CN114135949B - Pemfc联供的新风净化及除湿加湿装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分布式能源以及空气调节技术领域，公开了一种PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置及其控制方法，PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置中新风净化调湿装置设置有箱体，箱体通过轴孔安装有轴，轴穿过绝热保温材料，一端与电机相连接；绝热保温材料上侧设置有翅片，翅片涂有MOFs吸附材料；箱体上侧设置有上半部进出风口，箱体下侧设置有下半部进出风口。新风净化调湿装置与第一热交换器连接。本发明中PEMFC提供该装置所需电量和固体吸附剂再生所需热量，相比于传统的新风除湿装置，能够有效避免冷热量相抵消的情况，有效降低机组成本，达到节能环保的目的；能够满足固体吸附剂应用的需求。

Description

PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置及其控制方法
技术领域
本发明属于分布式能源以及空气调节技术领域，尤其涉及一种PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置及其控制方法。
背景技术
目前，能源是国民经济发展的命脉，是国家发展的重要支柱，随着全球对发展新能源的高度关注，氢能技术成为新一轮科技革命和产业变革的竞争前沿。目前氢气的生产、储存、运输和使用等技术目前均已非常成熟、安全、可靠，以氢气为原料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)得到迅速发展。PEMFC具有能量转换效率高、没有排放物污染、发电效率受负荷影响小、原料来源广泛等优点，是一种极具商业化推广潜力的节能环保技术，很好符合了当前“氢进万家”的政策。商业化的质子交换膜燃料电池发电效率受限于极化损失一般在(40-60)％之间，仍有将近一半的能量以低品位热能(70-100)℃形式耗散，造成巨大的能量浪费。在PEMFC运行时，会产生大量余热，如何利用这些余热，是当前研究的热门问题。热电联供(CHP)***是使用单一或多种驱动能源同时产生电能及可用热能，实现能量梯级高效利用的能源***。
新风***是根据在密闭的室内一侧用专用设备向室内送新风，再从另一侧由专用设备向室外排出，在室内会形成“新风流动场”，从而满足室内新风换气的需要的设备。吸附式新风***是一种热驱动的除湿加湿技术，可采用多种低品位热源，因此PEMFC运行时产生的余热可以应用于吸附式新风***中。固体吸附除湿是一种有效的空气除湿方法，常用的固体吸附除湿材料包括硅胶、活性氧化铝、分子筛及活性炭、MOFs材料等，与吸收式除湿再生相比，其具有以下优点：(1)***结构简单，控制简便；(2)无毒，吸附剂不会蒸发残留于空气中；(3)***投资和运行费用都较低。正因为具备多种优势，吸附式除湿再生技术得到了广泛的关注和研究。除此之外，固体吸附剂还可依据多孔的特性，利用其大表面积及多孔结构能与空气中尘埃粒子充分接触，通过分子间的相互作用力捕获颗粒污染物。因此，有效结合PEMFC与新风除湿机具有重要的现实意义。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中无法有效减少新风中的污染物颗粒，降低了室内空气品质。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置及其控制方法。
本发明是这样实现的，一种与PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置，所述PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置设置有新风净化调湿装置；
新风净化调湿装置设置有箱体，箱体通过轴孔安装有轴，轴穿过绝热保温材料，一端与电机相连接；
绝热保温材料上侧设置有翅片，翅片涂有MOFs吸附材料。
进一步，所述箱体上侧设置有上半部进出风口，箱体下侧设置有下半部进出风口。
进一步，所述新风净化调湿装置上半部分进风口与第一热交换器连接，第一热交换器与住宅或厂房的回风口连接，所述新风净化调湿装置上半部分出风口经第一风机与出风口连接；所述新风净化调湿装置下半部分进风口与第二热交换器连接，第二热交换器与第二风机出口端连接，新风管路和回风管路二汇合与第二风机入口端连接，回风管路二由风阀控制开关；所述新风净化调湿装置下半部分出风口通过矩形风管与住宅或厂房连接。
进一步，所述第二热交换器与第二阀门连接，第二阀门与流量计连接，流量计与水泵连接，冷却水由水泵流入流量计；水泵与PEMFC结构连接，PEMFC结构与第一阀门连接。
进一步，所述PEMFC结构为PEMFC燃料电池，PEMFC结构分别通过导线与电机、第一风机和第二风机连接。
进一步，所述PEMFC结构设置有集流板，集流板之间安装有电堆，集流板外侧安装有绝缘板，绝缘板外侧安装有端板；
