[发明专利]流体交换膜组件

说明书

本发明涉及流体交换膜组件，所述流体交换膜组件包括：壳体，其包括至少两对流体流入口和流体排出口；以及流体交换膜，内置于所述壳体内，其防止在驱动状态下在任一对流体流入口和流体排出口之间流动的干燥流体与在另一对流体流入口和流体排出口之间流动的高湿流体直接接触，所述高湿流体的流体流入口包括扩散器(diffuser)。所述流体交换膜组件使朝向流体交换膜的一侧部流动的流体进行隔热膨胀，以提高高温高湿流体的相对湿度，从而能够使通过流体交换膜实现的流体传递量极大化，并且降低流体的压力，从而能够使流体流的压力分布均匀。

技术领域

本发明涉及流体交换膜组件，具体涉及一种仅通过设置简单的构件或者改变流路的形状就能够使通过流体交换膜实现的流体传递量极大化，并且使流体流的压力分布均匀的流体交换膜组件。

所述流体交换膜组件可以是水分供给组件、热交换组件、气体分离组件或者水处理组件。

背景技术

燃料电池是指通过结合氢和氧来发电的发电型电池。燃料电池不同于干电池或者蓄电池等一般的化学电池，只要供给氢和氧就能够持续发电，并且没有热损失，因此效率比内燃机高出两倍左右。此外，将通过氢和氧的结合所产生的化学能直接转换成电能，因此污染物排出量低。因此，燃料电池不但是环保型，还能够减少能量消耗增加所带来的资源枯竭的忧虑。根据所使用的电解质的种类，这种燃料电池可以大致分为聚合物电解质膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell,PEMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)以及碱型燃料电池(AFC)等。这些各燃料电池虽然根本上基于相同的原理工作，但是所使用的燃料的种类、运行温度、催化剂、电解质等彼此不同。其中，相对于其它燃料电池，聚合物电解质膜燃料电池在低温下工作，并且输出密度高，因而能够实现小型化，因此认为，不仅对于小规模固定型发电设备，对于传递系统，也是最有前景的。

在提高聚合物电解质膜燃料电池的性能方面，最为重要的关键因素之一是，向膜-电极接合体(Membrane Electrode Assembly,MEA)的聚合物电解质膜(PolymerElectrolyte Membrane(聚合物电解质膜)或者Proton Exchange Membrane(质子交换膜),PEM)供给一定量以上的水分，从而维持含水率。这是因为当聚合物电解质膜干燥时发电效率急剧下降。对聚合物电解质膜进行加湿的方法有如下等方法：1)起泡器(bubbler)加湿方式，在耐压容器装满水后，使对象气体通过扩散器(diffuser)，从而供给水分；2)直接喷射(direct injection)方式，计算燃料电池反应所需的水分供给量，并通过电磁阀直接向气体流动管供给水分；3)加湿膜方式，利用高分子分离膜向气体的流动层供给水分。其中，加湿膜方式在实现加湿器的轻量化以及小型化方面有利，其利用仅使排出气体中所含的水蒸气选择性地透过的膜来向供给到聚合物电解质膜的气体提供水蒸气，从而对聚合物电解质膜进行加湿。

关于加湿膜方式中使用的选择性透过膜，可以使用单位体积的透过面积大的中空纤维膜，也可以使用有利于获得均匀流动的平膜。要求高度集成化的100kW以上的高容量燃料电池系统优选采用中空纤维膜的水分供给装置，而在50kW以下的一般燃料电池系统，使用任何形式的膜都无妨。

目前为止，为了加湿膜方式的水分供给组件的高度集成化而进行的技术开发仅集中在改善选择性透过膜的效率，然而本发明要在水分供给组件中增设物理装置以使水分传递效率极大化，并由此实现高度集成化以及制造成本的改善效果。

在先技术文献

专利文献

韩国公开专利第10-2009-0013304号(公开日：2009.02.05)

发明内容

所要解决的技术问题