專利名稱：用于對燃料電池供應(yīng)再循環(huán)反應(yīng)氣體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對燃料電池供應(yīng)再循環(huán)反應(yīng)氣體的裝置，其包括 加濕器，所述加濕器具有用于待加濕的所述反應(yīng)氣體的第一入口和用于水 分載體的第二入口。
背景技術(shù)：
這種裝置通常是已知的。在例如聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEM電池) 的類型的燃料電池的情況中，為了獲得最大程度的效率，需要永久加濕燃 料電池膜。通過對供應(yīng)給燃料電池的氣體添加水來進行加濕，添加通# 濕器來進行。為了達到最佳的效率以及可控制水分的傳輸，對于加濕器， 需要均勻的供應(yīng)氣流。為此，在加濕器的前面經(jīng)常連接有氣體輸送設(shè)備。 然而，氣體輸送設(shè)備波動地運行，使得加濕器的供應(yīng)氣流不可能是均勻的。 并且，氣壓波動可導(dǎo)致過快地磨損和開裂。經(jīng)常地，對于加濕器，只有限 定量的結(jié)構(gòu)空間可用，這頻繁導(dǎo)致不利的，例如傾斜或者不對稱的供應(yīng)氣 流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于提供一種裝置的目標(biāo)，在所述裝置的情況下，可改善加濕 器的供應(yīng)氣流。
為了達到該目標(biāo)，過濾器裝置被預(yù)先連接到第一入口和/或者第二入 口。過濾器裝置具有顆粒過濾器的形式，例如，非無紡材料，并且形成氣 壓均衡器，所述氣壓均衡器可使氣流平穩(wěn)。這種裝置在移動應(yīng)用的情況中 特別地具有優(yōu)勢，因為移動燃料電池動態(tài)地工作并且因此可導(dǎo)致氣壓變化；對于緊密固定設(shè)備也是同樣的。預(yù)連接的氣體輸送設(shè)備的可能的氣壓波動 在過濾器裝置中被削弱。通過對加濕器平穩(wěn)供應(yīng)氣流，改善了水分的傳輸， j吏得能夠滿足小的結(jié)構(gòu)空間的要求。過濾器裝置可示例為線網(wǎng)、織物、穿 孔格或者膜片。這些設(shè)備除了對于過濾器裝置具有支撐效果外，還改善了 氣流。優(yōu)選，所述過濾器裝置具有顆粒過濾器的形式。這用于過濾那些能 夠?qū)е录訚衿鬟^快地磨損和開裂或者效率損失的顆粒。在這種情況下，一 方面，在陰極側(cè)供應(yīng)給燃料電池作為反應(yīng)氣體的環(huán)境空氣被凈化，另一方 面，形成水分載體的陰極廢氣也能被凈化。所述陰極廢氣可能包括來自燃 料電池的污染物，其被保留在過濾器裝置中，使得將凈化的陰極廢氣供應(yīng) 給加濕器。
所述過濾器裝置可包括化學(xué)過濾器?；瘜W(xué)過濾器可過濾例如酸性和/ 或者堿性氣體，以及防止通過損害性氣體的影響造成所述加濕器和燃料電 池的過快地磨損和開裂。
所述過濾器裝置可包括活性碳層。過濾器裝置則包括顆粒過濾器和活 性碳過濾器，它們可組合成一個過濾器單元。該進一步的過濾器裝置可包 括活性碳層。在這種情況下，根據(jù)配置，活性碳形成吸附過濾器和/或者吸 收過濾器?；钚蕴歼m合于過濾各種不同的化學(xué)成分和顆粒。并且，替代或 者除了活性碳，也可在所述過濾器裝置中提供其他的吸附劑。它們可通過 物理吸附和/或者化學(xué)吸附發(fā)揮作用。例如，浸漬碳、二氧化硅、硅鋁酸鹽、 氧化鋁或者離子交換器都是可以考慮的。
所述過濾器裝置可包括精細過濾器。通過精細過濾器，可從待凈化的 介質(zhì)中濾出微細顆粒和液體成分?；钚蕴紝涌蛇B接到精細過濾器下游，也 可保留活性碳顆粒。
所述過濾器裝置可包括靜電效應(yīng)過濾器層?？赏ㄟ^具有較低氣壓損失 的靜電效應(yīng)過濾器材料來過濾微細顆粒。作為靜電互作用的結(jié)果，相比于 不帶電的過濾器材料，可將孔形成為更大而具有同樣的過濾器性能。過濾 器介質(zhì)可在氣流中通過簡單的裝置來設(shè)置，并且可容易地被替換。
