[實(shí)用新型]一種質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的增濕器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220746895.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN203013853U
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉雪婷;李秋紅;丁鵬;王克勇;侯中軍;王仁芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新源動(dòng)力股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的增濕器。

背景技術(shù)

空氣增濕的過程是質(zhì)子交換膜燃料電池最重要的環(huán)節(jié)之一。質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率是影響質(zhì)子交換膜燃料電池性能的重要參數(shù)，因此電池運(yùn)行過程中質(zhì)子交換膜需要保持良好的水潤濕狀態(tài)，才能具有高的質(zhì)子傳導(dǎo)性。如果質(zhì)子交換膜脫水或者干沽，膜電阻增加，導(dǎo)致高的歐姆損失，電池性能下降，同時(shí)機(jī)械強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致膜破裂，致使氫氣和氧氣混合發(fā)生爆炸。但是，另外一個(gè)方面情況是，如果電池內(nèi)氣體濕度過高，造成電池內(nèi)部積水，電極被水淹沒，在通道和擴(kuò)散層中行程局部阻塞，使得反應(yīng)氣體的流動(dòng)和擴(kuò)散減弱或阻斷，影響電極反應(yīng)，同樣造成燃料電池的輸出性能下降。因此，燃料電池反應(yīng)氣體的濕度控制，特別是空氣濕度控制在質(zhì)子交換膜燃料電池運(yùn)行中至關(guān)重要，是最重要的控制參數(shù)。

在目前應(yīng)用中，為燃料電池中的氣體增濕的增濕器主要有兩種形式，一種是水通過膜擴(kuò)散為氣體增濕，另外一種是通過焓輪增濕器進(jìn)行焓輪增濕。

膜增濕器具有結(jié)構(gòu)緊湊、低壓降等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用超濾膜增濕器，成本較高。

焓輪增濕器是利用焓輪直接為燃料電池增濕增熱。焓輪增濕器是常用的增濕手段之一，其核心部件是由電機(jī)帶動(dòng)的多孔陶瓷轉(zhuǎn)輪。陸仲君等在《燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)用焓輪增濕器仿真及實(shí)驗(yàn)研究》（《車用發(fā)動(dòng)機(jī)》2008年第一期（總第173期））一文中，介紹其中的焓輪加濕器的核心部件是蜂窩陶瓷材料（即焓輪），焓輪主要成分為堇青石。當(dāng)燃料電池排出的濕熱空氣（陰極排氣）尾氣，通過焓輪一側(cè)時(shí)，陶瓷轉(zhuǎn)輪吸收尾氣中的熱量和水分，儲(chǔ)存在表面上。當(dāng)焓輪轉(zhuǎn)動(dòng)到另外一側(cè)，與新鮮空氣接觸時(shí)，將相對(duì)低溫度和濕度的新鮮空氣進(jìn)行加熱和增濕，即完成加熱增濕-再生過程，達(dá)到燃料電池需要的條件。上海神力科技有限公司的中國專利ZL03129339.5公開了“一種高效燃料電池的空氣增濕系統(tǒng)”，該增濕系統(tǒng)采用的是一種焓輪增濕裝置，其中空氣過濾器的空氣進(jìn)口與大氣相通，出口通過控制閥與增濕裝置和干空氣進(jìn)口連接，濕空氣出口與空氣輸送裝置的進(jìn)口連接，空氣輸送裝置與燃料電池的空氣進(jìn)口連接，燃料電池堆的空氣出口與增濕裝置的濕空氣進(jìn)口連接，而增濕裝置的去濕空氣出口與大氣連通，這樣達(dá)到為燃料電池堆增濕。這種增濕器增濕效率高，進(jìn)入燃料電池堆的空氣流量能夠保證空氣輸送壓力基本恒定，壓力損失較小，有利于排除空氣側(cè)的水分子向吸進(jìn)空氣側(cè)擴(kuò)散、滲透，提高增濕效果。但采用焓輪增濕器仍存在一些問題：

1、焓輪增濕器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組裝公差很難控制，而其本身對(duì)形位要求比較高，同軸度與垂直度直接影響轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩；

2、焓輪內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)體內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)扭矩大，導(dǎo)致電機(jī)電流過大，影響電機(jī)的使用壽命；

3、轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦材料聚甲醛磨損嚴(yán)重，影響焓輪的壽命；

4、結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，零部件之間位置浮動(dòng)空間比較大，尤其是在車載條件下，比較惡劣的工況下，零部件位置由于振動(dòng)等的影響產(chǎn)生位置改變，影響焓輪扭矩，直接反映為電機(jī)受損或結(jié)構(gòu)件失效，也會(huì)嚴(yán)重影響焓輪的使用壽命和增濕性能。

由于存在以上問題，焓輪增濕器便不能更好的滿足燃料電池系統(tǒng)高效率、長壽命的運(yùn)行要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型要提供一種能夠在有效滿足焓輪增濕性能的前提下，使得焓輪的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、組裝公差可控、材料磨損更小、轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩低，從而使得焓輪使用壽命更長的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的增濕器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的增濕器，包括陶瓷軸承、固定端板、一體式金屬外筒、內(nèi)筒、浮動(dòng)端板、不銹鋼彈簧、壓緊端板、一體式電機(jī)支座和梅花彈性聯(lián)軸器；

所述的一體式金屬外筒左端安裝有固定端板、右端安裝有壓緊端板，所述的內(nèi)筒同圓心安裝在一體式金屬外筒的內(nèi)部，內(nèi)筒的兩端分別安裝有固定端板和浮動(dòng)端板，中心安裝有轉(zhuǎn)軸，所述的陶瓷軸承有兩套、分別固定在固定端板和壓緊端板上并支撐轉(zhuǎn)軸，所述的不銹鋼彈簧安裝在浮動(dòng)端板與壓緊端板之間，所述的轉(zhuǎn)軸右端安裝有梅花彈性聯(lián)軸器，所述的一體式電機(jī)支座左端固定在壓緊端板上，右端安裝有電機(jī)，所述的梅花彈性聯(lián)軸器的右端與電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接；

所述的固定端板和浮動(dòng)端板內(nèi)側(cè)的摩擦面均包覆耐磨材料層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：