CN116762196A - 燃料电池膜加湿器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池膜加湿器，所述燃料电池膜加湿器可以防止由于燃料电池的重复驱动和停止而引起的气体泄漏，可以以相对低的制造成本和高的生产率制造，并且可以抑制运行过程中产生的振动。根据本发明的一个实施方案的燃料电池膜加湿器包括：加湿模块，所述加湿模块用于利用从燃料电池堆排出的废气中的水分加湿从外部供应的空气；和封盖，所述封盖分别接合至所述加湿模块的两端。所述加湿模块包括：中间壳体，所述中间壳体具有打开的两端和形成在所述中间壳体的内圆周表面上的台阶；至少一个筒体，所述筒体设置在所述中间壳体内并且容纳多个中空纤维膜；固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述固定层中，并且所述固定层由所述中间壳体的内壁支撑；支架，所述支架由所述中间壳体的台阶差支撑并且与所述固定层接触；和封装构件，所述封装构件具有凹槽，所述中间壳体的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与所述支架接触。另外，所述加湿模块具有阻尼突起，所述阻尼突起形成在所述中间壳体的内壁上并且装配在所述固定层中，以抑制由于在所述加湿模块内部流动的空气而在所述筒体中产生的振动。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池膜加湿器，更具体地，涉及一种燃料电池膜加湿器，该燃料电池膜加湿器能够防止由于燃料电池的重复运行和停止而导致的气体泄漏，以相对低的制造成本和高生产率制造，并且抑制运行时产生的振动。
背景技术
燃料电池是通过氢气和氧气之间的结合而产生电力的发电电池。与常规化学电池如干电池或蓄电池不同，燃料电池具有的优势是，只要供应氢气和氧气，就可以连续地产生电力，并且由于没有热损失而具有约为内燃机的两倍的效率。
另外，由于通过氢气和氧气之间的结合产生的化学能被直接转化为电能，因此，污染物的排放减少。因此，燃料电池具有的优势是，其是环境友好的并且能够减少因能源消耗增加引起的对资源枯竭的担忧。
根据使用的电解质的类型，这些燃料电池大致被划分为，例如，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和碱性燃料电池(AFC)。
这些燃料电池基本上根据相同的原理工作，但是在使用的燃料的类型、工作温度、催化剂、电解质等方面有所不同。其中，由于聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)在比其它燃料电池更低的温度下运行，并且由于高输出密度而可以小型化，因此被认为是不仅在小型固定式发电设备中，而且在运输系统中最有前景的燃料电池。
改善聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)的性能的最重要的因素之一是通过向膜电极组件(MEA)的聚合物电解质膜(或质子交换膜：PEM)供应一定量或更多的水分以保持水分含量。这是因为，当聚合物电解质膜是干燥的时，发电效率迅速降低。
用于加湿聚合物电解质膜的方法的实例包括：1)鼓泡加湿法，用水填充耐压力容器，然后使目标气体经过扩散器来供应水分；2)直接喷射法，计算燃料电池反应所需要的水分供应量，并且通过电磁阀向气流管道直接供应水分；和3)加湿膜法，利用聚合物分离膜向流化气体层供应水分。
在这些方法中，膜加湿法通过使用仅选择性地渗透废气中包含的水蒸气的膜，将水蒸气供应至待供应至聚合物电解质膜的空气中，以加湿聚合物电解质膜，其优势在于，可以减小加湿器的重量和尺寸。
用于膜加湿方法的选择性渗透膜优选地为在形成模块时具有大的每单位体积的渗透面积的中空纤维膜。即，当使用中空纤维膜制造加湿器时，具有的优势是，具有大接触表面积的中空纤维膜可以高度集成，使得即使在小容量下也可以充分地加湿燃料电池，可以使用低成本的材料，并且由燃料电池在高温下排出的废气中包含的水分和热量可以被回收并且可以通过加湿器重新利用。
如图1所示，常规的膜加湿型加湿器1000包括：加湿模块1100，在其中发生从外部供应的空气与从燃料电池堆(未示出)排出的废气之间的水分交换；和封盖1200，其接合至加湿模块1100的两端。
封盖1200中的一个将从外部供应的空气输送至加湿模块1100，另一个将由加湿模块1100加湿的空气输送至燃料电池堆。
加湿模块1100包括：中间壳体1110，其具有废气入口1110a和废气出口1110b；和在中间壳体1110内的多个中空纤维膜1120。中空纤维膜1120的束的两端均被灌封在固定层1130中。固定层1130通常通过铸造法(例如，浸渍铸造(dip casting)或离心铸造)使液体聚合物如液体聚氨酯树脂固化来形成。