加濕器可具有膜加濕器的形式，在膜加濕器的情況下，濕氣流和待加濕的氣流通過可滲透水的膜分隔開。原則上，水分的傳輸可通過毛細管力 或者擴散力來進行。兩種機制對于污染物都是敏感的。在通過膜的傳輸中，
膜的界面現(xiàn)象非常重要。這些都會#^面污染物影響，例如，在污染物上， 膜的親水性和潤濕性會改變?？滓部赡鼙活w粒阻塞。功能組可能被污染物 或者有害物質(zhì)阻礙。在膜加濕器的情況下，有利地是，陰極側(cè)的含水廢氣 可用于加濕，使得可省略再單獨供應(yīng)水。此外，作為該流設(shè)計和所述加濕 器的包圍膜的結(jié)果，在該過濾器裝置組合中，可獲得改善的噪音降低效果。 在其他實施例中，加濕器可具有噴霧加濕器的形式。由于陽極氣體與氧氣， 例如空氣中的氧氣反應(yīng)，如果進行陽極氣體的加濕，噴霧加濕器是有利的。 在噴霧加濕的情況下，通過例如利用噴嘴噴射液體水來進行加濕。來自陰 極廢氣的冷凝水可用作所述水。當(dāng)使用液態(tài)水時，特別是使用來自陰極廢 氣獲得的水時，需要先進行凈化，因為污染物可能導(dǎo)致噴嘴被阻塞。在加 濕從環(huán)境空氣中形成的陰極氣體時，也需要凈化，因為來自環(huán)境空氣的污 染物可能沉積在噴嘴上，導(dǎo)致加濕器的運行干擾。
所述加濕器可包括中空纖維。中空纖維具有非常大的表面，使得利用 要求較小空間的少量中空纖維可獲得很高的加濕性能。例如，在中空纖維 的情況下，例如濕氣流在纖維周圍通過，而其他氣流，例如待加濕的氣流， 在纖維內(nèi)部通過。在中空纖維加濕器的情況下，預(yù)先的過濾也是有利地， 因為中空纖維具有較小的橫截面，可能被穿過中間的顆粒阻塞或者損壞。
所述裝置可形成預(yù)安裝的單元。由于只需要安裝較少部分，這種模塊 型結(jié)構(gòu)方便了燃料電池的安裝，在該模塊型結(jié)構(gòu)中，在安裝入燃料電池之 前，組合有過濾器裝置和加濕器的單元。
所述裝置可^L置在殼體中。過濾器裝置和加濕器的單元預(yù)先以特定的 緊湊方式被安裝在殼體中，從而安裝進一步簡化?？墒÷赃B接到過濾器裝 置和加濕器的連接件，例如，管和軟管。
氣體輸送設(shè)備可被連接在所述裝置的前面。通過氣體輸送設(shè)備，可增 加氣流的氣壓和輸送。根據(jù)氣體輸送設(shè)備的配置，可能發(fā)生氣壓波動，其 在連接到加濕器的前面的過濾器裝置中被削弱。隔膜泵經(jīng)常被用作氣體輸送設(shè)備，因為待輸送的介質(zhì)在這種情況下被完全壓縮。然而，在隔膜泵情 況下，會發(fā)生氣壓脈動，其在過濾器裝置中被削弱，使得供應(yīng)給加濕器的 氣流是均勻的，并且作為結(jié)果，獲得且優(yōu)化了效率，并且所述氣流是符合 要求的可控的。
可在空氣輸送設(shè)備的前面連接預(yù)過濾器。預(yù)過濾器既防止顆粒穿透進 入氣體輸送設(shè)備和裝置中，也防止氣體輸送設(shè)備和裝置過快地磨損和開裂。
可在空氣輸送設(shè)備前面連接吸聲器。特別是氣體輸送設(shè)備發(fā)出的聲音 可被吸聲器所阻止。
反應(yīng)氣體可形成燃料電池的陰極氣體。含氧介質(zhì)，例如PEM燃料電 池情況下的空氣，被供應(yīng)給陰極。雖然供應(yīng)給陰極側(cè)的水不表示供應(yīng)給陽 極側(cè)的效果，但因為陰極廢氣可被安全的用,濕，所以技術(shù)上更加簡單。
反應(yīng)氣體可形成燃料電池的陽極氣體。燃料，通常是氫，被傳送給陽 極。在PEM燃料電池的情況下，由于干燥會導(dǎo)致膜的電阻增加從而導(dǎo)致 性能損失，因此可能需要加濕陽極側(cè)。然而，在這種情況下，需要保證不 會有氧氣傳送到反應(yīng)氣體中，因為氧氣將能夠與氫氣以氫氧反應(yīng)的形式不 受控地發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致燃料電池的毀壞。
