CN105870481A - 燃料电池汽车动力系统及其氢气汽水分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种燃料电池汽车动力系统及其氢气汽水分离装置，所述氢气汽水分离装置包括：汽水混合气接入口、汽水分离室、液态水排出口、水气排出口、筒体；所述汽水混合气接入口与燃料电池动力系统的排气口相连；所述水汽排出口在分离液态水后，让水汽再次进入引射器中循环利用。本发明提出的燃料电池汽车动力系统及其氢气汽水分离装置，可加湿燃料电池动力系统的膜电极，同时也可减少氢气排入大气的含量，达到了安全高效的目的。本发明利用了气体与水自身的重量特性，在一定流速下增强了分离的均匀性；引射器在水汽排出口的应用，增加了水汽更顺畅的流通。

Description

燃料电池汽车动力系统及其氢气汽水分离装置
技术领域
本发明属于燃料电池汽车技术领域，涉及一种燃料电池汽车动力系统，尤其涉及一种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置。
背景技术
随着我国国民经济的持续增长，人民生活水平的不断提高，汽车已经成为人们出行的必备工具，随着城市雾霾化的增加，新能源汽车已经成为人们开发、使用的方向，而燃料电池汽车更成为人们向往的目标。
燃料电池汽车基本不产生二氧化碳，作为新一代新能源汽车，系统的优化及关键零部件的设计与开发能够让燃料电池动力系统寿命更长久，尾排氢气量更少，尾排氢气量可能危害人的生命健康，而汽水分离器的应用，能够最大限度的减少氢气排入大气中。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种燃料电池汽车，以便克服现有燃料电池汽车存在的上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种燃料电池汽车动力系统，可加湿燃料电池动力系统的膜电极，同时也可减少氢气排入大气的含量，达到了安全高效的目的。
此外，本发明还提供一种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，可加湿燃料电池动力系统的膜电极，同时也可减少氢气排入大气的含量，达到了安全高效的目的。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，所述氢气汽水分离装置包括：汽水混合气接入口、汽水分离室、液态水排出口、水气排出口、筒体、至少一堵头；
所述汽水混合气接入口与燃料电池动力系统的排气口相连；
所述汽水分离室经过检核计算，达到最优的混合设计；根据伯努利方程，计算而得出；其中△P为氢气与空气混合压差，P1为空气进入尾气处理装置的压力，P2为氢气进入尾气处理装置的压力，ρ1为空气的密度，ρ2为空气的密度，v1为空气进入尾气处理装置的流速，v2为空气进入尾气处理装置的流速；
所述液态水排出口低于汽水分离室的底部，保证足够的液态水流出；
所述水汽排出口在分离液态水后，让水汽再次进入引射器中循环利用；
燃料电池动力系统在运行过程中，定期的氢气排放带走燃料电池内部的液态水，在汽水分离器的作用下，把液态的水分离出去，排到大气中，其余水汽通过引射器的原理再次进入燃料电池内部参与循环反应，防止氢气过多的排入大气，同时减少整个燃料电池动力系统加湿器的成本。
一种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，所述氢气汽水分离装置包括：汽水混合气接入口、汽水分离室、液态水排出口、水气排出口、筒体；
所述汽水混合气接入口与燃料电池动力系统的排气口相连；所述水汽排出口在分离液态水后，让水汽再次进入引射器中循环利用。
作为本发明的一种优选方案，所述氢气汽水分离装置还包括至少一封堵机构。
作为本发明的一种优选方案，所述液态水排出口低于汽水分离室的底部，保证足够的液态水流出。
作为本发明的一种优选方案，所述汽水分离室经过一定的检核计算，达到最优的混合设计；根据伯努利方程，计算而得出。其中△P为氢气与空气混合压差，P1为空气进入尾气处理装置的压力，P2为氢气进入尾气处理装置的压力，ρ1为空气的密度，ρ2为空气的密度，v1为空气进入尾气处理装置的流速，v2为空气进入尾气处理装置的流速。
作为本发明的一种优选方案，燃料电池动力系统在运行过程中，定期的氢气排放带走燃料电池内部的液态水，在汽水分离器的作用下，把液态的水分离出去，排到大气中，其余水汽通过引射器的原理再次进入燃料电池内部参与循环反应，防止氢气过多的排入大气，同时减少整个燃料电池动力系统加湿器的成本。
