图6A和图6B是根据变型的水分可渗透单元55a的解释性视图。在该水分可渗透单元55a中，温度敏感部件57被附接到水分可渗透膜56的弯曲部分的内表面。即，具有比金属板571的线性膨胀系数大的线性膨胀系数的金属板573被附接到水分可渗透膜56的弯曲部分的内表面。金属板571比金属板573更加靠近内侧。即使在该情形中，温度敏感部件57仍然受到阴极废气和阴极气体的温度影响，并且温度敏感部件57的曲率随着其温度降低而降低。这适当地调节了阴极气体的加湿量。而且，在这个变型中，可以为水分可渗透膜56提供仅一个温度敏感部件57。此外，温度敏感部件57可以附接到水分可渗透膜56的弯曲部分的内表面和外表面这两者。

图6C是根据变型的水分可渗透单元55b的解释性视图。加热元件57h被固定到温度敏感部件57b。加热元件57h被电连接到控制装置10。控制装置10控制加热元件57h的通电状态。加热元件57h的通电产生热，这加热了温度敏感部件57b。加热元件57h例如是珀耳帖(Peltier)元件。

控制装置10根据燃料电池20的要求输出来控制加热元件57h的通电状态。例如，当燃料电池20的要求输出等于或大于预定值时，控制装置10开始对加热元件57h通电以便加热温度敏感部件57b，这增大了温度敏感部件57b的曲率。这能够根据燃料电池20的要求输出的增大来增大阴极气体的加湿量。另外，当燃料电池20的要求输出的每单位时间增大率等于或大于预定值时，控制装置10可以开始对加热元件57h通电以便加热温度敏感部件57b。在该情形中，能够对燃料电池20的要求输出的增大带有高响应性地增大阴极气体的加湿量。此外，控制装置10可以根据燃料电池20的温度来控制加热元件57h的通电状态。例如，当燃料电池20的温度等于或高于预定值时，控制装置10可以开始对加热元件57h通电以便加热温度敏感部件57b。在该情形中，能够对燃料电池20的温度的增加带有高响应性地增大阴极气体的加湿量。

在这个变型中，虽然加热元件57h仅设置在为一个水分可渗透膜56提供的温度敏感部件57和57b中的温度敏感部件57b中，但是加热元件57h也可以设置在另一个温度敏感部件57中。此外，温度敏感部件57b可以被设置在水分可渗透膜56的内侧而非其外侧。

替代加热元件57h，可以使用用于通过通电来冷却温度敏感部件57b的冷却元件。同样在该情形中，控制装置10根据燃料电池20的要求输出来控制冷却元件的通电状态。例如，当燃料电池20的要求输出小于预定值时，控制装置10可以开始对冷却元件通电以便冷却温度敏感部件57b，这降低了温度敏感部件57b的曲率。因此，能够根据燃料电池20的要求输出的减小来减小阴极气体的加湿量。另外地，当燃料电池20的要求输出的每单位时间降低率等于或大于预定值时，控制装置10可以开始对冷却元件通电以便冷却温度敏感部件57b。在该情形中，能够对燃料电池20的要求输出的降低带有高响应性地减小阴极气体的加湿量。此外，控制装置10可以根据燃料电池20的温度来控制冷却元件的通电状态。例如，当燃料电池20的温度小于预定值时，控制装置10可以开始对冷却元件通电以便冷却温度敏感部件57b。在该情形中，能够对燃料电池20的温度的降低带有高响应性地减小阴极气体的加湿量。另外地，燃料电池20的温度可以基于检测冷却剂温度的温度传感器48的检测值来估算、从直接检测燃料电池20的温度的传感器来获得或者以另一种方式来获得。

上述加热元件57h和冷却元件可以被设置在一个温度敏感部件57b中，并且状态可以根据燃料电池20的要求输出及其温度在加热元件57h和冷却元件中的仅一个通电、另一个通电和这两者均不通电之间改变。此外，加热元件57h或者冷却元件可以不总是需要与温度敏感部件57b直接接触，而是可以在例如在一定程度上隔开的位置处设置在外壳501内以加热或冷却温度敏感部件57b。

