专利名称：一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池发电系统 的湿焓转换装置。
背景技术：
质子交换膜燃料电池是一种高效的、环境友好的发电装置。可以作为车、船运 载工具的动力系统，也可以用作手提式、移动式、固定式的发电装置。质子交换膜燃料电池的质子交换膜在电池运行的过程中需要有水分子保湿，所 以，向燃料电池供应的空气一般都需要增湿，使进入燃料电池的空气的相对湿度提高， 以免质子交换膜失水。空气增湿同时，提高空气的温度，能提高质子交换膜燃料电池发 电效率。现有技术中，对进入燃料电池的空气增湿多采用湿焓转换装置。现有的湿焓转换装置是一个利用燃料电池自身产生的废热和水(尾气)进行湿焓 交换的装置。新鲜、干燥的空气进入湿焓转换装置后被增湿加热后进入燃料电池，反应 后产生的废热和水(尾气)又进入湿焓转换装置增湿加热新鲜、干燥的空气，剩余的尾气 被排掉，这样往复循环。现有技术的质子交换摸燃料电池增湿装置包括动力部分和湿焓转换部分。动力 部分为湿焓转换部分提供转动扭矩。湿焓转换部分由带轴承的上、下端板、内、外筒和 置于上、下端板之间的装在内筒内的湿焓转换材料组成，内筒与上、下端板之间为可转 动连接，内筒与上、下端板之间设有密封摩擦副。现有技术的质子交换摸燃料电池增湿装置有以下缺点1、结构复杂，造价高。2、转动扭矩大、寿命短。由于密封的需要，摩擦副之间压力大、摩擦力大，并 且湿焓转换装置转速缓慢，摩擦副间形不成润滑的液膜，因此转动扭矩大，需要电机的 功率大，摩擦副磨损严重，寿命短，可靠性降低。3、密封效果差，湿焓转换装置的进、出口空气窜气量大。专利号为CN200710011142.8的专利提供了一种用于质子交换膜燃料电池发动机 的湿焓转换装置，是一种带有浮动端板的湿焓转换装置，这种装置的不足在于1、安装精度要求高。由于结构上的原因，连接、安装到燃料电池发电系统上 时，容易造成上下两摩擦副不平行。2、结构复杂。设计了湿焓转换筒和浮动端板使结构复杂。3、同样存在转动扭矩大、摩擦副之间摩擦力大，磨损严重，寿命短，可靠性降 低的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单，效率 高，寿命长，维护成本低，适用压力范围广的用于质子交换膜燃料电池发电系统的空气湿焓转换装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，包括动力部分、湿焓 转换部分，动力部分由调速电机和与调速电机线路连接的电机控制器组成，湿焓转换部 分由带轴承的上、下端板、外筒和多孔陶瓷湿焓转换柱组成，上、下端板与外筒之间密 封，上、下端板上安装有密封的空气口和尾气口，电机支架与联轴器把电机与湿焓转换 部分相连，提供湿焓转换部分的转动扭矩，其特征在于所述多孔陶瓷湿焓转换柱的圆柱 中心开有贯通两端面的中心轴孔，中心轴孔固定连接中心轴，多孔陶瓷湿焓转换柱装在 外筒内，置于上、下端板之间，中心轴支撑在安装在上、下端板的轴承座内的滚动轴承 上，多孔陶瓷湿焓转换柱与上、下端板之间为可转动连接，所述上、下端板的外圆周面 与轴承座同心，并与端板两平面垂直，端板的与多孔陶瓷湿焓转换柱接触的一面固定安 装着具有多道汽车雨刷形式凸起的耐磨橡胶密封垫，耐磨橡胶密封垫外形与端板相同， 耐磨橡胶密封垫上设有与端板上的中心孔、空气口和尾气口相同的中心孔、空气口和尾 气口，耐磨橡胶密封垫的多道汽车雨刷形式凸起沿端板的圆周、中心孔、空气口和尾气 口分布。