燃料电池增湿装置
专利汇可以提供燃料电池增湿装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供的 燃料 电池 增湿装置包括外筒体、中空 纤维 管束 和驱动装置，所述中空纤维束位于外筒体内，中空纤维管束与外筒体的 接触 为动密封结构，所述外筒体的两端具有气体导入管和气体导出管，且气体导入管和气体导出管与中空纤维管束的中空纤维管相通；中空纤维管束的外壁与外筒体之间形成腔体，所述驱动装置驱动中空纤维管束以外筒体的纵轴线为轴旋转，所述外筒体具有进气口和出气口，所述进气口和出气口与腔体相通。本实用新型提供的 燃料电池 增湿装置加工简单，易于操作，增湿效率高。，下面是燃料电池增湿装置专利的具体信息内容。
1. 一种燃料电池增湿装置，其特征在于，该装置包括外筒体(31)、中 空纤维管束(40)和驱动装置(10)，所述中空纤维束(40)位于外筒体(31) 内，中空纤维管束(40)与外筒体(31)的接触为动密封结构，所述外筒体 (31)的两端具有气体导入管(21)和气体导出管(24)，且气体导入管(21) 和气体导出管(24)与中空纤维管束(40)的中空纤维管相通；中空纤维管 束(40)的外壁与外筒体(31)之间形成腔体(32)，所述驱动装置(10) 驱动中空纤维管束(40)以外筒体(31)的纵轴线为轴旋转，所述外筒体(31) 具有进气口(25)和出气口(22)，所述进气口(25)和出气口(22)与腔 体(32)相通。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池增湿装置，其特征在于，所述中空 纤维管束(40)包括多根中空纤维管，每一根中空纤维管的外壁彼此紧密相 贴。
3. 根据权利要求2所述的燃料电池增湿装置，其特征在于，所述中空 纤维管为超滤膜管、反渗透膜管、精滤膜管、离子交换膜管或液体透过膜管。
4. 根据权利要求1所述的燃料电池增湿装置，其特征在于，所述装置 还包括传动轴(20)和密封圈(23)，所述外筒体(31)的两端内侧对应于 中空纤维管束(40)的部位具有凹陷(27)，中空纤维管束(40)可转动地 嵌入所述凹陷(27)内，所述凹陷(27)和中空纤维管束(40)之间设有密 封圈(23)；传动轴(20)固定在中空纤维管束(40)内，并且穿过中空纤 维管束(40)伸出外筒体(31)，与驱动装置(10)的输出轴(28)连接。
5. 根据权利要求4所述的燃料电池增湿装置，其特征在于，所述装置还 包括两个盖板(11)，所述传动轴(20)穿过中空纤维管束(40)，两端分别 与一个盖板(11)固定连接，并且其中的一端穿过一个盖板(11)伸出外筒 体(31)，与驱动装置(10)的输出轴(28)连接；所述盖板(11)上包括 孔(12)，所述气体导入管(21)和气体导出管(24)通过孔(12)与中空 纤维管束(40)的中空纤维管相通，所述中空纤维管束(40)通过盖板(11) 可转动地嵌入所述凹陷(27)内。
6. 根据权利要求4或5所述的燃料电池增湿装置，其特征在于，所述 传动轴(20)与中空纤维管束(40)的纵轴线重合。
7. 根据权利要求4或5所述的燃料电池增湿装置，其特征在于，所述 凹陷(27)的外径大于中空纤维管束(40)的外径。
8. 根据权利要求1所述的燃料电池增湿装置，其特征在于，所述进气 口(25)和出气口(22)位于外筒体(31)的两端。
9. 根据权利要求8所述的燃料电池增湿装置，其特征在于，所述进气 口(25)和出气口(22)位于外筒体(31)的两端异侧。
10. 根据权利要求1、4或5所述的燃料电池增湿装置，其特征在于， 所述装置还包括空气过滤器(26)，该空气过滤器(26)与进气口(25)连 接。
技术领域
背景技术
目前采用的增湿方法很多，一种较常用的方法是向进入燃料电池的反应 气体中直接加入一定量的水。由于需要另外补充水，导致燃料电池运行成本 增加，且使用不便。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有的燃料电池增湿装置运行成本高且使用 不便的问题，提供一种加工简单、运行成本低、易于操作且增湿效率高的燃 料电池增湿装置。
