专利名称：截水式加湿模组的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及到一种燃料电池组的加湿装置，特别是关于一种截水式加湿模组。
背景技术：
燃料电池(Fuel Cell)是一种借着电化学反应，直接利用含氢燃料和空气产生电力的装置。典型的燃料电池组是由多个膜电极组体(Membrane ElectrodeAssembles，MEA)组构而成，每一个膜电极组体中包括有阳极触媒层、高分子质子交换膜与阴极触媒层。将该膜电极组体结合气体扩散层与双极板叠置组合即成为一基本的燃料电池单电池。
燃料电池在反应时依赖高分子质子交换膜传输氢离子(质子)以完成电化学反应，其电池性能与各项操作条件，例如温度、湿度、氢气流量、空气流量等皆息息相关。例如以湿度条件而言，必须使该燃料电池的高分子质子交换膜维持在合适的操作湿度下才能使该燃料电池保持较佳的质子交换效率。
在现有的技术之下，为了维持该燃料电池操作在适当的操作湿度，一般作法是在反应气体供应管线中配置一加湿器，以使该反应气体在经过该加湿器时提高其相对湿度，然后再供应至该燃料电池中。例如以空气(氧气)的供应而言，一般作法即是在鼓风机的后面配置该加湿器，然后再连接至燃料电池中的阴极反应气体输入孔，以使该空气在进入至燃料电池中时能得到适当的相对湿度。
图1显示公知技术中，一配置有传统加湿器的燃料电池系统的示意图，而图2显示该传统加湿器的立体外观图。该燃料电池组1由多个膜电极组体(Membrane Electrode Assemblies)所组构而成，每一个膜电极组体结合阳极触媒层、质子交换膜、与阴极触媒层、阳极气体扩散层、阴极气体扩散层而构成了燃料电池电化学反应的基本单位。各个膜电极组体间以电气串联的方式予以连接以达到所需的电压准位及电流值后，再由一正极端(+)及一负极端(-)输出一输出电压Vout。
该燃料电池组1反应所需的氢气是由一氢气供应源2所供应，该氢气供应源2所供应的氢气由该燃料电池组1的氢气入口11送入，而可由氢气出口12送出。该氢气供应源2可由公知的储氢罐或其它氢气产生装置而供应。
该燃料电池组1反应所需的氧气由一空气源3所供应。一加湿器4可连接在该空气源3与燃料电池组1的空气入口13之间。该加湿器4的气体导入端41可将空气源3所供应的空气引入至加湿器4中，经过该加湿器4中的湿度调节功能再由气体导出端42送出经过调节过的反应气体至该燃料电池组1的空气入口13，以供应该燃料电池组1反应所需的氧气。前述的气体源3可由一般鼓风装置所供应。
在前述的公知技术中，也有些方案额外增加了废热回收管路的设计，以增强该加湿器在加湿及加热方面的效能。例如该燃料电池组1的排放气体出口14可经由一管线141连通至该加湿器4的一排放气体导入端43，该排放气体经过该加湿器4内部之后，再由该加湿器4的排放气体导出端44予以排放。藉由此一结构的设计，可充分利用该燃料电池组1于操作时所产生的热使该加湿器得到适当的加热，使燃料电池组发挥较高的效能。
在前述公知的燃料电池反应气体加湿技术中，虽然能达到控制反应气体相对湿度的目的，但是在实际使用时发现仍有许多待改进之处。例如以加湿器成本而言，该加湿器需使用到高分子交换膜，以使该反应气体经由高分子交换膜而吸取水中的水气。而该高分子交换膜的成本相当高，且其使用寿命并不常，且常常会因为不同的使用环境条件(例如反应气体的压力、温度)而影响到其使用期限及使用效能，在环境适应性、耐用度方面仍存在了许多问题。
因此，在目前加湿器的技术方面，仍有待进一步改良的空间。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种截水式加湿模组，其藉由截取燃料电池的排放气体出口所排放出的气体中的水份，以供应出一经过湿度调节后的反应气体至该燃料电池中。
本发明的另一目的是提供一种结构配置简易的加湿模组，其只需配合简易的却水器及蒸发器，即可使送入至该燃料电池组的反应气体能得到适当的温度及湿度调节。
本发明的另一目的是提供一种可回收燃料电池的排放气体中的水份作为加湿源的截水式加湿模组，其加湿模组中的气体导入端可经由一气体导入管路连接至该燃料电池的排放气体出口，而善加利用了该排放气体中的水份，以作为该燃料电池反应气体所需的加湿源。