過濾器裝置可包括傳感器設(shè)備。通過傳感器設(shè)備，能監(jiān)控過濾器裝置 的狀態(tài)，并且所測量的*可提供給用于控制加濕器或者燃料電池的評估 單元。在該過程中，可在傳感器設(shè)備中測量特別是溫度、濕度以及流通 流體的流量。通過這些參數(shù)，可信號通知過濾器裝置的過濾性能降低，從 而需要替換過濾器裝置。


根據(jù)本發(fā)明，下面將通過附圖進一步詳細解釋所述裝置的一些實用實 例。其在以下示意示出
圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于加濕陰極氣體的裝置；
圖2是用于凈化陰極廢氣的具有附加過濾器裝置的裝置；
圖3是在前面連接有預(yù)過濾器和吸聲器的裝置；圖4是用于加濕陰極氣體的裝置；以及 圖5是作為殼體中的預(yù)安裝單元的裝置。
具體實施例方式
圖1示出了用于向燃料電池2供應(yīng)再循環(huán)氣體3的裝置1。在該設(shè)計 中，所述反應(yīng)氣體3是周圍的空氣，所述空氣被供應(yīng)給燃料電池2的陰極 側(cè)。裝置1包括加濕器4，所述加濕器由具有第一入口 5和第二入口 6的 膜加濕器形成。在第一入口 5中待加濕的反應(yīng)氣體3，和在第二入口 6中 的水分載體7被引入加濕器4。水分載體7通過含水的陰極廢氣形成。在 這種設(shè)計中，在第一入口 5的前面連接有過濾器裝置8。過濾器裝置8作 為顆粒過濾器形成并且包括形成為平面的無紡材料。除了無紡材料層，過 濾器8還示出了化學(xué)過濾器9，所述化學(xué)過濾器通過活性碳層10形成。并 且，過濾器裝置示出了精細過濾器ll,所述精細過濾器通過靜電效應(yīng)過濾 器材料12所形成。在裝置1的前面連接有形成為隔膜泵的氣體輸送設(shè)備 15。
根據(jù)圖2的裝置1與圖1中的裝置l對應(yīng)，在該i殳計中，在第二入口 6的前面連接有額外的過濾器裝置8。形成水分栽體7的陰極廢氣被所述額 外的過濾器裝置凈化。
圖3示出了根據(jù)圖2的裝置1、被連接到氣體輸送設(shè)備15前面的預(yù)過 濾器16，其中預(yù)過濾器與吸聲器17被組合在一起。結(jié)果只需要較小的空 間，這種裝置特別適用于移動應(yīng)用中。
圖4顯示了用于向燃料電池2供應(yīng)再循環(huán)氣體3的裝置1。在該設(shè)計 中，反應(yīng)氣體3是氫氣，所述氫氣被供應(yīng)給燃料電池2的陽極側(cè)。裝置l 包括形成為具有第一入口 5和第二入口 6的膜加濕器的加濕器4。待加濕 的反應(yīng)氣體3被輸送進第一入口 5，并且水分栽體7在第二入口 6中被輸 送給加濕器4。水分載體7通過含水的陰極廢氣形成。在該設(shè)計中，過濾 器裝置8被連接在第二入口 6的前面。
圖5示出形成為預(yù)安裝單元的裝置1。過濾器裝置8和加濕器4被設(shè)置在殼體14中。過濾器裝置8包括預(yù)過濾器15和顆粒過濾器16，所述顆 粒過濾器形成為折疊過濾器。通過活性碳層形成的化學(xué)過濾器9被連接到 顆粒過濾器16的下游。形成精細過濾器11的靜電效應(yīng)過濾器12被連接到 化學(xué)過濾器9的下游。傳感器設(shè)備18被設(shè)置在過濾器裝置8的下游。加濕 器4具有膜加濕器的形式，加濕器4中具有多個可滲透水的中空纖維。該 裝置l也用作吸聲器。
權(quán)利要求
