一种燃料电池发动机进气增湿可调装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种燃料电池发动机进气增湿可调装置，包括控制单元、传感器、电磁三通阀、膜增湿器、背压阀、水泵和冷凝器组件，所述的控制单元分别连接传感器、电磁三通阀、背压阀、水泵和冷凝器组件，所述的传感器分别连接燃料电池发动机与膜增湿器，所述的膜增湿器、电磁三通阀和水泵通过连接头相互连接，所述的电磁三通阀、背压阀和冷凝器组件通过连接头相互连接，所述的水泵与冷凝器组件连接，所述的电磁三通阀与燃料电池发动机连接。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有实现燃料电池发动机进气达到理想湿度，避免水淹和膜干，保证燃料电池发动机稳定高效运行等优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种燃料电池增湿装置，尤其是涉及一种燃料电池发动机进气增湿可调装置。
技术介绍
燃料电池是一种化学效能高、无污染的发电装置，具有工作温度低、抗腐蚀性好、电流密度高、响应速度快、零排放等优点，适合作为车载动力源。世界各大汽车公司都对燃料电池汽车开展了积极的研究，已有不少汽车制造商生产出了样车，部分已经进行了公路测试及商业化示范运行，可见燃料电池汽车市场具有光明的前景。增湿系统是质子交换膜燃料电池中最重要的子系统之一。目前广泛使用的质子交换膜燃料电池使用固体聚合物一质子交换膜为电解质，其性能受质子交换膜电导率的影响十分显著。电池运行过程中质子交换膜需要结合水才能保持质子的传导性，水含量越高则离子传导能力越强，如果水含量减少，膜的阻抗增加，导致高电流密度时很大的欧姆损失；如果膜脱水或干枯，催化层的活性将下降，导致电池不能工作，严重时会造成膜的破裂，致使H2和02相互混合，甚至发火发生爆炸。质子交换膜的电导率与其自身的含水量密切相关，这就要求反应气体在进入燃料电池发动机前先要进行增湿，将一定量的水蒸汽带入燃料电池发动机，使质子交换膜保持湿润的状态。但是湿度并不是越高越好，如果控制不好，将导致燃料电池内部积水过多，造成电极中的催化剂被腌溃，失去活性，并且还会在流道和扩散层中形成气液二相流，造成局部祖塞，使氢气和氧气的流动和扩散减弱或中断，传质过程受阻，进而影响电池的工作。一般认为小电流、大流量、低湿度将导致膜缺水，大电流、小流量、高湿度可能造成水淹，因此，增湿控制在燃料电池发动机控制技术中至关重要。目前应用于质子交换膜燃料电池的增湿方式有外增湿、内增湿和自增湿三种，其中外增湿具有增湿量大、容易控制等优点，是最常用的增湿方式。外增湿的实现方式主要有鼓泡增湿、液态水喷射增湿、膜增湿、焓轮增湿等，其中膜增湿法凭借结构简单、增湿效果明显等优点，成为了主要的外增湿实现方式。专利号200420090445.5，专利技术名称为“一种高效的燃料电池增湿可调装置”的技术专利，其喷水量和功率大小成正比，为了在小功率下防止进气中含有液态水，将喷水量减少至lOg/s，而小功率正是容易出现缺水的情况，这种增湿方式很容易起不到理想的增湿效果；专利号02111824.8，专利技术名称为“一种用于燃料电池的高效增湿可调装置”的专利技术专利采用一个可以旋转的增湿器利用尾气给进气进行增湿，存在的问题是当右半内胆还没饱和时，反应气体已经通过左内胆进入燃料电池发动机参与反应了，利用该装置进行增湿的话势必会存在进气湿度断续的情况，使得质子交换膜的含水量一直波动，降低膜的寿命。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现燃料电池发动机进气达到理想湿度，避免水淹和膜干，保证燃料电池发动机稳定高效运行的燃料电池发动机进气增湿可调装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种燃料电池发动机进气增湿可调装置，包括控制单元、传感器、电磁三通阀、膜增湿器、背压阀、水泵和冷凝器组件，所述的控制单元分别连接传感器、电磁三通阀、背压阀、水泵和冷凝器组件，所述的传感器分别连接燃料电池发动机与膜增湿器，所述的膜增湿器、电磁三通阀和水泵通过连接头相互连接，所述的电磁三通阀、背压阀和冷凝器组件通过连接头相互连接，所述的水泵与冷凝器组件连接，所述的电磁三通阀与燃料电池发动机连接。所述的膜增湿器内设有多个由透水阻气膜制成的管束。所述的传感器包括温度传感器、功率传感器。 