一种燃料电池汽车动力系统，包括：电动机、燃料电池、尾气处理装置，电动机分别连接燃料电池、尾气处理装置；
所述尾气处理装置包括：氢气管道、氢气水分离器、空气管道、水封板、尾气混合排气管、筒体；
所述氢气管道的一端为氢气进气口，氢气进气口设置于筒体外；另一端设有氢气排气口，氢气排气口设置于筒体内，氢气排气口朝向第一方向；氢气管道中设置氢气水分离器；
所述空气管道的一端为空气进气口，空气进气口设置于筒体外；另一端设有空气排气口，空气排气口设置于筒体内，空气排气口朝向第二方向；第二方向与第一方向朝向相反，且均排向筒体内壁；空气排气口设有水封装置，防止停机后空气端倒吸；
所述氢气管道、空气管道设置于筒体的第一端，尾气混合排气管设置于筒体的第二端；
所述尾气混合排气管的第一端为混合气体进气口，混合气体进气口设置于筒体内；混合气体进气口距离筒体第二端设定距离；尾气混合排气管的第二端设有混合气体排气口，混合气体排气口设置于筒体外；
所述混合后的排气端在充分混合后排入大气中；利用气体自身的密度特性，箱体内还设有若干导流板；
定期的氢气排气在水分离器下把水分离开来，氢气排入筒体中；连续的空气排气排入筒体中，与少量的氢气充分混合后排出大气中；水封板接在空气排气尾端，防止燃料电池汽车停机时空气与氢气的倒吸；
所述氢气水分离器包括：汽水混合排气口、汽水分离室、液态水排出口、水汽排出口、第二筒体、堵头；
所述汽水混合排气口与燃料电池动力系统的排气口相连；
所述汽水分离室经过检核计算，达到最优的混合设计；根据伯努利方程，计算而得出；其中△P为氢气与空气混合压差，P1为空气进入尾气处理装置的压力，P2为氢气进入尾气处理装置的压力，ρ1为空气的密度，ρ2为空气的密度，v1为空气进入尾气处理装置的流速，v2为空气进入尾气处理装置的流速；
所述液态水排出口低于汽水分离室的底部，保证足够的液态水流出；
所述液态水排出口低于汽水分离室设计，保证足够的液态水流出；
所述水汽排出口在分离液态水后，让水汽再次进入引射器中循环利用；
所述燃料电池动力系统在运行过程中，定期的氢气排放带走燃料电池内部的液态水，在汽水分离器的作用下，把液态的水分离出去，排到大气中，其余水汽通过引射器的原理再次进入燃料电池内部参与循环反应，防止氢气过多的排入大气，同时减少整个燃料电池动力系统加湿器的成本；
所述氢气管道内设有第一流量传感器、第一浓度传感器，氢气管道靠近氢气进气口设有第一阀门、第一阀门控制机构；
所述空气管道设有第二流量传感器，空气管道靠近空气进气口设有第二阀门、第二阀门控制机构；
所述第一流量传感器、第一浓度传感器、第二流量传感器将感应的数据反馈至一主处理器，主处理器根据感应数据分别通过第一阀门控制机构、第二阀门控制机构控制第一阀门、第二阀门的开度。
本发明的有益效果在于：本发明提出的燃料电池汽车动力系统及其氢气汽水分离装置，可加湿燃料电池动力系统的膜电极，同时也可减少氢气排入大气的含量，达到了安全高效的目的。本发明利用了气体与水自身的重量特性，在一定流速下增强了分离的均匀性；引射器在水汽排出口的应用，增加了水汽更顺畅的流通。
附图说明
图1为本发明种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置的结构示意图。
图2为本发明种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置的结构示意图。
附图标注如下：
1、堵头 2、与引射器相连水汽出口
3、与动力系统相连汽水分离口 4、堵头
5、堵头 6、固定端口
7、液态水分离口 8、汽水分离室及筒体
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图1、图2，本发明揭示了一种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，所述氢气汽水分离装置包括：包括燃料电池汽车动力系统的汽水混合排气口3、汽水分离室8、液态水排出口7、水汽排出口2、筒体8、堵头1、4、5。
所述燃料电池氢气的汽水混合物进入筒体8的进气口3，在筒体8中高速流动，在汽水分离器8内分离，液态水在排水口7排出，途经连接的氢气排出电磁阀进入大气中，而汽水分离器8内的水汽，在高速气流的作用下，进入排出口2，在引射器的引射作用下，再次进入燃料电池动力系统的氢气循环中去。