从外部供应的空气沿着中空纤维膜1120的中空流动。通过废气入口1110a流入中间壳体1110的废气与中空纤维膜1120的外表面接触，然后通过废气出口1110b从中间壳体1110排出。当废气与中空纤维膜1120的外表面接触时，包含在废气中的水分渗透到中空纤维膜1120中，以加湿沿着中空纤维膜1120的中空流动的空气。
封盖1200的内部空间仅与中空纤维膜1120的中空流体连通，并且应当与中间壳体1110的内部空间完全隔开。否则，由于压力差而发生气体泄漏，燃料电池的发电效率下降。
通常，如图1所示，在固定层1130与中间壳体1110之间的树脂层1140与固定层1130一起将封盖1200的内部空间与中间壳体1110的内部空间隔开。与固定层1130类似，树脂层1140通常通过铸造法(浸渍铸造或离心铸造)使液体聚合物如液体聚氨酯树脂固化来形成。
然而，(i)随着燃料电池的运行和停止重复进行，交替地发生树脂层1140的膨胀和收缩，并且由于中间壳体1110和树脂层1140之间的热膨胀系数的差异，树脂层1140与中间壳体1110分离，这引起它们之间产生间隙，或者(ii)由于振动和/或冲击，很可能在树脂层1140和中间壳体1110之间产生间隙。树脂层1140与中间壳体1110之间的间隙引起气体泄漏，这降低了燃料电池的发电效率。
为了防止由于树脂层1140与中间壳体1110之间的间隙引起的气体泄漏，韩国专利No.1697998公开了如下方法，将密封剂(液体密封材料)涂布至由树脂层1140的侧表面和中间壳体1110的内表面的台阶(step)形成的凹槽，将封装构件(固体密封材料)装配到凹槽中，然后固化密封剂。
然而，上述方法具有低生产率和高制造成本的问题，在于(i)由于密封剂应当精确地涂布至凹槽，因此可操作性差，(ii)需要24小时或更长的很长的时间来固化密封剂，以及(iii)需要单独的空间用于储存加湿模块1100直至密封剂固化。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种燃料电池膜加湿器，该燃料电池膜加湿器能够防止由如上所述的相关技术的限制和劣势而引起的问题，可靠地防止由于燃料电池的重复运行和停止引起的气体泄漏，以相对低的制造成本和高的生产率制造，并且抑制运行时产生的振动。
除了上述本发明的方面之外，本发明的其它特征和优势将在下文中描述，或者本领域技术人员将从这样的描述中清楚地理解。
技术方案
根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器包括：
加湿模块，所述加湿模块配置为利用从燃料电池堆排出的废气中的水分加湿从外部供应的空气；和封盖，所述封盖分别接合至所述加湿模块的两端，其中，所述加湿模块包括：中间壳体，所述中间壳体具有打开的两端和形成在内圆周表面上的台阶；至少一个筒体，所述筒体设置在所述中间壳体的内部并且配置为容纳多个中空纤维膜；固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述固定层中，并且所述固定层由所述中间壳体的内壁支撑；支架，所述支架由所述中间壳体的台阶支撑并且与所述固定层接触；和封装构件，所述封装构件包括凹槽，所述中间壳体的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与所述支架接触，并且在所述中间壳体的内壁上形成有阻尼突起，该阻尼突起装配在所述固定层中，以抑制由于所述加湿模块内部的空气流动而在所述筒体中产生的振动。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述支架和所述封装构件各自可以具有与所述中间壳体的横截面形状相对应的单一闭合曲线形状。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述支架可以具有比所述封装构件更高的硬度。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述支架可以具有60ShoreA至100ShoreA的硬度，所述封装构件可以具有40ShoreA至50Shore A的硬度。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述封装构件可以包含软质橡胶，所述支架可以包含金属、硬质塑料或硬质橡胶。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述封装构件可以包含硅橡胶或氨基甲酸乙酯橡胶，所述支架可以包含聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或丙烯酸树脂。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述封装构件也可以与所述固定层接触。