專利名稱：截水式加濕模組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種燃料電池組的加濕裝置，特別是關于一種截水式加濕模組。
背景技術：
燃料電池(Fuel Cell)是一種借著電化學反應，直接利用含氫燃料和空氣產(chǎn)生電力的裝置。典型的燃料電池組是由多個膜電極組體(Membrane ElectrodeAssembles，MEA)組構而成，每一個膜電極組體中包括有陽極觸媒層、高分子質(zhì)子交換膜與陰極觸媒層。將該膜電極組體結合氣體擴散層與雙極板疊置組合即成為一基本的燃料電池單電池。
燃料電池在反應時依賴高分子質(zhì)子交換膜傳輸氫離子(質(zhì)子)以完成電化學反應，其電池性能與各項操作條件，例如溫度、濕度、氫氣流量、空氣流量等皆息息相關。例如以濕度條件而言，必須使該燃料電池的高分子質(zhì)子交換膜維持在合適的操作濕度下才能使該燃料電池保持較佳的質(zhì)子交換效率。
在現(xiàn)有的技術之下，為了維持該燃料電池操作在適當?shù)牟僮鳚穸龋话阕鞣ㄊ窃诜磻獨怏w供應管線中配置一加濕器，以使該反應氣體在經(jīng)過該加濕器時提高其相對濕度，然后再供應至該燃料電池中。例如以空氣(氧氣)的供應而言，一般作法即是在鼓風機的后面配置該加濕器，然后再連接至燃料電池中的陰極反應氣體輸入孔，以使該空氣在進入至燃料電池中時能得到適當?shù)南鄬穸取?br> 圖1顯示公知技術中，一配置有傳統(tǒng)加濕器的燃料電池系統(tǒng)的示意圖，而圖2顯示該傳統(tǒng)加濕器的立體外觀圖。該燃料電池組1由多個膜電極組體(Membrane Electrode Assemblies)所組構而成，每一個膜電極組體結合陽極觸媒層、質(zhì)子交換膜、與陰極觸媒層、陽極氣體擴散層、陰極氣體擴散層而構成了燃料電池電化學反應的基本單位。各個膜電極組體間以電氣串聯(lián)的方式予以連接以達到所需的電壓準位及電流值后，再由一正極端(+)及一負極端(-)輸出一輸出電壓Vout。
該燃料電池組1反應所需的氫氣是由一氫氣供應源2所供應，該氫氣供應源2所供應的氫氣由該燃料電池組1的氫氣入口11送入，而可由氫氣出口12送出。該氫氣供應源2可由公知的儲氫罐或其它氫氣產(chǎn)生裝置而供應。
該燃料電池組1反應所需的氧氣由一空氣源3所供應。一加濕器4可連接在該空氣源3與燃料電池組1的空氣入口13之間。該加濕器4的氣體導入端41可將空氣源3所供應的空氣引入至加濕器4中，經(jīng)過該加濕器4中的濕度調(diào)節(jié)功能再由氣體導出端42送出經(jīng)過調(diào)節(jié)過的反應氣體至該燃料電池組1的空氣入口13，以供應該燃料電池組1反應所需的氧氣。前述的氣體源3可由一般鼓風裝置所供應。
在前述的公知技術中，也有些方案額外增加了廢熱回收管路的設計，以增強該加濕器在加濕及加熱方面的效能。例如該燃料電池組1的排放氣體出口14可經(jīng)由一管線141連通至該加濕器4的一排放氣體導入端43，該排放氣體經(jīng)過該加濕器4內(nèi)部之后，再由該加濕器4的排放氣體導出端44予以排放。藉由此一結構的設計，可充分利用該燃料電池組1于操作時所產(chǎn)生的熱使該加濕器得到適當?shù)募訜?，使燃料電池組發(fā)揮較高的效能。
在前述公知的燃料電池反應氣體加濕技術中，雖然能達到控制反應氣體相對濕度的目的，但是在實際使用時發(fā)現(xiàn)仍有許多待改進之處。例如以加濕器成本而言，該加濕器需使用到高分子交換膜，以使該反應氣體經(jīng)由高分子交換膜而吸取水中的水氣。而該高分子交換膜的成本相當高，且其使用壽命并不常，且常常會因為不同的使用環(huán)境條件(例如反應氣體的壓力、溫度)而影響到其使用期限及使用效能，在環(huán)境適應性、耐用度方面仍存在了許多問題。