本实用新型提供的燃料电池增湿装置包括外筒体、中空纤维管束和驱动 装置，所述中空纤维束位于外筒体内，中空纤维管束与外筒体的接触为动密 封结构，所述外筒体的两端具有气体导入管和气体导出管，且气体导入管和 气体导出管与中空纤维管束的中空纤维管相通；中空纤维管束的外壁与外筒 体之间形成腔体，所述驱动装置驱动中空纤维管束以外筒体的纵轴线为轴旋 转，所述外筒体具有进气口和出气口，所述进气口和出气口与腔体相通。
本实用新型采用了管壁上布满微孔的中空纤维管束，将含有大量水份的 燃料电池的湿热尾气通过中空纤维管束一端的气体导入管导入至中空纤维 管束内的通道中，并将用于为燃料电池增湿的干燥反应气体从外筒体的进气 口导入至中空纤维管束的外壁与外筒体之间形成的腔体内，利用浓差扩散的 原理，中空纤维管束内尾气中的水份会经由中空纤维管壁上的微孔渗透至与 外筒体形成的腔体中，由于渗透是以浓差作为推动力的，渗透速度较慢，本 实用新型利用驱动装置驱动中空纤维管束以外筒体的纵轴线为轴旋转，利用 旋转产生的离心力将中空纤维管束内的水份迅速从管壁的微孔中甩出，并快 速进入与外筒体之间的腔体内，对干燥的反应气体进行增湿。
本实用新型提供的燃料电池增湿装置利用燃料电池自身反应生成的尾 气中的水份对进入燃料电池的反应气体进行增湿，不需要另外加水，大大降 低了燃料电池的运行成本，并且采用亲水材料制作的中空纤维管束，加工简 单，易于操作。且本实用新型提供的增湿装置中，通过控制驱动装置的转速 可以控制水份的渗透速度，满足燃料电池不同的增湿要求，增湿效率高。
附图说明
图1为本实用新型提供的燃料电池增湿装置的纵剖面的结构图；
图2为本实用新型提供的燃料电池增湿装置的动密封结构的纵剖面的结 构图。
图3为本实用新型提供的燃料电池增湿装置的动密封结构中盖板的纵剖 面的结构图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供的燃料电池增湿装置包括外筒体31、中空 纤维管束40和驱动装置10，所述中空纤维束40位于外筒体31内，中空纤 维管束40与外筒体31的接触为动密封结构，所述外筒体31的两端具有气 体导入管21和气体导出管24，且气体导入管21和气体导出管24与中空纤 维管束40的中空纤维管相通；中空纤维管束40的外壁与外筒体31之间形 成腔体32，所述驱动装置10驱动中空纤维管束40以外筒体31的纵轴线为 轴旋转，所述外筒体31具有进气口25和出气口22，所述进气口25和出气 口22与腔体32相通。
所述外筒体31由具有一定强度和保温性能的材料制成，如不锈钢、工 程塑料或陶瓷，其管径大小和相应的燃料电池所需要的气体流量相适应。所 述外筒体31的进气口25用于引入供给燃料电池的干燥反应气体，出气口22 用于将增湿后的反应气体导出增湿装置，进而供给燃料电池。所述中空纤维 管束40的两端形成气体导入管21和气体导出管24，所述中空纤维管束40 一端的气体导入管21用于引入燃料电池反应生成的尾气，另一端的气体导 出管24用于将经过水份分离后的剩余尾气排出增湿装置；所述外筒体31的 进气口25和出气口22与腔体32相通，干燥反应气体在中空纤维管束40的 外壁与外筒体31之间形成的腔体32中被增湿后再经由出气口22导出。优 选情况下，进气口25和出气口22位于外筒体31的两端，更优选情况下， 所述进气口25和出气口22位于外筒体31的两端异侧，以使从尾气中被分 离出的水份能充分地与腔体32中的干燥气体混合。
所述中空纤维管束40包括多根中空纤维管，每一根中空纤维管的外壁 彼此紧密相贴。由于单位时间内的水份渗透量取决于气液接触面积，因此气 液接触面积越大，增湿效果越好。由此，本实用新型采用多根中空纤维管， 以此形成较大的气液接触面积，使大量的水份可以在短时间内渗透至腔体32 中对干燥反应气体进行增湿。由多根中空纤维管的内腔并联形成多条被引入 尾气的通路，且每一根中空纤维管的外壁彼此紧密相贴，这样，最外层的中 空纤维管的外壁将腔体32与中空纤维管内腔形成的通路隔离开来，以将干 燥反应气体和湿热尾气隔离。
所述中空纤维管的填充密度与相应燃料电池所需要的气体流量相适应， 可以以大约30-80％，以适当长度捆扎成束而构成中空纤维管束40，所述捆 扎方式可以为平行排列或编织方式，应使得每一根中空纤维管的外壁彼此紧 密相贴。所述中空纤维管为本领域技术人员所公知，为由布满微孔的，具有 极高的亲水性和耐热性的中空纤维膜加工而成的管体，如超滤膜管、反渗透 膜管、精滤膜管、离子交换膜管或液体透过膜管，其管径大约为500-2000um， 壁厚大约为200-600um；所述中空纤维膜上所布微孔的孔径大约为 200-1400um，孔隙度大约为20-50％。