冷却元件能够是用作上述加热元件57h的珀耳帖元件。具体地，通过反转流过用作加热元件57h的珀耳帖元件的电流的方向，该珀耳帖元件能够被用作冷却元件。因此，单个珀耳帖元件可以根据情况通过改变该单个珀耳帖元件的通电方向而被用作加热元件或冷却元件。

图6D是根据变型的水分可渗透单元55c的解释性视图。温度敏感部件57c包括弯曲部分57c1和连接部分57c3。连接部分57c3由例如合成树脂制成，并且具有沿着水分可渗透膜56的弯曲部分在平行于水分可渗透膜56的轴向方向的Z方向上延伸的细杆形状。连接部分57c3被大致相互平行地布置。弯曲部分57c1具有弯曲的细丝形状，并且大致垂直于连接部分57c3地被固定到连接部分57c3。弯曲部分57c1大致相互平行地且在Z方向上间隔地布置。弯曲部分57c1经由连接部分57c3相互连接。弯曲部分57c1也由例如具有不同线性膨胀系数的两种金属制成，能够响应于温度而变形并且曲率随着温度降低而降低。此外，水分可渗透膜56部分地从弯曲部分57c1和连接部分57c3之间的间隙露出。也就是说，温度敏感部件57c是使水分可渗透膜56部分地露出的多孔体的示例。因此，与上述温度敏感部件57相比较，温度敏感部件57c的覆盖水分可渗透膜56的区域是小的。这确保了阴极废气与水分可渗透膜56接触的区域。因此能够确保从阴极废气移动到阴极气体的水分的数量，并且有效率地加湿阴极气体。

温度敏感部件57c可以被设置在水分可渗透膜56内侧而非其外侧。可以为一个水分可渗透膜56提供仅一个温度敏感部件57c。上述加热元件和冷却元件中的至少一个可以被设置在温度敏感部件57c中。此外，类似上述温度敏感部件57c，连接部分57c3不限于由合成树脂制成，并且可以由例如金属制成。在该情形中，其可以由不因环境温度的变化而使水分可渗透膜56的曲率绕其轴线改变的一种类型的金属制成。在连接部分57c3由金属制成的情形中，连接部分57c3可以由与弯曲部分57c1的金属板中的一个金属板相同的材料制成。例如，为了制成温度敏感部件57c，网状金属部件可以与具有不同线性膨胀系数的金属材料的弯曲部分组合。

图7A和图7B是根据变型的加湿器50d的解释性视图。加湿器50d包括外壳502、气体进口51a、气体出口51b、废气进口52a、废气出口52b、分配管53a1、合流管53b1、和水分可渗透单元55d。外壳502容纳分配管53a1、合流管53b1、和水分可渗透单元55d。当在Z方向上观察时，外壳502具有大致柱状形状和大致椭圆形形状。分配管53a1和合流管53b1每个均具有在Z方向上薄的板形状，并且当在Z方向上观察时每个均具有大致椭圆形形状以便对应于外壳502的形状。水分可渗透单元55d被布置在分配管53a1和合流管53b1之间。

水分可渗透单元55d具有多个中空纤维膜56d和单个温度敏感部件57d。在Z方向上延伸的中空纤维膜56d大致相互平行地布置。中空纤维膜56d的一端被固定到分配管53a1，并且另一端被固定到合流管53b1。另外，分配管53a1设置有与气体进口51a的内侧连通并且还与中空纤维膜56d的内侧连通的流路。同样，合流管53b1设置有与气体出口51b的内侧连通并且还与中空纤维膜56d的内侧连通的流路。中空纤维膜56d具有直径比上述水分可渗透膜56的直径小的圆筒形状。中空纤维膜56d是具有管状形状的水分可渗透部件的示例。

阴极气体按顺序流过气体进口51a、分配管53a1、中空纤维膜56d、合流管53b1和气体出口51b。气体进口51a、分配管53a1、合流管53b1和气体出口51b是第一流路部的示例，在所述第一流路部中，要被供给到燃料电池20的阴极气体和从燃料电池20排出的阴极废气中的一种在每个均具有管状形状的中空纤维膜56d的内侧流动。

