CN116982180A - 用于燃料电池加湿器的筒体和燃料电池加湿器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池加湿器的筒体，和一种燃料电池加湿器，所述筒体包括：内壳体，所述内壳体两端开口；中空纤维膜束，容纳在所述内壳体中；内部入口和内部出口，在所述内壳体上以沿第一轴方向间隔开而形成；第一灌封层，用于将所述中空纤维膜束的一端固定在所述内壳体的一端；和第二灌封层，用于将所述中空纤维膜束的另一端固定在所述内壳体的另一端，其中，填充密度为0.405至0.625(包括端点值)，相对于垂直于所述第一轴方向的第二轴方向，所述填充密度基于被灌封的所述第一灌封层所在的所述内壳体的一端的内部的灌封横截面和中空纤维膜束的膜横截面。

Description

用于燃料电池加湿器的筒体和燃料电池加湿器

技术领域

本公开涉及一种配置为向燃料电池供应加湿的气体的用于燃料电池的加湿器。

背景技术

与常规化学电池诸如干电池或蓄电池不同，燃料电池具有的优势在于，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高的效率。

另外，燃料电池直接将氢气和氧气结合产生的化学能转化为电能，从而排放的污染物量少。因此，燃料电池具有环境友好的并且可以减少因能源消耗增加而导致资源枯竭的担忧的优势。

基于所使用的电解质的种类，这种燃料电池通常可以被分类为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)或碱性燃料电池(AFC)。

这些燃料电池基本上通过相同的原理操作，但是在所使用的燃料的种类、操作温度、催化剂和电解质方面彼此不同。在这些燃料电池中，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操作，并且聚合物电解质膜燃料电池的输出密度高，所以能够使聚合物电解质膜燃料电池小型化，因此，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)被认为是最适合运输系统和小型固定发电设备的燃料电池。

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向膜电极模块(MEA)的聚合物电解质膜或质子交换膜(PEM)供应预定量或更多的水分以便保持水分含量。其原因在于，如果聚合物电解质膜或质子交换膜是干燥的，则发电效率急剧降低。

1)用水填充耐压容器并允许目标气体经过扩散器以供应水分的鼓泡加湿方法，2)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体流管直接供应水分的直接注射法，和3)使用聚合物分离膜向气体流化床供应水分的膜加湿方法被用作加湿聚合物电解质膜或质子交换膜的方法。

在这些方法中，膜加湿方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或质子交换膜的空气中，以加湿聚合物电解质膜或质子交换膜，其优势在于，可以减小加湿器的重量和尺寸。

当形成模块时，每单位体积传输面积大的中空纤维膜适用于膜加湿方法中使用的选择性渗透膜。即，当使用中空纤维膜制造膜加湿器时，具有大接触表面积的中空纤维膜可以高度集成，因此，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，并且可以收集高温下从燃料电池排出的废气中包含的水分和热量，并且可以通过加湿器重新利用收集的水分和热量。

图1是用于燃料电池的常规加湿器的示意性分解透视图。

如图1中所示，常规膜加湿型加湿器100包括加湿模块110和封盖120，在加湿模块110中从外部供应的空气与从燃料电池堆(未示出)排出的废气之间进行水分交换，封盖120分别连接至加湿模块100的相对两端。

封盖120中的一个将从外部供应的空气输送至加湿模块110，而另一个封盖将由加湿模块110加湿的空气输送至燃料电池堆。

加湿模块110包括：中间壳体111，所述中间壳体具有废气入口111a和废气出口111b，以及在中间壳体111中的多个中空纤维膜112。一束中空纤维膜112的相对端部被灌封在固定层113中。通常，各个固定层113通过使用浇铸法硬化液体聚合物诸如液体聚氨酯树脂而形成。将中空纤维膜112的端部灌封在其中的固定层113以及设置在固定层113与中间壳体111之间的树脂层114将封盖120的内部空间与中间壳体111的内部空间隔离。与固定层113类似，通常各个树脂层114通过浇铸法硬化液体聚合物诸如液体聚氨酯树脂而形成。

从外部供应的空气沿中空纤维膜112的中空流动。通过废气入口111a引入至中间壳体111中的废气与中空纤维膜112的外表面接触，并且通过废气出口111b从中间壳体111排出。当废气与中空纤维膜112的外表面接触时，包含在废气中的水分通过中空纤维膜112输送，以加湿沿中空纤维膜112的中空流动的空气。

近年来，燃料电池已经用于各种使用场合，诸如氢电动汽车，并且要求用于燃料电池的加湿器具有高加湿效率以改善燃料电池的性能。因此，迫切需要开发能够改善用于燃料电池的加湿器的加湿效率的技术。