集流板均匀分布反应气体、收集并传导电流，绝缘板起到阻隔端板与集流板的作用；端板存在气体以及冷却水的进出通道，通过螺钉给电堆施加预紧力；电堆由单电池堆叠而成，每个单电池由气体扩散层、催化剂层、质子交换膜以及石墨双极板构成，石墨双极板之间存在阴极气体流道和阳极气体流道，石墨双极板内部存在冷却水流道。
进一步，所述新风净化调湿装置上侧安装有第一温湿度传感器和第二温湿度传感器，第一温湿度传感器和第二温湿度传感器分别通过导线与自动控制开关连接；
第一温湿度传感器固定于新风净化调湿装置上半部分区域，第二温湿度传感器固定于新风净化调湿装置下半部分区域。
进一步，所述新风净化调湿装置上安装有电机，电机通过导线与自动控制开关连接，新风净化调湿装置通过第二软接头与住宅和长房连接。
进一步，所述绝热保温材料分为两部分，靠近箱体部分的一部分绝热保温材料固定于箱体内壁，另一部分绝热保温材料可随轴进行转动；
本发明的另一目的在于提供一种PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置控制方法，包括：
利用PEMFC提供新风净化及除湿加湿过程中所需电量和固体吸附剂再生所需热量；PEMFC所产电量主要用于通风管道的风机、冷却水回路的水泵以及控制转轴旋转的电机，PEMFC在产电的同时所产生的热量通过冷却水输送到通风管路中的余热换热器侧用以加热通入新风除湿机的空气。
利用PEMFC的余热进行吸附剂再生；PEMFC的余热由冷却水带走，通过对两条冷却水回路上的阀门进行开关可分别接通两个余热热交换器，从而分别实现新风调湿机上半部分和下半部分所对应余热热交换器的换热；
除湿模式下，新风调湿机下半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，通往室内的空气在新风调湿机下半部分的固体吸附剂进行吸湿后被送往室内，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，室内回风在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机上半部分，完成固体吸附剂再生过程，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到饱和时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分干燥固体吸附剂转到下半部分进行吸湿，如此循环；增湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，室内回风经固体吸附剂吸湿后排入室外，新风调湿机下半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，通往室内的空气在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机下半部分，完成固体吸附剂脱附过程，从而使通往室内空气的含湿量增加，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到干燥时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分吸湿后的固体吸附剂转到下半部分进行脱附，如此循环，从而实现利用PEMFC余热实现湿空气的除湿和增湿。
通过余热热交换器的切换实现除湿和增湿的多重运行模式运行；
通过风道的切换，进行新风潜热负荷和回风潜热负荷的多重处理方式的切换；考虑到此装置适用于建筑类型不同，通往新风调湿机下半部分的回风管路上安装有风阀，风阀的开关对应两种通风方案，对于大型建筑，方案一提供了一种新风与回风混合的空气处理方法，此方案所涉及的潜热负荷仅包含新风负荷，对于小型建筑，考虑到该类建筑不适合大风量回风管道的安装，方案二提供了一种全新风的空气处理方法，此方案所涉及的潜热负荷为整个室内的潜热负荷。
通过替换固体吸附剂种类实施新风净化，对吸附饱和的固体吸附剂通过余热热交换器实现再生。本发明采用MOFs材料作为固体吸附剂，通过吸附和解析，不仅可以实现新风除湿加湿，还可减少新风中的污染物颗粒，从而达到节能环保，提高室内空气品质的目的，除湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，室内回风在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机上半部分，完成固体吸附剂再生过程，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到饱和时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分干燥固体吸附剂转到下半部分进行吸湿，如此循环；增湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，室内回风经固体吸附剂吸湿后排入室外，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到干燥时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分吸湿后的固体吸附剂转到下半部分进行脱附，如此循环。