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述固定层可以包括：第一固定层，所述中空纤维膜的端部灌封在该第一固定层中；和第二固定层，该第二固定层围绕所述第一固定层并且与所述支架接触。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述第一固定层和所述第二固定层可以由相同的材料形成。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述第一固定层和所述第二固定层两者可以包含聚氨酯(PU)树脂。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述加湿模块可以进一步包括在所述中间壳体中的具有打开的两端的内壳体，并且所述中空纤维膜可以设置在所述内壳体中。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述内壳体的端部可以灌封在所述第一固定层中。
此外，根据本发明的一个实施方案的燃料电池膜加湿器包括：
加湿模块，该加湿模块配置为利用从燃料电池堆排出的废气中的水分加湿从外部供应的空气；和封盖，该封盖接合至所述加湿模块的两端，其中，所述加湿模块包括：中间壳体，该中间壳体具有打开的两端和形成在内圆周表面上的台阶；至少一个筒体，该筒体设置在所述中间壳体内并且配置为容纳多个中空纤维膜；固定层，该固定层具有灌封在其中的所述中空纤维膜的端部并且由所述中间壳体的内壁支撑；支架，该支架由所述中间壳体的台阶支撑并且与所述固定层接触；和封装构件，该封装构件包括凹槽，所述中间壳体的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与所述支架接触，并且在所述中间壳体的内壁上形成有阻尼突起，该阻尼突起被装配在所述固定层中，以抑制由于所述加湿模块内部的空气流动而在所述筒体中产生的振动，所述中空纤维膜包括第一组中空纤维膜和第二组中空纤维膜，所述加湿模块包括：第一内壳体，在其中设置有所述第一组中空纤维膜；和第二内壳体，在其中设置有所述第二组中空纤维膜，并且所述固定层包括：第一固定层，所述第一组中空纤维膜的端部被灌封在其中；第二固定层，所述第二组中空纤维膜的端部被灌封在其中；和第三固定层，围绕所述第一固定层和所述第二固定层并且与所述支架接触。
在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述第一内壳体的端部可以被灌封在所述第一固定层中，并且所述第二内壳体的端部可以被灌封在所述第二固定层中。
根据本发明的各个方面的实施实例的其它具体事项包括在下面详细描述中。
有益效果
根据本发明，由于省略了相关技术中所需要的密封剂涂布过程和密封剂固化过程，不仅改善了可操作性，而且由于制造时间缩短，可以显著提高生产率。
此外，由于不需要用于密封剂固化工艺的用于储存半成品的单独的空间，因此，可以减少加湿器的生产成本。
此外，可以防止由于燃料电池的重复运行和停止引起的气体泄漏，并且可以实现以相对低的制造成本和高生产率来制造。
此外，由于在中间壳体和固定层之间形成阻尼突起，可以抑制在运行时产生的振动，从而抑制中间壳体内部的空气向封盖的流动以增强密封功能，并且可以有利于在形成固定层时固定层的定位。
附图说明
图1是示出了根据相关技术的燃料电池膜加湿器的分解透视图。
图2是示出了根据本发明的第一实施方案的燃料电池膜加湿器的剖视图。
图3a是根据本发明的第一实施方案的支架的透视图。
图3b是沿图3a的线A-A截取的剖视图。
图4a是根据本发明的第一实施方案的封装构件的透视图。
图4b是沿图4a的线A-A截取的剖视图。
图5是示出了根据本发明的第二实施方案的燃料电池膜加湿器的剖视图。
图6a至图6g是示出了制造根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器的方法的剖视图。
具体实施方式
由于可以对本发明进行各种改变，本发明可以具有多个实施方案，因此在本文中将详细说明和描述特定的实施方案。然而，应当理解的是，这并不意在将本发明限制于具体实施方案，并且涵盖包括在本发明的构思和范围内的所有改变、等同物或者替换。
本文中使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的，而不意在限制本发明。除非上下文另有明确指示，否则单数表达“一”、“一个”和“该”包括复数表达。将理解的是，本文中的术语“包括”或“具有”指定存在本文中描述的特征、数目、步骤、操作、组成、部件或它们的组合，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、组成、部件或它们的组合。在下文中，将参照附图描述根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器。