所述的冷凝器组件包括冷凝器、冷凝器风扇、冷凝器风扇电机和储液罐，所述的冷凝器风扇电机一端与控制单元连接，另一端依次连接冷凝器风扇、冷凝器和储液罐，所述的冷凝器通过连接头与电磁三通阀、背压阀连接，所述的储液罐和水泵连接。所述的储液罐中设有液体过滤器和液位报警器。所述的冷凝器上设有用于气体排放的通气口。所述的连接头为两进一出的三孔连接头。与现有技术相比，本技术具有以下优点:1、本技术通过传感器实时监测燃料电池发动机进气端的温度，并通过控制单元控制各部件的动作，实现燃料电池发动机进气达到理想湿度；2、本技术的膜增湿器采用透水阻气膜，有效分离水和气，保证燃料电池发动机稳定高效运行。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为膜增湿器的结构示意图；图3为膜增湿器的截面示意图；图4为rcu实现湿度调节控制的示意图。图中，I为控制单元，2为温度传感器，3为燃料电池发动机，4为电磁三通阀，5为连接头，6为膜增湿器，7为背压阀，8为水泵，9为冷凝器，10为储液罐，11为冷凝器风扇，12为冷凝器风扇电机。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。实施例1本技术燃料电池发动机进气增湿可调装置结构如图1所示，包括控制单元(rcu) 1、传感器、电磁三通阀4、膜增湿器6、背压阀7、水泵8和冷凝器组件，所述的控制单元I分别连接传感器、电磁三通阀4、背压阀7、水泵8和冷凝器组件，所述的膜增湿器6、电磁三通阀4和水泵8通过连接头5相互连接，所述的电磁三通阀4、背压阀7和冷凝器组件通过连接头5相互连接，所述的水泵8与冷凝器组件连接，所述的电磁三通阀4与燃料电池发动机3连接。所述的传感器包括温度传感器2、功率传感器以及燃料电池系统的其它相关传感器，所述的温度传感器2分别连接燃料电池发动机3与膜增湿器6。被加湿的燃料电池发动机进气不限于阴极侧进气，也包括阳极侧进气，进气的气体可以用空气，也可以用氢气。图1中，虚线表示电连接，实线表示机械连接。温度传感器2安装于进气管道内，可以检测进入燃料电池发动机的反应气体的温度，并将信号传送给rcui。rcui可以根据温度传感器2检测到的进气温度信号，以及燃料电池发动机系统其他相关运行信号，控制进气增湿可调装置中的电磁三通阀4、背压阀7、水泵8、冷凝器风扇11，从而起到调节进气温/湿度和系统工作压力的作用。如图2-图3所示，所述的膜增湿器6内设有多个由透水阻气膜制成的管束E，透水阻气膜只允许水分子通过，不允许气体分子通过，让水和气在膜的两侧流过，水通过膜渗透到气体侧。图2、图3中，A为湿侧入口，B为湿侧出口，C为干空气侧，D为湿侧，E为管束。所述的冷凝器组件包括冷凝器9、冷凝器风扇11、冷凝器风扇电机12和储液罐10，所述的冷凝器风扇电机12 —端与控制单元I连接，另一端依次连接冷凝器风扇11、冷凝器9和储液罐10，所述的冷凝器9通过连接头5与电磁三通阀4、背压阀7连接，所述的储液罐10和水泵8连接。所述的冷凝器9可以将水蒸气冷却为液态水，并排出气体，所述的储液罐10可以过滤并存储一定量的液态水。当燃料电池发动机排出的尾气通过电磁阀时，可以进入增湿器进行气/气增湿，也可以绕过膜增湿器直接到达背压阀后端，与增湿器出口的尾气一起进入冷凝器；经冷凝器冷凝得到的液态水存储于储液罐，可由水泵抽取到膜增湿器对进入发动机的气体进行增湿。所述的储液罐10中设有液体过滤器和液位报警器，液体过滤器可以滤掉冷凝器回流的液态水中的杂质，并存储一定量的液态水；当液位达到最大值时，液位报警器发送报警信息给FCU，FCU通过降低冷凝器转速来实现水蒸气的排放。冷凝器9出口处设有通气口，可进行气体排放。本实施例描述单独进行气/气增湿的情况:rcu收集燃料电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池发动机进气增湿可调装置，其特征在于，包括控制单元、传感器、电磁三通阀、膜增湿器、背压阀、水泵和冷凝器组件，所述的控制单元分别连接传感器、电磁三通阀、背压阀、水泵和冷凝器组件，所述的传感器分别连接燃料电池发动机与膜增湿器，所述的膜增湿器、电磁三通阀和水泵通过连接头相互连接，所述的电磁三通阀、背压阀和冷凝器组件通过连接头相互连接，所述的水泵与冷凝器组件连接，所述的电磁三通阀与燃料电池发动机连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周苏，俞林炯，司璐璐，章桐，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：实用新型
国别省市：