能够调节旁通流量的燃料电池系统的制作方法

本发明涉及一种燃料电池系统，更具体地涉及一种能够根据从燃料电池堆排出的废气的温度自动调节旁通流量的能够调节旁通流量的燃料电池系统。

背景技术：

1、燃料电池是通过氢与氧之间的结合来产生电能的发电电池。燃料电池具有只要供应氢和氧就能够持续产生电力的优点，并且与例如干电池或蓄电池的常规化学电池不同，由于没有热量损失，燃料电池的效率为内燃机的大约两倍。

2、此外，由于通过氢与氧之间的结合产生的化学能被直接转换成电能，所以减少了污染物的排出。因此，燃料电池具有环保以及能够减少由于能量消耗增加导致的能源枯竭的担忧的优点。

3、根据所使用的电解质的类型，例如，这些燃料电池大致被分类为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、这些燃料电池上体上根据相同的原理工作，但是这些燃料电池在所使用的燃料的类型、操作温度、催化剂、电解质等方面具有差异。在这些电池中，已知聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)不仅对于小型固定发电设备是最有利的，而且对于运输系统是最有利的，因为聚合物电解质膜燃料电池在比其他燃料电池低的温度下工作，并且由于输出密度高，聚合物电解质膜燃料电池可以被小型化。

5、提高聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)性能的最重要的因素中的一个因素是通过将一定量以上的水分供应到膜电极组件(mea)的聚合物电解质膜(或质子交换膜：pem)以保持水分含量。这是因为当聚合物电解质膜是干的时，发电效率快速降低。

6、加湿聚合物电解质膜的方法的示例包括：1)起泡器加湿法，用水填充抗压容器，然后使目标气体流过扩散器以供应水分，2)直接注入法，计算燃料电池反应所需的水分供应量，并通过电磁阀将水分直接供应到气流管道，以及3)加湿膜法，使用聚合物隔膜将水分供应到流化气体层。

7、在这些方法中，通过使用选择性地仅渗透在废气中包括的水蒸气的膜将水蒸气提供到被供应到聚合物电解质膜的空气来加湿聚合物电解质膜的加湿膜法的优点在于可以减少加湿器的重量和尺寸。

8、当形成模块时，加湿膜法中所使用的选择性渗透膜优选地是每单位体积上具有较大渗透面积的中空纤维膜。也就是说，当使用中空纤维膜制造膜加湿器时，优点在于可以高度集成具有较大接触表面积的中空纤维膜，使得即使在小体积的情况下，也可以充分地加湿燃料电池、可以使用低成本的材料，以及可以回收并且可以通过加湿器对从燃料电池中以高温排出的废气中包含的水分和热量进行再利用。

9、图1是示出根据相关技术的燃料电池系统的图。

10、如图1所示，相关技术的燃料电池系统包括鼓风机b、膜加湿器10、燃料电池堆s、连接这些部件的流路p1到p5和调节阀15。p1表示将鼓风机b连接到膜加湿器10的干燥气体供应流路，p2表示将膜加湿器10连接到燃料电池堆s并且供应被加湿的干燥气体的电池堆流路。p3表示将从燃料电池堆s排出的废气供应到膜加湿器10的废气流入流路，并且p4表示将流入膜加湿器10中并且将进行了水分交换的废气排出到外部的废气排出流路。p5表示使从燃料电池堆s排出的一部分废气旁通膜加湿器10而流入废气排出流路p4的旁通流路。这里，“连接”不仅包括“直接连接”而且包括“另一部分插设于其间的间接地连接”。

11、膜加湿器10包括加湿模块11和结合到加湿模块11的两个端部的盖12(12a和12b)，从鼓风机b供应的干燥气体与从燃料电池堆s排出的湿气(废气)在加湿模块11中发生水分交换。

12、在盖12之间的一个盖12a中形成干燥气体入口130以将从鼓风机b供应的干燥气体供应到加湿模块11，并且在另一个盖12b中形成干燥气体出口14以通过加湿模块11将被加湿的空气供应到燃料电池堆s。