图2和图5至图6g的剖视图是加湿器或其半成品的一端的剖视图，并且另一端也具有基本相同(或对称)的剖视图。
如图2中所示，本发明的燃料电池膜加湿器2000包括加湿模块2100，该加湿模块利用从燃料电池堆排出的废气中的水分加湿从外部供应的空气。加湿模块2100的两端分别地紧固至封盖2200。
封盖2200中的一个通过端口2210接收从外部供应的空气，并将空气输送至加湿模块2100，另一封盖将由加湿模块2100加湿的空气通过端口2210输送至燃料电池堆。封盖2200可以由硬质塑料(例如，聚碳酸酯、聚酰胺(PA)或聚邻苯二甲酰胺(PPA))或者金属形成，并且可以具有单一闭合曲线形状(例如，圆形或多边形形状)的横截面。
根据本发明的实施方案的加湿模块2100是其中在从外部供应的空气与从燃料电池堆供应的废气之间发生水分交换的装置，并且包括：中间壳体2110，该中间壳体具有打开的两端和形成在内圆周表面上的台阶2112；在中间壳体2110中的多个中空纤维膜2121；固定层2122，中空纤维膜2121的端部被灌封在其中；支架2130，该支架由中间壳体2110的台阶2112支撑并且与固定层2122接触；和封装构件2140，所述封装构件包括凹槽，中间壳体2110的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与支架2130接触。
中间壳体2110包括用于废气流入或流出的端口2111(图2中仅示出了一个)。中间壳体2110可以由硬质塑料(例如，聚碳酸酯、聚酰胺(PA)或聚邻苯二甲酰胺(PPA))或者金属形成，并且可以具有单一闭合曲线形状(例如，圆形或多边形形状)的横截面。根据本发明的实施方案，中间壳体2110可以具有与封盖2200相同的横截面。
中空纤维膜2121可以包含聚砜树脂、聚醚砜树脂、磺化聚砜树脂、聚偏二氟乙烯(PVDF)树脂、聚丙烯腈(PAN)树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚酯酰亚胺树脂或它们中的两种以上的混合物。从外部通过封盖2200中的一个供应的空气在沿着中空纤维膜2121的中空流动的同时被加湿，然后通过另一封盖2200输送至燃料电池堆。
流入中间壳体2110的废气与中空纤维膜2121的外表面接触，然后从中间壳体2110排出。当废气与中空纤维膜2121的外表面接触时，包含在废气中的水分渗透中空纤维膜2121以加湿沿着中空纤维膜2121的中空流动的空气。
固定层2122可以由硬质或软质聚氨酯树脂形成，其应当将封盖2200的内部空间与中间壳体2110的内部空间隔开，使得封盖2200可以仅与中空纤维膜2121流体连通。
然而，如上所述，(i)随着燃料电池的运行和停止重复进行，交替地发生固定层2122的膨胀和收缩，并且由于中间壳体2110和固定层2122之间的热膨胀系数的差异，固定层2122与中间壳体2110分离，这在它们之间引起间隙，或者(ii)由于振动和/或冲击，很可能在固定层2122和中间壳体2110之间引起间隙。固定层2122和中间壳体2110之间的间隙引起气体泄漏，这降低了燃料电池的发电效率。
可能由固定层2122和中间壳体2110之间的间隙引起的气体泄漏包括：(i)外部泄漏，其中中间壳体2110的内部空间中的顺序地穿过固定层2122和中间壳体2110之间的间隙以及封盖2200和中间壳体2110之间的间隙，并且存在于加湿器2000；和(ii)内部泄漏，其中中间壳体2110的内部空间中的废气顺序地穿过固定层2122和中间壳体2110之间的间隙以及固定层2122和封盖2200之间的间隙，并且进入封盖2200的内部空间。
为了防止由于固定层2122和中间壳体2110之间的间隙引起的气体泄露，本发明的燃料电池膜加湿器2000进一步包括支架2130、封装构件2140和阻尼突起2150。
如图3a和3b中所示，由中间壳体2110的台阶2112支撑的支架2130可以具有与中间壳体2110的横截面相对应的单一封闭曲线形状。
根据本发明的实施方案，支架2130具有比封装构件2140更高的硬度，并且牢固地粘合至固定层2122。
例如，封装构件2140可以具有30Shore A至60Shore A，更优选地，40ShoreA至50ShoreA的相对低的硬度，使得当封盖2200通过螺栓2310和螺母2320紧固至中间壳体2110时，封装构件2140可以被所施加的压力压缩，并且支架2130可以具有60ShoreA至100ShoreA，更优选地，70ShoreA至100ShoreA的硬度，其比封装构件2140的硬度更高。