因此，在目前加濕器的技術方面，仍有待進一步改良的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種截水式加濕模組，其藉由截取燃料電池的排放氣體出口所排放出的氣體中的水份，以供應出一經(jīng)過濕度調(diào)節(jié)后的反應氣體至該燃料電池中。
本發(fā)明的另一目的是提供一種結構配置簡易的加濕模組，其只需配合簡易的卻水器及蒸發(fā)器，即可使送入至該燃料電池組的反應氣體能得到適當?shù)臏囟燃皾穸日{(diào)節(jié)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種可回收燃料電池的排放氣體中的水份作為加濕源的截水式加濕模組，其加濕模組中的氣體導入端可經(jīng)由一氣體導入管路連接至該燃料電池的排放氣體出口，而善加利用了該排放氣體中的水份，以作為該燃料電池反應氣體所需的加濕源。
本發(fā)明的另一目的是提供一種低成本的加濕模組，其不需使用到高分子交換膜，卻能達到應有的氣體加濕功能，故可降低整個加濕模組的材料及制造成本。
本發(fā)明解決問題的技術手段本發(fā)明為解決公知技術的問題所采用的技術手段是提供一截水式加濕模組，其包括有一卻水器，其氣體導入端經(jīng)由一氣體導入管路連接至燃料電池的排放氣體出口；一氣體導出端，可連接一氣體導出管路。一蒸發(fā)器，其需加濕氣體導入端連接至該卻水器的出水端管路，一反應氣體導出端可經(jīng)由管路連接至該燃料電池中。該卻水器可將燃料電池的排放氣體經(jīng)由氣體導入端導入，而由氣體導出端導出，并將該排放氣體中的水份予以截取，再經(jīng)由該蒸發(fā)器進行溫度的調(diào)節(jié)，據(jù)以供應一經(jīng)過濕度及溫度調(diào)節(jié)的反應氣體至該燃料電池組中。
本發(fā)明較佳實施例中，該卻水器的氣體導入管路及氣體導出管路中可分別設置一控制閥，用以控制氣體的導入與排放。再者，該卻水器的出水端管路中更可包括有一出水控制單元，用以控制該卻水器的水份容置室中所截取的水是否經(jīng)由該出水端管路供應出。該卻水器及蒸發(fā)器組立在一模組殼體中，而呈一單體模組化的結構設計。
本發(fā)明對與現(xiàn)有技術相比具備的優(yōu)點和特點經(jīng)由本發(fā)明所采用的技術手段，可以提供一不需使用高分子交換膜、復雜結構、或是特定結構設計的加濕器產(chǎn)品，故在材料成本及制造成本方面皆極具產(chǎn)業(yè)上的利用價值。而在本發(fā)明的整個模組化結構下，其使用壽命較公知的加濕器長，耐用度也較高，不論使用在任何應用場合中，本發(fā)明的加濕模組皆能展現(xiàn)較佳的適應性。對于應用在燃料電池的反應氣體加濕方面，本發(fā)明實為優(yōu)良的設計。


圖1顯示公知技術中，一配置有傳統(tǒng)加濕器的燃料電池系統(tǒng)的示意圖；圖2顯示傳統(tǒng)加濕器的立體外觀圖；圖3顯示本發(fā)明截水式加濕模組的相關構件配置及管路示意圖；圖4顯示本發(fā)明截水式加濕模組的實施例立體圖；圖5顯示本發(fā)明截水式加濕模組應用在一燃料電池系統(tǒng)時的管線配置示意圖。
附圖標號說明1、燃料電池組 11、氫氣入口12、氫氣出口13、空氣入口 14、排放氣體出口141、管線2、氫氣供應源 3、空氣源 4、加濕器41、氣體導入端 42、氣體導出端 43、排放氣體導入端44、排放氣體導出端 5、卻水器 51、氣體導入端511、氣體導入管路 52、氣體導出端 521、氣體導出管路53、出水端 531、出水端管路 54、過濾器55、水份容置室 61、第一控制閥 611、第一控制閥出口端612、連通管62、第二控制閥 621、第二控制閥入口端
