CN114233606A - 一种用于燃料电池的消声器结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于氢燃料电池技术领域的用于燃料电池的消声器结构，所述的用于燃料电池的消声器结构的消声器管道(27)一端穿过筒体(14)的进气端盖(15)，消声器管道(27)另一端穿过筒体(14)的出气端盖(16)，消声器管道(27)一侧为进气口(11)，消声器管道(27)另一侧为出气口(12)，进气端盖(15)上安装氢气引射管(24)，筒体(14)内设置多个隔板，每个隔板套装在消声器管道(27)不同位置，每个隔板下端分别设置排水槽(26)，筒体(14)下端设置排水管(25)，本发明所述的用于燃料电池的消声器结构，能够有效降低压损，从而降低系统能耗，提高降噪效果，同时集成氢气稀释功能，不需增加过多部件，降低成本，确保系统可靠性。

Description

一种用于燃料电池的消声器结构

技术领域

本发明属于氢燃料电池技术领域，更具体地说，是涉及一种用于燃料电池的消声器结构。

背景技术

随着氢燃料电池的发展，越来越多的电堆系统厂商开始重视燃料电池的NVH性能，而排气噪声作为燃料电池系统噪声主要的噪声源之一，也越来越受重视，但是其和传统燃油车排气噪声又有很大区别。目前主流的空压机主要包括离心式，罗茨式，和螺杆式。燃料电池发动机工作时，在空气路空压机需要对空气进行压缩，特别是在转速高压比高的工况下，会产生很大的高频噪声，这些噪声经过电堆，沿着空气管路传播，最终通过排气口辐射出去。另外在高功率的工况下，需要较大的流量及较高压比，这时候排气阀门的开度较小，因而气流速度很高，这也使得气流噪声更加明显。空压机在峰值工况，尾排噪声通常都在100dB(A)以上，声压级高，以宽频带高频的气流噪声为主，声音刺耳，难以忍受，主观评价差。尾排噪声声品质差，严重影响乘坐舒适性,同时路上行人对车辆的主观感受也不好。

氢燃料电池是一种将化学能直接变为电能的发电装置，在实际运行时，有一部分水汽和氮气会从阴极侧(空气侧)反扩散至阳极侧(氢气侧)，阳极侧需要根据氢气浓度的情况，定期的间歇式排放尾气，未反应的氢气也会随着气态水和液态水及少量的杂质气体一起被排出。氢气在空气中达到一定浓度会发生爆炸风险，为防止排出的氢气达到可爆炸浓度，在排放时需要对排出的尾气进行稀释。目前技术主要通过两种方法进行氢气稀释：(1)一种是通过尾气后处理模块，反应消耗掉尾气中的氢气。(2)另一种是通过缓存装置，将阳极侧的氢气尾气和阴极侧的空气尾气进行混合稀释后排放。这两种方法都需要额外增加装置，不但造成系统可靠性降低，而且会增加成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种用于燃料电池的消声器结构，能够有效降低压损，从而降低系统能耗，提高降噪效果，同时集成氢气稀释功能，不需增加过多部件，降低成本，确保系统可靠性。

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明为一种用于燃料电池的消声器结构，所述的用于燃料电池的消声器结构包括筒体，消声器管道一端穿过筒体的进气端盖，消声器管道另一端穿过筒体的出气端盖，消声器管道一侧为进气口，消声器管道另一侧为出气口，消声器管道上设置多个消声管孔，进气端盖上安装氢气引射管，筒体内设置多个隔板，每个隔板套装在消声器管道不同位置，每个隔板下端分别设置排水槽，筒体下端设置排水管。

所述的用于燃料电池的消声器结构的隔板包括第一隔板、第二隔板、第三隔板，进气端盖与第一隔板之间为第一腔室，第一隔板与第二隔板之间为第二腔室，第二隔板与第三隔板之间为第三腔室，第三隔板与出气端盖之间为第四腔室。

所述的氢气引射管外部端口和燃料电池阳极侧排气管路连通，氢气引射管内部端口位于第一腔室内。

所述的第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室内的消声器管道位置分别包括多个消声管孔。

所述的第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室内的消声器管道的消声管孔的数量为依次增多的结构。

