专利名称：用于对燃料电池供应再循环反应气体的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对燃料电池供应再循环反应气体的装置，其包括 加湿器，所述加湿器具有用于待加湿的所述反应气体的第一入口和用于水 分载体的第二入口。
背景技术：
这种装置通常是已知的。在例如聚合物电解质膜燃料电池(PEM电池) 的类型的燃料电池的情况中，为了获得最大程度的效率，需要永久加湿燃 料电池膜。通过对供应给燃料电池的气体添加水来进行加湿，添加通# 湿器来进行。为了达到最佳的效率以及可控制水分的传输，对于加湿器， 需要均匀的供应气流。为此，在加湿器的前面经常连接有气体输送设备。 然而，气体输送设备波动地运行，使得加湿器的供应气流不可能是均匀的。 并且，气压波动可导致过快地磨损和开裂。经常地，对于加湿器，只有限 定量的结构空间可用，这频繁导致不利的，例如倾斜或者不对称的供应气 流。
发明内容
本发明基于提供一种装置的目标，在所述装置的情况下，可改善加湿 器的供应气流。
为了达到该目标，过滤器装置被预先连接到第一入口和/或者第二入 口。过滤器装置具有颗粒过滤器的形式，例如，非无纺材料，并且形成气 压均衡器，所述气压均衡器可使气流平稳。这种装置在移动应用的情况中 特别地具有优势，因为移动燃料电池动态地工作并且因此可导致气压变化；对于紧密固定设备也是同样的。预连接的气体输送设备的可能的气压波动 在过滤器装置中被削弱。通过对加湿器平稳供应气流，改善了水分的传输， j吏得能够满足小的结构空间的要求。过滤器装置可示例为线网、织物、穿 孔格或者膜片。这些设备除了对于过滤器装置具有支撑效果外，还改善了 气流。优选，所述过滤器装置具有颗粒过滤器的形式。这用于过滤那些能 够导致加湿器过快地磨损和开裂或者效率损失的颗粒。在这种情况下，一 方面，在阴极侧供应给燃料电池作为反应气体的环境空气被净化，另一方 面，形成水分载体的阴极废气也能被净化。所述阴极废气可能包括来自燃 料电池的污染物，其被保留在过滤器装置中，使得将净化的阴极废气供应 给加湿器。
所述过滤器装置可包括化学过滤器。化学过滤器可过滤例如酸性和/ 或者碱性气体，以及防止通过损害性气体的影响造成所述加湿器和燃料电 池的过快地磨损和开裂。
所述过滤器装置可包括活性碳层。过滤器装置则包括颗粒过滤器和活 性碳过滤器，它们可组合成一个过滤器单元。该进一步的过滤器装置可包 括活性碳层。在这种情况下，根据配置，活性碳形成吸附过滤器和/或者吸 收过滤器。活性碳适合于过滤各种不同的化学成分和颗粒。并且，替代或 者除了活性碳，也可在所述过滤器装置中提供其他的吸附剂。它们可通过 物理吸附和/或者化学吸附发挥作用。例如，浸渍碳、二氧化硅、硅铝酸盐、 氧化铝或者离子交换器都是可以考虑的。
所述过滤器装置可包括精细过滤器。通过精细过滤器，可从待净化的 介质中滤出微细颗粒和液体成分。活性碳层可连接到精细过滤器下游，也 可保留活性碳颗粒。
所述过滤器装置可包括静电效应过滤器层。可通过具有较低气压损失 的静电效应过滤器材料来过滤微细颗粒。作为静电互作用的结果，相比于 不带电的过滤器材料，可将孔形成为更大而具有同样的过滤器性能。过滤 器介质可在气流中通过简单的装置来设置，并且可容易地被替换。
加湿器可具有膜加湿器的形式，在膜加湿器的情况下，湿气流和待加湿的气流通过可渗透水的膜分隔开。原则上，水分的传输可通过毛细管力 或者扩散力来进行。两种机制对于污染物都是敏感的。在通过膜的传输中，
膜的界面现象非常重要。这些都会#^面污染物影响，例如，在污染物上， 膜的亲水性和润湿性会改变。孔也可能被颗粒阻塞。功能组可能被污染物 或者有害物质阻碍。在膜加湿器的情况下，有利地是，阴极侧的含水废气 可用于加湿，使得可省略再单独供应水。此外，作为该流设计和所述加湿 器的包围膜的结果，在该过滤器装置组合中，可获得改善的噪音降低效果。 在其他实施例中，加湿器可具有喷雾加湿器的形式。由于阳极气体与氧气， 例如空气中的氧气反应，如果进行阳极气体的加湿，喷雾加湿器是有利的。 在喷雾加湿的情况下，通过例如利用喷嘴喷射液体水来进行加湿。来自阴 极废气的冷凝水可用作所述水。当使用液态水时，特别是使用来自阴极废 气获得的水时，需要先进行净化，因为污染物可能导致喷嘴被阻塞。在加 湿从环境空气中形成的阴极气体时，也需要净化，因为来自环境空气的污 染物可能沉积在喷嘴上，导致加湿器的运行干扰。
