自动流量控制筒体和包括其的燃料电池膜加湿器的制作方法

本发明涉及一种筒体和包括该筒体的燃料电池膜加湿器，更具体地，涉及一种能够自动控制从燃料电池堆排出并流入到筒体内的废气的流量的自动流量控制筒体，以及一种包括该自动流量控制筒体的燃料电池膜加湿器。

背景技术：

1、燃料电池是通过氢气和氧气之间的结合产生电力的发电电池。与常规化学电池如干电池或蓄电池不同，燃料电池具有的优势在于，只要供应氢气和氧气，就可以连续地产生电力，并且由于没有热损失而具有约为内燃机的两倍高的效率。

2、另外，由于通过氢气和氧气之间的结合产生的化学能被直接转化为电能，污染物的排放减少。因此，燃料电池具有环境友好的并且可以减少因能源消耗增加而导致资源枯竭的担忧的优势。

3、根据所使用的电解质的类型，这些燃料电池可以大致划分为，例如，聚合物电解质膜燃料电池(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)和碱性燃料电池(afc)。

4、这些燃料电池基本上根据相同的原理工作，但是在所使用的燃料的类型、工作温度、催化剂和电解质等方面有所不同。其中，由于聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)在比其它燃料电池更低的温度下运行，并且由于高输出密度而可以小型化，因此，已知为不仅在小型固定发电设备中，而且在运输系统中最有前景的燃料电池。

5、改善聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)的性能的最重要的因素之一是通过向膜电极组件(mea)的聚合物电解质膜(或质子交换膜：pem)供应一定量或更多的水分以保持水分含量。这是因为，当聚合物电解质膜是干燥的时，发电效率迅速降低。

6、用于加湿聚合物电解质膜的方法的实例包括：1)鼓泡加湿法，用水填充耐压力容器，然后使目标气体经过扩散器来供应水分；2)直接注射法，计算燃料电池反应所需要的水分供应量，并通过电磁阀向气体流管直接供应水分；和3)膜加湿法，使用聚合物分离膜向流化气体层供应水分。

7、在这些方法中，膜加湿法使用选择性地仅使包含在废气中的水蒸气透过的膜，通过将水蒸气供应至待供应至聚合物电解质膜的空气中，以加湿聚合物电解质膜，其优势在于，可以减小加湿器的重量和尺寸。

8、用于膜加湿法的选择性渗透膜优选地为在形成模块时具有大的每单位体积的渗透面积的中空纤维膜。即，当使用中空纤维膜制造加湿器时，存在的优势是，具有大接触表面积的中空纤维膜可以高度集成，因此，即使在小容量下燃料电池也可以充分地加湿，可以使用低成本的材料，并且可以回收从燃料电池在高温下排出的废气中包含的水分和热量，并且可以通过加湿器重新利用回收的水分和热量。

9、图1是示出根据相关技术的燃料电池膜加湿器的分解透视图，图2是沿图1的线a-a′截取的剖视图，图3是沿图1的线b-b′截取的剖视图。

10、如图1至图3所示，相关技术的燃料电池膜加湿器10包括：加湿模块11，在该加湿模块中，发生从外部供应的空气与从燃料电池堆(未示出)排出的废气之间的水分交换；和封盖12，该封盖与加湿模块11的两端接合。

11、封盖12中的一个将从外部供应的空气输送至加湿模块11，另一个将通过加湿模块11加湿的空气输送至燃料电池堆。

12、加湿模块11包括：中间壳体11a，该中间壳体具有废气入口11b和废气出口11c；和设置在中间壳体11a中的至少一个筒体20。在附图中示出了一个筒体。筒体20包括内壳体21，并且在内壳体21中形成有多个中空纤维膜22和用于固定中空纤维膜22的束的两端的灌封部23。灌封部23通常通过浇注法使液态聚合物如液体聚氨酯树脂固化而形成。

13、在筒体20和中间壳体11a之间形成有树脂层11e，树脂层11e将筒体20固定至中间壳体11a并且阻挡封盖12的内部空间和中间壳体111的内部空间。

14、中间壳体11a的内部空间通过隔板11d分隔为第一空间s1和第二空间s2。内壳体21包括：以网格形式设置的用于与第一空间s1流体连通的第一网孔部24a；和以网格形式设置的用于与第二空间s2流体连通的第二网孔部24b。