在燃料电池动力系统氢气不排出，即氢气不吹扫燃料电池动力系统内部水汽时，氢气排出电磁阀是关闭的，引射器也是关闭的，保证了系统内部压力的恒定，有利于燃料电池动力系统内部氢气完全反应，产生更多的电能。
实施例二
一种燃料电池汽车动力系统，包括电动机、燃料电池、尾气处理装置，电动机分别连接燃料电池、尾气处理装置；
所述尾气处理装置包括：氢气管道、氢气水分离器、空气管道、水封板、尾气混合排气管、筒体；
所述氢气管道的一端为氢气进气口，氢气进气口设置于筒体外；另一端设有氢气排气口，氢气排气口设置于筒体内，氢气排气口朝向第一方向；氢气管道中设置氢气水分离器；
所述空气管道的一端为空气进气口，空气进气口设置于筒体外；另一端设有空气排气口，空气排气口设置于筒体内，空气排气口朝向第二方向；第二方向与第一方向朝向相反，且均排向筒体内壁；空气排气口设有水封装置，防止停机后空气端倒吸；
所述氢气管道、空气管道设置于筒体的第一端，尾气混合排气管设置于筒体的第二端；
所述尾气混合排气管的第一端为混合气体进气口，混合气体进气口设置于筒体内；混合气体进气口距离筒体第二端设定距离；尾气混合排气管的第二端设有混合气体排气口，混合气体排气口设置于筒体外；
所述混合后的排气端在充分混合后排入大气中；
定期的氢气排气在水分离器下把水分离开来，氢气排入筒体中；连续的空气排气排入筒体中，与少量的氢气充分混合后排出大气中；水封板接在空气排气尾端，防止燃料电池汽车停机时空气与氢气的倒吸；
所述氢气水分离器包括：汽水混合排气口、汽水分离室、液态水排出口、水气排出口、第二筒体、堵头；
所述汽水混合排气口与燃料电池动力系统的排气口相连；
所述汽水分离室经过一定的检核计算，达到最优的混合设计；根据伯努利方程，计算而得出；其中△P为氢气与空气混合压差，P1为空气进入尾气处理装置的压力，P2为氢气进入尾气处理装置的压力，ρ1为空气的密度，ρ2为空气的密度，v1为空气进入尾气处理装置的流速，v2为空气进入尾气处理装置的流速；
所述液态水排出口低于汽水分离室设计，保证足够的液态水流出；
所述水汽排出口在分离液态水后，让水汽再次进入引射器中循环利用；
所述燃料电池动力系统在运行过程中，定期的氢气排放带走燃料电池内部的液态水，在汽水分离器的作用下，把液态的水分离出去，排到大气中，其余水汽通过引射器的原理再次进入燃料电池内部参与循环反应，防止氢气过多的排入大气，同时减少整个燃料电池动力系统加湿器的成本；
所述氢气管路内设有第一流量传感器、第一浓度传感器，氢气管路靠近氢气进口端设有第一阀门、第一阀门控制机构；
所述空气管路设有第二流量传感器，空气管路靠近空气进口端设有第二阀门、第二阀门控制机构；
所述第一流量传感器、第一浓度传感器、第二流量传感器将感应的数据反馈至一主处理器，主处理器根据感应数据分别通过第一阀门控制机构、第二阀门控制机构控制第一阀门、第二阀门的开度。
综上所述，本发明提出的燃料电池汽车动力系统及其氢气汽水分离装置，可加湿燃料电池动力系统的膜电极，同时也可减少氢气排入大气的含量，达到了安全高效的目的。本发明利用了气体与水自身的重量特性，在一定流速下增强了分离的均匀性；引射器在水汽排出口的应用，增加了水汽更顺畅的流通。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，其特征在于，所述氢气汽水分离装置包括：汽水混合气接入口、汽水分离室、液态水排出口、水气排出口、筒体、至少一堵头；
所述汽水混合气接入口与燃料电池动力系统的排气口相连；
所述汽水分离室经过检核计算，达到最优的混合设计；根据伯努利方程，计算而得出；其中△P为氢气与空气混合压差，P1为空气进入尾气处理装置的压力，P2为氢气进入尾气处理装置的压力，ρ1为空气的密度，ρ2为空气的密度，v1为空气进入尾气处理装置的流速，v2为空气进入尾气处理装置的流速；
所述液态水排出口低于汽水分离室的底部，保证足够的液态水流出；
所述水汽排出口在分离液态水后，让水汽再次进入引射器中循环利用；
燃料电池动力系统在运行过程中，定期的氢气排放带走燃料电池内部的液态水，在汽水分离器的作用下，把液态的水分离出去，排到大气中，其余水汽通过引射器的原理再次进入燃料电池内部参与循环反应，防止氢气过多的排入大气，同时减少整个燃料电池动力系统加湿器的成本。
2.一种燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，其特征在于，所述氢气汽水分离装置包括：汽水混合气接入口、汽水分离室、液态水排出口、水气排出口、筒体；
