CN114382698A - 一种燃料电池空压机消声器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于燃料电池技术领域的燃料电池空压机消声器，所述的燃料电池空压机消声器包括蚌壳(12)，蚌壳(12)连接筒体(13)，筒体(13)和蚌壳(12)内分别设置隔板(4)，相邻隔板(4)之间形成腔室(5)，蚌壳(12)内设置消声弯管(16)，筒体(13)内设置消声直管(17)，消声直管(17)前段连接消声弯管(16)后端，消声直管(17)后端连接空气过滤部件(15)，空气过滤部件(15)包括转接头(35)、滤网(38)、卡簧(39)，本发明所述的燃料电池空压机消声器，结构简单，能够有效提高空压机工作时的清洁度，同时降低噪音，提升NVH性能，从而提升空压机整体性能。

Description

一种燃料电池空压机消声器
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，更具体地说，是涉及一种燃料电池空压机消声器。
背景技术
空压机作为氢燃料电池发动机的重要部件，主要对空气进行压缩加压，在工作过程中会产生较大的噪声，是燃料电池系统主要噪声源之一。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NVH性能，NVH性能已经成为衡量其综合性能的一个重要指标。目前主流的空压机主要包括离心式、罗茨式和螺杆式。罗茨式和螺杆式作为机械式空压机，其噪声一般比离心空压机要大。机械式空压机在运转过程中，噪声具有明显的阶次性，频率较高，覆盖频率范围宽。在定速工况下，表现为单频阶次噪声明显。特别在负荷较大时，空压机转速高，压比大，管路中气动噪声非常明显，通常可达到120dB以上，声压级高，声音刺耳，主观感受极为不好，不但影响车内人员的驾驶舒适性，而且对车外路上行人也带来噪声干扰。因此机械式空压机，一般都需要加消声器，以便消除气动噪声。另外燃料电池由于清洁度要求，不能采用阻性消声而在消声器中添加吸声材料，一般只能采用抗性消声，这也加大了消声难度。燃料电池发动机对空压机清洁度要求很高，电堆空气侧进口处一般都会装空气滤清器，防止外部灰尘等异物进入电堆。机械式空压机，不管是罗茨式还是螺杆式，转子表面一般都带有涂层材料来控制转子间隙，空压机在运转过程中，难免有一定的涂层材料磨损脱落，特别的如果空压机出现故障，当出现像转子卡滞严重磨损时，会产生较多的涂层脱落材料、转子磨削物质，且颗粒直径一般较大，会顺着空气管路进入电堆，损伤电堆，甚至可能会产生不可逆转的破坏。因此，目前的空压机的结构存在缺陷，无法有效保障清洁度，无法有效降低噪音，因而无法有效提升NVH性能。
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，提供一种结构简单，能够有效提高空压机工作时的清洁度，同时降低噪音，提升NVH性能，从而提升空压机整体性能的燃料电池空压机消声器。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明为一种燃料电池空压机消声器，包括蚌壳，蚌壳连接筒体，筒体和蚌壳内分别设置隔板，相邻隔板之间形成腔室，蚌壳内设置消声弯管，筒体内设置消声直管，消声直管前段连接消声弯管后端，消声直管后端连接空气过滤部件，空气过滤部件包括转接头、滤网、卡簧。
所述的蚌壳包括左蚌壳和右蚌壳，左蚌壳和右蚌壳扣合形成弯管结构的蚌壳，蚌壳后段连接筒体，蚌壳前段连接法兰，法兰连接空压机。
所述的隔板包括隔板Ⅰ、隔板Ⅱ、隔板Ⅲ、隔板Ⅳ、隔板Ⅴ，消声弯管穿过隔板Ⅰ，消声直管依次穿过隔板Ⅱ、隔板Ⅲ、隔板Ⅳ、隔板Ⅴ、端盖。
所述的法兰与隔板Ⅰ之间形成第一腔室，隔板Ⅰ与隔板Ⅱ之间形成第二腔室，隔板Ⅱ与隔板Ⅲ之间形成第三腔室，隔板Ⅲ与隔板Ⅳ之间形成第四腔室，隔板Ⅳ与隔板Ⅴ之间形成第五腔室，隔板Ⅴ与端盖之间形成第六腔室。
所述的空气过滤部件的转接头一端固定在消声直管后端的出口管上，转接头出口端外部设置转接头凸起，滤网和卡簧安装在转接头凹槽内。
所述的法兰的法兰A面和空压机出气端面连接，法兰B面设置环形凹槽，法兰上设置法兰内孔。