进一步，所述通过余热热交换器的切换实现除湿和增湿的多重运行模式运行包括：
除湿：自动控制开关控制第一阀门打开、第二阀门关闭，冷却水循环管路从PEMFC冷却水出口出发，依次经过水泵、流量计、第一阀门、第一热交换器，最后回到PEMFC冷却水进口处，完成一个冷却水换热循环；根据建筑类型不同，利用不同的除湿方法进行室内回风除湿；
增湿：自动控制开关控制第二阀门打开，第一阀门关闭，冷却水循环管路从PEMFC冷却水出口出发，依次经过水泵、流量计、第二阀门、第二热交换器，最后回到PEMFC冷却水进口处，完成一个冷却水换热循环；根据建筑类型不同，利用不同的增湿方法进行室内回风增湿。
进一步，所述不同的除湿方法包括：
除湿方法1：风阀打开，住宅或厂房的回风分为两条流路，回风管路一经矩形风管进入第一热交换器进行加热，再经过新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，经第一风机和出风口流到室外，回风管路二经风阀与进风口处的新风进行混合，流经第二风机、第二热交换器进入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸附，相应风管中空气的水蒸气含量降低，达到除湿的目的，再经过风管到住宅或厂房；
除湿方法2：风阀关闭，住宅或厂房的回风全部经矩形风管进入第一热交换器进行加热，再经过新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，最后经第一风机和出风口流到室外，新风由进风口进入，流经第二风机、第二热交换器进入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸附，相应风管中空气的水蒸气含量降低，达到除湿的目的。
进一步，所述不同的增湿方法包括：
增湿方法1：风阀打开，住宅或厂房的回风分为两条流路，回风管路一经矩形风管流经第一热交换器进入新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸湿，相应风管中空气的水蒸气含量降低，经第一风机和出风口流到室外；回风管路二经风阀与进风口处的新风进行混合，流经第二风机，进入到第二热交换器进行加热；然后通入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，达到加湿的目的；再经过风管进入到住宅或厂房；
增湿方法2：风阀关闭，住宅或厂房的回风全部经第一热交换器进入新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸湿，相应风管中空气的水蒸气含量降低，最后经第一风机和出风口流到室外，新风由进风口进入，流经第二风机，进入到第二热交换器进行加热；然后通入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量升高，达到加湿的目的。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明创新的提出了PEMFC提供该装置所需电量和固体吸附剂再生所需热量；利用PEMFC供能设备余热进行吸附剂再生；通过余热热交换器的切换，实现除湿和增湿的多重需求；通过风道的切换，实现新风潜热负荷和回风潜热负荷的多重处理方式；净化功能可通过替换固体吸附剂种类实现，吸附饱和的固体吸附剂同样通过余热热交换器实现再生。
本发明中PEMFC提供该整个装置所需电量和固体吸附剂再生所需热量，相比于传统的新风除湿装置，本发明一方面能够有效避免冷热量相抵消的情况，有效降低机组成本，达到节能环保的目的，另一方面可通过余热热交换器的切换实现除湿和增湿的多重需求，通过风道的切换实现新风潜热负荷和回风潜热负荷的多重处理方式；能够满足固体吸附剂应用的需求。同时本发明采用MOFs材料作为固体吸附剂，通过吸附和解析，不仅可以实现新风除湿加湿，还可减少新风中的污染物颗粒，从而达到节能环保，提高室内空气品质的目的。
附图说明
图1是本发明实施例提供的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置结构示意图。
图2是本发明实施例提供的PEMFC结构与电机和风机连接结构示意图。
图3是本发明实施例提供的新风净化调湿装置外观图。
图4是本发明实施例提供的新风净化调湿装置左视图。
图5是本发明实施例提供的新风净化调湿装置剖视图。
图6是本发明实施例提供的内部结构图
图7是本发明实施例提供的PEMFC结构示意图。
图中：1、第一阀门；2、出风口；3、第二风机；4、第二热交换器；5、第一温湿度传感器；6、第二温湿度传感器；7、新风净化调湿装置；8、第一热交换器；9、第一风机；10、电机；11、第二阀门；12、流量计；13、风阀；14、水泵；15、PEMFC结构；16、进风口；17、翅片；18、上半部进出风口；19、箱体；20、轴；21、下半部进出风口；22、绝热保温材料；23、集流板；24、绝缘板；25、端板；26、电堆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置及其控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明提供的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置仅仅是一个具体实施例而已。
