用于调节燃料电池的膜加湿装置用中空纤维膜密度的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于调节燃料电池的膜加湿装置的加湿气体的装置。更具体地，用于调节燃料电池的膜加湿装置用中空纤维膜密度的装置，可通过将分成不同数目的分割模块依次安装到膜加湿装置的壳体内部来改进加湿效率，以便可以调节填充在每个分割模块中的中空纤维膜的密度。
【背景技术】
[0002]为了燃料电池的有效操作，有必要对燃料电池中的电解质进行加湿。作为加湿装置，加湿装置可通过在从燃料电池排出的湿润气体的废气与从外部空气供给的干燥气体之间交换湿气来工作。
[0003]具体来说，作为在燃料电池中使用的加湿装置，可能需要具有低电力消耗、较小安装空间的紧凑型加湿装置。因此，在使用中空纤维膜的诸如超声波加湿器、蒸汽加湿器、以及蒸发加湿器等若干类型的加湿装置，在燃料电池中比较常见。举例来说，如图7所示，膜加湿装置100和鼓风机202被包含在将氧气或空气供给到燃料电池堆的空气供给系统中。
[0004]因此，外部干燥空气通过鼓风机202的抽吸操作，被供给到膜加湿装置100的中空纤维膜中，并且从燃料电池堆200排出的废气或湿润空气穿过膜加湿装置100。此时包含在废气中的湿气可穿透到中空纤维膜中，因此，干燥空气可被加湿。
[0005]如图8和图9所示，在下文中将更详细地描述常规膜加湿装置的配置和操作。
[0006]如图8和图9所示，常规膜加湿装置100包含壳体101，并且壳体101形成有用于引入干燥空气的供给部102和用于排出经加湿的干燥空气的出口 103。此外，中空纤维膜106束可设置在壳体101内，在中空纤维膜束中密集地封装有多个中空纤维膜106。
[0007]此外，在壳体101中，用于从燃料电池堆排出的湿润空气的流入的入口 104形成在第一侧，用于湿润空气排出的出口 105形成在与第一侧相对的第二侧。
[0008]在使用具有上述配置的中空纤维膜的膜加湿装置的操作中，当在反应之后从燃料电池堆排出的废气，或者湿润空气从壳体101的入口 104向中空纤维膜106的束供给时，湿润空气中的湿气可通过每个中空纤维膜106的毛细作用分开，并且分开的湿气可在穿过中空纤维膜106的毛细管的同时凝聚并且移动到中空纤维膜106中。
[0009]随后，与湿气分开的湿润空气可沿中空纤维膜106的外部移动，因此，湿润空气可穿过壳体101的出口 105排出。
[0010]同时，在具有上述配置的中空纤维膜中，环境空气或干燥空气通过鼓风机的驱动穿过壳体101的供给口 102供给，并且通过供给口 102供给的干燥空气移动穿过中空纤维膜106的内部。由于与湿润空气分开的湿气此时易于移动到中空纤维膜106的内部，因此干燥空气可由湿气加湿，并且经加湿的干燥空气可通过出口 103供给到燃料电池堆的空气电极。
[0011]然而，由于中空纤维膜106的束被形成为，使得多个中空纤维膜106密集布置，因此湿润空气无法穿过入口 104被引入到中空纤维膜中。此外，由于穿过中空纤维膜的湿润空气的扩散速度基本上减小，因此湿润空气可能无法穿透到中空纤维膜的内部中。
[0012]具体来说，在壳体101内，穿过中空纤维膜106束外部的湿润空气可能无法平稳地穿透到由壳体101内部的、如图9中的隐藏线路所示的中空纤维膜106束的中央部，并且可能大部分围绕中空纤维膜在边缘侧上流动。因此，会减小干燥空气的加湿效率。
[0013]因此，在相关现有领域中，已开发出一种用于燃料电池的膜加湿装置及其应用，其通过在膜加湿装置的壳体内部安装可去除的套筒型内部分割模块，并且使湿润空气均匀地穿过通过形成于每个内部分割模块中的湿润空气进入孔的中空纤维膜束的中央部，来改善加湿效率。
[0014]然而，由于沿着膜加湿装置的壳体的长度方向排列的中空纤维膜的密度是均匀的，因此无法诱导湿润空气的流速和差压(differential pressure)的变化，并且无法充分地获得加湿效果。
