燃料电池用膜加湿器的制作方法

1.本发明涉及一种燃料电池用膜加湿器，更具体地，涉及一种燃料电池用膜加湿器，其中简单地构成机械组装结构从而简单化流路结构，并通过构成流量分配用盒孔从而能够最小化中空纤维膜的死区。


背景技术：

2.燃料电池是一种通过将氢气和氧气结合来产生电的发电型电池。燃料电池具有以下优点，即与干电池、蓄电池等一般化学电池不同，只要提供氢气和氧气就能持续产生电，并且没有热损失因此相比于内燃机具有更高的效率。
3.根据所使用的电解质的种类，这种燃料电池大体分为：高分子电解质燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell；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)以及碱性燃料电池(afc)等。
4.下面参考图1，对氢燃料电池专用的膜加湿器(membrane humidifier)的构成和功能进行简单的说明。
5.图1是为了说明常用膜加湿器的结构和功能而示出的框图。
6.参考图1所示，外部空气是从外部通过空气(air)过滤器1、空气压缩机2以及空气冷却器3投入至膜加湿器10。此时，膜加湿器10在其后端设置有阀4、6，阀构成为分别地与堆(stack)7连接或者连接用于排出空气的排放器5。
7.这种构成的膜加湿器10的功能为实现以下重要作用，即针对外部干燥的空气通过利用堆中排出的水分来供给水分，从而提高起到发电机功能的堆的发电效率，并防止堆内部的电解质高分子膜的干燥，以确保耐久性。
8.然而，这种结构的膜加湿器的构成很复杂，因此存在制造部件时费用增加的问题。
9.另，现有的膜加湿器存在由于流路分散从而难以提高耐久性的问题。
10.另，现有的膜加湿器的构成部件暴露在外部，由此发现存在气密性降低的巨大问题。
11.图2是显示现有技术中的中空纤维膜盒(cartridge)型加湿组件构成的构成图。
12.依据现有技术的中空纤维膜盒型加湿组件构成为，包括：外壳；公用中空纤维膜盒，其套设于在所述外壳的内部沿所述外壳的长度方向插入的多个中空纤维膜束的两端部；分区部，其设置于所述外壳的内部以用于分隔所述多个中空纤维膜束；封装(potting)部，其用于将所述多个公用中空纤维膜盒和所述中空纤维膜束一次性封装于外壳中。
13.然而，这种构成的现有中空纤维膜盒型加湿组件暴露出以下问题，即：采用了将公用盒插入至外壳分区部以进行封装的方式，导致还需要在外壳分区部分别组装中空纤维膜的工序，因此浪费了过多的组装时间并使生产率降低。
14.另，专利公开号10-2016-0150414(2016年12月30日)的技术具有将中空纤维膜束的两端部封装至外壳中的结构，发现了会产生外壳和封装(pu)的热膨胀系数发生大的差异从而使封装分开的问题。