如图2所示，所述装置还包括传动轴20和密封圈23，所述外筒体31 的两端内侧对应于中空纤维管束40的部位具有凹陷27，中空纤维管束40 可转动地嵌入所述凹陷27内，所述凹陷27和中空纤维管束40之间设有密 封圈23；传动轴20固定在中空纤维管束40内，并且穿过中空纤维管束40 伸出外筒体31，与驱动装置10的输出轴28连接。
所述传动轴20与中空纤维管束40的纵轴线重合并与中空纤维管束40 相连，传动轴20与中空纤维管束40以捆扎的方式连接以保证传动轴20旋 转时带动与其连接的中空纤维管束40同步旋转。所述传动轴20同样由具有 一定强度和保温性能的材料制成，如不锈钢。所述驱动装置10位于外筒体 31的外部，其输出轴28与传动轴20固定连接，形成刚性固定结构。
所述驱动装置10可通过外接电源或直接由燃料电池供电，并通过调节 电压或电流来控制其转速，其转速优选为500-2500转/分钟。所述驱动装置 10为任意可以由电池或电源供电而使其输出轴旋转的将电能转换为机械能 的装置，如直流电动机或交流电动机。
为了使外筒体31与中空纤维管束40在由驱动装置10驱动中空纤维管 束40以外筒体31的纵轴线为轴旋转时能密封隔离，中空纤维管束40的两 端与外筒体31的接触为动密封结构，该动密封结构是在外筒体31的两端内 侧对应于中空纤维管束40的部位具有凹陷27，如图2所示，该凹陷27的外 径大于中空纤维管束40的外径，一般略大于中空纤维管束40的外径。所述 凹陷27和中空纤维管束40之间设有密封圈，中空纤维管束40可转动地嵌 入凹陷27内，使得中空纤维管束40既可以在外筒体31内转动，又可防止 气体的渗漏。所述盖板11和盖板12同样由具有一定强度和保温性能的材料 制成，如不锈钢。
为了减少所述中空纤维管束40在外筒体31内转动而造成的磨损，所述 燃料电池增湿装置还可以包括两个盖板11，所述传动轴20穿过中空纤维管 束40，两端分别与一个盖板11固定连接，并且其中的一端穿过一个盖板11 伸出外筒体31，与驱动装置10的输出轴28连接；所述盖板11上包括孔12， 所述气体导入管21和气体导出管24通过孔12与中空纤维管束40的中空纤 维管相通，所述中空纤维管束40通过盖板11可转动地嵌入所述凹陷27内。
所述孔12可以为1个或者多个，均匀或者不均匀地分布在所述盖板11 上。
由于燃料电池的一种重要用途是作为汽车的动力装置，其反应气体来自 大气。为了使得较为洁净的反应气体进入燃料电池进行电化学反应以提高燃 料电池的性能，可在反应气体进入燃料电池前对其进行过滤。因此，所述增 湿装置还可包括空气过滤器26，所述空气过滤器26与外筒体31的进气口 25连接，用于将空气中的尘土、杂质和水份过滤掉，使得较为洁净的干燥气 体通过进气口25进入到增湿装置进行增湿。
所述空气过滤器26为任意可以将空气中的尘土、杂质和水份过滤掉的 空气过滤装置，如活性碳氧化铝空气过滤器。
如图1所示，燃料电池内部进行化学反应生成包含大量水份的湿热尾气， 排除后经由中空纤维管束40一端的气体导入管21进入增湿装置，由此，进 入到多根中空纤维管内腔形成的多条尾气通路中；供给燃料电池的反应气体 首先经由外筒体31的进气口25处的空气过滤器26进行过滤，去除掉反应 气体中的尘土、杂质和水份，过滤后洁净的干燥反应气体经由进气口25导 入至中空纤维管束40的外壁与外筒体31之间形成的腔体32中；利用浓差 扩散的原理，中空纤维管内腔中的尾气中的水份会透过中空纤维管壁的微孔 向外渗透，进而进入腔体32中的干燥气体中，由驱动装置10带动转动轴20 转动，进而带动中空纤维管束40同步转动，利用转动产生的离心力将附着 在中空纤维管壁的微孔中的水份快速地甩入腔体32中的干燥气体中，使得 分离出的水份与干燥气体混合成为含有大量水份的湿润反应气体，从而实现 了对进入燃料电池的反应气体的增湿。该湿润气体经由外筒体的出气口22 导出以供给燃料电池进行电化学反应使用。同时，经水气分离后的中空纤维 管内腔中的剩余尾气经由中空纤维管束40另一端的气体导出管24被排出增 湿装置。
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