发明内容

技术问题

本公开是鉴于上述问题而做出的，并且本公开的一个目的是提供一种用于燃料电池的加湿器的筒体和能够具有燃料电池所需的加湿效率的用于燃料电池的加湿器。

技术方案

为了实现上述目的，本公开可以包括下面构造。

根据本公开的用于燃料电池的加湿器可以包括：加湿模块，配置为使用从燃料电池堆排出的湿气体加湿从外部供应的干燥气体；第一封盖，接合至所述加湿模块的一端；和第二封盖，接合至所述加湿模块的另一端。所述加湿模块可以包括：中间壳体，在其相对两端开口，和至少一个筒体，设置在所述中间壳体中。所述筒体可以包括：内壳体，在其相对两端开口；中空纤维膜束，容纳在所述内壳体中；内部入口和内部出口，在所述内壳体上以在第一轴方向上彼此间隔开而形成；第一灌封层，配置为将所述中空纤维膜束的一端固定在所述内壳体的一端；和第二灌封层，配置为将所述中空纤维膜束的另一端固定在所述内壳体的另一端。基于灌封横截面面积和膜横截面面积的填充密度为0.405至0.625。所述灌封横截面面积是所述内壳体的一端的内部的横截面面积，其中所述第一灌封层在垂直于第一轴方向的第二轴方向上被灌封。所述膜横截面面积是所述中空纤维膜束在第二轴方向上的横截面面积。

根据本公开的用于燃料电池的加湿器的筒体，可以是配置为使用从燃料电池堆排出的湿气体加湿从外部供应的干燥气体的用于燃料电池的加湿器的筒体，所述筒体包括：内壳体，在其相对两端开口；中空纤维膜束，容纳在所述内壳体中；内部入口和内部出口，在所述内壳体上以在第一轴方向上彼此间隔开而形成；第一灌封层，配置为将所述中空纤维膜束的一端固定在所述内壳体的一端；和第二灌封层，配置为将所述中空纤维膜束的另一端固定在所述内壳体的另一端。基于灌封横截面面积和膜横截面面积的填充密度为0.405至0.625。所述灌封横截面面积是所述内壳体的一端的内部的横截面面积，其中所述第一灌封层在垂直于第一轴方向的第二轴方向上被灌封。所述膜横截面面积是所述中空纤维膜束在第二轴方向上的横截面面积。

有益效果

本公开实施为使得使用填充密度来实现燃料电池所需的加湿效率，其中填充密度是中空纤维膜束的比，从而可以有助于改善燃料电池的性能。

附图说明

图1是用于燃料电池的常规加湿器的示意性分解透视图。

图2是根据本公开的用于燃料电池的加湿器的示意性分解透视图。

图3是示出了根据本公开的用于燃料电池的加湿器的沿图2的线I-I截取的示意性分解剖视图。

图4是示出了根据本公开的用于燃料电池的加湿器的沿图2的线I-I截取的示意性剖视图。

图5是根据本公开的用于燃料电池的加湿器的筒体的示意性平面图。

图6是示出了根据本公开的用于燃料电池的加湿器的筒体的沿图5的线II-II截取的示意性侧剖视图。

图7是图6的部件A的示意性放大侧剖视图。

图8是示出了膜压差、壳体压差和总压差基于填充密度变化的曲线图。

图9是示出了加湿效率基于填充密度变化的曲线图。

图10是示出了比较例和实施例的加湿效率、膜压差、壳体压差和总压差基于填充密度的表。

图11和图12是示出了中空纤维膜束的沿图5的线II-II截取的概念侧视剖视图。

图13是示出了根据本公开的用于燃料电池的加湿器中的两个筒体接合至中间壳体的实施方案的示意性分解透视图。

图14是示出了根据本公开的用于燃料电池的加湿器中的三个筒体接合至中间壳体的实施方案的示意性分解透视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述根据本公开的用于燃料电池的加湿器的实施方案。根据本公开的用于燃料电池的加湿器的筒体可以包括在根据本公开的用于燃料电池的加湿器中，因此，在描述根据本公开的用于燃料电池的加湿器的同时，还将描述根据本公开的用于燃料电池的加湿器的筒体。

参照图2至图4，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1配置为使用从燃料电池堆(未示出)排出的湿气体加湿从外部供应的干燥气体。所述干燥气体可以为燃料气体或空气。所述干燥气体可以由湿气体加湿，并且可以供应至燃料电池堆。根据本公开的用于燃料电池的加湿器1包括：加湿模块2，配置为加湿干燥气体；第一封盖3，接合至加湿模块2的一端；和第二封盖4，接合至加湿模块2的另一端。