1.一種用于對燃料電池(2)供應(yīng)再循環(huán)反應(yīng)氣體(3)的裝置(1)，其包括加濕器(4)，所述加濕器(4)具有用于待加濕的所述反應(yīng)氣體(3)的第一入口(5)和用于水分載體(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)的前面連接有過濾裝置(8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其特征在于，所述過濾裝置(8)包括顆 粒過濾器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，所述過濾裝置(8)包 括化學(xué)過濾器(9 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項的裝置，其特征在于，所述過濾裝置 (8 )包括活性碳層(10 )。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項的裝置，其特征在于，所述過濾裝置 (8)包括精細過濾器(11)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，所述過濾裝置(8)包括靜 電效應(yīng)過濾層(12)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項的裝置，其特征在于，所述加濕器(4 ) 具有膜加濕器的形式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，所述加濕器U)包括中空 纖維(13)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項的裝置，其特征在于，所述裝置(1) 形成可預(yù)安裝的單元。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項的裝置，其特征在于，所述裝置(1) 被設(shè)置在殼體(14)中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l到10中任一項的裝置，其特征在于，在所述裝置 (1)的前面連接有氣體輸送設(shè)備(15 )。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的裝置，其特征在于，在所述氣體輸送設(shè)備(15) 的前面連接有預(yù)過濾器(16)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12的裝置，其特征在于，在所述氣體輸送設(shè) 備(15)的前面連接有吸聲器(17)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l到13中任一項的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)氣 體(3)形成燃料電池(2)的陰極氣體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l到13中任一項的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)氣 體(3)形成燃料電池(2)的陽極氣體。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項的裝置，其特征在于，所述過濾器 裝置(8)包括傳感器設(shè)備(18)。
全文摘要
一種用于對燃料電池(2)供應(yīng)再循環(huán)反應(yīng)氣體(3)的裝置(1)，其包括加濕器(4)，所述加濕器具有用于待加濕的所述反應(yīng)氣體(3)的第一入口(5)和用于水分載體(7)的第二入口，過濾裝置(8)被預(yù)連接到所述第一入口(5)和/或所述第二入口(6)。
文檔編號H01M8/04GK101258633SQ200680032390
公開日2008年9月3日 申請日期2006年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者K·萊斯特, V·許克爾 申請人:卡爾弗羅伊登柏格兩合公司