所述加湿器可包括中空纤维。中空纤维具有非常大的表面，使得利用 要求较小空间的少量中空纤维可获得很高的加湿性能。例如，在中空纤维 的情况下，例如湿气流在纤维周围通过，而其他气流，例如待加湿的气流， 在纤维内部通过。在中空纤维加湿器的情况下，预先的过滤也是有利地， 因为中空纤维具有较小的横截面，可能被穿过中间的颗粒阻塞或者损坏。
所述装置可形成预安装的单元。由于只需要安装较少部分，这种模块 型结构方便了燃料电池的安装，在该模块型结构中，在安装入燃料电池之 前，组合有过滤器装置和加湿器的单元。
所述装置可^L置在壳体中。过滤器装置和加湿器的单元预先以特定的 紧凑方式被安装在壳体中，从而安装进一步简化。可省略连接到过滤器装 置和加湿器的连接件，例如，管和软管。
气体输送设备可被连接在所述装置的前面。通过气体输送设备，可增 加气流的气压和输送。根据气体输送设备的配置，可能发生气压波动，其 在连接到加湿器的前面的过滤器装置中被削弱。隔膜泵经常被用作气体输送设备，因为待输送的介质在这种情况下被完全压缩。然而，在隔膜泵情 况下，会发生气压脉动，其在过滤器装置中被削弱，使得供应给加湿器的 气流是均匀的，并且作为结果，获得且优化了效率，并且所述气流是符合 要求的可控的。
可在空气输送设备的前面连接预过滤器。预过滤器既防止颗粒穿透进 入气体输送设备和装置中，也防止气体输送设备和装置过快地磨损和开裂。
可在空气输送设备前面连接吸声器。特别是气体输送设备发出的声音 可被吸声器所阻止。
反应气体可形成燃料电池的阴极气体。含氧介质，例如PEM燃料电 池情况下的空气，被供应给阴极。虽然供应给阴极侧的水不表示供应给阳 极侧的效果，但因为阴极废气可被安全的用,湿，所以技术上更加简单。
反应气体可形成燃料电池的阳极气体。燃料，通常是氢，被传送给阳 极。在PEM燃料电池的情况下，由于干燥会导致膜的电阻增加从而导致 性能损失，因此可能需要加湿阳极侧。然而，在这种情况下，需要保证不 会有氧气传送到反应气体中，因为氧气将能够与氢气以氢氧反应的形式不 受控地发生反应，从而导致燃料电池的毁坏。
过滤器装置可包括传感器设备。通过传感器设备，能监控过滤器装置 的状态，并且所测量的*可提供给用于控制加湿器或者燃料电池的评估 单元。在该过程中，可在传感器设备中测量特别是温度、湿度以及流通 流体的流量。通过这些参数，可信号通知过滤器装置的过滤性能降低，从 而需要替换过滤器装置。
根据本发明，下面将通过附图进一步详细解释所述装置的一些实用实 例。其在以下示意示出
图1是根据本发明的用于加湿阴极气体的装置；
图2是用于净化阴极废气的具有附加过滤器装置的装置；
图3是在前面连接有预过滤器和吸声器的装置；图4是用于加湿阴极气体的装置；以及 图5是作为壳体中的预安装单元的装置。
具体实施例方式
图1示出了用于向燃料电池2供应再循环气体3的装置1。在该设计 中，所述反应气体3是周围的空气，所述空气被供应给燃料电池2的阴极 侧。装置1包括加湿器4，所述加湿器由具有第一入口 5和第二入口 6的 膜加湿器形成。在第一入口 5中待加湿的反应气体3，和在第二入口 6中 的水分载体7被引入加湿器4。水分载体7通过含水的阴极废气形成。在 这种设计中，在第一入口 5的前面连接有过滤器装置8。过滤器装置8作 为颗粒过滤器形成并且包括形成为平面的无纺材料。除了无纺材料层，过 滤器8还示出了化学过滤器9，所述化学过滤器通过活性碳层10形成。并 且，过滤器装置示出了精细过滤器ll,所述精细过滤器通过静电效应过滤 器材料12所形成。在装置1的前面连接有形成为隔膜泵的气体输送设备 15。