参照照图2至图4，加湿模块2加湿从外部供应的干燥气体。第一封盖3可以接合至加湿模块2的一端。第二封盖4可以接合至加湿模块2的另一端。第一封盖3可以将干燥气体输送至加湿模块2。在这种情况下，第二封盖4可以将在加湿模块2中由湿气体加湿的干燥气体输送至燃料电池堆。第一封盖3可以将湿气体输送至加湿模块2。在这种情况下，第二封盖4可以在干燥气体在加湿模块2中被加湿之后将湿气体排出至外部。

加湿模块2包括中间壳体21和至少一个筒体22。

筒体22接合至中间壳体21。筒体22可以设置在中间壳体21中。中间壳体21的两端是开口的。在这种情况下，接收孔211形成在中间壳体21中。接收孔211可以形成为沿第一轴方向(X轴方向)延伸穿过中间壳体21。

中间入口212和中间出口213可以形成在中间壳体21上。中间入口212可以允许湿气体或干燥气体通过其被引入至中间壳体21中。中间出口213可以允许湿气体或干燥气体通过其从中间壳体21排出。中间入口212和中间出口213可以设置为沿第一轴方向(X轴方向)上彼此间隔开。

当湿气体流经中间入口212和中间出口213时，湿气体可以通过中间入口212经由中间壳体21的内部供应至筒体22内，并且可以与中空纤维膜束221的外表面接触。在此过程期间，包含在湿气体中的水分可以通过中空纤维膜束221输送以加湿沿中空纤维膜束221的中空流动的干燥气体。加湿的干燥气体可以从中空纤维膜束221排出，并且可以通过第二封盖4供应至燃料电池堆。在加湿干燥气体之后，湿气体可以从筒体22排出，可以流经中间壳体21的内部，并且可以通过中间出口213从中间壳体21排出。中间入口212可以连接至燃料电池堆，使得湿气体被供应至其中。在这种情况下，湿气体可以为从燃料电池堆排出的废气。

当干燥气体流经中间入口212和中间出口213时，干燥气体可以通过中间入口212经由中间壳体21的内部供应至筒体22内，并且可以与筒体22的中空纤维膜束221的外表面接触。在此过程期间，沿中空纤维膜束221的中空流动的湿气体中的水分可以通过中空纤维膜束221输送以加湿引入筒体22内的干燥气体。加湿的干燥气体可以从筒体22排出，可以流经中间壳体21的内部，可以通过中间出口213从中间壳体21排出，并且可以供应至燃料电池堆。在加湿干燥气体之后，湿气体可以从中空纤维膜束221排出，并且可以通过第二封盖4排出至外部。第一封盖3可以连接至燃料电池堆，使得湿气体供应至其中。在这种情况下，湿气体可以是从燃料电池堆排出的废气。

中间入口口212和中间出口213可以从中间壳体21突起。中间入口212和中间出口213可以在相同方向上从中间壳体21突起。中间入口212和中间出口213也可以在不同的方向上从中间壳体21突起。中间入口212、中间出口213和中间壳体21可以是整体形成的。

筒体22设置在中间壳体21中。筒体22可以包括中空纤维膜束221。中空纤维膜束221可以包括多个中空纤维膜221a。中空纤维膜束221可以接合至筒体22以便被模块化。因此，中空纤维膜束221可以通过将筒体22接合至中间壳体21的工艺而被设置在中间壳体21内。因此，在根据本公开的用于燃料电池的加湿器1中，可以改善中空纤维膜束221的安装、分离和更换的容易性。

筒体22可以包括内壳体222。

内壳体222在其相对两端是开口的。在这种情况下，可以在内壳体222的相对两端中形成开口。中空纤维膜束221容纳在内壳体222内。中空纤维膜束221可以设置在内壳体222内以便被模块化。中空纤维膜束221可以包括由聚砜树脂、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、聚酯酰亚胺树脂或其中的两种或更多种的混合物制成的聚合物膜。

筒体22可以包括第一灌封层223。第一灌封层223配置为将中空纤维膜束221的一端固定至内壳体222的一端。在这种情况下，第一灌封层223可以形成为不阻挡中空纤维膜束221的中空。第一灌封层223可以通过浇铸工艺通过硬化液体树脂诸如液体聚氨酯树脂而形成。第一灌封层223可以将中空纤维膜束221的一端固定至内壳体222。第一灌封层223的一部分可以位于内壳体222中，而第一灌封层223的其余部分可以位于内壳体222的外部。