本发明的另一目的是提供一种低成本的加湿模组，其不需使用到高分子交换膜，却能达到应有的气体加湿功能，故可降低整个加湿模组的材料及制造成本。
本发明解决问题的技术手段本发明为解决公知技术的问题所采用的技术手段是提供一截水式加湿模组，其包括有一却水器，其气体导入端经由一气体导入管路连接至燃料电池的排放气体出口；一气体导出端，可连接一气体导出管路。一蒸发器，其需加湿气体导入端连接至该却水器的出水端管路，一反应气体导出端可经由管路连接至该燃料电池中。该却水器可将燃料电池的排放气体经由气体导入端导入，而由气体导出端导出，并将该排放气体中的水份予以截取，再经由该蒸发器进行温度的调节，据以供应一经过湿度及温度调节的反应气体至该燃料电池组中。
本发明较佳实施例中，该却水器的气体导入管路及气体导出管路中可分别设置一控制阀，用以控制气体的导入与排放。再者，该却水器的出水端管路中更可包括有一出水控制单元，用以控制该却水器的水份容置室中所截取的水是否经由该出水端管路供应出。该却水器及蒸发器组立在一模组壳体中，而呈一单体模组化的结构设计。
本发明对与现有技术相比具备的优点和特点经由本发明所采用的技术手段，可以提供一不需使用高分子交换膜、复杂结构、或是特定结构设计的加湿器产品，故在材料成本及制造成本方面皆极具产业上的利用价值。而在本发明的整个模组化结构下，其使用寿命较公知的加湿器长，耐用度也较高，不论使用在任何应用场合中，本发明的加湿模组皆能展现较佳的适应性。对于应用在燃料电池的反应气体加湿方面，本发明实为优良的设计。
图1显示公知技术中，一配置有传统加湿器的燃料电池系统的示意图；图2显示传统加湿器的立体外观图；图3显示本发明截水式加湿模组的相关构件配置及管路示意图；图4显示本发明截水式加湿模组的实施例立体图；图5显示本发明截水式加湿模组应用在一燃料电池系统时的管线配置示意图。
附图标号说明1、燃料电池组 11、氢气入口12、氢气出口13、空气入口 14、排放气体出口141、管线2、氢气供应源 3、空气源 4、加湿器41、气体导入端 42、气体导出端 43、排放气体导入端44、排放气体导出端 5、却水器 51、气体导入端511、气体导入管路 52、气体导出端 521、气体导出管路53、出水端 531、出水端管路 54、过滤器55、水份容置室 61、第一控制阀 611、第一控制阀出口端612、连通管62、第二控制阀 621、第二控制阀入口端
622、第二控制阀排放端 7、蒸发器 71、需加湿气体导入端72、反应气体导出端 721、反应气体导出管路 73、反应气体导入管路8、出水控制单元9、送风装置91、空气供应管线92、空气压力调节阀 93、压力计 94、空气质流控制器95、空气流量控制计 96、空气流量控制旋钮 100、截水式加湿模组具体实施方式
本发明的其它目的及其功效，将藉由以下的实施例及附图作进一步的说明图3显示本发明截水式加湿模组的相关构件配置及管路示意图。本发明的截水式加湿模组100可用以将燃料电池反应所需的反应气体经过湿度及温度调节之后，供应至燃料电池组中，该截水式加湿模组100包括有一却水器5，其具有一气体导入端51、气体导出端52、以及一出水端53。
该却水器5的气体导入端51可经由一气体导入管路511而连接至一富含水气的气体源A，例如当本发明应用在燃料电池的领域时，该气体源乃为燃料电池于运作时由气体排放端所排放出的排放气体。该却水器5的气体导出端52可连接一气体导出管路521。该却水器5的出水端53可连接一出水端管路531。
在该却水器5内部具有一过滤器54、以及一水份容置室55。该水份容置室55连接于该气体导入端51与气体导出端52之间，用以收集水份。经由该却水器5，可将气体导入端51导入而由气体导出端52导出的气体中的水份予以截取，并由该出水端53将截取的水份予以导出。
在该却水器5的气体导入管路511中连接有一第一控制阀61，可用以控制该富含水气的气体源A是否供应至该却水器5中或经由第一控制阀出口端611经由连通管612连接第二控制阀排放端622直接排放。该第一控制阀61的选用，视应用领域的不同，而可为一手动控制阀，亦可为一电磁驱动阀、气压控制阀、或是一液压控制阀。