根据图2的装置1与图1中的装置l对应，在该i殳计中，在第二入口 6的前面连接有额外的过滤器装置8。形成水分栽体7的阴极废气被所述额 外的过滤器装置净化。
图3示出了根据图2的装置1、被连接到气体输送设备15前面的预过 滤器16，其中预过滤器与吸声器17被组合在一起。结果只需要较小的空 间，这种装置特别适用于移动应用中。
图4显示了用于向燃料电池2供应再循环气体3的装置1。在该设计 中，反应气体3是氢气，所述氢气被供应给燃料电池2的阳极侧。装置l 包括形成为具有第一入口 5和第二入口 6的膜加湿器的加湿器4。待加湿 的反应气体3被输送进第一入口 5，并且水分栽体7在第二入口 6中被输 送给加湿器4。水分载体7通过含水的阴极废气形成。在该设计中，过滤 器装置8被连接在第二入口 6的前面。
图5示出形成为预安装单元的装置1。过滤器装置8和加湿器4被设置在壳体14中。过滤器装置8包括预过滤器15和颗粒过滤器16，所述颗 粒过滤器形成为折叠过滤器。通过活性碳层形成的化学过滤器9被连接到 颗粒过滤器16的下游。形成精细过滤器11的静电效应过滤器12被连接到 化学过滤器9的下游。传感器设备18被设置在过滤器装置8的下游。加湿 器4具有膜加湿器的形式，加湿器4中具有多个可渗透水的中空纤维。该 装置l也用作吸声器。
权利要求
1.一种用于对燃料电池(2)供应再循环反应气体(3)的装置(1)，其包括加湿器(4)，所述加湿器(4)具有用于待加湿的所述反应气体(3)的第一入口(5)和用于水分载体(7)的第二入口，其特征在于，在所述第一入口(5)和/或所述第二入口(6)的前面连接有过滤装置(8)。
2. 根据权利要求l的装置，其特征在于，所述过滤装置(8)包括颗 粒过滤器。
3. 根据权利要求1或2的装置，其特征在于，所述过滤装置(8)包 括化学过滤器(9 )。
4. 根据权利要求1到3中任一项的装置，其特征在于，所述过滤装置 (8 )包括活性碳层(10 )。
5. 根据权利要求1到4中任一项的装置，其特征在于，所述过滤装置 (8)包括精细过滤器(11)。
6. 根据权利要求5的装置，其特征在于，所述过滤装置(8)包括静 电效应过滤层(12)。
7. 根据权利要求1到6中任一项的装置，其特征在于，所述加湿器(4 ) 具有膜加湿器的形式。
8. 根据权利要求7的装置，其特征在于，所述加湿器U)包括中空 纤维(13)。
9. 根据权利要求1到8中任一项的装置，其特征在于，所述装置(1) 形成可预安装的单元。
10. 根据权利要求1到9中任一项的装置，其特征在于，所述装置(1) 被设置在壳体(14)中。
11. 根据权利要求l到10中任一项的装置，其特征在于，在所述装置 (1)的前面连接有气体输送设备(15 )。
12. 根据权利要求ll的装置，其特征在于，在所述气体输送设备(15) 的前面连接有预过滤器(16)。
13. 根据权利要求11或12的装置，其特征在于，在所述气体输送设 备(15)的前面连接有吸声器(17)。
14. 根据权利要求l到13中任一项的装置，其特征在于，所述反应气 体(3)形成燃料电池(2)的阴极气体。
15. 根据权利要求l到13中任一项的装置，其特征在于，所述反应气 体(3)形成燃料电池(2)的阳极气体。
16. 根据权利要求1到15中任一项的装置，其特征在于，所述过滤器 装置(8)包括传感器设备(18)。
全文摘要
一种用于对燃料电池(2)供应再循环反应气体(3)的装置(1)，其包括加湿器(4)，所述加湿器具有用于待加湿的所述反应气体(3)的第一入口(5)和用于水分载体(7)的第二入口，过滤装置(8)被预连接到所述第一入口(5)和/或所述第二入口(6)。
文档编号H01M8/04GK101258633SQ200680032390
公开日2008年9月3日 申请日期2006年9月5日 优先权日2005年9月6日
发明者K·莱斯特, V·许克尔 申请人:卡尔弗罗伊登柏格两合公司