本发明所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特征在 于所述多道雨刷形式凸起，沿圆周、中心孔、空气口和尾气口设2 5层雨刷形式凸起。本发明所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特征在 于所述多层雨刷形式凸起的宽度为2 3mm，高度为3 4mm。本发明所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特征在 于上端板轴承座位置安装有骨架密封圈和全陶瓷滚动轴承，下端板轴承座孔是盲孔，安 装有全陶瓷滚动轴承，中心轴安装在上、下端板的全陶瓷滚动轴承上。本发明所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特征在 于所述多孔陶瓷湿焓转换柱上、下端的端部经过浸渍环氧树脂处理。本发明所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特征在 于所述多孔陶瓷湿焓转换柱上、下端的端部经过浸渍环氧树脂处理的处理方法包括以下 步骤1)多孔陶瓷湿焓转换柱制作和中心轴粗加工，多孔陶瓷湿焓转换柱中心设有中 心轴孔；2)将环氧类树脂用溶剂稀释到粘度在IOOmPa · S 200mPa · S之间，将步骤
1)制成的多孔陶瓷湿焓转换柱一端的5mm 10mm，浸入稀释后的环氧树脂溶液中，浸 渍3 8分钟取出，待浸在多孔陶瓷湿焓转换柱上的环氧树脂不流动后，将多孔陶瓷湿焓 转换柱另一端的5mm 10mm，浸入稀释后的环氧树脂溶液中，浸渍3 8分钟取出， 放置在空气中进行48小时自然固化，制得两端经过环氧树脂溶液浸渍强化的多孔陶瓷湿 焓转换柱；3)将步骤1)制得的经过粗加工的中心轴穿过经步骤2)处理的多孔陶瓷湿焓转换 柱的中心轴孔，用未稀释的环氧树脂将多孔陶瓷湿焓转换柱与粗加工的中心轴粘接在一 起，待环氧树脂完全固化后，制成多孔陶瓷湿焓转换柱坯料；4)将步骤3)制得的多孔陶瓷湿焓转换柱坯料机械加工至要求规定的表面粗糙
5度、平面度和尺寸，制成成品多孔陶瓷湿焓转换柱。本发明所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特征在 于所述两端经过浸渍环氧树脂胶的多孔陶瓷湿焓转换柱端面小孔的面积为原端面小孔面 积的70% 90%。本发明所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特征在 于所述多孔陶瓷是堇青石蜂窝陶瓷。本发明可适用于常压燃料电池和加压燃料电池的发动机湿焓转换装置。与现有技术相比，本发明的有益效果为1、摩擦副之间摩擦力小、磨损轻，转动扭矩小，可靠性好。2、结构简单，造价降低。3、安装精度要求低。不受连接、安装的外力影响。4、多层雨刷形式凸起物在密封上可以起到迷宫效应，使端板和湿焓转换柱之间 的密封效果更好。
图1为本发明的结构示意图。图2为上、下端板结构示意图。图3为耐磨橡胶密封垫结构示意图。附图中1、空气口，2、尾气口，3、下端板，4、外筒，5、全陶瓷滚动轴承， 6、中心轴，7、湿焓转换柱，8、耐磨橡胶密封垫，9、上端板，10、骨架密封圈，11、 电机支架，12、联轴器，13、调速电机。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步说明。如图1、2和3所示的实施例。动力部分由调速电机13和与线路连接的电机控 制器组成，调速电机13通过电机支架11和联轴器12提供湿焓转换柱的转动扭矩。湿焓转换部分由带全陶瓷滚动轴承5的上、下端板9、3，和设置于上、下端板 9、3之间的带中心轴6的多孔陶瓷湿焓转换柱7，以及设置于多孔陶瓷湿焓转换柱7外侧 的外筒4组成。上端板9轴承座位置安装有骨架密封圈10和全陶瓷滚动轴承5，下端板 3轴承座孔是盲孔安装有全陶瓷滚动轴承5，中心轴6安装在上、下端板9、3的全陶瓷 滚动轴承5上，上、下端板9、3与湿焓转换柱7之间为可转动连接。在上、下端板9、