如图4a至4b中所示，具有在其中装配有中间壳体2110的端部的凹槽G的封装构件2140也可以具有与中间壳体2110的横截面形状相对应的单一封闭曲线形状。
根据本发明的实施方案，封装构件2140可以包含软质橡胶(例如，硅橡胶或氨基甲酸乙酯橡胶)，支架2130可以包含金属、硬质塑料(例如，聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或丙烯酸树脂)或硬质橡胶。
当封盖2200通过螺栓2310和螺母2320紧固至中间壳体2110时，封装构件2140的设置在封盖2200和中间壳体2110之间的一部分(特别地，封装构件2140的与在其中装配有中间壳体2110的端部的凹槽相对应的一部分)被通过封盖2200和中间壳体2110施加的压力压缩，从而可以防止通过封装构件2140和中间壳体2110之间的界面的气体移动(即，外部泄漏)，并且可以确保外部紧密密封。
此外，由于支架2130由中间壳体2110的台阶2112支撑并且具有相对高的硬度，因此，当封盖2200通过螺栓2310和螺母2320紧固至中间壳体2110时，支架2130可以与封盖2200一起有效地向封装构件2140施加压力。因此，封装构件2140的设置在封盖2200和支架2130之间的一部分(即，位于中间壳体2110的内部)被充分地压缩，从而可以防止通过封装构件2140和支架2130之间的界面的气体移动(即，内部泄漏)，并且可以确保优异的内部密封。
此外，根据本发明的实施方案的支架2130对固定层2122具有优异的粘合性，从而可以防止通过支架2130和固定层2122之间的界面的气体移动(即，内部泄漏)，并且可以提供更优异的内部密封。如有必要，用底漆处理支架2130的表面，从而可以进一步提高支架2130和固定层2122之间的粘合强度，并且可以将内部密封效果最大化。
阻尼突起2150形成为从中间壳体2110的内壁朝向固定层2122伸出。阻尼突起2150可以形成为围绕中间壳体2110的内壁的圆环形状。在制造中，阻尼突起2150可以以加压的方式装配到固定层2122中。阻尼突起2150可以装配到第二固定层2122-2中。当然，阻尼突起2150可以穿过第二固定层2122-2并且装配到第一固定层2122-1中。
阻尼突起2150以加压的方式装配到固定层2122中以压缩固定层2122，从而抑制中间壳体2110内部的空气朝向封盖2200的移动，并且能够实现更紧密的内部密封。
此外，阻尼突起2150以加压的方式装配到固定层2122中以压缩固定层2122，从而抑制由于加湿模块2100内部的空气流动而在筒体2120中产生的振动。即，阻尼突起2150可以抑制由于干燥空气通过封盖的端口2210流入内部的流动(在图2中由Z轴方向指示)而引起的筒体2120在Z轴方向上的振动。
此外，由于阻尼突起2150形成为从中间壳体2110的内壁朝向固定层2122伸出，因此，当在制造工艺中形成固定层时，可以容易地定位固定层。
如图2中所示，根据本发明的实施方案的封盖2200可以在对应于插入到封装构件2140的凹槽中的中间壳体2110的端部的位置处具有封盖突起2220。封盖突起2220更有效地将封装构件2140与中间壳体2110的端部压缩在一起，从而使外部更加紧密密封。
如图2中所示，根据本发明的实施方案的封装构件2140可以与固定层2122接触。用于形成固定层2122的液体树脂(例如，液体聚氨酯树脂)在其中液体树脂与封装构件2140接触的状态下被固化，从而提高封装构件2140和固定层2122之间的粘合强度并且增强内部密封。
根据本发明的实施方案，如图2所示，固定层2122可以包括：第一固定层2122-1，其中灌封有中空纤维膜2121的端部；和第二固定层2122-2，其围绕第一固定层2122-1并且与支架2130接触。
第一固定层2122-1和第二固定层2122-2各自可以通过浸渍铸造法或离心铸造法使液体树脂如液体聚氨酯树脂固化而形成。第一固定层2122-1和第二固定层2122-2可以由不同的材料形成，但是就它们之间的粘合强度而言，可以优选地由相同的材料(例如，聚氨酯树脂)形成。
加湿模块2100可以进一步包括在中间壳体2110内的两端开口的内壳体2123，如图2中所示。在这种情况下，中空纤维膜2121设置在内壳体2123内部。其中灌封有中空纤维膜2121的端部的第一固定层2122-1封闭了内壳体2123的开口端。
根据本发明的实施方案，内壳体2123包括在对应于用于废气流入或流出内部的端口2111(图2中仅出于了一个端口)的位置处的多个孔H。通过第一端口2111流入中间壳体2110的废气经过第一孔H，然后沿着中空纤维膜2121的外表面流动，从而失去水分。随后，废气通过在相对侧上的第二孔H离开内壳体2133，然后，通过第二端口2111从中间壳体2110排出。
中空纤维膜2121、第一固定层2122-1和内壳体2123构成中空纤维膜筒体2120。