筒体22可以包括第二灌封层224。第二灌封层224配置为将中空纤维膜束221的另一端固定在内壳体222的另一端。在这种情况下，第二灌封层224可以形成为不阻挡中空纤维膜束221的中空。因此，干燥气体或湿气体可以在不被第二灌封层224和第一灌封层223干扰的情况下供应至中空纤维膜束221的中空，并且可以在不被第二灌封层224和第一灌封层223干扰的情况下从中空纤维膜束221的中空排出。第二灌封层224可以通过浇铸工艺通过硬化液体树脂诸如液体聚氨酯树脂而形成。第二灌封层224可以将中空纤维膜束221的另一端固定至内壳体222。第二灌封层224的一部分可以位于内壳体222中，而第二灌封层的其余部分可以位于内壳体222的外部。第二灌封层224和第一灌封层223可以设置为在第一轴方向(X轴方向)上彼此间隔开。

筒体22可以包括内部入口225和内部出口226。

内部入口225形成在内壳体222上。内部入口225可以形成在内壳体222的一侧上。例如，内壳体222的一侧可以是上表面。内部入口225可以允许湿气体或干燥气体通过其引入至内壳体222内。内部入口225可以穿过内壳体222形成。内部入口225可以通过穿过内壳体222形成的一个通孔来实现。如图5中所示，内部入口225可以通过穿过内壳体222形成的多个通孔来实现。在这种情况下，内部入口225可以包括穿过内壳体222的不同部分形成的多个流入窗口225a。流入窗口225a可以设置为在第一轴方向(X轴方向)和第二轴方向(Y轴方向)上彼此间隔开，以便形成矩阵。第二轴方向(Y轴方向)是与第一轴方向(X轴方向)垂直的轴方向。

内部出口226形成在内壳体222上。内部出口226可以形成在内壳体222的一侧。内部出口226可以允许湿气体或干燥气体通过其从内壳体222排出。内部出口226可以穿过内壳体222形成。内部出口226可以通过穿过内壳体222形成的一个通孔来实现。如图5中所示，内部出口226可以由穿过内壳体222形成的多个通孔来实现。在这种情况下，内部出口226可以包括穿过内壳体222的不同部分形成的多个流出窗口226a。流出窗口226a可以设置为在第一轴方向(X轴方向)和第二轴方向(Y轴方向)上彼此间隔开，以便形成矩阵。内部出口226和内部入口225可以设置为沿第一轴方向(X轴方向)彼此间隔开。

当湿气体流经内部出口226和内部入口225时，湿气体可以通过中间入口212供应至中间壳体21的内表面与内壳体222的外表面之间的空间，可以通过内部入口225供应至内壳体222中，并且可以与中空纤维膜束221的外表面接触。在此过程期间，包含在湿气体中的水分可以通过中空纤维膜束221输送，以加湿沿中空纤维膜束221的中空流动的干燥气体。加湿的干燥气体可以从中空纤维膜束221排出，并且可以通过第二封盖4供应至燃料电池堆。加湿干燥气体之后，湿气体可以通过内部出口226排出至内壳体222的外表面与中间壳体21的内表面之间的空间，并且可以通过中间出口213从中间壳体21排出。

当干燥气体流经内部出口226和内部入口225时，干燥气体可以通过中间入口212供应至中间壳体21的内表面与内壳体222的外表面之间的空间，可以通过内部入口225供应至内壳体222中，并且可以与中空纤维膜束221的外表面接触。在此过程期间，沿中空纤维膜束221的中空流动的湿气体中的水分可以通过中空纤维膜束221输送，以加湿引入至内壳体222内的干燥气体。加湿的干燥气体可以通过内部出口226排出至内壳体222的外表面与中间壳体21的内表面之间的空间，可以通过中间出口213从中间壳体21排出，并且可以供应至燃料电池堆。加湿干燥气体之后，湿气体可以从中空纤维膜束221排出，并且可以通过第二封盖4排出至外部。

参照图2至图4，加湿模块2可以实施为使得通过机械组装而不是浇铸工艺在中间壳体21与筒体22之间形成密封。在这种情况下，加湿模块2可以包括第一填充构件23。

第一填充构件23可以接合至加湿模块2的一端。因此，第一填充构件23允许第一封盖3仅与中空纤维膜束221流体连通。在这种情况下，第一填充构件23可以阻挡干燥气体与湿气体的直接混合。第一填充构件23可以通过机械组装气密地接合至加湿模块2的一端。因此，在根据本公开的用于燃料电池的加湿器1中，可以省略需要相对长的工艺时间的浇铸工艺，从而可以缩短用于生产的工艺时间，并且因此可以改善生产率。第一填充构件23可以由可弹性变形的材料制成。例如，第一填充构件23可以由橡胶制成。第一填充构件23可以形成为环形，以便在筒体22与中间壳体21之间形成密封。