技术实现要素：

15.技术问题
16.本发明是为了解决上述各个问题而提出的，目的在于提供一种燃料电池用膜加湿器，其中，将膜加湿器的外部组件仅构成为两个外壳从而具备简单的组装结构。
17.本发明的另一目的在于，针对燃料电池的构成，提供一种燃料电池用膜加湿器，其中，对流路结构进行简单设计从而减少空气湍流的发生以使流路结构简单化且使性能提高。
18.本发明的又一目的在于，提供一种燃料电池用膜加湿器，其中，将膜加湿器盒的气密性加强并采用组件夹紧的组装构成从而增强维护效率性。
19.技术方案
20.根据本发明的优选实施例的燃料电池用膜加湿器构成为，具备：第1外壳10，其具备用于将湿气吸入至内部的湿气吸入口12以及用于排出干燥空气的干燥空气排出口14；第2外壳80，其与第1外壳相对应地结合，并具备用于排出湿气的湿气排出口以及用于吸入干燥空气的干燥空气吸入口；以及盒40，其位于所述第1外壳10和所述第2外壳80的内侧，
21.所述燃料电池用膜加湿器中，所述盒40的内部构成有选自使吸入或排出湿气的流路在上侧直行之后再沿下方下行之后朝向下方出口排出的第1路径，或者在下侧直行之后再沿上方上行之后朝向上方出口排出的第2路径中的任意一种，因此能够减少所述第1外壳10或所述第2外壳80与所述盒40之间发生的湍流以减少施加至中空纤维膜上的振动或外力。
22.此时，所述第1外壳10优选构成为，在其内部设置有与所述湿气吸入口12和干燥空气排出口14接触的第1盒垫圈(cartridge gasket)20以及形成流路并进行过滤的盒40，所述盒40的前部和后部设置有第1封装(potting)部30以及第2封装部50，所述第2封装部50的后面设置有第2盒垫圈60，所述第2盒垫圈60的后面设置有主垫圈70，所述第1外壳10与所述第2外壳80紧固而形成单一构成。
23.另，所述燃料电池用膜加湿器优选将具有相同结构的第1外壳或第2外壳相互上下变换以进行紧固来使用。
24.另，所述盒40优选构成为，在其上端设置湿气吸入口12，在其下端形成有湿气排出口82，以形成湿气可以通过的多个孔(hole)，所述孔沿着流线方向使孔的大小形成为互不相同，从而使湿气的流动分布均匀。
25.另，所述盒40优选构成为，其由聚碳酸酯(pc)材质构成，其端部使用聚氨基甲酸酯(pu)材质从而强化两种材质的粘合力并对它们进行重叠注塑(over molding)，所述盒40端部具备1个及以上的侧面孔，通过所述侧面孔连接重叠注塑部分的内侧和外侧。
26.另，所述第1外壳10和第2外壳优选构成为通过夹具(clamp)进行紧固以及分离。
27.发明效果
28.根据本发明的优选实施例，通过将膜加湿器的外部组件仅构成为两个外壳，从而实现提供一种具备简单组装结构的燃料电池用膜加湿器的效果。
29.另，根据本发明的优选实施例，针对燃料电池的构成，提供一种燃料电池用膜加湿器，其中，对流路结构进行简单设计从而减少空气湍流的发生以使流路结构简单化且使性能提高。
30.另，根据本发明的优选实施例，使膜加湿器筒的气密性加强并采用组件夹紧的组装构成从而提供一种增强维护效率的燃料电池用膜加湿器的优异效果。
附图说明
31.图1是为了说明常用膜加湿器的结构和功能而示出的框图；
32.图2是显示依据现有技术的中空纤维膜盒型加湿组件的构成的构成图；
33.图3是显示依据本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的组装结构的外部构成图；
34.图4是显示依据本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的内部结构的分解立体图；
35.图5是为了说明依据本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的结合构成的例子而示出的示例图；
36.图6是为了说明用于将本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的流路结构简单化的流路构成而示出的流路构成说明图；
37.图7是为了说明本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的流量分配用盒孔的构成以及其作用而示出的作用说明图；
38.图8是为了说明本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的盒封装结构以及作用而示出的详细构成图；
39.图9是为了说明本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器组件的夹紧结构而示出的组装说明图。
具体实施方式
40.下面，参考所附附图对本发明优选实施例的构成、作用以及效果进行详细的说明。
41.(实施例)
42.根据本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器构成为，具备：第1外壳10，其具备用于将湿气吸入至内部的湿气吸入口12以及用于排出干燥空气的干燥空气排出口14；第2外壳80，其与第1外壳相对应地结合，并具备用于排出湿气的湿气排出口以及用于吸入干燥空气的干燥空气吸入口；以及盒40，其位于所述第1外壳10和所述第2外壳80的内侧，
43.所述燃料电池用膜加湿器中，所述盒40的内部选择性地构成第1路径或第2路径，该第1路径为，针对使吸入或排出湿气的流路，在上侧直行之后再沿下方下行之后朝向下方出口排出的路径，该第2路径为，针对使吸入或排出湿气的流路，在下侧直行之后再沿上方上行之后朝向上方出口排出的路径，因此能够减少所述第1外壳10或所述第2外壳80与所述盒40之间发生的湍流，从而降低施加至中空纤维膜上的振动或外力。
44.针对如上所述构成的本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器100的构成，通过参考图3来进行说明。
45.下面，以附图和附图中记载的符号为中心对构成、作用以及效果进行说明。