如图1所示，本发明实施例提供的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置包括：风管***和PEMFC冷却水循环管道***；
风管***包括：第一风机9、第二风机3、第一热交换器8、第二热交换器4、第一温湿度传感器5、第二温湿度传感器6、新风净化调湿装置7、电机10、出风口2、进风口16。
PEMFC冷却水循环管道***包括：第二阀门11、流量计12、水泵14、PEMFC结构15、第一阀门1。
新风净化调湿装置7上半部分进风口与第一热交换器8连接，第一热交换器8通过矩形风管与住宅或厂房的回风口连接，新风净化调湿装置7上半部分出风口经第一风机9与出风口2连接，新风净化调湿装置7下半部分进风口与第二热交换器4连接，第二热交换器与第二风机3出口端连接，新风管路和回风管路二汇合后与第二风机3入口端连接，回风管路二由风阀控制开关，所述新风净化调湿装置7下半部分出风口通过矩形风管与住宅或厂房连接；
新风净化调湿装置7上侧安装有第一温湿度传感器5和第二温湿度传感器6，第一温湿度传感器5和第二温湿度传感器6分别通过导线与自动控制开关连接；新风净化调湿装置7上安装有电机10，电机10通过导线与自动控制开关连接；新风净化调湿装置7通过风管与住宅和厂房连接。
第一温湿度传感器5固定于新风净化调湿装置7上半部分区域，第二温湿度传感器6固定于新风净化调湿装置7下半部分区域。矩形风管的面积大小与新风净化调湿装置7的进风口及出风口面积大小相对应。
第二热交换器4与第二阀门11连接，第二阀门11与流量计12连接，流量计12与水泵14连接，冷却水由水泵14流入流量计12。水泵14与PEMFC结构15连接，PEMFC结构15与第一热交换器8连接。
如图2所示，PEMFC结构15为PEMFC燃料电池，PEMFC结构15分别通过导线与电机10、第一风机9和第二风机3连接。PEMFC燃料电池产电分别供给电机10、第一风机9、第二风机3、水泵14，PEMFC燃料电池15产热全部供给固体吸附剂用于加热再生。
如图3-图6所示，新风净化调湿装置7包括：翅片17、箱体19、轴20、上半部进出风口18、下半部进出风口21、绝热保温材料22；翅片17涂有吸附材料，箱体19上侧设置有上半部进出风口18，箱体19下侧设置有下半部进出风口21；箱体19通过轴孔安装有轴20，轴20穿过绝热保温材料22，一端与电机8相连接；绝热保温材料22上侧设置有翅片17。
绝热保温材料22分为两部分，靠近箱体部分的一部分绝热保温材料固定于箱体内壁，另一部分绝热保温材料可随轴进行转动；除湿工况下，新风净化调湿装置7下半部分区域吸附材料达到饱和状态，温湿度传感器将湿度信号传递给自动控制开关，自动控制开关控制所述轴20转动180°；加湿工况下，新风净化调湿装置下半部分区域吸附材料达到干燥状态，温湿度传感器将湿度信号传递给自动控制开关，自动控制开关控制所述轴20转动180°。
吸附材料为MOFs，MOFs是由无机金属中心和有机配体连接而成的具有开放框架结构的多孔配位化合物，MOFs具有合成简单、可修饰、比表面积大和孔隙可调、具有配位不饱和位点等优点，通过合理的成分和孔结构设计,可使其具备很大的比表面积和孔体积，从而具有高吸附性能。
如图7所示，PEMFC结构15包括：集流板23、绝缘板24、端板25、电堆26；集流板23之间安装有电堆26，集流板23外侧安装有绝缘板24，绝缘板24外侧安装有端板25。
集流板23可均匀分布反应气体、收集并传导电流，绝缘板24起到阻隔端板与集流板的作用；端板25存在气体以及冷却水的进出通道，通过螺钉给电堆施加预紧力。电堆26由单电池堆叠而成，每个单电池由气体扩散层、催化剂层、质子交换膜以及石墨双极板构成，石墨双极板之间存在阴极气体流道和阳极气体流道，石墨双极板内部存在冷却水流道。
本发明的工作原理为：温湿度传感器固定于新风净化调湿装置7箱体内侧，自动控制开关对电机10、第一阀门1、第二阀门11进行启停和开关控制；方案一风阀13打开，新风在进风口16处与住宅或厂房室内的回风混合，经第二风机3、第二热交换器4、新风净化调湿装置7下半部分区域通往住宅或厂房，住宅或厂房的回风在住宅或厂房的回风口分为两路，回风管路一经矩形风管连接第一热交换器8、新风净化调湿装置7上半部分进风口，由新风净化调湿装置7上半部分区域依次连接第一风机9、出风口2，回风管路二经矩形风管连接进风口16处，新风与回风进行混合送往第二风机3；方案二风阀13关闭，住宅或厂房的回风全部经第一热交换器8进入新风净化调湿装置7上半部分，再经第一风机9、出风口2排到室外，新风经进风口16、第二风机3、第二热交换器4、新风净化调湿装置7下半部分区域通往住宅或厂房。