3上固定安装有多层雨刷形式凸起物的耐磨橡胶密封垫8，耐磨橡胶密封垫8的外形与端 板形状一致，多层雨刷形式凸起物在密封上可以起到迷宫效应，耐磨橡胶密封垫8与湿 焓转换柱7的两个端面形成密封摩擦副，对进入湿焓转换装置新鲜空气和燃料电池产生 的尾气进行密封。多孔陶瓷湿焓转换柱是用堇青石蜂窝陶瓷制成的湿焓转换柱，湿焓转 换柱中心设有中心轴孔，湿焓转换柱经过以下处理将环氧类树脂用溶剂稀释到粘度在 IOOmPa · S 200mPa · S之间，将湿焓转换柱一端的5mm 10mm，浸入稀释后的环 氧树脂溶液中，浸渍3 8分钟取出，待湿焓转换柱上的环氧树脂不流动后，将湿焓转换 柱另一端的5mm 10mm，浸入稀释后的环氧树脂溶液中，浸渍3 8分钟取出，放置在空气中进行48小时自然固化，固化后，将经过粗加工的中心轴穿湿焓转换柱的中心轴 孔，用未稀释的环氧树脂将湿焓转换柱与粗加工的中心轴粘接在一起，待环氧树脂完全 固化后，将湿焓转换柱机械加工至要求规定的表面粗糙度、平面度和尺寸。
该湿焓转换装置工作时，调速电机13带动湿焓转换柱7转动，气源提供的新鲜 空气经湿焓转换装置一端的空气口 1，进入湿焓转换柱7内，进行湿焓转换后，由湿焓转 换装置的另一端的空气口 1，进入燃料电池供反应用；反应后带有湿焓的尾气，经湿焓 转换装置一端的尾气口 2，进入湿焓转换柱7内，湿焓被堇青石蜂窝陶瓷部分吸收后，由 湿焓转换装置的另一端的尾气口 2，经系统空气尾排管排入大气。由于调速电机13的连 续转动和质子交换膜燃料电池不间断地生成水汽和废热，从而保证湿焓转换连续进行， 提高了质子交换膜燃料电池使用寿命和发电效率。
权利要求
1.一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，包括动力部分、湿焓转 换部分，动力部分由调速电机(13)和与调速电机线路连接的电机控制器组成，湿焓转换 部分由带轴承的上、下端板(9、3)、外筒(4)和多孔陶瓷湿焓转换柱(7)组成，上、下 端板(9、3)与外筒(4)之间密封，上、下端板(9、3)上安装有与端板密封的空气口(1) 和尾气口(2)，电机支架(11)与联轴器(12)把电机(13)与湿焓转换部分相连，提供湿焓 转换部分的转动扭矩，其特征在于所述多孔陶瓷湿焓转换柱(7)的圆柱中心开有贯通两 端面的中心轴孔，中心轴孔内固定连接有中心轴(6)，多孔陶瓷湿焓转换柱(7)装在外筒 (4)内，置于上、下端板(9、3)之间，中心轴(6)支撑在安装在上、下端板(9、3)的轴 承座内的滚动轴承(5)上，多孔陶瓷湿焓转换柱(7)与上、下端板(9、3)之间为可转动 连接，所述上、下端板(9、3)的外圆周面与轴承座同心，并与端板两平面垂直，上、下 端板(9、3)的与多孔陶瓷湿焓转换柱(7)接触的一面固定安装着具有多道汽车雨刷形式 凸起的耐磨橡胶密封垫(8)，耐磨橡胶密封垫(8)外形与端板(9、3)相同，耐磨橡胶密封 垫(8)上设有与端板(9、3)上的中心孔、空气口和尾气口相同的中心孔、空气口和尾气 口，耐磨橡胶密封垫(8)的多道汽车雨刷形式凸起沿端板的圆周、中心孔、空气口和尾 气口分布。
2.根据权利要求1所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特 征在于所述多道雨刷形式凸起，沿圆周、中心孔、空气口和尾气口设2 5层雨刷形式凸 起。