622、第二控制閥排放端 7、蒸發(fā)器 71、需加濕氣體導入端72、反應氣體導出端 721、反應氣體導出管路 73、反應氣體導入管路8、出水控制單元9、送風裝置91、空氣供應管線92、空氣壓力調(diào)節(jié)閥 93、壓力計 94、空氣質(zhì)流控制器95、空氣流量控制計 96、空氣流量控制旋鈕 100、截水式加濕模組具體實施方式
本發(fā)明的其它目的及其功效，將藉由以下的實施例及附圖作進一步的說明圖3顯示本發(fā)明截水式加濕模組的相關構件配置及管路示意圖。本發(fā)明的截水式加濕模組100可用以將燃料電池反應所需的反應氣體經(jīng)過濕度及溫度調(diào)節(jié)之后，供應至燃料電池組中，該截水式加濕模組100包括有一卻水器5，其具有一氣體導入端51、氣體導出端52、以及一出水端53。
該卻水器5的氣體導入端51可經(jīng)由一氣體導入管路511而連接至一富含水氣的氣體源A，例如當本發(fā)明應用在燃料電池的領域時，該氣體源乃為燃料電池于運作時由氣體排放端所排放出的排放氣體。該卻水器5的氣體導出端52可連接一氣體導出管路521。該卻水器5的出水端53可連接一出水端管路531。
在該卻水器5內(nèi)部具有一過濾器54、以及一水份容置室55。該水份容置室55連接于該氣體導入端51與氣體導出端52之間，用以收集水份。經(jīng)由該卻水器5，可將氣體導入端51導入而由氣體導出端52導出的氣體中的水份予以截取，并由該出水端53將截取的水份予以導出。
在該卻水器5的氣體導入管路511中連接有一第一控制閥61，可用以控制該富含水氣的氣體源A是否供應至該卻水器5中或經(jīng)由第一控制閥出口端611經(jīng)由連通管612連接第二控制閥排放端622直接排放。該第一控制閥61的選用，視應用領域的不同，而可為一手動控制閥，亦可為一電磁驅(qū)動閥、氣壓控制閥、或是一液壓控制閥。
在該卻水器5的氣體導出管路521中連接有一第二控制閥62，可用以控制卻水器5中的氣體是否經(jīng)由該氣體導出管路521予以排放出或由第二控制閥入口端621所連接的一送風裝置9導入較高壓力的空氣源至卻水器5內(nèi)部，以提供卻水器5出水的驅(qū)動力。該第二控制閥62的選用，亦可視應用領域的不同，而可為一手動控制閥，亦可為一電磁驅(qū)動閥、氣壓控制閥、或是一液壓控制閥。
在自動化的應用時，該第一控制閥61及第二控制閥62可利用自動控制技術或微控器技術來產(chǎn)生控制信號s1、s2來分別控制該第一控制閥61及第二控制閥62的動作。當截水式加濕模組100操作于“截水”動作模式時，控制信號s1及s2需能使富含水氣的氣體源A經(jīng)卻水器5，從氣體導出管路521排放出；當截水式加濕模組100操作于“加濕”動作模式時，控制信號s1及s2需能使富含水氣的氣體源A暫時由第一控制閥出口端611接第二控制閥排放端622直接排放出，同時由第二控制閥入口端621導入較高壓力空氣源在卻水器5內(nèi)部，以提供該卻水器5的出水端管路531出水的驅(qū)動力。
一蒸發(fā)器7，連接于該卻水器5的出水端管路531，用以調(diào)節(jié)該卻水器5送出水的溫度。蒸發(fā)器7的需加濕氣體導入端71連接至該卻水器5的出水端管路531，而該蒸發(fā)器7的反應氣體導出端72可經(jīng)由一反應氣體導出管路721連接至一標的裝置。例如當本發(fā)明應用在燃料電池的領域時，該反應氣體導出管路721連接于燃料電池的空氣供應管線中，以使該空氣供應管線中的氣體濕度得到適當?shù)募訚褡饔谩?br> 在該卻水器5的出水端管路531中更可包括有一出水控制單元8，例如其可為一手動控制閥、一電磁驅(qū)動閥、一氣壓控制閥、或是一液壓控制閥，用以控制該卻水器5的水份容置室55中所截取的水是否經(jīng)由該出水端管路531供應出；在氣壓驅(qū)動模式下，此出水控制單元8需配合“加濕”作動的進行；若該出水控制單元8為一抽水泵浦，則“加濕”作動因不影響加水的效果而可以省略。