每个腔室内的消声直管上分布消声小孔。
所述的蚌壳和法兰连接的一端固定在法兰B面的环形凹槽内，蚌壳的另一端套在筒体上。
所述的空压机上设置空压机进气管。
隔板Ⅰ的隔板外圆和蚌壳内壁连接，隔板Ⅱ、隔板Ⅲ、隔板Ⅳ、隔板Ⅴ的隔板外圆分别和筒体内壁连接，隔板Ⅰ的隔板内圆和消声弯管外部连接，隔板Ⅱ、隔板Ⅲ、隔板Ⅳ、隔板Ⅴ的隔板内圆分别和消声直管外部连接。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明所述的燃料电池空压机消声器，针对现有技术中的不足，提出全新的技术方案。本发明的结构中，主要创新点是：(1)消声器采用通式设计，具有较低的压损，降低系统能耗。(2)根据空压机转速范围及转子叶数，通过噪声数据采集，确定主要阶次噪声频段，确定主要的消声频率范围，采用赫姆霍兹共振消声原理，有针对性的进行消声，降噪效果好，提高空压机声品质。通过加装消声器，在空压机台架上进行验证，在高转速高压比的工况下，空压机管路气动噪声能够降低20dB左右，空压机系统噪声能够降低15dB左右。(3)在消声器出口集成空气过滤部件，可过滤掉空压机运转过程中产生的涂层脱落异物，提高了电堆清洁度，起到一定的防护作用，避免造成燃料电池发动机不必要的损伤。(4)空气过滤部件的转接头和外管路连接，转接头上的凸起结构直接起到防脱落作用。(5)空气过滤部件的滤网和卡簧可拆卸和安装，便于定期清洁保养。本发明所述的燃料电池空压机消声器，结构简单，能够有效提高空压机工作时的清洁度，同时降低噪音，提升NVH性能，从而提升空压机整体性能。
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为本发明所述的燃料电池空压机消声器的整体结构示意图；
图2为本发明所述的燃料电池空压机消声器的剖视结构示意图；
图3为本发明所述的燃料电池空压机消声器的俯视结构示意图；
图4a为本发明所述的燃料电池空压机消声器的法兰A面的结构示意图；
图4b为本发明所述的燃料电池空压机消声器的法兰B面的结构示意图；
图5a为本发明所述的燃料电池空压机消声器的空气过滤部件的整体结构示意图；
图5b为本发明所述的燃料电池空压机消声器的空气过滤部件的爆炸结构示意图；
图6为本发明所述的燃料电池空压机消声器的隔板的结构示意图；
附图中标记分别为：1、消声器本体；2、空压机；3、进气管；4、隔板；5、腔室；6、消声小孔；11、法兰；12、蚌壳；13、筒体；14、端盖；15、空气过滤部件；16、消声弯管；17、消声直管；18、隔板；19、隔板；20、隔板；21、隔板；22、隔板；23、第一腔室；24、第二腔室；25、第三腔室；26、第四腔室；27、第五腔室；28、第六腔室；29、左蚌壳；30、右蚌壳；31、法兰A面；32、法兰B面；33、法兰内孔；34、环形凹槽；35、转接头；36、转接头凸起；37、转接头凹槽；38、滤网；39、卡簧；40、隔板内圆；41、隔板外圆。
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6所示，本发明为一种燃料电池空压机消声器，包括蚌壳12，蚌壳12连接筒体13，筒体13和蚌壳12内分别设置隔板4，相邻隔板4之间形成腔室5，蚌壳12内设置消声弯管16，筒体13内设置消声直管17，消声直管17前段连接消声弯管16后端，消声直管17后端连接空气过滤部件15，空气过滤部件15包括转接头35、滤网38、卡簧39。上述结构，针对现有技术中的不足，提出全新的技术方案。本发明的结构中，主要创新点是：(1)消声器采用通式设计，具有较低的压损，降低系统能耗。(2)根据空压机转速范围及转子叶数，通过噪声数据采集，确定主要阶次噪声频段，确定主要的消声频率范围，采用赫姆霍兹共振消声原理，有针对性的进行消声，降噪效果好，提高空压机声品质。通过加装消声器，在空压机台架上进行验证，在高转速高压比的工况下，空压机管路气动噪声能够降低20dB左右，空压机系统噪声能够降低15dB左右。(3)在消声器出口集成空气过滤部件，可过滤掉空压机运转过程中产生的涂层脱落异物，提高了电堆清洁度，起到一定的防护作用，避免造成燃料电池发动机不必要的损伤。(4)空气过滤部件的转接头和外管路连接，转接头上的凸起结构直接起到防脱落作用。(5)空气过滤部件的滤网和卡簧可拆卸和安装，便于定期清洁保养。上述结构，本发明所述的燃料电池空压机消声器，结构简单，能够有效提高空压机工作时的清洁度，同时降低噪音，提升NVH性能，从而提升空压机整体性能。