在工作过程中，除湿模式原理为：所述自动控制开关15控制第一阀门1打开、第二阀门11关闭，冷却水循环管路从PEMFC冷却水出口出发，依次经过水泵14、流量计12、第一阀门1、第一热交换器8，最后回到PEMFC冷却水进口处，完成一个冷却水换热循环。根据建筑类型不同，室内回风存在两种方案，方案一风阀13打开，住宅或厂房的回风分为两条流路，回风管路一经矩形风管进入第一热交换器8进行加热，再经过新风净化调湿装置7上半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，最后经第一风机9和出风口2流到室外，回风管路二经风阀13与进风口16处的新风进行混合，流经第二风机3、第二热交换器4进入到新风净化调湿装置7下半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸附，相应风管中空气的水蒸气含量降低，达到除湿的目的，再经过风管到住宅或厂房；方案二风阀关闭，住宅或厂房的回风全部经矩形风管进入第一热交换器8进行加热，再经过新风净化调湿装置7上半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，最后经第一风机9和出风口2流到室外，新风由进风口16进入，流经第二风机3、第二热交换器4进入到新风净化调湿装置7下半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸附，相应风管中空气的水蒸气含量降低，达到除湿的目的。
增湿模式原理为：自动控制开关15控制第二阀门11打开，第一阀门1关闭，冷却水循环管路从PEMFC冷却水出口出发，依次经过水泵14、流量计12、第二阀门11、第二热交换器4，最后回到PEMFC冷却水进口处，完成一个冷却水换热循环。根据建筑类型不同，室内回风存在两种方案，方案一风阀13打开，住宅或厂房的回风分为两条流路，回风管路一经矩形风管流经第一热交换器8进入新风净化调湿装置7上半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸湿，相应风管中空气的水蒸气含量降低，经第一风机9和出风口2流到室外；回风管路二经风阀13与进风口16处的新风进行混合，流经第二风机3，进入到第二热交换器4进行加热，然后通入到新风净化调湿装置7下半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，再经过风管进入到住宅或厂房，方案二风阀13关闭，住宅或厂房的回风全部经第一热交换器8进入新风净化调湿装置7上半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸湿，相应风管中空气的水蒸气含量降低，最后经第一风机9和出风口2流到室外，新风由进风口16进入，流经第二风机3，进入到第二热交换器4进行加热，然后通入到新风净化调湿装置7下半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量升高，达到加湿的目的。
下面结合具体实施例对本发明的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置控制方法作进一步描述。
实施例
利用PEMFC提供新风净化及除湿加湿过程中所需电量和固体吸附剂再生所需热量；PEMFC所产电量主要用于通风管道的风机、冷却水回路的水泵以及控制转轴旋转的电机，PEMFC在产电的同时所产生的热量通过冷却水输送到通风管路中的余热换热器侧用以加热通入新风除湿机的空气。
利用PEMFC的余热进行吸附剂再生；PEMFC的余热由冷却水带走，通过对两条冷却水回路上的阀门进行开关可分别接通两个余热热交换器，从而分别实现新风调湿机上半部分和下半部分所对应余热热交换器的换热；
除湿模式下，新风调湿机下半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，通往室内的空气在新风调湿机下半部分的固体吸附剂进行吸湿后被送往室内，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，室内回风在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机上半部分，完成固体吸附剂再生过程，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到饱和时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分干燥固体吸附剂转到下半部分进行吸湿，如此循环；增湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，室内回风经固体吸附剂吸湿后排入室外，新风调湿机下半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，通往室内的空气在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机下半部分，完成固体吸附剂脱附过程，从而使通往室内空气的含湿量增加，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到干燥时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分吸湿后的固体吸附剂转到下半部分进行脱附，如此循环，从而实现利用PEMFC余热实现湿空气的除湿和增湿。