圖4顯示本發(fā)明截水式加濕模組100的實施例立體圖。在此一實施例中，該截水式加濕模組100制成一單體模組的型態(tài)。其可將該截水式加濕模組100的各相關構件組立在一模組殼體101中。
圖5顯示本發(fā)明截水式加濕模組100應用在一燃料電池系統(tǒng)時的管線配置示意圖。為了簡化該燃料電池系統(tǒng)，在圖式中僅表現(xiàn)出該燃料電池系統(tǒng)與空氣供應管線間的連接關系。
而在空氣源的供應方面，其由一送風裝置9(例如一無油式空氣壓縮機)經(jīng)一空氣供應管線91供應空氣至該燃料電池組1的空氣入口13。在該空氣供應管線91中包括有一空氣壓力調(diào)節(jié)閥92可作空氣壓力的減壓調(diào)節(jié)。一壓力計93可用來檢測出及顯示空氣的壓力。一空氣質(zhì)流控制器94可測量該空氣的質(zhì)量流速。一空氣流量控制計95亦配置在該空氣供應管線91中，以利觀測氣體流量狀態(tài)，其前端可配置一空氣流量控制旋鈕96。
當空氣源在經(jīng)由空氣流量控制計95送出之后，可經(jīng)由蒸發(fā)器7的需加濕氣體導入端71送入蒸發(fā)器7中。且由于該卻水器5的出水端管路531亦經(jīng)由出水控制單元8而與該蒸發(fā)器7的需加濕氣體導入端71相連通，故經(jīng)由反應氣體導入管路73送至該蒸發(fā)器7的空氣源即含有適當水份，然后再由該蒸發(fā)器7作適當?shù)臏囟日{(diào)節(jié)。如此，即可由反應氣體導出管路721供應一經(jīng)過濕度及溫度調(diào)節(jié)的反應氣體。
藉由上述的設計，本發(fā)明確能提供一個不需使用高分子交換膜、不需復雜結構、不需特定結構設計、材料成本低、制造成本低、使用壽命較長、耐用度較高的加濕模組，故本發(fā)明確具產(chǎn)業(yè)利用價值，且本發(fā)明在申請專利前，并未有相同或類似的專利或產(chǎn)品公開在先，故本發(fā)明業(yè)已符合于專利的要件。
以上的實施例說明，僅為本發(fā)明的較佳實施例說明，凡精于此項技術者當可依據(jù)本發(fā)明的上述實施例說明而作其它種種的改良及變化。然而這些依據(jù)本發(fā)明實施例所作的種種改良及變化，當仍屬于本發(fā)明的發(fā)明精神及所界定的專利范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種截水式加濕模組，用以將燃料電池反應所需的反應氣體經(jīng)過濕度及溫度調(diào)節(jié)后，供應至燃料電池組中，該加濕模組包括有，一卻水器，其具有一氣體導入端，可經(jīng)由一氣體導入管路連接至該燃料電池的排放氣體出口；一氣體導出端，可連接一氣體導出管路；一出水端，可連接一出水端管路；一水份容置室，連接于該氣體導入端與氣體導出端之間，用以收集水份；一蒸發(fā)器，其具有一需加濕氣體導入端，連接至該卻水器的出水端管路；一反應氣體導出端，可經(jīng)由一反應氣體導出管路連接至該燃料電池的反應氣體供應管線中；該卻水器可將燃料電池的排放氣體出口所產(chǎn)生的排放氣體經(jīng)由氣體導入端導入，而由氣體導出端導出，并將該排放氣體中的水份予以截取，并由該卻水器的出水端管路將截取的水份予以導出，再與反應氣體一同送入該蒸發(fā)器中予以進行溫度的調(diào)節(jié)，再由該蒸發(fā)器的反應氣體導出端供應該經(jīng)過濕度及溫度調(diào)節(jié)的反應氣體至該燃料電池組中。
2.如權利要求1所述的截水式加濕模組，其特征在于該卻水器的氣體導入管路中更連接有一第一控制閥，用以控制該燃料電池的排放氣體出口所送出的氣體是否供應至該卻水器中。