加湿模块2可以包括第二填充构件24。

第二填充构件24可以接合至加湿模块2的另一端。因此，第二填充构件24允许第二封盖4仅与中空纤维膜束221流体连通，在这种情况下，第二填充构件24可以阻挡干燥气体与湿气体的直接混合。第二填充构件24可以通过机械组装气密地接合至加湿模块2的另一端。因此，在根据本公开的用于燃料电池的加湿器1中，可以省略需要相对长的工艺时间的浇铸工艺，从而可以缩短用于生产的工艺时间，并且因此可以改善生产率。第二填充构件24可以由可弹性变形的材料制成。例如，第二填充构件24可以由橡胶制成。第二填充构件24可以形成为环形，以便在筒体22与中间壳体21之间形成密封。

参照图2至图4，第一封盖3接合至加湿模块2的一端。第一封盖3可以将从外部供应的干燥气体或湿气体输送至加湿模块2。

参照图2至图4，第二封盖4接合至加湿模块2的另一端。第二封盖4可以将从加湿模块2输送的干燥气体或湿气体排出至外部。当从加湿模块2输送加湿的干燥气体时，第二封盖4可以将加湿的干燥气体输送至燃料电池堆。

此处，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得加湿效率通过填充密度而被改善。与此相关，将参照图2至图10给出详细描述。图10示出了按照从上到下的填充密度的顺序排列的比较例和实施例。

填充密度是中空纤维膜束221的体积与内壳体222的内部体积之比。随着填充密度增加，中空纤维膜束221在内壳体222的内部体积中的体积增大。随着填充密度降低，中空纤维膜束221在内壳体222的内部体积中的体积减少。填充密度的增加可以通过中空纤维膜束221的体积增大和内壳体222的内部体积减少中的至少一个来实现。填充密度的降低可以通过中空纤维膜束221的体积减少和内壳体222的内部体积增大中的至少一个来实现。中空纤维膜束221的体积的增大和减少可以通过构成中空纤维膜束221的中空纤维膜221a的数目的增加和减少来实现。

在根据本公开的用于燃料电池的加湿器1中，填充密度可以基于膜横截面面积和灌封横截面面积来计算。

膜横截面面积可以为中空纤维膜束221在第二轴方向(Y轴方向)上的横截面面积。中空纤维膜束221的横截面面积可以为构成中空纤维膜束221的中空纤维膜221a在第二轴方向(Y轴方向)上的单位横截面面积的总和。单位横截面面积可以基于中空纤维膜221a的外径221D(见图7)来计算。在这种情况下，单位横截面面积是包括形成在中空纤维膜221a中的中空221b(见图7)的单位横截面面积的值。

灌封横截面面积可以为在第二轴方向(Y轴方向)上灌封第一灌封层223的内壳体222的一端的内部的横截面面积。在这种情况下，内壳体222的一端的内部的横截面面积可以视为与内壳体222的内部体积相对应的值，从而可以计算填充密度。灌封横截面面积可以为第一灌封层223的横截面面积与在第二轴方向(Y轴方向)上的膜横截面面积之和。在这种情况下，灌封横截面面积可以为通过将内壳体222的宽度222H(见图6)乘以内壳体222的厚度222T(见图6)而得到的值。内壳体222的宽度222H和内壳体222的厚度222T是以内壳体222的内表面为基准的。内壳体222的厚度222T是基于与第一轴方向(X轴方向)和第二轴方向(Y轴方向)均垂直的第三轴方向(Z轴方向)。同时，灌封横截面面积可以为与在第二轴方向(Y轴方向)上灌封有第二灌封层224的内壳体222的另一端的内部的横截面面积相同的值。

如上所述，填充密度可以基于灌封横截面面积和膜横截面面积来计算。填充密度可以为通过将膜横截面面积除以灌封横截面面积而得到的值。在这种情况下，填充密度可以定义为膜横截面面积与灌封横截面面积之比。根据本公开的用于燃料电池的加湿器1的加湿效率可以通过填充密度来改变。将对此进行详细描述。

首先，当填充密度增加时，膜横截面面积可以增加。由于中空纤维膜束221的中空221b的横截面面积的总和随着膜横截面面积的增加而增加，因此干燥气体或湿气体穿过中空纤维膜束221的通道面积可以增加。因此，当干燥气体或湿气体穿过中空纤维膜束221时，施加的压差(下文中称为“膜压差”)降低。这可以通过图8的曲线图中随着填充密度的增加而降低的膜压差来确认。