在该却水器5的气体导出管路521中连接有一第二控制阀62，可用以控制却水器5中的气体是否经由该气体导出管路521予以排放出或由第二控制阀入口端621所连接的一送风装置9导入较高压力的空气源至却水器5内部，以提供却水器5出水的驱动力。该第二控制阀62的选用，亦可视应用领域的不同，而可为一手动控制阀，亦可为一电磁驱动阀、气压控制阀、或是一液压控制阀。
在自动化的应用时，该第一控制阀61及第二控制阀62可利用自动控制技术或微控器技术来产生控制信号s1、s2来分别控制该第一控制阀61及第二控制阀62的动作。当截水式加湿模组100操作于“截水”动作模式时，控制信号s1及s2需能使富含水气的气体源A经却水器5，从气体导出管路521排放出；当截水式加湿模组100操作于“加湿”动作模式时，控制信号s1及s2需能使富含水气的气体源A暂时由第一控制阀出口端611接第二控制阀排放端622直接排放出，同时由第二控制阀入口端621导入较高压力空气源在却水器5内部，以提供该却水器5的出水端管路531出水的驱动力。
一蒸发器7，连接于该却水器5的出水端管路531，用以调节该却水器5送出水的温度。蒸发器7的需加湿气体导入端71连接至该却水器5的出水端管路531，而该蒸发器7的反应气体导出端72可经由一反应气体导出管路721连接至一标的装置。例如当本发明应用在燃料电池的领域时，该反应气体导出管路721连接于燃料电池的空气供应管线中，以使该空气供应管线中的气体湿度得到适当的加湿作用。
在该却水器5的出水端管路531中更可包括有一出水控制单元8，例如其可为一手动控制阀、一电磁驱动阀、一气压控制阀、或是一液压控制阀，用以控制该却水器5的水份容置室55中所截取的水是否经由该出水端管路531供应出；在气压驱动模式下，此出水控制单元8需配合“加湿”作动的进行；若该出水控制单元8为一抽水泵浦，则“加湿”作动因不影响加水的效果而可以省略。
图4显示本发明截水式加湿模组100的实施例立体图。在此一实施例中，该截水式加湿模组100制成一单体模组的型态。其可将该截水式加湿模组100的各相关构件组立在一模组壳体101中。
图5显示本发明截水式加湿模组100应用在一燃料电池系统时的管线配置示意图。为了简化该燃料电池系统，在图式中仅表现出该燃料电池系统与空气供应管线间的连接关系。
而在空气源的供应方面，其由一送风装置9(例如一无油式空气压缩机)经一空气供应管线91供应空气至该燃料电池组1的空气入口13。在该空气供应管线91中包括有一空气压力调节阀92可作空气压力的减压调节。一压力计93可用来检测出及显示空气的压力。一空气质流控制器94可测量该空气的质量流速。一空气流量控制计95亦配置在该空气供应管线91中，以利观测气体流量状态，其前端可配置一空气流量控制旋钮96。
当空气源在经由空气流量控制计95送出之后，可经由蒸发器7的需加湿气体导入端71送入蒸发器7中。且由于该却水器5的出水端管路531亦经由出水控制单元8而与该蒸发器7的需加湿气体导入端71相连通，故经由反应气体导入管路73送至该蒸发器7的空气源即含有适当水份，然后再由该蒸发器7作适当的温度调节。如此，即可由反应气体导出管路721供应一经过湿度及温度调节的反应气体。
藉由上述的设计，本发明确能提供一个不需使用高分子交换膜、不需复杂结构、不需特定结构设计、材料成本低、制造成本低、使用寿命较长、耐用度较高的加湿模组，故本发明确具产业利用价值，且本发明在申请专利前，并未有相同或类似的专利或产品公开在先，故本发明业已符合于专利的要件。
以上的实施例说明，仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技术者当可依据本发明的上述实施例说明而作其它种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化，当仍属于本发明的发明精神及所界定的专利范围内。
权利要求