所述汽水混合气接入口与燃料电池动力系统的排气口相连；所述水汽排出口在分离液态水后，让水汽再次进入引射器中循环利用。
3.根据权利要求2所述的燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，其特征在于：
所述氢气汽水分离装置还包括至少一封堵机构。
4.根据权利要求2所述的燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，其特征在于：
所述液态水排出口低于汽水分离室的底部，保证足够的液态水流出。
5.根据权利要求2所述的燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，其特征在于：
所述汽水分离室经过一定的检核计算，达到最优的混合设计；根据伯努利方程，计算而得出；其中△P为氢气与空气混合压差，P1为空气进入尾气处理装置的压力，P2为氢气进入尾气处理装置的压力，ρ1为空气的密度，ρ2为空气的密度，v1为空气进入尾气处理装置的流速，v2为空气进入尾气处理装置的流速；
所述液态水排出口低于汽水分离室的底部，保证足够的液态水流出。
6.根据权利要求2所述的燃料电池汽车动力系统的氢气汽水分离装置，其特征在于：
燃料电池动力系统在运行过程中，定期的氢气排放带走燃料电池内部的液态水，在汽水分离器的作用下，把液态的水分离出去，排到大气中，其余水汽通过引射器的原理再次进入燃料电池内部参与循环反应，防止氢气过多的排入大气，同时减少整个燃料电池动力系统加湿器的成本。
7.一种燃料电池汽车动力系统，其特征在于，包括：电动机、燃料电池、尾气处理装置，电动机分别连接燃料电池、尾气处理装置；
所述尾气处理装置包括：氢气管道、氢气水分离器、空气管道、水封板、尾气混合排气管、筒体；
所述氢气管道的一端为氢气进气口，氢气进气口设置于筒体外；另一端设有氢气排气口，氢气排气口设置于筒体内，氢气排气口朝向第一方向；氢气管道中设置氢气水分离器；
所述空气管道的一端为空气进气口，空气进气口设置于筒体外；另一端设有空气排气口，空气排气口设置于筒体内，空气排气口朝向第二方向；第二方向与第一方向朝向相反，且均排向筒体内壁；空气排气口设有水封装置，防止停机后空气端倒吸；
所述氢气管道、空气管道设置于筒体的第一端，尾气混合排气管设置于筒体的第二端；
所述尾气混合排气管的第一端为混合气体进气口，混合气体进气口设置于筒体内；混合气体进气口距离筒体第二端设定距离；尾气混合排气管的第二端设有混合气体排气口，混合气体排气口设置于筒体外；
所述混合后的排气端在充分混合后排入大气中；利用气体自身的密度特性，箱体内还设有若干导流板；
定期的氢气排气在水分离器下把水分离开来，氢气排入筒体中；连续的空气排气排入筒体中，与少量的氢气充分混合后排出大气中；水封板接在空气排气尾端，防止燃料电池汽车停机时空气与氢气的倒吸；
所述氢气水分离器包括：汽水混合排气口、汽水分离室、液态水排出口、水汽排出口、第二筒体、堵头；
所述汽水混合排气口与燃料电池动力系统的排气口相连；
所述汽水分离室经过检核计算，达到最优的混合设计；根据伯努利方程，计算而得出；其中△P为氢气与空气混合压差，P1为空气进入尾气处理装置的压力，P2为氢气进入尾气处理装置的压力，ρ1为空气的密度，ρ2为空气的密度，v1为空气进入尾气处理装置的流速，v2为空气进入尾气处理装置的流速；
所述液态水排出口低于汽水分离室的底部，保证足够的液态水流出；
所述液态水排出口低于汽水分离室设计，保证足够的液态水流出；
所述水汽排出口在分离液态水后，让水汽再次进入引射器中循环利用；
所述燃料电池动力系统在运行过程中，定期的氢气排放带走燃料电池内部的液态水，在汽水分离器的作用下，把液态的水分离出去，排到大气中，其余水汽通过引射器的原理再次进入燃料电池内部参与循环反应，防止氢气过多的排入大气，同时减少整个燃料电池动力系统加湿器的成本；
所述氢气管道内设有第一流量传感器、第一浓度传感器，氢气管道靠近氢气进气口设有第一阀门、第一阀门控制机构；
所述空气管道设有第二流量传感器，空气管道靠近空气进气口设有第二阀门、第二阀门控制机构；
所述第一流量传感器、第一浓度传感器、第二流量传感器将感应的数据反馈至一主处理器，主处理器根据感应数据分别通过第一阀门控制机构、第二阀门控制机构控制第一阀门、第二阀门的开度。
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