其次，由于膜压差随着填充密度的增加而降低，因此加湿效率必须连续地增加。然而，如图9中所示，可以看出，即使填充密度增加了，加湿效率也不会连续地增加。其原因在于，随着膜横截面面积增加，湿气体或干燥气体穿过内壳体222的通道面积减小，从而当湿气体或干燥气体穿过内壳体222时，施加的压差(下文中称为“壳体压差”)增加，这影响加湿效率。这可以通过图8的曲线图中随着填充密度的增加而增加的壳体压差来确认。由于随着填充密度的变化，壳体压差比膜压差变化更大，因此随着填充密度的变化而施加到筒体22上的总压差(下文中称为“总压差”)的变化更大地受到壳体压差变化的影响。这可以通过图8的曲线图中示出的总压差与壳体压差之间的相似性来确认。

如上面所述，由于当构成中空纤维膜束221的中空纤维膜221a的数目增加时，干燥气体或湿气体穿过中空纤维膜束221的通道面积增加，因此可以预期随着填充密度增加，加湿效率连续地增加。然而，实际上，可以看出，湿气体或干燥气体通过内壳体222的通道面积随着填充密度的增加而减少，从而壳体压差增加，因此加湿效率不会连续地增加。

基于此，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得填充密度为0.405至0.625。当以百分比表示时，如图8和图9中所示，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得填充密度为40.5％至62.5％。因此，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为以便具有能够改善加湿效率的填充密度，从而可以有助于燃料电池性能的改善。对此将参照图8至图10进行详细地描述。

首先，当填充密度小于0.405(以百分比为单位为小于40.5％)时，湿气体或干燥气体穿过内壳体222的通道面积增加，从而壳体压差低，但是干燥气体或湿气体穿过中空纤维膜束221的通道面积减小，从而膜压差非常高，因此总压差增加。因此，当填充密度小于0.405时，实现了小于27％的低加湿效率。例如，在填充密度为0.38(以百分比为单位为38％)的比较例1中，壳体压差为4.3kPa，较低，但是膜压差为14.1kPa，非常高，从而实现了18.4kPa的高总压差。因此，比较例1具有23.5％的低加湿效率。

另一方面，当填充密度为0.405以上(以百分比为单位为40.5％以上)时，与填充密度小于0.405(以百分比为单位为小于40.5％)时相比，壳体压差有些高，但是膜压差非常低，从而总压差显著降低。因此，当填充密度为0.405以上时，实现了27％以上的高加湿效率。例如，在填充密度为0.405(以百分比为单位为45％)的实施例1中，与比较例1相比，壳体压差为5.1kPa，稍高，但是膜压差为9.7kPa，非常低，从而实现了14.8kPa的低总压差。因此，实施例1具有27.1％的加湿效率，其比对比例1的加湿效率高。

其次，当填充密度大于0.625(以百分比为单位为大于62.5％)时，干燥气体或湿气体穿过中空纤维膜束221的通道面积增加，从而膜压差低，但是湿气体或干燥气体穿过内壳体222的通道面积减小，从而壳体压差非常高；因此，总压差增加。因此，当填充密度大于0.625时，实现了小于27％的低加湿效率。例如，在填充密度为0.65(以百分比为单位为65％)的比较例2中，膜压差为4.1kPa，较低，但是壳体压差为13.8kPa，非常高，从而实现了17.9kPa的高总压差。因此，比较例2具有23.1％的低加湿效率。

另一方面，当填充密度为0.625以下(以百分比为单位为62.5％以下)时，与填充密度大于0.625(以百分比为单位为大于62.5％)时相比，膜压差有些高，但是壳体压差非常低，从而总压差显著降低。因此，当填充密度为0.625以下时，实现了27％以上的高加湿效率。例如，在填充密度为0.625(以百分比为单位为62.5％)的实施例2中，与比较例2相比，膜压差为5.3kPa，有些高，但是壳体压差为9.9kPa，非常低，从而实现了15.2kPa的低总压差。因此，实施例2具有27％的加湿效率，这比比较例2的加湿效率高。

如上所述，由于根据本公开的用于燃料电池的加湿器1实施为使得填充密度为0.405至0.625，因此总压差非常低，从而可以实现比填充密度为0.405以下或大于0.625的比较例的加湿效率更高的加湿效率。因此，在根据本公开的用于燃料电池的加湿器1中，可以增加供应至燃料电池堆的气体的加湿率，从而可以有助于改善燃料电池的性能。

参照图2至图10，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得填充密度为0.51以上(以百分比为单位为51％以上)。因此，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以具有高加湿效率。对此将进行详细描述。

在填充密度为0.51(以百分比为单位为51％)的实施例3中，膜压差为6.5kPa，壳体压差为6.4kPa。由于膜压差与壳体压差之间的差异非常小，因此实现了12.9kPa的低总压差。因此，实施例3具有非常接近30％的29.9％的高加湿效率。实施例3的加湿效率比填充密度为0.405(以百分比为单位为40.5％)的实施例1的27.1％的加湿效率高。