3.如權利要求2所述的截水式加濕模組，其特征在于該第一控制閥具有一第一控制閥出口端，且該第一控制閥出口端更經(jīng)由一連通管連接至該氣體導出管路。
4.如權利要求1所述的截水式加濕模組，其特征在于該卻水器的氣體導出管路中更連接有一第二控制閥，用以控制該卻水器中的氣體是否經(jīng)由該氣體導出管路予以排放出。
5.如權利要求4所述的截水式加濕模組，其特征在于該第二控制閥具有一第二控制閥入口端，其可連接一送風裝置，以將一較高壓力的空氣源導入至該卻水器內(nèi)部，以提供卻水器于出水端出水的驅(qū)動力。
6.如權利要求1所述的截水式加濕模組，其特征在于該卻水器的出水端管路中更包括有一出水控制單元，用以控制該卻水器的水份容置室中所截取的水是否經(jīng)由該出水端管路供應出。
7.如權利要求1所述的截水式加濕模組，其特征在于該卻水器及蒸發(fā)器組立在一模組殼體中。
8.一種截水式加濕模組，包括有，一卻水器，其具有一氣體導入端，可連接一氣體導入管路，用以引入一富含水氣的氣體源；一氣體導出端，可連接一氣體導出管路；一出水端，可連接一出水端管路；一水份容置室，連接于該氣體導入端與氣體導出端之間，用以收集水份；一蒸發(fā)器，其具有一需加濕氣體導入端，連接至該卻水器的出水端管路；一反應氣體導出端，可連接一反應氣體導出管路；該卻水器可將該富含水氣的氣體源經(jīng)由氣體導入端導入，而由氣體導出端導出，并將該富含水氣的氣體源中的水份予以截取，并由該卻水器的出水端管路將截取的水份予以導出，再送入該蒸發(fā)器中予以進行溫度的調(diào)節(jié)，再由該蒸發(fā)器的反應氣體導出端供應出一經(jīng)過濕度及溫度調(diào)節(jié)的反應氣體。
9.如權利要求8所述的截水式加濕模組，其特征在于該卻水器的氣體導入管路中更連接有一第一控制閥，用以控制該氣體源的氣體是否供應至該卻水器中。
10.如權利要求9所述的截水式加濕模組，其特征在于該第一控制閥具有一第一控制閥出口端，且該第一控制閥出口端更經(jīng)由一連通管連接至該氣體導出管路。
11.如權利要求8所述的截水式加濕模組，其特征在于該卻水器的氣體導出管路中更連接有一第二控制閥，用以控制該卻水器中的氣體是否經(jīng)由該氣體導出管路予以排放出。
12.如權利要求11所述的截水式加濕模組，其特征在于該第二控制閥具有一第二控制閥入口端，其可連接一送風裝置，以將一較高壓力的空氣源導入至該卻水器內(nèi)部，以提供卻水器于出水端出水的驅(qū)動力。
13.如權利要求8所述的截水式加濕模組，其特征在于該卻水器的出水端管路中更包括有一出水控制單元，用以控制該卻水器的水份容置室中所截取的水是否經(jīng)由該出水端管路供應出。
14.如權利要求8所述的截水式加濕模組，其特征在于該卻水器及蒸發(fā)器組立在一模組殼體中。
全文摘要
一種截水式加濕模組，包括有一卻水器，其氣體導入端經(jīng)由一氣體導入管路連接至燃料電池的排放氣體出口；一氣體導出端，可連接一氣體導出管路。一蒸發(fā)器，其需加濕氣體導入端連接至該卻水器的出水端管路，一反應氣體導出端可經(jīng)由管路連接至該燃料電池中。該卻水器可將燃料電池的排放氣體經(jīng)由氣體導入端導入，而由氣體導出端導出，并將該排放氣體中的水份予以截取，再經(jīng)由該蒸發(fā)器進行溫度的調(diào)節(jié)，據(jù)以供應一經(jīng)過濕度及溫度調(diào)節(jié)的反應氣體至該燃料電池組中。該卻水器的氣體導入管路及氣體導出管路中可分別設置一控制閥，用以控制氣體的導入與排放。
文檔編號H01M8/04GK1815793SQ20051000530
公開日2006年8月9日 申請日期2005年1月31日 優(yōu)先權日2005年1月31日
發(fā)明者徐耀升 申請人:亞太燃料電池科技股份有限公司