燃料电池膜加湿器的制作方法

本发明涉及一种燃料电池膜加湿器，更具体地，涉及一种燃料电池膜加湿器，其中灌封部分与内壳体之间的接合强度得到改善，使得即使当燃料电池重复运行和停止时，也可以保持接合强度。

背景技术：

1、燃料电池是通过氢气和氧气之间的结合而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是，只要供应氢气和氧气，就能够连续地产生电力，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，因此，污染物的排放减少。因此，燃料电池具有的优势是，其是环境友好的并且能够减少因能源消耗增加引起的对资源枯竭的担忧。

3、根据使用的电解质的类型，这些燃料电池大致分为，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运行，但是在使用的燃料的类型、运行温度、催化剂、电解质等方面有所不同。在这些电池中，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，聚合物电解质膜燃料电池已知是不仅在小型固定式发电设备中，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)直接喷射法，计算燃料电池反应所需要的水分供应量，并且通过电磁阀向气流管道直接供应水分；和3)加湿膜法，利用聚合物分离膜向流化气体层供应水分。

7、在这些方法中，膜加湿法通过使用仅选择性地渗透废气中包含的水蒸气的膜，将水蒸气提供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，具有的优势是，具有大接触表面积的中空纤维膜可以高度集成，使得即使在小容量下也可以充分地加湿燃料电池，可以使用低成本材料，并且由燃料电池在高温下排出的废气中包含的水分和热量可以被回收并且可以通过加湿器重新利用。

9、如图1中所示，常规的膜加湿型加湿器1000包括：加湿模块1100，在其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1200，其接合至加湿模块1100的两端。

10、封盖1200中的一个将从外部供应的空气输送至加湿模块1100，另一个将由加湿模块1100加湿的空气输送至燃料电池堆。

11、加湿模块1100包括：中间壳体1110，其具有废气入口1110a和废气出口1110b；和设置在中间壳体1110中的至少一个筒体100。附图中示出了一个筒体。筒体100包括内壳体1140，并且多个中空纤维膜1120和配置为固定中空纤维膜1120束的两端的灌封部分1130形成在内壳体1140的内部。灌封部分1130通常通过铸造法使诸如液体聚氨酯树脂的液体聚合物固化而形成。灌封部分1130通常通过铸造法(例如，浸渍铸造或离心铸造)使诸如液体聚氨酯树脂的液体聚合物固化而形成。

12、树脂层1150形成在筒体100与中间壳体1110之间，并且树脂层1150将筒体100固定至中间壳体1110，并将封盖1200的内部空间与中间壳体1110的内部空间阻隔开。

13、从外部供应的空气沿着中空纤维膜1120的中空流动。通过废气入口1110a流入中间壳体1110的废气通过包括在内壳体1140中的多个孔h流入筒体100，与中空纤维膜1120的外表面接触，然后，通过废气出口1110b从中间壳体1110排出。当废气与中空纤维膜1120的外表面接触时，包含在废气中的水分渗透到中空纤维膜1120中，以加湿沿着中空纤维膜1120的中空流动的空气。

14、封盖1200的内部空间仅与中空纤维膜1120的中空流体连通，并且应当与中间壳体1110的内部空间完全隔开。否则，由于压力差而发生气体泄漏，燃料电池的发电效率下降。

15、在现有技术的这种筒体100中，由于灌封部分1130的侧表面和内壳体1140的侧表面彼此表面接触，因此，存在的问题是，由于干气体的流动(z方向上的流动)而使接合强度减弱，并且随着燃料电池重复地运行和停止，灌封部分1130和内壳体1140容易分离。

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燃料电池膜加湿器，其中灌封部分与内壳体之间的接合强度得到改善，使得即使当燃料电池重复地运行和停止时，也可以保持接合强度。

3、除了上述本发明的方面之外，本发明的其它特征和优势将在下文中描述，或者本领域技术人员将从这样的描述中清楚地理解。

4、技术方案

5、根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器包括：

6、加湿模块，该加湿模块配置为利用从燃料电池堆排出的废气中的水分加湿从外部供应的空气；和封盖，所述封盖分别接合至所述加湿模块的两端，其中，所述加湿模块包括至少一个筒体，该筒体包括：内壳体；设置在所述内壳体内部的多个中空纤维膜；配置为固定所述多个中空纤维膜的端部的灌封部分；和激光熔合表面，该激光熔合表面通过所述内壳体与所述灌封部分之间的激光熔合而产生。

7、在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，可以在内壳体的端部形成台阶，并且灌封部分的两端可以安置在所述台阶上。

8、在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，灌封部分和内壳体可以通过加入用于激光熔合的添加剂来制造。

9、在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述内壳体可以被制成透明色，所述灌封部分可以被制成半透明或不透明的颜色，或者所述内壳体和所述灌封部分可以被制成半透明或不透明的颜色。

10、在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，所述加湿模块可以包括：中间壳体，其具有打开的两端和形成在内周表面上的台阶；固定层，其形成在中间壳体与筒体之间；支架，其由中间壳体的台阶支撑并与固定层接触；和封装构件，其具有凹槽，所述中间壳体的端部装配在该凹槽中，所述封装构件与所述支架接触。

11、在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，在封装构件的内壁上可以形成突起构件，该突起构件装配在固定层中，以抑制由于加湿模块内部的空气流动而在筒体中产生的振动。

12、在根据本发明的实施方案的燃料电池膜加湿器中，在中间壳体的内壁上可以形成阻尼突起，该阻尼突起装配在固定层中，以抑制由于加湿模块内部的空气流动而在筒体中产生的振动。

13、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的详细描述中。

14、有益效果

15、根据本发明，可以改善灌封部分与内壳体之间的接合强度。因此，即使当燃料电池重复运行和停止时，也可以保持接合强度。