46.图3是显示依据本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的组装结构的外部构成图。
47.符号10是第1外壳，其为向外部突出用于吸入湿气(wet flow)的湿气吸入口12和
用于排出干燥空气的干燥空气排出口14的构成。
48.符号80是第2外壳，其通过向外部突出用于排出湿气的湿气排出口82和用于吸入干燥空气的干燥空气吸入口84而形成。
49.此时，所述第1外壳10和第2外壳80内部设置有盒等以形成流路并进行过滤。
50.所述第1外壳10和第2外壳80形成有分别突出的紧固部15、85，从而结合内置的构成部件以执行燃料电池用膜加湿器100的功能。
51.下面，参考图4至图5，对本发明优选实施例的详细结构进行更加具体的说明。
52.分别地，图4是显示本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的内部结构的分解立体图；图5是为了说明本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的结合构成的例子而示出的示例图。
53.本发明实施例中，所述第1外壳10在其内部设置有与所述湿气吸入口12和干燥空气排出口14接触的第1盒垫圈20以及形成流路并进行过滤的盒40，所述盒40的前部和后部设置有第1封装部30以及第2封装部50，在所述第2封装部50的后面设置有第2盒垫圈60，所述第2盒垫圈60的后面设置有主垫圈70，将所述第1外壳10与所述第2外壳80紧固而形成单一的构成。
54.所述第1外壳10在内部设置有与所述湿气吸入口12和干燥空气排出口14接触的第1盒垫圈20以及形成流路并进行过滤的盒40。
55.所述第1盒垫圈20可以选择密闭性高且柔性大的材质从而防止干燥空气以及湿气泄露。
56.所述盒40的前部和后部设置有第1封装部30以及第2封装部50。所述第1封装部30和第2封装部50在其前部和后部设置第1盒垫圈20和第2盒垫圈60。
57.另，燃料电池用膜加湿器100构成为，在所述第2盒垫圈60的后面设置主垫圈70，且所述主垫圈70设置于所述第2外壳80的内部。
58.由于如上所述的构成，能够减小大空间的使用，并能够在所述第1外壳10和第2外壳80的内部空间内置形成流路并进行过滤的盒等构成部件，从而实现简单构成的燃料电池用膜加湿器。
59.下面，参考图5，对本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的多种构成的例子进行说明。
60.图5是为了说明本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的结合构成的例子而示出的示例图。
61.本发明实施例中，所述燃料电池用膜加湿器是通过将具有相同结构的第1外壳或第2外壳相互上下变换以进行紧固来使用。
62.首先，参考图5的(a)，示出了将第1外壳10直接结合至第2外壳80来内置盒的构成，
63.参考图5的(b)，示出了将两个第1外壳10直接结合，而被结合的外壳需要改变方向进行紧固的构成。
64.由于如上所述的构成，依据本发明的优选实施例能够提供以多种构成设置膜加湿器的构成。
65.下面，参考图6至图7，对依据本发明优选实施例的能够形成流路结构的简单化的工序进行说明。
66.图6是为了说明用于将本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的流路结构简单化的流路构成而示出的流路构成说明图；图7是为了说明本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的流量分配用盒孔的构成以及其作用而示出的作用说明图。
67.参考图6的(a)可知所述盒40为内置的构成。参考图6的(b)以及图7可知，所述盒40构成为上端部和下端部，通过贯通盒的上端部42和盒的下端部44以形成流路。
68.另，所述盒40构成为，在其上端设置湿气吸入口12，在其下端形成有湿气排出口82，以形成湿气可以通过的多个孔(hole)，所述孔沿着流线方向使孔的大小形成为互不相同，从而使湿气的流动分布均匀。
69.如上所述，所述盒40形成有多个孔(hole)，将所述孔的大小形成为互不相同从而形成流路，并实现了在流动的过程中能够均匀分布湿气流动的摩擦调整结构。
70.分别地，图8是为了说明本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器的盒封装结构以及作用而示出的详细构成图；图9是为了说明本发明优选实施例的燃料电池用膜加湿器组件的夹紧结构而示出的组装说明图。
71.另，所述盒40由聚碳酸酯(pc)材质构成，其端部使用聚氨基甲酸酯(pu)材质从而强化两种材质的粘合力并对所述盒40的端部进行重叠注塑(over molding)，所述盒40端部具备1个及以上的侧面孔，通过所述孔连接重叠注塑部分的内侧和外侧。
72.在这里，重叠注塑(over molding)是将两个及以上的成型塑料或者弹性体部件结合为一个完整的产品的一种工序。重叠注塑工艺中，先注塑基底层部分，然后加入的塑料层(一个或多个)注塑至原部分之上。
73.由于如上所述的构成，本发明优选实施例能够实现以下效果，即将膜加湿器的外部组件仅构成为两个外壳，从而提供具有简单组装结构的燃料电池用膜加湿器。
74.另，针对燃料电池的构成，本发明优选实施例提供一种燃料电池用膜加湿器，其中，对流路结构进行简单设计从而减少空气湍流的发生以使流路结构简单化且使性能提高。
75.另，本发明优选实施例能够实现以下优异效果，即所述第1外壳10和第2外壳通过夹具进行紧固以及分离，从而能够加强膜加湿器盒的气密性并采用组件夹紧的组装构成从而提供强化维护效率性的燃料电池用膜加湿器。
76.如上所述，通过一实施例对本发明进行了说明，然而本领域技术人员应该理解的是，在同样的技术思想范围内能够进行多种修改、变形以及附加，且这中变形例应均包含在本发明的权利要求范围内。