通过余热热交换器的切换实现除湿和增湿的多重运行模式运行；
通过风道的切换，进行新风潜热负荷和回风潜热负荷的多重处理方式的切换；考虑到此装置适用于建筑类型不同，通往新风调湿机下半部分的回风管路上安装有风阀，风阀的开关对应两种通风方案，对于大型建筑，方案一提供了一种新风与回风混合的空气处理方法，此方案所涉及的潜热负荷仅包含新风负荷，对于小型建筑，考虑到该类建筑不适合大风量回风管道的安装，方案二提供了一种全新风的空气处理方法，此方案所涉及的潜热负荷为整个室内的潜热负荷。
通过替换固体吸附剂种类实施新风净化，对吸附饱和的固体吸附剂通过余热热交换器实现再生。本发明采用MOFs材料作为固体吸附剂，通过吸附和解析，不仅可以实现新风除湿加湿，还可减少新风中的污染物颗粒，从而达到节能环保，提高室内空气品质的目的，除湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，室内回风在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机上半部分，完成固体吸附剂再生过程，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到饱和时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分干燥固体吸附剂转到下半部分进行吸湿，如此循环；增湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，室内回风经固体吸附剂吸湿后排入室外，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到干燥时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分吸湿后的固体吸附剂转到下半部分进行脱附，如此循环。
在一优选实施例中，所述通过余热热交换器的切换实现除湿和增湿的多重运行模式运行包括：
除湿：自动控制开关控制第一阀门打开、第二阀门关闭，冷却水循环管路从PEMFC冷却水出口出发，依次经过水泵、流量计、第一阀门、第一热交换器，最后回到PEMFC冷却水进口处，完成一个冷却水换热循环；根据建筑类型不同，利用不同的除湿方法进行室内回风除湿；
增湿：自动控制开关控制第二阀门打开，第一阀门关闭，冷却水循环管路从PEMFC冷却水出口出发，依次经过水泵、流量计、第二阀门、第二热交换器，最后回到PEMFC冷却水进口处，完成一个冷却水换热循环；根据建筑类型不同，利用不同的增湿方法进行室内回风增湿。
在一优选实施例中，所述不同的除湿方法包括：
除湿方法1：风阀打开，住宅或厂房的回风分为两条流路，回风管路一经矩形风管进入第一热交换器进行加热，再经过新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，经第一风机和出风口流到室外，回风管路二经风阀与进风口处的新风进行混合，流经第二风机、第二热交换器进入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸附，相应风管中空气的水蒸气含量降低，达到除湿的目的，再经过风管到住宅或厂房；
除湿方法2：风阀关闭，住宅或厂房的回风全部经矩形风管进入第一热交换器进行加热，再经过新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，最后经第一风机和出风口流到室外，新风由进风口进入，流经第二风机、第二热交换器进入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸附，相应风管中空气的水蒸气含量降低，达到除湿的目的。
在一优选实施例中，所述不同的增湿方法包括：
增湿方法1：风阀打开，住宅或厂房的回风分为两条流路，回风管路一经矩形风管流经第一热交换器进入新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸湿，相应风管中空气的水蒸气含量降低，经第一风机和出风口流到室外；回风管路二经风阀与进风口处的新风进行混合，流经第二风机，进入到第二热交换器进行加热；然后通入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，达到加湿的目的；再经过风管进入到住宅或厂房；
增湿方法2：风阀关闭，住宅或厂房的回风全部经第一热交换器进入新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸湿，相应风管中空气的水蒸气含量降低，最后经第一风机和出风口流到室外，新风由进风口进入，流经第二风机，进入到第二热交换器进行加热；然后通入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量升高，达到加湿的目的。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置，其特征在于，所述PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置设置有新风净化调湿装置；
