DE102005056833B4

DE102005056833B4 - Befeuchtungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102005056833B4
Application number: DE102005056833A
Authority: DE
Inventors: Hyun-You Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: KR100667433B1; CN100446323C; US7401768B2; DE102005056833A1; CN1960044A; JP2007128835A; JP4989879B2; US20070096348A1

Abstract

Befeuchtungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem, welche aufweist: eine Hohlfasermembran (2) zum Durchlassen von trockener Luft und feuchter Luft für die Durchführung eines Feuchtigkeitsaustausches zwischen der trockenen Luft und der feuchten Luft; ein spiralförmiges Trockenluftleitungsrohr (7), so dass der Hohlfasermembran (2) neue trockene Luft zugeführt wird, aufweisend: eine Mehrzahl von Windungen, die einander teilweise überlappen und in einer Längsrichtung der Hohlfasermembran (2) angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Auslassöffnungen (7c), die in dem Trockenluftleitungsrohr (7) in seiner Längsrichtung angeordnet sind und die trockene Luft versprühen.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Brennstoffzellensystem und insbesondere eine Befeuchtungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem, welche ein spiralförmiges Trockenluftleitungsrohr mit einem Heizdraht darin benutzt, wodurch die Wirksamkeit der Befeuchtung erhöht wird.
Ein Brennstoffzellensystem, das als Energiequelle für ein Elektrofahrzeug verwendet wird, benötigt befeuchtete Luft, um eine chemische Reaktion zu begünstigen. Das Brennstoffzellensystem verwendet eine Befeuchtungsvorrichtung, um die Feuchtigkeit von dem Abgas, welches feuchtes Gas ist, das von einer Brennstoffzelle freigesetzt wurde, auf die trockene Luft zu übertragen.
Aus der DE 103 32 493 A1 , der DE 101 02 358 A1 sowie der US 2001/00 21 467 A1 sind diverse Gestaltungen bekannt.
Erfindungsgemäß ist eine Befeuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Die Unteransprüche definieren einige bevorzugte Weiterbildungen einer solchen Befeuchtungsvorrichtung.
Es wird eine Befeuchtungsvorrichtung bevorzugt, die einen niedrigen Energieverbrauch hat und einen kleinen Montageplatz erfordert. Allgemein wird in dem Brennstoffzellensystem eine Befeuchtungsvorrichtung unter Verwendung einer Hohlfasermembran verwendet.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ist eine Befeuchtungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, welche trockene Luft mit feuchter Luft über einen weiten Bereich schnell austauscht, wodurch die Wirksamkeit der Befeuchtung gesteigert wird, und welche die trockene Luft und die feuchte Luft bei kaltem Wetter angemessen erwärmt, wodurch verhindert wird, dass die Feuchtigkeit der feuchten Luft gefriert, weshalb sie in kalten Regionen erfolgreich eingesetzt wird.
Eine Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Hohlfasermembran auf, so dass trockene Luft und feuchte Luft hindurchgelassen werden, so dass ein Feuchtigkeitsaustausch zwischen der trockenen Luft und der feuchten Luft durchgeführt wird, und ein Trockenluftleitungsrohr, um der Hohlfasermembran neue trockene Luft zuzuführen.
Bevorzugt weist die Befeuchtungsvorrichtung ferner ein Heizungsmittel auf, so dass die trockene Luft und die feuchte Luft, die der Hohlfasermembran zugeführt werden, erwärmt werden.
Ferner weist das Trockenluftleitungsrohr eine Mehrzahl von Kreisläufen auf, die einander teilweise überlappen und in einer Längsrichtung der Hohlfasermembran angeordnet sind. Eine Mehrzahl von Auslasslöchern ist in dem Trockenluftleitungsrohr in seiner Längsrichtung ausgebildet und versprüht die trockene Luft.
Ferner ist das Trockenluftleitungsrohr eine Doppelrohrstruktur mit einem inneren und einem äußeren Rohr, und das Heizungsmittel weist einen Heizdraht auf, der zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr eingebettet ist.
Für ein besseres Verständnis der Natur und der Ziele der Erfindung sollte Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung mit der beigefügten Zeichnung genommen werden, in der:
1 eine Querschnittsansicht einer Befeuchtungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung ist; und
2 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Trockenluftleitungsrohrs gemäß der Erfindung ist.
Nachstehend wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
1 zeigt den Querschnitt einer Befeuchtungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung. In einer detaillierten Beschreibung ist eine Mehrzahl von Hohlfasermembranen 2 in einem Gehäuse 1 enthalten. Eine erste Einlassöffnung 3 und eine erste Auslassöffnung 4 sind in dem Gehäuse 1 vorgesehen. Trockene Luft wird durch die erste Einlassöffnung 3 in das Gehäuse 1 geführt und wird durch die erste Auslassöffnung 4 aus dem Gehäuse 1 abgeleitet.