15、通过废气入口11b流入中间壳体11a的第一空间s1中的废气通过第一网孔部24a流入内壳体21，并且与中空纤维膜22的外表面接触。随后，被移除水分的废气通过第二网孔部24b离开第二空间s2，然后通过废气出口11c从中间壳体11a排出。这种包括内壳体21的筒体20具有的优势是，可以将筒体20容易地组装至中间壳体11a并且可以容易替换。

16、在现有技术的这种筒体20中，由于无论燃料电池堆的输出量如何，总是有恒定流量的废气通过第一网孔部24a流入内壳体21中，因此，存在在一些情况下会发生过度加湿的担忧。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的一个目的是提供一种能够自动地控制从燃料电池堆排出并且流入筒体内的废气的流量的自动流量控制筒体，以及包括该自动流量控制筒体的燃料电池膜加湿器。

3、技术方案

4、根据本发明的一个实施方案的自动流量控制筒体包括：

5、内壳体，该内壳体包括：第一网孔部，从燃料电池堆排出的废气通过所述第一网孔部流入内部；和第二网孔部，通过所述第一网孔部流入内部的废气在水分交换后通过所述第二网孔部排出至外部；和流量控制部，该流量控制部形成为可在所述内壳体的表面上移动，并且配置为根据废气的流量，控制通过所述第一网孔部流入内部的废气的流量。

6、在根据本发明的实施方案的自动流量控制筒体中，所述流量控制部可以包括：阻挡构件，该阻挡构件形成在所述内壳体的一个表面上以阻挡构成所述第一网孔部的至少一个网孔窗口，使得废气不流入内部；和控制构件，该控制构件形成在所述阻挡构件的一个表面上，并且配置为根据废气的流量，在被压缩或膨胀的同时移动所述阻挡构件。

7、在根据本发明的实施方案的自动流量控制筒体中，所述控制构件可以包括：挤压构件，该挤压构件形成为相对于所述阻挡构件的一侧以预定角度倾斜的形式；和弹性构件，该弹性构件形成为固定至所述挤压构件，并且能够根据废气的流量被压缩或膨胀。

8、此外，根据本发明的一个实施方案的燃料电池膜加湿器包括：

9、中间壳体；固定至所述中间壳体的封盖；和设置在所述中间壳体中并且配置为容纳多个中空纤维膜的至少一个筒体，其中，所述筒体包括：内壳体，该内壳体包括：第一网孔部，从燃料电池堆排出的废气通过所述第一网孔部流入内部；和第二网孔部，通过所述第一网孔部流入内部的废气在水分交换后通过所述第二网孔部排出至外部；和流量控制部，该流量控制部形成为可在所述内壳体的表面上移动，并且配置为根据废气的流量，控制通过所述第一网孔部流入内部的废气的流量。

10、在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述流量控制部可以包括：阻挡构件，该阻挡构件形成在所述内壳体的一个表面上以阻挡构成所述第一网孔部的至少一个网孔窗口，使得废气不流入内部；和控制构件，该控制构件形成在所述阻挡构件的一个表面上，并且配置为根据废气的流量，在被压缩或膨胀的同时移动所述阻挡构件。

11、在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述控制构件可以包括：挤压构件，该挤压构件形成为相对于所述阻挡构件的一侧以预定角度倾斜的形式；和弹性构件，该弹性构件形成为固定至所述挤压构件，并且能够根据废气的流量被压缩或膨胀。

12、根据本发明的一个实施方案的燃料电池膜加湿器可以包括隔板，该隔板配置为分隔所述内壳体的内部空间，其中，所述弹性构件的一端可以固定至所述隔板，并且另一端固定至所述挤压构件。

13、根据本发明的一个实施方案的燃料电池膜加湿器可以包括树脂层，该树脂层形成在所述中间壳体和所述筒体之间，其中，所述弹性构件的一端可以固定至所述树脂层，并且另一端固定至所述挤压构件。

14、根据本发明的一个实施方案的燃料电池膜加湿器可以包括衬垫组件，该衬垫组件形成在所述中间壳体和所述筒体之间，其中，所述弹性构件的一端可以固定至所述衬垫组件，并且另一端固定至所述挤压构件。

15、根据本发明的各个方面的实施实例的其它具体事项包括在下面详细描述中。

16、有益效果

17、根据本发明，可以自动控制从电池堆排出并且流入筒体内部的废气的流量。