所述的第一隔板、第二隔板、第三隔板的隔板外圆分别与筒体内壁固定连接，第一隔板、第二隔板、第三隔板的隔板内圆分别和消声器管道外部固定连接。

所述的进气口连通燃料电池的阴极侧空气管路。

所述的第四腔室内设置玻璃纤维棉，为阻性吸声腔。

所述的消声器管道的进气口和出气口分别带有防脱落墩头。

所述的第一腔室、第二腔室、第三腔室为穿孔共振腔。

采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：

本发明所述的用于燃料电池的消声器结构，针对现有技术中的不足，提出改进方案。筒体内放置多块隔板，隔板的隔板外圆和筒体连接，隔板内圆和消声器管道外部连接，从而把筒体分为多个腔室。而第一腔室，第二腔室，第三腔室这三个腔室为穿孔共振腔，采用抗性消声原理，根姆霍兹共振消声原理，通过设计消声器管道的壁厚及分配三个腔室位置的消声孔的孔数来控制各腔室的消声频率，使三个腔室消声频率依次增加，主要消除3000Hz以下频率。也可这么理解，这三个腔室的布置方式可以随意组合，只要满足所需求的消声频率，都可以达到所要求的消声效果。第四腔室里面添加玻璃纤维棉吸声材料，采用阻性消声原理，主要消除高频噪声。这样，采用阻抗复合式设计，通过合理布置设计各腔室的消声频率，消声器总成降噪频率可覆盖500Hz-10000Hz，插入损失可达到20dB以上。而进气端盖上设计有氢气引射管，外部端口和阳极侧排气管路连接，另一端口插入第一腔室。阳极侧定期间歇式排出的带氢气的尾气，从氢气引射管进入第一腔室，充分混合后，从第一腔室的消声孔均匀进入消声器管道内，然后和阴极侧排出的而进入消声器管道内的空气混合，并在管路中稀释后，通过出气口流出，达到氢气稀释的作用。燃料电池尾排排出的气体中带有大量的气态水和液态水，经过消声器管道时有部分水份通过消声孔进入各腔室内，所以消声器需要一定的排水功能，以防止积水，影响消声性能。消声器内部的每块隔板下侧留有排水槽，排水管设计在筒体下部，在排放尾气时，各腔室的积水会通过隔板排水槽和排水管及时排出消声器外部。这样，有效解决现有技术中的问题。本发明的结构，主要创新点、优点在于：(1)消声器采用抗性和阻性消声原理，具有宽频带高频消声性能，高插入损失，可达到≥20dB(A)，频率覆盖500-10000Hz；(2)采用直通式设计，具有较低的压损，降低系统能耗；(3)利用尾排消声器设计特点及排放尾气的功能，使其集成氢气稀释功能，不用额外增加氢气稀释装置，降低了成本，且提高了系统可靠性；(4)结构简单，便于设计制造和整车安装。本发明所述的用于燃料电池的消声器结构，能够有效降低压损，从而降低系统能耗，提高降噪效果，同时集成氢气稀释功能，不需增加过多部件，降低成本，确保系统可靠性。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为本发明所述的用于燃料电池的消声器结构的结构示意图；

图2为本发明所述的用于燃料电池的消声器结构的隔板的结构示意图；

附图中标记分别为：11、进气口；12、出气口；13、消声管孔；14、筒体；15、进气端盖；16、出气端盖；17、第一隔板；18、第二隔板；19、第三隔板；20、第一腔室；21、第二腔室；22、第三腔室；23、第四腔室；24、氢气引射管；25、排水管；26、排水槽；27、消声器管道；28、隔板外圆；29、隔板内圆。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如附图1、附图2所示，本发明为一种用于燃料电池的消声器结构，所述的用于燃料电池的消声器结构包括筒体14，消声器管道27一端穿过筒体14的进气端盖15，消声器管道27另一端穿过筒体14的出气端盖16，消声器管道27一侧为进气口11，消声器管道27另一侧为出气口12，消声器管道27上设置多个消声管孔13，进气端盖15上安装氢气引射管24，筒体14内设置多个隔板，每个隔板套装在消声器管道27不同位置，每个隔板下端分别设置排水槽26，筒体14下端设置排水管25。上述结构，针对现有技术中的不足，提出改进方案。所述的筒体内放置多块隔板，隔板的隔板外圆和筒体14连接，隔板内圆和消声器管道27外部连接，从而把筒体分为多个腔室。而第一腔室20，第二腔室21，第三腔室22这三个腔室为穿孔共振腔，采用抗性消声原理，根据赫姆霍兹共振消声原理，通过设计消声器管道27的壁厚及分配三个腔室位置的消声孔的孔数来控制各腔室的消声频率，使三个腔室消声频率依次增加，主要消除3000Hz以下频率。也可这么理解，这三个腔室的布置方式可以随意组合，只要满足所需求的消声频率，都可以达到所要求的消声效果。第四腔室里面添加玻璃纤维棉吸声材料，采用阻性消声原理，主要消除高频噪声。这样，采用阻抗复合式设计，通过合理布置设计各腔室的消声频率，消声器总成降噪频率可覆盖500Hz-10000Hz，插入损失可达到20dB以上。而进气端盖上15设计有氢气引射管24，外部端口和阳极侧排气管路连接，另一端口插入第一腔室。阳极侧定期间歇式排出的带氢气的尾气，从氢气引射管进入第一腔室，充分混合后，从第一腔室的消声孔均匀进入消声器管道内，然后和阴极侧排出的而进入消声器管道内的空气混合，并在管路中稀释后，通过出气口流出，从而达到氢气稀释的作用。燃料电池尾排排出的气体中带有大量的气态水和液态水，经过消声器管道时有部分水份通过消声孔进入各腔室内，所以消声器需要一定的排水功能，以防止积水，从而影响消声性能。如附图2所示，消声器内部的每块隔板下侧留有排水槽26，排水管25设计在筒体下部，在排放尾气时，各腔室的积水会通过隔板排水槽26和排水管25及时排出消声器外部。这样，有效解决现有技术中的问题。本发明的结构，主要创新点、优点在于：(1)消声器采用抗性和阻性消声原理，具有宽频带高频消声性能，高插入损失，可达到≥20dB(A)，频率覆盖500-10000Hz；(2)采用直通式设计，具有较低的压损，降低系统能耗；(3)利用尾排消声器设计特点及排放尾气的功能，使其集成氢气稀释功能，不用额外增加氢气稀释装置，降低了成本，且提高了系统可靠性；(4)结构简单，便于设计制造和整车安装。本发明所述的用于燃料电池的消声器结构，能够有效降低压损，从而降低系统能耗，提高降噪效果，同时不需增加过多部件，降低成本，确保系统可靠性。