Ferner sind eine Feuchtlufteinlassöffnung 5 und eine Feuchtluftauslassöffnung 6 in dem Gehäuse 1 vorgesehen derart, dass sie senkrecht zu der ersten Einlassöffnung 3 und der ersten Auslassöffnung 4 und parallel zu den Hohlfasermembranen 2 liegen. Feuchte Luft wird durch die Feuchtlufteinlassöffnung 5 in das Gehäuse 1 zugeführt und durch die Feuchtluftauslassöffnung 6 aus der Feuchtluftauslassöffnung 6 abgeleitet.
Wenn feuchte Luft durch die Feuchtlufteinlassöffnung 5 in das Gehäuse 1 eingeleitet wird, passiert die feuchte Luft die Hohlfasermembranen 2 und wird danach durch die Feuchtluftauslassöffnung 6 aus dem Gehäuse 1 abgeleitet. Die Feuchtigkeit, mit der die feuchte Luft beladen ist, wird von der feuchten Luft durch die Kapillarwirkung der Hohlfasermembranen 2 getrennt. Die getrennte Feuchtigkeit kondensiert, während sie durch die Kapillarrohre der Hohlfasermembranen 2 hindurchläuft, bevor sie zu dem äußeren Abschnitt der Hohlfasermembranen 2 fließt.
Indessen fließt die trockene Luft, wenn trockene Luft durch die erste Einlassöffnung 3 in das Gehäuse 1 eingeleitet wird, zu dem äußeren Bereich der Hohlfasermembranen 2. Zu diesem Zeitpunkt wird die trockene Luft von der Feuchtigkeit, die von der feuchten Luft getrennt wurde, befeuchtet und wird danach durch die erste Auslassöffnung 4 aus dem Gehäuse 1 abgeleitet.
Ein Trockenluftleitungsrohr 7 ist in den Hohlfasermembranen 2 installiert, welche in dem Gehäuse 1 enthalten sind. Das Trockenluftleitungsrohr 7 weist eine Mehrzahl von Kreisläufen auf, die einander teilweise überlappen. Ein Einlass des Trockenluftleitungsrohrs 7 ist an eine zweite Trockenlufteinlassöffnung 8 angeschlossen, die in dem Gehäuse 1 vorgesehen ist derart, dass sie der ersten Einlassöffnung 3 gegenüberliegt. Ein Auslass des Trockenluftleitungsrohrs 7 ist so angeordnet, dass er einer zweiten Trockenluftauslassöffnung 9 gegenüberliegt, die in dem Gehäuse 1 vorgesehen ist derart, dass sie der ersten Auslassöffnung 4 gegenüberliegt.
Wie in 2 gezeigt, ist das Trockenluftleitungsrohr 7 eine Doppelrohrstruktur mit einem inneren Rohr 7a und einem äußeren Rohr 7b. Ein Heizdraht 10 ist zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr 7a bzw. 7b angeordnet und erzeugt Wärme, wenn dem Heizdraht 10 Elektrizität zugeführt wird, wodurch das Luftleitungsrohr 7 erwärmt wird. Eine Mehrzahl von Auslassrohren bzw. Auslassöffnungen 7c ist an mehreren Abschnitten des Trockenluftleitungsrohrs 7 in seiner Längsrichtung ausgebildet.
Wenn durch die zweite Einlassöffnung 8 trockene Luft dem Trockenluftleitungsrohr 7 zugeführt wird, fließt die trockene Luft entlang des Trockenluftleitungsrohrs 7. Während die trockene Luft fließt, wird die trockene Luft durch die Auslassöffnungen 7c aus dem Trockenluftleitungsrohr 7 abgegeben. Die trockene Luft, die durch die Auslassöffnungen 7c abgegeben wird, wird aus den Hohlfasermembranen 2 gleichmäßig in das Gehäuse 1 gesprüht. Dadurch wird die Wirksamkeit der Befeuchtung der trockenen Luft gesteigert.
Da die trockene Luft schnell aus den Hohlfasermembranen 2 durch die Auslassöffnungen 7c gesprüht wird, wird die Geschwindigkeit des Feuchtigkeitsaustausches gesteigert und die Wirksamkeit der Befeuchtung erhöht. Die meiste trockene Luft, die durch das Trockenluftleitungsrohr 7 zugeführt wird, wird durch die zweite Auslassöffnung 9 aus dem Gehäuse 1 abgegeben. Der Rest der trockenen Luft wird mit der trockenen Luft, die durch die erste Einlassöffnung 3 zugeführt wird, vermischt, so dass die Mischung durch die erste Auslassöffnung 4 aus dem Gehäuse 1 abgegeben wird.
Ferner wird, wenn es kalt ist, dem Heizdraht 10 Elektrizität zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Trockenluftleitungsrohr 7 von dem Heizdraht 10 erwärmt, wodurch verhindert wird, dass Feuchtigkeit, die aus den Hohlfasermembranen fließt, gefriert, wodurch die trockene Luft wirksam befeuchtet wird.
Wie aus dem Vorangehenden ersichtlich, ist durch die Erfindung eine Befeuchtungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem geschaffen, welche so konstruiert ist, dass trockene Luft durch ein Trockenluftleitungsrohr, das in den Hohlfasermembranen installiert ist, gesprüht wird, wodurch es ermöglicht wird, dass die trockene Luft gleichmäßig auf die äußeren Abschnitte der Hohlfasermembranen in einem Gehäuse gesprüht wird, wodurch die Wirksamkeit der Befeuchtung der trockenen Luft gesteigert wird. Ferner verbessert die Befeuchtungsvorrichtung die Geschwindigkeit, mit der die trockene Luft versprüht wird, wodurch die Geschwindigkeit, mit der die trockene Luft mit der feuchten Luft ausgetauscht wird, erhöht wird. Wenn es kalt ist, erwärmt ein Heizdraht, der in dem Trockenluftleitungsrohr angeordnet ist, die trockene Luft und die feuchte Luft, wodurch verhindert wird, dass die Feuchtigkeit der feuchten Luft gefriert, wodurch die Wirksamkeit der Befeuchtung der trockenen Luft gesteigert wird.

