CN113675449B - 一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置，包括电子节气门、排气尾管、导流管、三元催化器、密封环、弹簧等，采用多功能一体化设计，具有将燃料电池发动机排放物集中排放、消除电堆泄漏的氢气与电化学反应残余的氢气、无需辅助电能实现电堆保护罩负压通风等功能，结构简单、适用性强、技术难度低、安装运输方便、制造和维护成本低，适于规模化生产。

Description

一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置
技术领域
本发明属于燃料电池发动机技术领域，具体涉及一种用于氢燃料电池发动机的尾气排放装置。
背景技术
氢燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，具有高能量转换效率、高能量密度、低振动噪声、零排放等优点。因此，氢燃料电池被视为21世纪清洁、高效的理想动力装置，是解决资源匮乏和污染恶化这两大问题重要的途径，在新能源汽车、绿色船舶领域具有广阔发展和应用前景。
燃料电池电堆不可避免的会向外界泄漏少量的氢气，氢气的积累可能引起起火、爆炸等危险，大部分的现存的技术方案是将电堆封装在保护罩中，采取强制通风的方式将保护罩中的氢气稀释释放，电堆反应过程中氢气也需要一定尾排，带出氢气中惰性气体与水，同时电堆氢侧也会有部分生成水，通过气水分离器分离后需要向外界排放，电堆空气侧电化学反应后残余空气也需要排放。现存的氢燃料电池发动机的这些排放源大都直接排放，在狭小或通风较差的空间里，这些释放的氢气可能导致燃烧爆炸的等风险，电堆保护罩通过鼓风机进气强制通风，会消耗一定电能，同时存在风机故障等风险。
丰田自动车株式会社申请的《气液分离器和稀释器的一体式装置》（申请号200980156009.9）提出一种将气液分离器、空气排出气体、氢气排出气体混合稀释排放的装置，其结构主要是将排放物混合稀释排放。
北京新能源汽车技术创新中心有限公司申请的《燃料电池汽车尾气排放装置及燃料电池汽车》（申请号CN210182493U）提出了一种尾气排放装置，其结构的主要是实现气水分离，避免产生积水，避免从排水孔处发生氢气泄漏。
云浮市飞驰新能源汽车有限公司申请的《一种控制燃料电池尾气含氢量的装置及燃料电池汽车》（申请号CN201820444507.X）提出一种尾气排放装置主要利用缓冲装置将浓度过高的混合气体暂时收集并稀释，保证最终排出的气体含氢量始终低于爆炸极限。
上述专利技术方案仍然无法完全消除氢气的残余泄露。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种用于氢燃料电池发动机的尾气排放装置，以实现燃料电池发动机排放物集中排放、消除残余氢气、无需辅助电能对电堆保护罩进行负压通风等功能，有效保障燃料电池发动机的安全运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置，包括与发动机排气尾管连接的电子节气门，用于接入氢燃料电池发动机的电堆残气，电子节气门与排气尾管的入口安装面之间通过密封件密封，排气尾管内进气口处安装有进口大出口小的导流管，排气尾管内出气口处安装有三元催化器，所述的排气尾管内壁平行设置有两个凸圈，两个凸圈之间的型槽内通过弹簧固定有密封环，所述的密封环紧贴导流管外壁面形成密封，所述的排气尾管侧壁上设置有位于两凸圈前方的氢侧水接口和氢气尾排口，所述的氢侧水接口和氢气尾排口位于导流管出口处，分别接入电堆排放的产物水和氢气，排气尾管侧壁上还设置有位于两凸圈后方的进气接口，所述的进气接口位于排气尾管、密封环和导流管形成的腔体处，用于接入电堆保护罩出风。
所述的一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置，其电子节气门和排气尾管通过连接件和紧固件连接。
所述的一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置，其弹簧和密封环并排设置在两两个凸圈，以实现对密封环的轴向固定。
本发明的有益效果是：
1）本发明采用多功能一体化设计，有效地将燃料电池发动机排放物集中排放。
2）本发明采用引射泵原理，实现无动力负压通风吹扫电堆泄漏的氢气。
3）本发明采用采用在排气尾管加装三元催化器，将电堆泄漏的氢气与电化学反应残余的氢气消除，增加了燃料电池发动机的安全性。
4）本发明结构简单、技术难度低、安装运输方便、制造和维护成本低，适于规模化生产。