另一方面，在填充密度为0.435(以百分比为单位为43.5％)的实施例4中，膜压差为7.9kPa，壳体压差为6kPa。与实施例3相比，由于膜压差与壳体压差之间的差异大，因此可以实现13.9kPa的总压差，其比实施例3的总压差大。因此，实施例4具有29％的加湿效率，这比实施例3的加湿效率低。然而，实施例4比比较例1的加湿效率高，并且也比实施例1的加湿效率高。

参照图2至图10，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得填充密度为0.53以下(以百分比为单位为53％以下)。因此，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以具有高加湿效率。对此将进行详细描述。

在填充密度为0.53(以百分比为单位为53％)的实施例5中，膜压差为6.3kPa，壳体压差为6.6kPa。由于膜压差与壳体压差之间的差异非常小，从而实现了12.9kPa的低总压差。因此，实施例5的加湿效率比填充密度为0.625(以百分比为单位为62.5％)的实施例2的27％的加湿效率高。

另一方面，在填充密度为0.595(以百分比为单位为59.5％)的实施例6中，膜压差为6.5kPa，壳体压差为8.1kPa。与实施例5相比，由于膜压差与壳体压差之间的差异大，因此实现了14.3kP的总压差，这比实施例5的总压差大。因此，实施例6具有28.9％的加湿效率，这比实施例5的加湿效率低，但是实施例6具有比比较例2的加湿效率高的多的加湿效率，并且也具有比实施例2的加湿效率高的加湿效率。

参照图2至图10，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得填充密度为0.51至0.53(以百分比为单位为51％至53％)。因此，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以具有高加湿效率，并且可以在总压差和加湿效率方面具有稳定性。这可以从以下事实得到确认：填充密度为0.51(以百分比为单位为51％)的实施例3和填充密度为0.53(以百分比为单位为53％)的实施例5的各自的膜压差为12.9kPa，即，实施例3和实施例5的膜压差彼此相等；实施例3和实施例5的各自的加湿效率约为30％，即，实施例3和实施例5的加湿效率几乎彼此相等；以及实施例3和实施例5的各自的膜压差与壳体压差之间的差异为0.3kPa以下，即，实施例3和实施例5的膜压差与壳体压差之间的差异几乎彼此相等，从而干燥气体和湿气体具有几乎相同的流动性。因此，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1实施为使得填充密度为0.51至0.53(以百分比为单位为51％至53％)，从而可以保证高于期望水平的质量，并且因此可以改善产品可靠性。

参照图2至图12，假设中空纤维膜束221的宽度221H为1，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得中空纤维膜束221的厚度221T为0.1至0.8。因此，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1实施为使得具有可变的加湿效率，从而可以提供适用于各种使用场所的多功能燃料电池。对此将进行详细描述。在下面说明中，中空纤维膜束221的厚度221T是在中空纤维膜束221的宽度221H为1的前提下限定的。

首先，中空纤维膜束221的厚度221T基于第三轴方向(Z轴方向)。中空纤维膜束221的厚度221T可以与内壳体222的内表面的厚度222T相等，或者可以比内壳体222的内表面的厚度222T小。中空纤维膜束221的宽度221H基于第二轴方向(Y轴方向)。中空纤维膜束221的宽度221H可以等于内壳体222的内表面的宽度222H，或者可以小于内壳体222的内表面的宽度222H。

其次，当中空纤维膜束221的厚度221T小于0.1时，中空纤维膜束221的厚度221T太小，从而难以提供足够数目的中空纤维膜221a。当中空纤维膜束221的厚度221T大于0.8时，中空纤维膜束221的厚度221T太大，从而设置在内部的中空纤维膜221a的使用效率可能大幅降低。

相反，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1实施为使得中空纤维膜束221的厚度221T为0.1至0.8，从而可以提供充足数目的中空纤维膜221a，以及可以改善设置在内部的中空纤维膜221a的使用效率。

同时，当根据本公开的用于燃料电池的加湿器1实施为使得中空纤维膜束221的厚度221T为大于0.6至0.8时，设置在内部的中空纤维膜束221的中空纤维膜221a的使用效率可能有些降低，然而，中空纤维膜束221的寿命反而可能进一步延长。在这种情况下，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得适用于寿命比加湿效率更重要的使用场所。

另外，当根据本公开的用于燃料电池的加湿器1实施为使得中空纤维膜束221的厚度221T为0.1至小于0.2时，中空纤维膜束221的寿命可能有些缩短；然而，可以改善设置在内部的中空纤维膜束221的中空纤维膜221a的使用效率。在这种情况下，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得适用于加湿效率比寿命更重要的使用场所。