[0015]在【背景技术】部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0016]本发明提供一种针对现有领域中的上述技术问题的解决方案。因此，本发明提供一种用于调节燃料电池的膜加湿装置的中空纤维膜密度的装置。具体来说，该装置通过将被分成不同数目的分割模块依次安装到膜加湿装置的壳体内部，使得填充在每个分割模块中的中空纤维膜可以多样化地调节其长度方向上的密度，可以按每个分割模块诱导湿润空气的差压和速度的变化，因此可提高加湿效率。
[0017]—方面，本发明提供一种用于调节燃料电池系统的膜加湿装置用中空纤维膜密度的装置，包括:中空壳体，其中干燥空气供给口和用于排出经加湿的干燥空气的排出口形成在所述中空壳体的两侧，湿润空气入口形成在第一端部，并且湿润空气出口形成在第二端部；多个分割模块，其能够接触湿润空气并被安装到壳体的内部；以及中空纤维膜，布置在每个分割模块的内部。特别地，分割模块可被固定地安装到壳体的湿润空气入口侧的内部空间、湿润空气出口侧的内部空间、以及湿润空气入口与出口之间的空间，并且每个分割模块被分成不同数目的部分。
[0018]分割模块可以包括:第一分割模块，其被分成两个部分，并被安装到壳体的湿润空气入口侧的内部；第二分割模块，其被分成四个部分，并被安装到壳体的湿润空气入口与出口之间的空间；以及第三分割模块，其被分成六个部分，并被安装到壳体的湿润空气出口侧的内部。
[0019]此外，在上述分割模块中，第一分割模块、第二分割模块和第三分割模块可具有多边形截面形状中的一种截面形状，同时具有在左右方向上开放的结构，以使具有束状的中空纤维膜可以通过。
[0020]此外，在分割模块的配置中，湿润空气诱导孔可穿过第一分割模块和第三分割模块的四侧壁面而形成。
[0021]在一个不例性实施方式中，第一分割模块可被设置成具有其中圆形被左右平分的、半圆形截面的中空壳体结构；第二分割模块是其中圆形沿竖直方向被分成四个部分、且沿左右方向均等排列的中空壳体结构；并且第三分割模块是其中圆形沿竖直方向被分成六个部分、且沿左右方向均等排列的中空壳体结构。
[0022]在一个示例性实施方式中，第一分割模块可被配置成具有其中矩形被左右平分的、正方形截面的中空壳体结构；第二分割模块可被设置成其中矩形沿竖直方向被分成四个部分、且沿左右方向均等排列的中空壳体结构；并且第三分割模块可被设置成其中矩形被分成沿竖直方向的八个部分、且沿左右方向均等排列的中空壳体结构。
[0023]在一个不例性实施方式中，第一分割模块可被设置成具有其中圆形被左右平分的、半圆形截面的中空壳体结构；第二分割模块是其中圆形沿竖直方向被分成四个部分、且沿左右方向均等排列的中空壳体结构；并且第三分割模块是其中圆形沿左右方向被分成六个部分、且沿竖直方向均等排列的中空壳体结构。
[0024]可选地，分割模块可以包括:第一分割模块，其被分成两个部分，并且被安装到壳体的湿润空气入口侧的内部；第二分割模块，其被分成四个部分，并且被安装到壳体的湿润空气入口与出口之间的空间中；以及第三分割模块，其被分成两个部分，并且被安装到壳体的湿润空气出口侧的内部。
[0025]在该分割模块的配置中，第一分割模块、第二分割模块和第三分割模块被配置成具有多边形截面形状中的一种截面形状，同时具有在左右方向上开放的结构，以使具有束状的中空纤维膜可以通过。特别地，湿润空气诱导孔可穿过第一分割模块和第三分割模块的四侧壁面而形成。
[0026]在一个不例性实施方式中，第一分割模块可被设置成具有其中圆形被左右平分的、半圆形截面的中空壳体结构；第二分割模块是其中圆形沿竖直方向被分成四个部分、且沿左右方向均等排列的中空壳体结构；并且第三分割模块是具有其中圆形被左右平分的、半圆形截面的中空壳体结构。
[0027]在一个示例性实施方式中，第一分割模块可被设置成具有其中矩形被左右平分的、正方形截面的中空壳体结构；第二分割模块是其中矩形沿竖直方向被分成四个或更多部分、且沿左右方向均等排列的中空壳体结构；并且第三分割模块是具有其中矩形被左右平分的、正方形截面的中空壳体结