一种质子交换膜燃料电池系统的增湿器技术方案

本实用新型专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池系统的增湿器，包括陶瓷轴承、固定端板、一体式金属外筒、内筒、浮动端板、不锈钢弹簧、压紧端板、一体式电机支座和梅花弹性联轴器。本实用新型专利技术将陶瓷轴承分别固定在固定端板和压紧端板上，对内筒转轴起到支撑和调节的作用，降低了转轴转动所产生的扭矩，从而减小焓轮转动阻力。陶瓷轴承是可不润滑的轴承，且防水防锈，装在焓轮内部不影响焓轮的功能性。且陶瓷轴承耐温性能比较好，工作温度范围大，满足焓轮工作要求。固定端板和浮动端板内侧的摩擦面均包覆耐磨材料层，该耐磨材料摩擦系数低，耐温范围广，在高温水环境下变形量很小，且强度高，与金属摩擦磨损量很小，很好的满足焓轮的工作环境要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及质子交换膜燃料电池
，特别是一种质子交换膜燃料电池系统的增湿器。
技术介绍
空气增湿的过程是质子交换膜燃料电池最重要的环节之一。质子交换膜的质子传导率是影响质子交换膜燃料电池性能的重要参数，因此电池运行过程中质子交换膜需要保持良好的水润湿状态，才能具有高的质子传导性。如果质子交换膜脱水或者干沽，膜电阻增力口，导致高的欧姆损失，电池性能下降，同时机械强度降低，严重时导致膜破裂，致使氢气和氧气混合发生爆炸。但是，另外一个方面情况是，如果电池内气体湿度过高，造成电池内部积水，电极被水淹没，在通道和扩散层中行程局部阻塞，使得反应气体的流动和扩散减弱或阻断，影响电极反应，同样造成燃料电池的输出性能下降。因此，燃料电池反应气体的湿度控制，特别是空气湿度控制在质子交换膜燃料电池运行中至关重要，是最重要的控制参数。在目前应用中，为燃料电池中的气体增湿的增湿器主要有两种形式，一种是水通过膜扩散为气体增湿，另外一种是通过焓轮增湿器进行焓轮增湿。膜增湿器具有结构紧凑、低压降等特点，但其结构复杂，使用超滤膜增湿器，成本较闻。焓轮增湿器是利用焓轮直接为燃料电池增湿增热。焓轮增湿器是常用的增湿手段之一，其核心部件是由电机带动的多孔陶瓷转轮。陆仲君等在《燃料电池发动机系统用焓轮增湿器仿真及实验研究》(《车用发动机》2008年第一期(总第173期))一文中，介绍其中的焓轮加湿器的核心部件是蜂窝陶瓷材料(即焓轮)，焓轮主要成分为堇青石。当燃料电池排出的湿热空气(阴极排气)尾气，通过焓轮一侧时，陶瓷转轮吸收尾气中的热量和水分，储存在表面上。当焓轮转动到另外一侧，与新鲜空气接触时，将相对低温度和湿度的新鲜空气进行加热和增湿，即完成加热增湿-再生过程，达到燃料电池需要的条件。上海神力科技有限公司的中国专利ZL03129339.5公开了 “一种高效燃料电池的空气增湿系统”，该增湿系统采用的是一种焓轮增湿装置，其中空气过滤器的空气进口与大气相通，出口通过控制阀与增湿装置和干空气进口连接，湿空气出口与空气输送装置的进口连接，空气输送装置与燃料电池的空气进口连接，燃料电池堆的空气出口与增湿装置的湿空气进口连接，而增湿装置的去湿空气出口与大气连通，这样达到为燃料电池堆增湿。这种增湿器增湿效率高，进入燃料电池堆的空气流量能够保证空气输送压力基本恒定，压力损失较小，有利于排除空气侧的水分子向吸进空气侧扩散、渗透，提高增湿效果。但采用焓轮增湿器仍存在一些问题:1、焓轮增湿器结构复杂，组装公差很难控制，而其本身对形位要求比较高，同轴度与垂直度直接影响转动扭矩；2、焓轮内部转动体内筒转动时扭矩大，导致电机电流过大，影响电机的使用寿命;3、转动摩擦材料聚甲醛磨损严重，影响焓轮的寿命；4、结构不够稳定，零部件之间位置浮动空间比较大，尤其是在车载条件下，比较恶劣的工况下，零部件位置由于振动等的影响产生位置改变，影响焓轮扭矩，直接反映为电机受损或结构件失效，也会严重影响焓轮的使用寿命和增湿性能。由于存在以上问题，焓轮增湿器便不能更好的满足燃料电池系统高效率、长寿命的运行要求。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本技术要提供一种能够在有效满足焓轮增湿性能的前提下，使得焓轮的结构更加稳定、组装公差可控、材料磨损更小、转动扭矩低，从而使得焓轮使用寿命更长的质子交换膜燃料电池系统的增湿器。为了实现上述目的，本技术的技术方案如下:一种质子交换膜燃料电池系统的增湿器，包括陶瓷轴承、固定端板、一体式金属外筒、内筒、浮动端板、不锈钢弹簧、压紧端板、一体式电机支座和梅花弹性联轴器；所述的一体式金属外筒左端安装有固定端板、右端安装有压紧端板，所述的内筒同圆心安装在一体式金属外筒的内部，内筒的两端分别安装有固定端板和浮动端板，中心安装有转轴，所述的陶瓷轴承有两套、分别固定在固定端板和压紧端板上并支撑转轴，所述的不锈钢弹簧安装在浮动端板与压紧端板之间，所述的转轴右端安装有梅花弹性联轴器，所述的一体式电机支座左端固定在压紧端板上，右端安装有电机，所述的梅花弹性联轴器的右端与电机转轴连接；所述的固定端板和浮动端板内侧的摩擦面均包覆耐磨材料层。