3.根据权利要求2所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特 征在于所述多层雨刷形式凸起的宽度为2 3mm，高度为3 4mm。
4.根据权利要求1所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特 征在于上端板(9)轴承座位置安装有骨架密封圈(10)和全陶瓷滚动轴承(5)，下端板(3) 轴承座孔是盲孔，安装有全陶瓷滚动轴承(5)，中心轴(6)安装在上、下端板(9、3)的全 陶瓷滚动轴承(5)上。
5.根据权利要求1所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特 征在于所述多孔陶瓷湿焓转换柱上、下端的端部经过浸渍环氧树脂处理。
6.根据权利要求5所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特 征在于所述多孔陶瓷湿焓转换柱上、下端的端部经过浸渍环氧树脂处理的处理方法包括 以下步骤1)多孔陶瓷湿焓转换柱(7)制作和中心轴粗加工，多孔陶瓷湿焓转换柱(7)中心设有 中心轴孔；2)将环氧类树脂用溶剂稀释到粘度在IOOmPa· S 200mPa · S之间，将步骤1)制 成的多孔陶瓷湿焓转换柱(7) —端的5mm 10mm，浸入稀释后的环氧树脂溶液中，浸 渍3 8分钟取出，待浸在多孔陶瓷湿焓转换柱(7)上的环氧树脂不流动后，将多孔陶瓷 湿焓转换柱(7)另一端的5mm 10mm，浸入稀释后的环氧树脂溶液中，浸渍3 8分 钟取出，放置在空气中进行48小时自然固化；3)将步骤1)制得的经过粗加工的中心轴穿过经步骤2)处理的多孔陶瓷湿焓转换柱 (7)的中心轴孔，用未稀释的环氧树脂将多孔陶瓷湿焓转换柱与粗加工的中心轴粘接在一 起，待环氧树脂固化后，制成多孔陶瓷湿焓转换柱坯料；4)将步骤3)制得的多孔陶瓷湿焓转换柱坯料机械加工至要求规定的表面粗糙度、平 面度和尺寸，制成成品多孔陶瓷湿焓转换柱。
7.根据权利要求6所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，其特 征在于所述两端经过浸渍环氧树脂胶的多孔陶瓷湿焓转换柱(7)端面小孔的面积为原端 面小孔面积的70% 90%。
8.根据权利要求1和/或6所述一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装 置，其特征在于所述多孔陶瓷是堇青石蜂窝陶瓷。
全文摘要
一种用于质子交换膜燃料电池发电系统的湿焓转换装置，动力部分由调速电机和电机控制器组成，湿焓转换部分由上、下端板、外筒和带中心轴的多孔陶瓷湿焓转换柱组成，端板的与多孔陶瓷湿焓转换柱接触的一面固定安装具有多层雨刷形式凸起的耐磨橡胶密封垫，耐磨橡胶密封垫外形与端板形状相同，上设与端板相同的中心孔、空气进口和尾气出口，耐磨橡胶密封垫的多层雨刷形式凸起沿端板圆周、中心孔、空气进口和尾气出口分布。与现有技术相比，本发明的有益效果为摩擦副之间摩擦力小、磨损轻，转动扭矩小，可靠性好；结构简单，造价降低；安装精度要求低；不受连接、安装的外力影响。
文档编号H01M8/04GK102013502SQ20101051794
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年9月14日
发明者侯中军, 刘常福, 孙基文, 明平文, 李丹, 李晓楠 申请人:新源动力股份有限公司