如图2中所示，由于内壳体2123的端部被灌封在第一固定层2122-1中，因此，中空纤维膜2121和内壳体2123的相对位置可以保持恒定。
在下文中，将参照图5描述根据本发明的第二实施方案的燃料电池膜加湿器2000。
如图5中所示，除了包括两个中空纤维膜筒体2120a和2120b之外，根据本发明的第二实施方案的燃料电池膜加湿器2000与上述第一实施方案中的基本相同。
即，根据本发明的第二实施方案，中空纤维膜包括第一组中空纤维膜2121a和第二组中空纤维膜2121b，加湿模块2100包括：第一内壳体2123a，其中设置有第一组中空纤维膜2121a；和第二内壳体2123b，其中设置有第二组中空纤维膜2121b，并且固定层2122包括：第一固定层2122-1a，其中灌封有第一组中空纤维膜2121a的端部；第二固定层2122-1b，其中灌封有第二组中空纤维膜2121b的端部；和第三固定层2122-2，其围绕第一固定层2122-1a和第二固定层2122-1b并且与支架2130接触。
第一组中空纤维膜2121a、第一固定层2122-1a和第一内壳体2123a构成第一中空纤维膜筒体2120a，并且第二组中空纤维膜2121b、第二固定层2122-1b和第二内壳体2123b构成第二中空纤维膜筒体2120b。
如图5中所示，由于第一内壳体2123a和第二内壳体2123b的端部分别被灌封在第一固化层2122-1a和第二固化层2122-1b中，因此，第一组中空纤维膜2121a和第一内壳体2123a的相对位置，以及第二组中空纤维膜2121b和第二内壳体2123b的相对位置可以保持恒定。
为了得到更大的加湿能力，应当增加中空纤维膜2121的数目。然而，在其中仅包括一个中空纤维膜筒体2120的第一实施方案的情况下，存在的问题在于，当中空纤维膜2121的数目增加时，很难将废气输送至位于中心的中空纤维膜2121。
另一方面，在本发明的第二实施方案中，由于两个中空纤维膜2120a和2120b彼此间隔开，因此，即使当增加中空纤维膜2121a和2121b的总数目时，废气也可以相对均匀地被输送至所有的中空纤维膜2121a和2121b。即，当中空纤维膜的数目相等时，与仅包括一个中空纤维膜筒体2120的第一实施方案的结构相比，就中空纤维膜的使用而言，包括两个中空纤维膜筒体2120a和2120b的第二实施方案的结构具有优势。
安装在中间壳体2110中的中空纤维膜筒体的数目可以将燃料电池的容量(或者需要的加湿能力)、加湿器的尺寸和加湿器的重量作为整体考虑来确定。
在下文中，将参照图6a至6g更详细地描述制造根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器2000的方法。
首先，如图6a中所示，制备其中多个中空纤维膜2121′的端部被灌封在第一固定层2122-1′中的中空纤维膜筒体2120′。
中空纤维膜筒体2120′可以通过将中空纤维膜2121′的至少一部分插入到内壳体2123中，然后使用液体树脂如液体聚氨酯树脂进行浸渍铸造工艺或离心铸造工艺来制造。其中灌封有中空纤维膜2121′的端部的第一固定层2122-1′通过液体树脂的固化来形成。当进行浸渍铸造工艺或离心铸造工艺时，内壳体2123的端部可以与中空纤维膜2121′的端部一起灌封在第一固定层2122-1′中。内壳体2123可以包括位于纵向方向上的相对侧上的第一组孔H和第二组孔H。
随后，如图6b中所示，将中空纤维膜筒体2120′插入到中间壳体2110中，所述中间壳体2110包括两个开口端、台阶2112和形成在内周表面上的阻尼突起2150。
根据本发明的实施方案，中间壳体2110具有开口端并且具有单一闭合曲线形状的横截面。中间壳体2110可以具有分割壁，所述分割壁将内部空间分成位于纵向方向上的相对两侧上的废气进入空间和废气排出空间，并且中空纤维膜筒体2120′可以装配到形成在分割壁中的孔中并且由分割壁支撑。在这种情况下，内壳体2123的第一组孔H存在于废气进入空间中，并且内壳体2123的第二组孔H存在于废气排出空间中。
在这种情况下，进入废气进入空间的废气通过第一组孔H流入内壳体2123中，流向内壳体2123内部的第二组孔H，通过第二组孔H移动至废气排出空间，然后从中间壳体2110排出。
随后，如图6c中所示，支架2130安装在中间壳体2110的台阶2112上。如上所述，中间壳体2110可以具有单一封闭曲线形状的横截面，支架2130可以具有与中间壳体2110的横截面形状相对应的单一封闭曲线形状。
根据本发明的实施方案的支架2130可以由金属、硬质塑料(例如、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或丙烯酸树脂)或硬质橡胶形成。任选地，可以用底漆处理支架2130的表面，然后，可以将支架2130安装在中间壳体2110的台阶2112上。