温度敏感部件57d具有大致管状形状，将中空纤维膜56d捆束，并且是金属网。因此，温度敏感部件57d是使中空纤维膜56d部分地露出的多孔体的一个示例。温度敏感部件57d包括弯曲部分57d1和平坦部分57d3。弯曲部分57d1被弯曲以便抓持中空纤维膜56d。弯曲部分57d1和平坦部分57d3将在以后详细描述。温度敏感部件57d在Z方向上的长度小于中空纤维膜56d在Z方向上的长度，中空纤维膜56d的纵向方向是Z方向。

阴极废气被从废气进口52a引入外壳502中，并且在水分可渗透单元55d周围流动，并且被从废气出口52b排出。由于温度敏感部件57d是网，所以阴极废气中的一部分从其网眼间隙在温度敏感部件57d的内侧流动，并且在中空纤维膜56d的外侧流动。废气进口52a和废气出口52b是第二流路部的示例，在所述第二流路部中，阴极气体和阴极废气中的另一种在外壳502内的中空纤维膜56d的外侧流动。

这里，中空纤维膜56d具有直径比上述水分可渗透膜56的直径小的柱形形状，并且取决于在膜的内侧和外侧流动的气体的水蒸气分压力的差异，水分子在膜内移动。阴极气体在中空纤维膜56d的内侧流动并且阴极废气在其外侧流动，并且然后水分穿过中空纤维膜56d从阴极废气移动到阴极气体，这加湿了阴极气体。而且，中空纤维膜56d增加了每单位体积的有效膜面积。

温度敏感部件57d的弯曲部分57d1被弯曲并且隔着中空纤维膜56d面对彼此。换言之，中空纤维膜56d被定位在被弯曲成向外侧突出的两个弯曲部分57d1内侧。平坦部分57d3每个均具有大致平坦形状并且隔着中空纤维膜56d面对彼此。弯曲部分57d1能够响应于温度而变形，并且与高温状态相比较，弯曲部分57d1每个的曲率在低温状态下增大。另外地，平坦部分57d3根据温度稍微地膨胀和收缩，但是曲率不实质性地改变。

图7C是温度敏感部件57d的弯曲部分57d1的局部放大视图。弯曲部分57d1是通过结合具有不同线性膨胀系数的两个金属网571d和573d而形成的双金属。网571d位于弯曲的网573d外侧，并且网573d位于中空纤维膜56d侧上。网571d被布置在不与中空纤维膜56d接触的位置处。网571d的线性膨胀系数比网573d的小。因此，在高温状态下在网573d和571d之间的膨胀量的差异增加，并且然后弯曲部分57d1的曲率降低。与高温状态相比较，在低温状态下，在网573d和571d之间的膨胀量的差异降低，并且然后弯曲部分57d1的曲率增大。也就是说，弯曲部分57d1的曲率随着温度降低而增大。

图8A和图8B是在低温状态下加湿器50d的解释性视图。如上所述，弯曲部分57d1的曲率在低温状态下比在高温状态下大，并且然后中空纤维膜56d变形并且被温度敏感部件57d部分地压扁。图9A和图9B分别是示意在弯曲部分57d1的高温状态和低温状态下中空纤维膜56d之间的间隙的视图。在高温状态下，中空纤维膜56d之间的间隙相对大，这确保了流过中空纤维膜56d之间的间隙的阴极废气的流量。在低温状态下，弯曲部分57d1的曲率改变以减小中空纤维膜56d之间的间隙，这增加了流过中空纤维膜56d之间的间隙的阴极废气的压力损失。因此，流过中空纤维膜56d之间的间隙的阴极废气的流量降低。因此，弯曲部分57d1随着弯曲部分57d1的温度降低而变形以使得中空纤维膜56d之间的间隙减小，这减小了阴极气体的加湿量。因为由于压缩机33的压缩，阴极气体的压力高于阴极废气，并且阴极气体在中空纤维膜56d的内侧流动，所以即使当中空纤维膜56d如在图8B中示意地被压缩并变形时，中空纤维膜56d仍然不被压扁。