附图说明
图1是本发明的外部结构示意图；
图2是本发明的内部结构示意图；
图3 是本发明的尾气排放示意图。
图中标记说明：1—电子节气门，2—连接件，3—紧固件，4—密封件，5—密封环，6—弹簧，7—三元催化器，8—排气尾管，9—导流管。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明如下。
本发明提出一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置，具有将燃料电池发动机排放物集中排放、消除电堆泄漏的氢气与电化学反应残余的氢气、无需辅助电能对电堆保护罩进行负压通风等功能，结构简单、适用性强、技术难度低、安装运输方便、制造和维护成本低，适于规模化生产。
参照图1、图2和图3所示，本发明公开的一种用于氢燃料电池发动机的尾气排放装置，包括电子节气门1、排气尾管8、导流管9、三元催化器7、密封环5、密封件4、弹簧6、连接件2、紧固件3。
其中电子节气门1与排气尾管8通过连接件2和紧固件3紧固连接，电子节气门1与排气尾管8的安装面之间通过密封件4密封；一端大一端小并成缩放喷嘴状的导流管9安装在排气尾管8内的进气一侧，三元催化器7安装在排气尾管8内的出气端。
排气尾管8内壁有两凸圈，密封环5与弹簧6安装在排气尾管8内壁的两凸圈之间，弹簧6轴向紧压密封环5使其与排气尾管8的凸圈、导流管9的外圆贴紧形成密封。
排气尾管8的径向有三个接口，其中氢侧水接口和氢气尾排口两个接口位于导流管9喷嘴出口上方，一个出风接口位于由排气尾管8、密封环5、导流管9形成的腔体的上方。
氢燃料电池发动机的电堆空气出口残气接电子节气门1的进口，氢燃料电池发动机的电堆脉冲排放的氢气接导流管9喷嘴出口上方的径向接口氢气尾排口，氢燃料电池发动机的电堆氢侧产物水接导流管9喷嘴出口上方的另一径向接口氢侧水接口，电堆保护罩出风口接排气尾管8上位于密封环5与导流管9形成的腔体的上方径向接口出风接口。
结合本发明的结构，对本发明的技术原理作如下说明。
当燃料电池发动机不工作时，电子节气门1关闭，无气流通过尾气排放装置，密封环5在弹簧6的压缩下，与排气尾管8的凸台、导流管9的外圆贴紧，形成密封，防止燃料电池发动机不工作时尾排的氢气倒灌进入电堆密封罩，电子节气门1完全关闭防止尾排的氢气倒灌进入电堆空气侧。
当燃料电池发动机工作时，电子节气门1开启一定的开度，电堆空气出口残气高速通过排气尾管8内的导流管9，电子节气门1的可调开度与导流管9收缩状喷嘴产生的气体阻力，在导流管9喷嘴出口附近区域对燃料电池空气侧形成引射负压（背压），增加电堆电化学反应气压力，密封环5克服弹簧6压缩力，密封腔打开，导流管9通过外圆上的径向接口抽吸电堆密封罩，形成对电堆密封罩的负压通风吹扫，提高燃料电池的电性能。
当燃料电池发动机工作时，燃料电池发动机周期性的脉冲排放氢气排入排气尾管8，在足量的电堆空气反应残气的吹扫稀释下，氢气浓度迅速降到爆炸极限以下，在出口出的三元催化器7的作用下，与电堆空气残气中的氧气反应，排出尾气只剩下氮气、残余氧气、水，真正实现零污染物排放。电堆氢侧的产物水接入到排气尾管8中，一同随尾气排出。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置，包括与发动机排气尾管（8）连接的电子节气门（1），电子节气门（1）与排气尾管（8）通过密封件（4）密封，其特征在于：排气尾管（8）进气口处安装有进口大出口小的导流管（9），排气尾管（8）内出气口处安装有三元催化器（7），所述的排气尾管（8）内壁平行设置有两个凸圈，两个凸圈之间的型槽内通过弹簧（6）固定有密封环（5），所述的弹簧（6）和密封环（5）并排设置在两凸圈之间以实现对密封环（5）的轴向固定，所述的密封环（5）紧贴导流管（9）外壁面形成密封，所述的排气尾管（8）上设置有位于两凸圈前方的氢侧水接口和氢气尾排口，所述的氢侧水接口和氢气尾排口位于导流管（9）出口处，分别接入电堆排放的产物水和氢气，排气尾管（8）侧壁上还设置有位于两凸圈后方的进气接口，所述的进气接口位于排气尾管（8）、密封环（5）和导流管（9）形成的腔体处，用于接入电堆保护罩出风。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池发动机的尾气排放装置，其特征在于，所述的电子节气门（1）和排气尾管（8）通过连接件（2）和紧固件（3）连接。
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