所述新风净化调湿装置设置有箱体，箱体通过轴孔安装有轴，轴穿过绝热保温材料，一端与电机相连接；
绝热保温材料上侧设置有翅片，翅片涂有MOFs吸附材料；
所述箱体上侧设置有上半部进出风口，箱体下侧设置有下半部进出风口；
所述新风净化调湿装置上半部分进风口与第一热交换器连接，第一热交换器与住宅或厂房的回风口连接；所述新风净化调湿装置上半部分出风口经第一风机与出风口连接，所述新风净化调湿装置下半部分进风口与第二热交换器连接；第二热交换器与第二风机出口端连接，新风管路和回风管路二汇合与第二风机入口端连接，回风管路二由风阀控制开关；所述新风净化调湿装置下半部分出风口通过矩形风管与住宅或厂房连接；
所述第二热交换器与第二阀门连接，第二阀门与流量计连接，流量计与水泵连接，冷却水由水泵流入流量计；水泵与PEMFC结构连接，PEMFC结构与第一阀门连接；所述PEMFC结构为PEMFC燃料电池，PEMFC结构分别通过导线与电机、第一风机和第二风机连接；
所述PEMFC结构设置有集流板，集流板之间安装有电堆，集流板外侧安装有绝缘板，绝缘板外侧安装有端板；集流板均匀分布反应气体、收集并传导电流，绝缘板起到阻隔端板与集流板的作用；端板存在气体以及冷却水的进出通道，通过螺钉给电堆施加预紧力；电堆由单电池堆叠而成，每个单电池由气体扩散层、催化剂层、质子交换膜以及石墨双极板构成，石墨双极板之间存在阴极气体流道和阳极气体流道，石墨双极板内部存在冷却水流道；
其中，所述绝热保温材料分为两部分，靠近箱体部分的一部分绝热保温材料固定于箱体内壁，另一部分绝热保温材料能随轴进行转动；除湿工况下，新风净化调湿装置下半部分区域吸附材料达到饱和状态，温湿度传感器将湿度信号传递给自动控制开关，自动控制开关控制所述轴转动180°；加湿工况下，新风净化调湿装置下半部分区域吸附材料达到干燥状态，温湿度传感器将湿度信号传递给自动控制开关，自动控制开关控制所述轴转动180°；
除湿模式下，新风调湿机下半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，通往室内的空气在新风调湿机下半部分的固体吸附剂进行吸湿后被送往室内，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，室内回风在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机上半部分，完成固体吸附剂再生过程，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到饱和时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分干燥固体吸附剂转到下半部分进行吸湿，如此循环；增湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，室内回风经固体吸附剂吸湿后排入室外，新风调湿机下半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，通往室内的空气在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机下半部分，完成固体吸附剂脱附过程，从而使通往室内空气的含湿量增加，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到干燥时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分吸湿后的固体吸附剂转到下半部分进行脱附，重复循环，实现利用PEMFC余热实现湿空气的除湿和增湿；
所述通过余热热交换器的切换实现除湿和增湿的多重运行模式运行具体包括：
除湿：自动控制开关控制第一阀门打开、第二阀门关闭，冷却水循环管路从PEMFC冷却水出口出发，依次经过水泵、流量计、第一阀门、第一热交换器，最后回到PEMFC冷却水进口处，完成一个冷却水换热循环；根据建筑类型不同，利用不同的除湿方法进行室内回风除湿；
增湿：自动控制开关控制第二阀门打开，第一阀门关闭，冷却水循环管路从PEMFC冷却水出口出发，依次经过水泵、流量计、第二阀门、第二热交换器，最后回到PEMFC冷却水进口处，完成一个冷却水换热循环；根据建筑类型不同，利用不同的增湿方法进行室内回风增湿；
所述通过风道的切换，进行新风潜热负荷和回风潜热负荷的多重处理方式的切换具体包括：
通往新风调湿机下半部分的回风管路上安装有风阀，对于大型建筑，风阀的开关对仅包含新风负荷的潜热负荷进行新风与回风混合的空气切换处理；对于小型建筑，风阀的开关对整个室内的潜热负荷进行全新风的空气切换；
所述通过替换固体吸附剂种类实施新风净化，对吸附饱和的固体吸附剂通过余热热交换器实现再生具体包括：采用MOFs材料作为固体吸附剂，通过吸附和解析，实现新风除湿加湿；
除湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器经水泵、流量计和阀门与PEMFC内部冷却水流道连通，室内回风在此余热热交换器处加热后送入新风调湿机上半部分，完成固体吸附剂再生过程，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到饱和时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分干燥固体吸附剂转到下半部分进行吸湿，如此循环；