温度敏感部件57d可以设置有仅一个能够响应于温度而变形的弯曲部分57d1。可以设置用于加热或冷却弯曲部分57d1的元件。

虽然已经详细描述了本发明的一些实施例，但是本发明不限于具体实施例，而是可以在根据权利要求的本发明的范围内更改或者改变。

在上述实施例及变型中，阴极废气可以在管状的水分可渗透部件的内侧流动，并且阴极气体可以在管状的水分可渗透部件的外侧流动。在该情形中，当水分可渗透部件之间的间隙小时，流过水分可渗透部件之间的间隙的阴极气体的流量降低，这减小了阴极气体的加湿量。当水分可渗透部件之间的间隙大时，流过水分可渗透部件之间的间隙的阴极气体的流量增加，这增大了阴极气体的加湿量。同样在该情形中，阴极气体的加湿量被适当地调节。

在上述实施例及变型中，双金属被描述为温度敏感部件的一个示例，但是温度敏感部件不限于此。温度敏感部件可以例如是能够响应于温度而变形的形状记忆合金。同样在形状记忆合金的情形中，如在图2A至图6D中示意地，形状记忆合金被形成为使得随着形状记忆合金的温度降低，其曲率降低并且水分可渗透膜56之间的间隙减小。在图7A至图8B的示例中，形状记忆合金被形成为使得随着形状记忆合金的温度降低，其曲率增大并且中空纤维膜56d之间的间隙减小。此外，单个温度敏感部件的一部分可以是双金属，并且其它部分可以是形状记忆合金。而且在该情形中，双金属和形状记忆合金可以随着温度敏感部件的温度降低而相互配合地变形以便减小水分可渗透部件之间的间隙。

Claims (7)

1.一种加湿器，包括：

水分可渗透部件，所述水分可渗透部件被分开地设置并且每个均具有管状形状；

外壳，所述外壳容纳所述水分可渗透部件；

第一流路部，在所述第一流路部中，要被供给到燃料电池的阴极气体和从所述燃料电池排出的阴极废气中的一种在所述水分可渗透部件的内侧流动；

第二流路部，在所述第二流路部中，所述阴极气体和所述阴极废气中的另一种在所述外壳内在所述水分可渗透部件的外侧流动；和

温度敏感部件，所述温度敏感部件被附接到所述水分可渗透部件中的至少一个水分可渗透部件，能够响应于温度而变形，并且随着温度降低而变形以便减小所述水分可渗透部件之间的间隙，

其中，所述温度敏感部件包括双金属和形状记忆合金中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的加湿器，其中：

所述水分可渗透部件是水分可渗透膜，并且

所述温度敏感部件被附接到所述水分可渗透膜的弯曲部分的内侧和外侧中的至少一侧。

3.根据权利要求1所述的加湿器，其中：

所述水分可渗透部件是中空纤维膜，并且

所述温度敏感部件被弯曲以便抓持所述中空纤维膜。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的加湿器，进一步包括被构造成执行加热所述温度敏感部件和冷却所述温度敏感部件中的至少一种的元件。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的加湿器，其中，所述温度敏感部件是使所述水分可渗透部件部分地露出的多孔体。

6.根据权利要求4所述的加湿器，其中，所述温度敏感部件是使所述水分可渗透部件部分地露出的多孔体。

7.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池；和

加湿器，

其中，所述加湿器包括：

水分可渗透部件，所述水分可渗透部件被分开地设置并且每个均具有管状形状；

外壳，所述外壳容纳所述水分可渗透部件；

第一流路部，在所述第一流路部中，要被供给到燃料电池的阴极气体和从所述燃料电池排出的阴极废气中的一种在所述水分可渗透部件的内侧流动；

第二流路部，在所述第二流路部中，所述阴极气体和所述阴极废气中的另一种在所述外壳内在所述水分可渗透部件的外侧流动；和

温度敏感部件，所述温度敏感部件被附接到所述水分可渗透部件中的至少一个水分可渗透部件，能够响应于温度而变形，并且随着温度降低而变形以便减小所述水分可渗透部件之间的间隙，

其中，所述温度敏感部件包括双金属和形状记忆合金中的至少一种。

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