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果:1、本技术将陶瓷轴承分别固定在固定端板和压紧端板上，对内筒转轴起到支撑和调节的作用，降低了转轴转动所产生的扭矩，从而减小焓轮转动阻力。陶瓷轴承是可不润滑的轴承，且防水防锈，装在焓轮内部不影响焓轮的功能性。且陶瓷轴承耐温性能比较好，工作温度范围大，满足焓轮工作要求。2、本技术的固定端板和浮动端板内侧的摩擦面均包覆耐磨材料层，耐磨材料采用非金属材料聚甲醛加铁氟龙(P0M+TF)，该材料摩擦系数低，耐温范围广，在高温水环境下变形量很小，且强度高，与金属摩擦磨损量很小，很好的满足焓轮的工作环境要求。摩擦系数低和长时间温湿环境工作不变形的特性，对焓轮的长时间转动很有益，降低了焓轮的转动扭矩，减轻了电机和减速箱的工作负担。3、本技术的一体式金属外筒有效地控制了固定端板和压紧端板之间的同心度和平行度，而且也很好地控制了焓轮工作的尺寸，保证了不锈钢弹簧的工作区间可控，提高了焓轮本体结构的稳定性，更适合不规律的动态工况。一体式金属外筒的结构既减少了零部件的数量，降低了组装难度，也方便控制产品的精度和质量。4、本技术的一体式电机支座则是更快捷而精准的把电机与焓轮本体连接到一起，更好的保证了电机与焓轮本体内筒之间的同轴转动，保证了零件之间的相对位置精度，从而确保焓轮内筒摩擦面不会与端板摩擦面成角度摩擦，造成摩擦材料的严重磨损，也确保了内部的内筒端面与固定端板内板端面、浮动端板内板端面的密封，无内漏现象发生。5、本技术的梅花弹性联轴器起到弹性调节的作用，防止螺栓松动等不可预测情况发生，电机与内筒短时间内无法同轴转动的时对摩擦面材料造成不均匀磨损，从而对洽轮的性能造成损坏。附图说明本技术共有附图2张，其中:图1是本技术的结构示意图。图2是本技术的气体流动示意图。图中:1、固定端板，2、一体式金属外筒，3、内筒，4、浮动端板，5、不锈钢弹簧，6、压紧端板，7、一体式电机支座，8、梅花弹性联轴器，9、电机，10、陶瓷轴承，11、内筒转轴，21、空气入口，22、尾气排出口，23、入堆口，24、出堆口。具体实施方式以下结合附图对本技术进行进一步地描述。如图1所示，一种质子交换膜燃料电池系统的增湿器，包括陶瓷轴承10、固定端板1、一体式金属外筒2、内筒3、浮动端板4、不锈钢弹簧5、压紧端板6、一体式电机支座7和梅花弹性联轴器8 ；所述的一体式金属外筒2左端安装有固定端板1、右端安装有压紧端板6,所述的内筒3同圆心安装在一体式金属外筒2的内部，内筒3的两端分别安装有固定端板I和浮动端板4，中心安装有转轴11，所述的陶瓷轴承10有两套、分别固定在固定端板I和压紧端板6上并支撑转轴11，所述的不锈钢弹簧5安装在浮动端板4与压紧端板6之间，所述的转轴11右端安装有梅花弹性联轴器8，所述的一体式电机支座7左端固定在压紧端板6上，右端安装有电机9,所述的梅花弹性联轴器8的右端与电机9转轴连接；所述的固定端板I和浮动端板4内侧的摩擦面均包覆耐磨材料层。图2所示为增湿器中气体流动示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池系统的增湿器，其特征在于：包括陶瓷轴承（10）、固定端板（1）、一体式金属外筒（2）、内筒（3）、浮动端板（4）、不锈钢弹簧（5）、压紧端板（6）、一体式电机支座（7）和梅花弹性联轴器（8）；所述的一体式金属外筒（2）左端安装有固定端板（1）、右端安装有压紧端板（6），所述的内筒（3）同圆心安装在一体式金属外筒（2）的内部，内筒（3）的两端分别安装有固定端板（1）和浮动端板（4），中心安装有转轴（11），所述的陶瓷轴承（10）有两套、分别固定在固定端板（1）和压紧端板（6）上并支撑转轴（11），所述的不锈钢弹簧（5）安装在浮动端板（4）与压紧端板（6）之间，所述的转轴（11）右端安装有梅花弹性联轴器（8），所述的一体式电机支座（7）左端固定在压紧端板（6）上，右端安装有电机（9），所述的梅花弹性联轴器（8）的右端与电机（9）转轴连接；所述的固定端板（1）和浮动端板（4）内侧的摩擦面均包覆耐磨材料层。

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池系统的增湿器，其特征在于:包括陶瓷轴承(10)、固定端板(I)、一体式金属外筒(2)、内筒(3)、浮动端板(4)、不锈钢弹簧(5)、压紧端板(6)、一体式电机支座(7)和梅花弹性联轴器(8)； 所述的一体式金属外筒(2)左端安装有固定端板(I)、右端安装有压紧端板(6)，所述的内筒(3)同圆心安装在一体式金属外筒(2)的内部，内筒(3)的两端分别安装有固定端板(I)和浮动端板(4)，中心安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪婷，李秋红，丁鹏，王克勇，侯中军，王仁芳，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：