所述的用于燃料电池的消声器结构的隔板包括第一隔板17、第二隔板18、第三隔板19，进气端盖15与第一隔板17之间为第一腔室20，第一隔板17与第二隔板18之间为第二腔室21，第二隔板18与第三隔板19之间为第三腔室22，第三隔板19与出气端盖16之间为第四腔室23。上述结构，第一腔室20、第二腔室21、第三腔室22为穿孔共振腔，不添加吸声材料，采用抗性消声原理。每个所述的腔室对应的消声器管道上分布多个消声孔(小孔)，且每个所述的腔室和对应所述的孔数相配合，以消除不同频率的噪声。而第四腔室23内添加吸声材料，第四腔室对应的孔管上分布一定数量的小孔，配合玻璃纤维棉的吸声材料，采用阻性消声原理，以达到高频消声的目的。

所述的氢气引射管24外部端口和燃料电池阳极侧排气管路连通，氢气引射管24内部端口位于第一腔室20内。上述结构，进气端盖上15设计有氢气引射管24，外部端口和阳极侧排气管路连接，另一端口插入第一腔室。阳极侧定期间歇式排出的带氢气的尾气，从氢气引射管进入第一腔室，充分混合后，从第一腔室孔管小孔均匀进入主管道，然后和阴极侧排出的空气混合，并在管路中稀释后，通过出气口流出，达到氢气稀释的作用。这样，有效防止因氢气浓度过大而发生爆炸风险。

所述的第一腔室20、第二腔室21、第三腔室22、第四腔室23内的消声器管道27位置分别包括多个消声管孔13。所述的第一腔室20、第二腔室21、第三腔室22、第四腔室23内的消声器管道27的消声管孔13的数量为依次增多的结构。所述的隔板的第一隔板17、第二隔板18、第三隔板19的隔板外圆28分别与筒体14内壁固定连接。所述的进气口11和出气口连通燃料电池的阴极侧空气管路。

所述的第四腔室23内设置玻璃纤维棉。上述结构，第四腔室23里面添加玻璃纤维棉，采用阻性消声原理，主要消除2000Hz以上的高频。因此，第四腔室和其他三个腔室配合，实现阻抗复合式消声。

所述的消声器管道27的进气口11和出气口12分别带有防脱落墩头。上述结构，消声器的进气口11和出气口12带有防脱落墩头，便于和燃料电池系统阴极空气侧管路连接。连接后确保不易脱落。

所述的第一腔室20、第二腔室21、第三腔室22为穿孔共振腔。

本发明的消声器结构中，燃料电池尾排排出的气体中带有大量的气态水和液态水，经过消声器时有部分水份通过消声管孔13进入各腔室内，所以消声器需要一定的排水功能，以防止积水，从而影响消声性能。如附图2所示，消声器内部三块隔板下侧分别留有排水槽26，排水管25设计在筒体第二腔室21的下部位置，在排放尾气时，各腔室的积水会通过隔板排水槽26和排水管25及时排出消声器外部。