随后，如图6d中所示，将具有与中间壳体2110的端部相对应的凹槽的封装构件2140安装在中间壳体2110的端部上，使得中间壳体2110的端部装配到凹槽中，并且封装构件2140与支架2130部分地接触。封装构件2140也可以具有与中间壳体2110的横截面形状相对应的单一封闭曲线形状。
随后，如图6e中所示，形成第二固定层2122-2′，该第二固定层2122-2′填充中间壳体2110、支架2130和封装构件2140与中空纤维膜筒体2120′的端部之间的间隙。
第二固定层2122-2′可以通过如下方式形成，将灌封封盖(未示出)固定至中间壳体2110，进行浸渍铸造工艺，用于在灌封封盖位于中间壳体2110下方的状态下将液体树脂如液体聚氨酯树脂注入灌封封盖中，并使液体树脂固化，然后移除灌封封盖。或者，第二固定层2122-2′可以通过离心铸造工艺形成。
第一固定层2122-1′和第二固定层2122-2′可以由不同的液体树脂组成，但是在它们之间的粘合强度方面，可以优选地由相同的材料(例如，液体聚氨酯树脂)形成。
根据本发明的实施方案，用于形成第二固定层2122-2′的液体树脂(例如，液体聚氨酯)在其中液体树脂与支架2130和封装构件2140接触的状态下固化，从而改善第二固定层2122-2′与支架2130和封装构件2140的粘合性，并且增强内部密封性。
根据本发明的实施方案，由于支架2130由与第二固定层2122-2具有优异粘合性的材料形成，因此，可以防止通过它们之间的界面的气体移动(即，内部泄漏)，并且提供更强的内部密封。此外，当使用如上所述用底漆处理表面的支架2130时，可以将支架2130和第二固定层2122-2′之间的粘合强度最大化，从而可以提供更优异的内部密封。
随后，将第一固定层2122-1′、第二固定层2122-2′和中空纤维膜2121′沿着图6e的切割线CL同时切割，从而得到开口端被封装在由第二固定层2122-2包围的第一固定层2122-1中的中空纤维膜2121，如图6f中所示。
随后，如图6g中所示，将封盖2200紧固至中间壳体2110，并且封盖2200被紧固成使得封装构件2140被封盖2200压缩。
如图6g中所示，根据本发明的实施方案的封盖2200可以在对应于装配在封装构件2140的凹槽中的中间壳体2110的端部的位置处包括封盖突起2220。封盖突起2220更有效地将封装构件2140与中间壳体2110的端部压缩在一起，从而使外部更加紧密密封。
此外，根据本发明的实施方案，由于支架2130具有比封装构件2140更高的硬度，因此，当封盖2200被紧固至中间壳体2110时，封装构件2140可以被压缩。
即，由于支架2130不仅由中间壳体2110的台阶2112支撑，而且还具有比封装构件的硬度(30Shore A至60Shore A，更优选地，40Shore A至50Shore A)更高的硬度(60ShoreA至100Shore A，更优选地，70Shore A至100Shore A)，因此，当封盖2200通过螺栓2310和螺母2320紧固至中间壳体2110时，支架2130可以有效地对封装构件2140和封盖2200施加压力。因此，封装构件2140的设置在封盖2200和支架2130之间的一部分(即，位于中间壳体2110的内部)被充分地压缩，使得可以防止通过封装构件2140和支架2130之间的界面的气体移动(即，内部泄漏)，并且可以确保优异的内部密封。
根据上述的本发明，可以仅通过支架2130和封装构件2140的机械组装来有效地防止外部泄漏和内部泄漏两者，而不需要相关技术的密封剂施加和固化过程。因此，根据本发明，由于省略了相关技术中所需要的密封剂施加过程和密封剂固化过程，不仅改善了可操作性，还由于制造时间缩短而可以显著提高生产率。此外，由于不需要在密封剂固化过程中用于储存半成品的单独的空间，可以降低加湿器的生产成本。此外，由于在中间壳体2110和固定层2122之间形成阻尼突起2150，可以抑制在运行时产生的振动，可以抑制中间壳体内部的空气向封盖的流动以提高密封功能，并且在形成固定层时可以有利于固定层的定位。
尽管上面描述了本发明的实施方案，但是在不脱离权利要求书所记载的本发明的构思内，本领域技术人员可以通过部件的附加、变更、删除、追加等来对本发明进行各种修改或改变，并且认为这些也包括在本发明的范围内。
[主要元件的详细说明]
2000：燃料电池膜加湿器
2100：加湿模块 2110：中间壳体
2120：中空纤维膜筒体 2121：中空纤维膜
2122：固定层 2130：支架
2140：封装构件 2150：阻尼突起。
Claims (14)
1.一种燃料电池膜加湿器，包括：
加湿模块，所述加湿模块配置为利用从燃料电池堆排出的废气中的水分加湿从外部供应的空气；和
封盖，所述封盖分别接合至所述加湿模块的两端，
其中，所述加湿模块包括：
中间壳体，所述中间壳体具有打开的两端和形成在内圆周表面上的台阶；