13、加湿模块11包括具有废气入口11aa和废气出口11ab的中间壳体11a以及中间壳体11a中的多个中空纤维膜11b。一束中空纤维膜11b的两个端部固定到灌封部11c。灌封部11c通常通过浇铸法固化例如液体聚氨酯树脂的液体聚合物来形成。

14、从鼓风机b供应的干燥气体沿着中空纤维膜11b的中空部流动。通过废气入口11aa流入中间壳体11a中的废气与中空纤维膜11b的外表面接触，然后，通过废气出口11ab从中间壳体11a排出。当废气与中空纤维膜11b的外表面接触时，包含在废气中的水分渗透中空纤维膜11b以加湿沿着中空纤维膜11b的中空部流动的干燥气体。

15、盖12的内空间仅与中空纤维膜11b的中空部流体连通，并且应当与中间壳体11a的内空间完全阻隔。否则，由于压力差而发生泄漏，供应到燃料电池堆的被加湿的空气的量减少，从而燃料电池的发电效率降低。

16、同时，根据控制系统的输出值和调节外部废气的污染度的需求，从燃料电池堆s排出并供应到膜加湿器10的一部分废气加入废气排出流路p4并且通过旁通流程图p5旁通膜加湿器10而排出到外部。

17、在这种情况下，通过调节安装在旁通流路p5上的调节阀15来调节通过旁通流路p5旁通的旁通流量。可以在对控制器(未示出)进行控制的情况下确定调节阀15的打开和关闭的程度。例如，由于这样的调节阀15应当包括：通过旋转打开或关闭的阀盘以及根据使用者的操作或来自控制器的信号来调节阀盘的打开和关闭的程度的调节工具，所以存在成本增加以及燃料电池系统由于零件的数量增加而变得复杂的缺点。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的目的是提供一种可以根据从燃料电池堆排出的废气的温度自动调节旁通流量的能够调节旁通流量的燃料电池系统。

3、技术方案

4、根据本发明的实施例的能够调节旁通流量的燃料电池系统包括：

5、废气流入流路，该废气流入流路配置为将从燃料电池堆排出的至少一部分废气供应到膜加湿器；废气排出流路，该废气排出流路配置为将流入膜加湿器中并进行了水分交换的废气排出到外部；旁通流路，该旁通流路配置为使从燃料电池堆排出的至少一部分废气旁通膜加湿器而流入废气排出流路；以及旁通流量调节部，该旁通流量调节部形成在旁通流路中并且配置为根据从燃料电池堆排出的废气的温度来调节旁通流路的打开的程度。

6、在根据本发明的实施例的能够调节旁通流量的燃料电池系统中，旁通流量调节部可以包括在第一温度范围内收缩并且在比第一温度范围大的第二温度范围内膨胀的热膨胀材料。

7、在根据本发明的实施例的能够调节旁通流量的燃料电池系统中，旁通流量调节部可以在旁通流路的内壁上形成为环形。

8、在根据本发明的实施例的能够调节旁通流量的燃料电池系统中，旁通流量调节部可以以环形插入形成在旁通流路的内壁上的环形固定凹槽中。

9、在根据本发明的实施例的能够调节旁通流量的燃料电池系统中，废气流入流路和旁通流路可以形成在相同方向上。

10、在根据本发明的实施例的能够调节旁通流量的燃料电池系统中，膜加湿器可以包括具有连接到废气流入流路的废气入口的中间壳体、紧固到中间壳体的盖以及设置在中间壳体内部以容纳多个中空纤维膜的加湿模块。

11、在根据本发明的实施例的能够调节旁通流量的燃料电池系统中，加湿模块可以包括至少一个滤筒，所述滤筒包括配置为容纳多个中空纤维膜的内壳体以及形成在内壳体的端部的灌封部。

12、根据本发明的各种方面的实施例的其他具体事项包括在下面的详细描述中。

13、有益效果

14、用根据本发明的实施例的燃料电池系统，旁通流量调节部可以根据从燃料电池堆排出的废气的温度自动调节旁通流路的打开的程度，而不需要例如阀的额外零件。因此，由于整个系统的零件的数量减少，所以可以减少系统的尺寸和制造成本。