本发明所述的用于燃料电池的消声器结构，针对现有技术中的不足，提出改进方案。筒体内放置多块隔板，隔板的隔板外圆和筒体连接，隔板内圆和消声器管道外部连接，从而把筒体分为多个腔室。而第一腔室，第二腔室，第三腔室这三个腔室为穿孔共振腔，采用抗性消声原理，根姆霍兹共振消声原理，通过设计消声器管道的壁厚及分配三个腔室位置的消声孔的孔数来控制各腔室的消声频率，使三个腔室消声频率依次增加，主要消除3000Hz以下频率。也可这么理解，这三个腔室的布置方式可以随意组合，只要满足所需求的消声频率，都可以达到所要求的消声效果。第四腔室里面添加玻璃纤维棉吸声材料，采用阻性消声原理，主要消除高频噪声。这样，采用阻抗复合式设计，通过合理布置设计各腔室的消声频率，消声器总成降噪频率可覆盖500Hz-10000Hz，插入损失可达到20dB以上。而进气端盖上设计有氢气引射管，外部端口和阳极侧排气管路连接，另一端口插入第一腔室。阳极侧定期间歇式排出的带氢气的尾气，从氢气引射管进入第一腔室，充分混合后，从第一腔室的消声孔均匀进入消声器管道内，然后和阴极侧排出的而进入消声器管道内的空气混合，并在管路中稀释后，通过出气口流出，达到氢气稀释的作用。燃料电池尾排排出的气体中带有大量的气态水和液态水，经过消声器管道时有部分水份通过消声孔进入各腔室内，所以消声器需要一定的排水功能，以防止积水，影响消声性能。消声器内部的每块隔板下侧留有排水槽，排水管设计在筒体下部，在排放尾气时，各腔室的积水会通过隔板排水槽和排水管及时排出消声器外部。这样，有效解决现有技术中的问题。本发明的结构，主要创新点、优点在于：(1)消声器采用抗性和阻性消声原理，具有宽频带高频消声性能，高插入损失，可达到≥20dB(A)，频率覆盖500-10000Hz；(2)采用直通式设计，具有较低的压损，降低系统能耗；(3)利用尾排消声器设计特点及排放尾气的功能，使其集成氢气稀释功能，不用额外增加氢气稀释装置，降低了成本，且提高了系统可靠性；(4)结构简单，便于设计制造和整车安装。本发明所述的用于燃料电池的消声器结构，能够有效降低压损，从而降低系统能耗，提高降噪效果，同时不需增加过多部件，降低成本，确保系统可靠性。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的用于燃料电池的消声器结构包括筒体(14)，消声器管道(27)一端穿过筒体(14)的进气端盖(15)，消声器管道(27)另一端穿过筒体(14)的出气端盖(16)，消声器管道(27)一侧为进气口(11)，消声器管道(27)另一侧为出气口(12)，消声器管道(27)上设置多个消声管孔(13)，进气端盖(15)上安装氢气引射管(24)，筒体(14)内设置多个隔板，每个隔板套装在消声器管道(27)不同位置，每个隔板下端分别设置排水槽(26)，筒体(14)下端设置排水管(25)。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的用于燃料电池的消声器结构的隔板包括第一隔板(17)、第二隔板(18)、第三隔板(19)，进气端盖(15)与第一隔板(17)之间为第一腔室(20)，第一隔板(17)与第二隔板(18)之间为第二腔室(21)，第二隔板(18)与第三隔板(19)之间为第三腔室(22)，第三隔板(19)与出气端盖(16)之间为第四腔室(23)。

3.根据权利要求2所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的氢气引射管(24)外部端口和燃料电池阳极侧排气管路连通，氢气引射管(24)内部端口位于第一腔室(20)内。

4.根据权利要求2或3所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的第一腔室(20)、第二腔室(21)、第三腔室(22)、第四腔室(23)内的消声器管道(27)位置分别包括多个消声管孔(13)。

5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的第一腔室(20)、第二腔室(21)、第三腔室(22)、第四腔室(23)内的消声器管道(27)的消声管孔(13)的数量为依次增多的结构。

6.根据权利要求2所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的第一隔板(17)、第二隔板(18)、第三隔板(19)的隔板外圆(28)分别与筒体(14)内壁固定连接，第一隔板(17)、第二隔板(18)、第三隔板(19)的隔板内圆(29)分别和消声器管道(27)外部固定连接。

7.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的进气口(11)连通燃料电池的阴极侧空气管路。

8.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的第四腔室(23)内设置玻璃纤维棉。

9.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的消声器管道(27)的进气口(11)和出气口(12)分别带有防脱落墩头。

10.根据权利要求2所述的用于燃料电池的消声器结构，其特征在于：所述的第一腔室(20)、第二腔室(21)、第三腔室(22)为穿孔共振腔。

Images