另外，当根据本公开的用于燃料电池的加湿器1实施为使得中空纤维膜束221的厚度221T为0.2至0.6时，可以良好地平衡中空纤维膜束221的寿命与设置在内部的中空纤维膜束221的中空纤维膜221a的使用效率。在这种情况下，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得适用于加湿效率与寿命之间的平衡很重要的使用场所。

如上所述，根据本公开的用于燃料电池的加湿器1可以实施为使得中空纤维膜束221的厚度221T为0.1至0.8，从而所述加湿器实施为使得具有可变的加湿效率和寿命，因此，可以提供适用于各种使用场所的多功能燃料电池。

参照图13和图14，在根据本公开的用于燃料电池的加湿器1中，可以在中间壳体21中设置两个或更多个筒体22。如图13中所示，可以在中间壳体21中设置两个筒体22和22′。如图14中所示，可以在中间壳体21中设置三个筒体22、22′和22″。尽管未示出，可以在中间壳体21中设置四个或更多个筒体22。

上面描述的本公开不限于上述实施方案和附图，并且对于本公开所属领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种替换、修改和更改是可能的。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的加湿器，所述加湿器包括：

加湿模块，配置为使用从燃料电池堆排出的湿气体加湿从外部供应的干燥气体；

第一封盖，接合至所述加湿模块的一端；和

第二封盖，接合至所述加湿模块的另一端，其中

所述加湿模块包括：

中间壳体，在其相对两端开口；和

至少一个筒体，设置在所述中间壳体中，

所述筒体包括：

内壳体，在其相对两端开口；

中空纤维膜束，容纳在所述内壳体中；

内部入口和内部出口，在所述内壳体上以在第一轴方向上彼此间隔开而形成；

第一灌封层，配置为将所述中空纤维膜束的一端固定在所述内壳体的一端；和

第二灌封层，配置为将所述中空纤维膜束的另一端固定在所述内壳体的另一端，并且

基于灌封横截面面积和膜横截面面积的填充密度为0.405至0.625，所述灌封横截面面积是所述内壳体的一端的内部的横截面面积，其中所述第一灌封层在垂直于第一轴方向的第二轴方向上被灌封，所述膜横截面面积是所述中空纤维膜束在第二轴方向上的横截面面积。

2.根据权利要求1所述的加湿器，其中，

所述膜横截面面积是构成所述中空纤维膜束的中空纤维膜基于外径的单位横截面面积的总和，

所述灌封横截面面积是所述第一灌封层在第二轴方向上的横截面面积与所述膜横截面面积之和，并且

所述填充密度是通过将所述膜横截面面积除以所述灌封横截面面积而得到的值。

3.根据权利要求1所述的加湿器，其中，所述填充密度为0.51以上。

4.根据权利要求1或3所述的加湿器，其中，所述填充密度为0.53以下。

5.根据权利要求1所述的加湿器，其中，假设所述中空纤维膜束的宽度为1，所述中空纤维膜束的厚度为0.1至0.8。

6.一种用于燃料电池的加湿器的筒体，配置为使用从燃料电池堆排出的湿气体加湿从外部供应的干燥气体，所述筒体包括：

内壳体，在其相对两端开口；

中空纤维膜束，容纳在所述内壳体中；

内部入口和内部出口，在所述内壳体上以在第一轴方向上彼此间隔开而形成；

第一灌封层，配置为将所述中空纤维膜束的一端固定在所述内壳体的一端；和

第二灌封层，配置为将所述中空纤维膜束的另一端固定在所述内壳体的另一端，其中

基于灌封横截面面积和膜横截面面积的填充密度为0.405至0.625，所述灌封横截面面积是所述内壳体的一端的内部的横截面面积，其中所述第一灌封层在垂直于所述第一轴方向的第二轴方向上被灌封，所述膜横截面面积是所述中空纤维膜束在所述第二轴方向上的横截面面积。

7.根据权利要求6所述的筒体，其中

所述膜横截面面积是构成所述中空纤维膜束的中空纤维膜的基于外径的横截面面积的总和，

所述灌封横截面面积是所述第一灌封层在所述第二轴方向上的横截面面积与所述膜横截面面积之和，并且

所述填充密度是通过将所述膜横截面面积除以所述灌封横截面面积而得到的值。

8.根据权利要求6所述的筒体，其中，所述填充密度为0.51以上。

9.根据权利要求6或8所述的筒体，其中，所述填充密度为0.53以下。

10.根据权利要求6所述的筒体，其中，假设所述中空纤维膜束的宽度为1，所述中空纤维膜束的厚度为0.1至0.8。