1.一种截水式加湿模组，用以将燃料电池反应所需的反应气体经过湿度及温度调节后，供应至燃料电池组中，该加湿模组包括有，一却水器，其具有一气体导入端，可经由一气体导入管路连接至该燃料电池的排放气体出口；一气体导出端，可连接一气体导出管路；一出水端，可连接一出水端管路；一水份容置室，连接于该气体导入端与气体导出端之间，用以收集水份；一蒸发器，其具有一需加湿气体导入端，连接至该却水器的出水端管路；一反应气体导出端，可经由一反应气体导出管路连接至该燃料电池的反应气体供应管线中；该却水器可将燃料电池的排放气体出口所产生的排放气体经由气体导入端导入，而由气体导出端导出，并将该排放气体中的水份予以截取，并由该却水器的出水端管路将截取的水份予以导出，再与反应气体一同送入该蒸发器中予以进行温度的调节，再由该蒸发器的反应气体导出端供应该经过湿度及温度调节的反应气体至该燃料电池组中。
2.如权利要求1所述的截水式加湿模组，其特征在于该却水器的气体导入管路中更连接有一第一控制阀，用以控制该燃料电池的排放气体出口所送出的气体是否供应至该却水器中。
3.如权利要求2所述的截水式加湿模组，其特征在于该第一控制阀具有一第一控制阀出口端，且该第一控制阀出口端更经由一连通管连接至该气体导出管路。
4.如权利要求1所述的截水式加湿模组，其特征在于该却水器的气体导出管路中更连接有一第二控制阀，用以控制该却水器中的气体是否经由该气体导出管路予以排放出。
5.如权利要求4所述的截水式加湿模组，其特征在于该第二控制阀具有一第二控制阀入口端，其可连接一送风装置，以将一较高压力的空气源导入至该却水器内部，以提供却水器于出水端出水的驱动力。
6.如权利要求1所述的截水式加湿模组，其特征在于该却水器的出水端管路中更包括有一出水控制单元，用以控制该却水器的水份容置室中所截取的水是否经由该出水端管路供应出。
7.如权利要求1所述的截水式加湿模组，其特征在于该却水器及蒸发器组立在一模组壳体中。
8.一种截水式加湿模组，包括有，一却水器，其具有一气体导入端，可连接一气体导入管路，用以引入一富含水气的气体源；一气体导出端，可连接一气体导出管路；一出水端，可连接一出水端管路；一水份容置室，连接于该气体导入端与气体导出端之间，用以收集水份；一蒸发器，其具有一需加湿气体导入端，连接至该却水器的出水端管路；一反应气体导出端，可连接一反应气体导出管路；该却水器可将该富含水气的气体源经由气体导入端导入，而由气体导出端导出，并将该富含水气的气体源中的水份予以截取，并由该却水器的出水端管路将截取的水份予以导出，再送入该蒸发器中予以进行温度的调节，再由该蒸发器的反应气体导出端供应出一经过湿度及温度调节的反应气体。
9.如权利要求8所述的截水式加湿模组，其特征在于该却水器的气体导入管路中更连接有一第一控制阀，用以控制该气体源的气体是否供应至该却水器中。
10.如权利要求9所述的截水式加湿模组，其特征在于该第一控制阀具有一第一控制阀出口端，且该第一控制阀出口端更经由一连通管连接至该气体导出管路。
11.如权利要求8所述的截水式加湿模组，其特征在于该却水器的气体导出管路中更连接有一第二控制阀，用以控制该却水器中的气体是否经由该气体导出管路予以排放出。
12.如权利要求11所述的截水式加湿模组，其特征在于该第二控制阀具有一第二控制阀入口端，其可连接一送风装置，以将一较高压力的空气源导入至该却水器内部，以提供却水器于出水端出水的驱动力。
13.如权利要求8所述的截水式加湿模组，其特征在于该却水器的出水端管路中更包括有一出水控制单元，用以控制该却水器的水份容置室中所截取的水是否经由该出水端管路供应出。
14.如权利要求8所述的截水式加湿模组，其特征在于该却水器及蒸发器组立在一模组壳体中。
全文摘要
一种截水式加湿模组，包括有一却水器，其气体导入端经由一气体导入管路连接至燃料电池的排放气体出口；一气体导出端，可连接一气体导出管路。一蒸发器，其需加湿气体导入端连接至该却水器的出水端管路，一反应气体导出端可经由管路连接至该燃料电池中。该却水器可将燃料电池的排放气体经由气体导入端导入，而由气体导出端导出，并将该排放气体中的水份予以截取，再经由该蒸发器进行温度的调节，据以供应一经过湿度及温度调节的反应气体至该燃料电池组中。该却水器的气体导入管路及气体导出管路中可分别设置一控制阀，用以控制气体的导入与排放。
文档编号H01M8/04GK1815793SQ20051000530
公开日2006年8月9日 申请日期2005年1月31日 优先权日2005年1月31日
发明者徐耀升 申请人:亚太燃料电池科技股份有限公司