Claims

Befeuchtungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem, welche aufweist: eine Hohlfasermembran (2) zum Durchlassen von trockener Luft und feuchter Luft für die Durchführung eines Feuchtigkeitsaustausches zwischen der trockenen Luft und der feuchten Luft; ein spiralförmiges Trockenluftleitungsrohr (7), so dass der Hohlfasermembran (2) neue trockene Luft zugeführt wird, aufweisend: eine Mehrzahl von Windungen, die einander teilweise überlappen und in einer Längsrichtung der Hohlfasermembran (2) angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Auslassöffnungen (7c), die in dem Trockenluftleitungsrohr (7) in seiner Längsrichtung angeordnet sind und die trockene Luft versprühen.
Befeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Heizeinrichtung zur Erwärmung der trockenen Luft und der feuchten Luft aufweist, die der Hohlfasermembran (2) zugeführt werden.
Befeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Trockenluftleitungsrohr (7) eine Doppelrohrstruktur mit einem inneren Rohr (7a) und einem äußeren Rohr (7b) ist und wobei die Heizeinrichtung einen Heizdraht (10) aufweist, der zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr angeordnet ist.
Befeuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hohlfasermembran (2) in einem Gehäuse (1) enthalten ist, und das Gehäuse (1) eine erste und eine zweite Einlassöffnung (3, 8) für trockene Luft aufweist, eine erste und eine zweite Auslassöffnung (4, 9) und eine Feuchtlufteinlassöffnung (5) und eine Feuchtluftauslassöffnung (6), wobei die Feuchtlufteinlassöffnung (5) und die Feuchtluftauslassöffnung (6) zu der ersten und der zweiten Einlassöffnung (3, 8) für trockene Luft und der ersten und der zweiten Auslassöffnung (4, 9) senkrecht liegen.