增湿模式下，新风调湿机上半部分所对应余热热交换器不与PEMFC连接，室内回风经固体吸附剂吸湿后排入室外，当新风调湿机下半部分的固体吸附剂达到干燥时，电机控制转轴带动新风调湿机上半部分吸湿后的固体吸附剂转到下半部分进行脱附，如此循环。
2.如权利要求1所述PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置，其特征在于，所述新风净化调湿装置上侧安装有第一温湿度传感器和第二温湿度传感器，第一温湿度传感器和第二温湿度传感器分别通过导线与自动控制开关连接；
第一温湿度传感器固定于新风净化调湿装置上半部分区域，第二温湿度传感器固定于新风净化调湿装置下半部分区域。
3.如权利要求1所述PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置，其特征在于，所述新风净化调湿装置上安装有电机，电机通过导线与自动控制开关连接，新风净化调湿装置通过风管与住宅和厂房连接。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置控制方法，其特征在于，所述PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置控制方法包括：
利用PEMFC提供新风净化及除湿加湿过程中所需电量和固体吸附剂再生所需热量；
利用PEMFC的余热进行吸附剂再生；
通过余热热交换器的切换实现除湿和增湿的多重运行模式运行；
通过风道的切换，进行新风潜热负荷和回风潜热负荷的多重处理方式的切换；
通过替换固体吸附剂种类实施新风净化，对吸附饱和的固体吸附剂通过余热热交换器实现再生。
5.如权利要求4所述的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置控制方法，其特征在于，所述利用PEMFC提供新风净化及除湿加湿过程中所需电量和固体吸附剂再生所需热量具体包括：
PEMFC所产电量用于通风管道的风机、冷却水回路的水泵以及控制转轴旋转的电机，PEMFC在产电的同时所产生的热量通过冷却水输送到通风管路中的余热换热器侧用以加热通入新风除湿机的空气；
所述利用PEMFC的余热进行吸附剂再生具体包括：
PEMFC的余热由冷却水带走，通过对两条冷却水回路上的阀门进行开关可分别接通两个余热热交换器，分别实现新风调湿机上半部分和下半部分所对应余热热交换器的换热。
6.如权利要求5所述的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置控制方法，其特征在于，所述不同的除湿方法包括：
除湿方法1：风阀打开，住宅或厂房的回风分为两条流路，回风管路一经矩形风管进入第一热交换器进行加热，再经过新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，经第一风机和出风口流到室外，回风管路二经风阀与进风口处的新风进行混合，流经第二风机、第二热交换器进入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸附，相应风管中空气的水蒸气含量降低，达到除湿，再经过风管到住宅或厂房；
除湿方法2：风阀关闭，住宅或厂房的回风全部经矩形风管进入第一热交换器进行加热，再经过新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，最后经第一风机和出风口流到室外，新风由进风口进入，流经第二风机、第二热交换器进入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸附，相应风管中空气的水蒸气含量降低，达到除湿的目的。
7.如权利要求5所述的PEMFC联供的新风净化及除湿加湿装置控制方法，其特征在于，所述不同的增湿方法包括：
增湿方法1：风阀打开，住宅或厂房的回风分为两条流路，回风管路一经矩形风管流经第一热交换器进入新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸湿，相应风管中空气的水蒸气含量降低，经第一风机和出风口流到室外；回风管路二经风阀与进风口处的新风进行混合，流经第二风机，进入到第二热交换器进行加热；然后通入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量增加，再经过风管进入到住宅或厂房；
增湿方法2：风阀关闭，住宅或厂房的回风全部经第一热交换器进入新风净化调湿装置上半部分区域，该区域固体吸附剂进行吸湿，相应风管中空气的水蒸气含量降低，最后经第一风机和出风口流到室外，新风由进风口进入，流经第二风机，进入到第二热交换器进行加热；然后通入到新风净化调湿装置下半部分区域，该区域固体吸附剂进行解析，相应风管中空气的水蒸气含量升高。
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