用于燃料电池的增湿器的制作方法

本实用新型涉及增湿器技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池的增湿器。

背景技术：

燃料电池是一种清洁、高效、长寿命的发电装置。与常规的发电技术相比，燃料电池在效率、安全性、可靠性、灵活性、清洁性、操作性能等方面有很大的优势，应用前景十分广阔。在燃料电池的运行过程中，进入燃料电池的气体即进气的湿度控制至关重要。在对燃料电池的进气进行控制时，通常通过增湿器来实现。

在目前实际应用中，为燃料电池进气增湿的增湿器主要有两种，一种是膜增湿器，其通过水分在膜中的扩散对进气进行增湿；另一种是焓轮增湿器，其通过焓轮增湿。

膜增湿器具有结构紧凑、低压降等特点，其典型结构包括湿板、聚合物膜、扩散层以及干板，其中干板上的流动通道用于干气体的流通和增湿，湿板上有增湿通道。膜材料透水但不透气，它一侧与湿板接触，另外一侧是由弹性、导电、透气材料制成的扩散层。但是，膜增湿器存在密封和承压问题，因为聚合物膜遇水溶胀，膜在干-湿态之间的反复溶胀-收缩，会导致与密封面脱离，从而发生渗漏；另外，聚合物膜是有机材料，易于变形，且耐压能力差，在使用过程中可能会在气压的作用下发生破裂。

焓轮增湿器是利用焓轮为燃料电池的进气进行增湿增热，其核心部件是由电机带动的多孔陶瓷转轮(即焓轮)。它的工作原理是燃料电池的排气(湿度接近100％的热、湿气)进入焓轮加湿器，焓轮吸收排气中的热量和水分，储存于其多孔结构中。当新鲜空气进入焓轮时，由于新鲜空气相对湿度低，将焓轮内的水分蒸发出来并带走，从而完成对进气的加湿，同时进气由于吸收热量，温度也得到提高。当焓轮增湿器以一定速度转动时，焓轮依次经过对进气增湿加热(增湿过程)和从燃料电池排气中吸收热量和水分(吸湿过程)，即增湿-吸湿过程。焓轮增湿器具有成本低、寿命长、结构简单、易于制造、热回收率高、增湿湿量容易调节等优点。然而，焓轮增湿器存在以下问题：(1)陶瓷密度大，会增加系统质量和转动电机的功率消耗，特别是在汽车上应用时，对重量和功耗(效率)比较敏感；(2)陶瓷磨损问题严重，陶瓷焓轮与壳体之间的磨损，会导致焓轮与壳体之间的间隙增加，这将导致燃料电池的排气混入新鲜空气中，降低增湿后进气中氧气浓度；(3)陶瓷作为增湿焓轮的磨擦阻力较大，功耗和噪音较大，影响增湿器的寿命。由于存在这些问题，焓轮增湿器不能很好地满足燃料电池系统的高效率和长期运行要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决目前的增湿器存在容易发生渗漏、易于变形、耐压能力差、在使用过程中可能会在气压的作用下发生破裂、会降低增湿后进气中氧气浓度及功耗、噪音较大及寿命比较短的技术问题，提供一种用于燃料电池的增湿器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于燃料电池的增湿器，其包括增湿器本体、第一二位四通换向阀、第二二位四通换向阀和PLC控制器，其中：所述增湿器本体包括第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体内部均为蜂窝体结构；PLC控制器的控制端分别与第一二位四通换向阀和第二二位四通换向阀的控制端连接；第一二位四通换向阀的P口与干气源连接，第一二位四通换向阀的T口与废气收纳箱连接，第一二位四通换向阀的A口与第一腔体的第一开口连接，第一二位四通换向阀的B口与第二腔体的第一开口连接；第二二位四通换向阀的P口与燃料电池的湿气出口连接，第二二位四通换向阀的T口与燃料电池的湿气进口连接，第二二位四通换向阀的B口与第一腔体的第二开口连接，第二二位四通换向阀的A口与第二腔体的第二开口连接。

可选地，所述蜂窝体结构的材料为陶瓷或堇青石。

可选地，所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。

可选地，所述干气源提供空气或者氢气。

本实用新型的有益效果是：

通过设置四通电磁换向阀、PLC控制器及第一腔体和第二腔体的增湿器本体，并将第一腔体和第二腔体的内部设置为蜂窝体结构，以及通过PLC控制器控制第一二位四通换向阀和第二二位四通换向阀的换向时机，提供一种不同于膜增湿器和焓轮增湿器的增湿器，本实用新型提供的增湿器不需要转动电机、没有移动部件、加湿过程没有噪音、不会发生渗漏。因此，与背景技术相比，本实用新型具有不会发生渗漏、不容易变形、耐压能力好、使用过程不会发生破裂、不会影响增湿后进气中氧气浓度及功耗、没有噪音及寿命比较长等优点。

附图说明

图1是本实用新型的系统组成示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步地详细描述。

如图1所示，本实施例中的用于燃料电池的增湿器，包括增湿器本体、第一二位四通换向阀1、第二二位四通换向阀2和PLC控制器5，其中：所述增湿器本体包括第一腔体3和第二腔体4，第一腔体3和第二腔体4内部均为蜂窝体结构；PLC控制器5的控制端分别与第一二位四通换向阀1和第二二位四通换向阀2的控制端连接；第一二位四通换向阀1的P口与干气源连接，第一二位四通换向阀1的T口与废气收纳箱连接，第一二位四通换向阀1的A口与第一腔体3的第一开口6连接，第一二位四通换向阀1的B口与第二腔体4的第一开口7连接；第二二位四通换向阀2的P口与燃料电池的湿气出口连接，第二二位四通换向阀2的T口与燃料电池的湿气进口连接，第二二位四通换向阀2的B口与第一腔体3的第二开口8连接，第二二位四通换向阀2的A口与第二腔体4的第二开口9连接。

其中，所述蜂窝体结构的材料为陶瓷或堇青石。所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。所述干气源提供空气或者氢气。

本实用新型在使用时，PLC控制器5控制第二二位四通换向阀2的P口与B口连通，从燃料电池的湿气出口出来的高温、高湿度尾气(湿气)通过第一腔体3的第二开口8进入增湿器本体，该湿气加湿、加热第一腔体3内的蜂窝体结构；当加湿加热过程完成后，PLC控制器5控制第一二位四通换向阀1的A口与T口连通，加湿加热的废气进入废气收纳箱；然后，PLC控制器5控制第一二位四通换向阀1的P口与A口连通，此时从干气源的干气出口出来的需要增湿的干气(空气或氢气)通过第一开口6进入第一腔体3，经过蜂窝体结构换湿、换热后变成达到温度和湿度要求的湿气(湿空气或湿氢气)后，PLC控制器5控制第二二位四通换向阀2的B口与T口连通，湿气从第二开口8进入燃料电池；其中，第一腔体3中的干气在经过蜂窝体结构换湿、换热的过程中，PLC控制器5控制第二二位四通换向阀2的P口与A口连通，从燃料电池的湿气出口出来的高温、高湿度尾气(湿气)通过第二腔体4的第二开口9进入增湿器本体，并对第二腔体4内的蜂窝体结构进行加湿、加热；其余过程与第一腔体3中进行的过程相同。这样循环进行下去，可以达到对进入燃料电池的干气(空气或氢气)进行加湿、加热的目的。第一二位四通换向阀1和第二二位四通换向阀2的换向时机(换到每个口的时刻及持续时间)通过PLC控制器5控制换向阀来实现。各个步骤中的换向时间根据对干气的增湿、增温要求调整。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。