至少一个筒体，所述筒体设置在所述中间壳体内部并且配置为容纳多个中空纤维膜；
固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述固定层中，并且所述固定层由所述中间壳体的内壁支撑；
支架，所述支架由所述中间壳体的所述台阶支撑并且与所述固定层接触；和
封装构件，所述封装构件包括凹槽，所述中间壳体的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与所述支架接触，并且
在所述中间壳体的内壁上形成有阻尼突起，该阻尼突起装配在所述固定层中，以抑制由于在所述加湿模块内部流动的空气而在所述简体中产生的振动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述支架和所述封装构件各自具有与所述中间壳体的横截面形状相对应的单一封闭曲线形状。
3.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述支架具有比所述封装构件更高的硬度。
4.根据权利要求3所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述支架具有60Shore A至100Shore A的硬度，所述封装构件具有40Shore A至50Shore A的硬度。
5.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，
其中，所述封装构件包含软质橡胶，
所述支架包含金属、硬质塑料或硬质橡胶。
6.根据权利要求5所述的燃料电池膜加湿器，
其中，所述封装构件包含硅橡胶或氨基甲酸乙酯橡胶，
所述支架包含聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或丙烯酸树脂。
7.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述封装构件也与所述固定层接触。
8.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述固定层包括：
第一固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述第一固定层中；和
第二固定层，所述第二固定层围绕所述第一固定层并且与所述支架接触。
9.根据权利要求8所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述第一固定层和所述第二固定层由相同的材料形成。
10.根据权利要求8所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述第一固定层和所述第二固定层两者包含聚氨酯(PU)树脂。
11.根据权利要求8所述的燃料电池膜加湿器，
其中，所述加湿模块进一步包括在所述中间壳体中的具有打开的两端内壳体，并且
所述中空纤维膜设置在所述内壳体中。
12.根据权利要求11所述的燃料电池膜加湿器，其中，所述内壳体的端部被灌封在所述第一固定层中。
13.一种燃料电池膜加湿器，包括：
加湿模块，所述加湿模块配置为利用从燃料电池堆排出的废气中的水分加湿从外部供应的空气；和
封盖，所述封盖接合至所述加湿模块的两端，
其中，所述加湿模块包括：
中间壳体，所述中间壳体具有打开的两端和形成在内圆周表面上的台阶；
至少一个筒体，所述筒体设置在所述中间壳体内部并且配置为容纳多个中空纤维膜；
固定层，所述中空纤维膜的端部被灌封在所述固定层中，并且所述固定层由所述中间壳体的内壁支撑；
支架，所述支架由所述中间壳体的所述台阶支撑并且与所述固定层接触；和
封装构件，所述封装构件包括凹槽，所述中间壳体的端部装配在所述凹槽中，并且所述封装构件与所述支架接触，并且
在所述中间壳体的内壁上形成有阻尼突起，所述阻尼突起装配在所述固定层中，以抑制由于在所述加湿模块内部流动的空气而在所述筒体中产生的振动，
所述中空纤维膜包括第一组中空纤维膜和第二组中空纤维膜，
所述加湿模块包括：
第一内壳体，在所述第一内壳体中设置有第一组中空纤维膜；和
第二内壳体，在所述第二内壳体中设置有第二组中空纤维膜，
所述固定层包括：
第一固定层，所述第一组中空纤维膜的端部被灌封在所述第一固定层中；
第二固定层，所述第二组中空纤维膜的端部被灌封在所述第二固定层中；和
第三固定层，所述第三固定层围绕所述第一固定层和所述第二固定层并且与所述支架接触。
14.根据权利要求13所述的燃料电池膜加湿器，
其中，所述第一内壳体的端部被灌封在所述第一固定层中，
所述第二内壳体的端部被封装在所述第二固定层中。
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