所述的蚌壳12包括左蚌壳29和右蚌壳30，左蚌壳29和右蚌壳30扣合形成弯管结构的蚌壳12，蚌壳12后段连接筒体13，蚌壳12前段连接法兰11，法兰11连接空压机2。所述的隔板4包括隔板Ⅰ18、隔板Ⅱ19、隔板Ⅲ20、隔板Ⅳ21、隔板Ⅴ22，消声弯管16穿过隔板Ⅰ18，消声直管17依次穿过隔板Ⅱ19、隔板Ⅲ20、隔板Ⅳ21、隔板Ⅴ22、端盖14。所述的法兰11与隔板Ⅰ18之间形成第一腔室23，隔板Ⅰ18与隔板Ⅱ19之间形成第二腔室24，隔板Ⅱ19与隔板Ⅲ20之间形成第三腔室25，隔板Ⅲ20与隔板Ⅳ21之间形成第四腔室26，隔板Ⅳ21与隔板Ⅴ22之间形成第五腔室27，隔板Ⅴ22与端盖14之间形成第六腔室28。上述结构，蚌壳12和筒体13、端盖14组成的消声器本体内放置五块隔板，每块隔板的隔板外圆41和蚌壳及筒体内壁连接，每块隔板的隔板内圆40和消声弯管16及消声直管17外部连接，使消声器分成六个腔室。每个腔室对应的消声直管17上分别布置有消声小孔6，每个腔室和对应的该腔室的消声直管17上的消声小孔6相配合，以消除不同频率段的噪声。根据赫姆霍兹共振消声原理，通过设计管件的壁厚及分配各腔室消声小孔6的孔数来控制各腔室的消声频率，使每个腔室消声频率依次增加。也可这么理解，这六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。特别说明的是为了方便制造及工艺要求，所述第一腔室23位于蚌壳12内部直线段部分，第一腔室对应的消声小孔位于消声弯管下部的直线段部分。第二腔室24位于蚌壳12内部弯管部分，此腔室对应的消声弯管16部分，由于消声弯管16工艺原因，打孔较困难，可选择不进行打孔，本实例展示的此腔室弯管不打孔。根据空压机转速范围和转子叶数，通过噪声数据采集，确定主阶次频率范围，确定消声器主要消声频率范围，提高消声效果。
所述的空气过滤部件15的转接头35一端固定在消声直管17后端的出口管上，转接头35出口端外部设置转接头凸起36，滤网38和卡簧39安装在转接头凹槽37内。上述结构，消声器出口端安装空气过滤装置15，所述的空气过滤装置15包括转接头35、滤网38、卡簧39。转接头35一端固定在消声直管17出口管上，转接头35出口端外部有转接头凸起36，方便和外部管路连接，起到防脱落作用。滤网38和卡簧39安装在转接头凹槽37里面，滤网38和卡簧39可以从转接头凹槽37里拆卸和安装，从而方便定期清洁保养。滤网38过滤颗粒物的大小由目数决定，目数越大，过滤性越好，但是在空压机运转时滤网同时也会产生一定的背压，所以要合理的选择滤网的目数。选择目数时，需要保证滤网38过滤性的同时，可合理选择滤网38的总面积，保证空压机在峰值功率点时，滤网的背压控制在10kpa以内。所以在设计滤网38时，需要根据空压机流量，综合考虑过滤颗粒物直径大小，滤网总面积，滤网背压损失，合理选择滤网目数。
所述的法兰11的法兰A面31和空压机2出气端面连接，法兰B面32设置环形凹槽34，法兰11上设置法兰内孔33。每个腔室5内的消声直管17上分布消声小孔6。所述的蚌壳12和法兰11连接的一端固定在法兰B面32的环形凹槽34内，蚌壳12的另一端套在筒体13上。上述结构，消声器法兰A面31和空压机2出气端面连接，法兰B面32设计有环形凹槽34，法兰11上设计有法兰内孔33。为了方便制造安装，消声器外部的消声弯管部分采用左右蚌壳12设计，分为左蚌壳29和右蚌壳30。蚌壳12的一端和法兰11连接，固定在法兰B面32的环形凹槽34内；蚌壳12的另一端套在筒体13上。所述的空压机2上设置空压机进气管3。进气管用于空压器实现进气。
隔板Ⅰ18的隔板外圆41和蚌壳12内壁连接，隔板Ⅱ19、隔板Ⅲ20、隔板Ⅳ21、隔板Ⅴ22的隔板外圆41分别和筒体13内壁连接，隔板Ⅰ18的隔板内圆40和消声弯管16外部连接，隔板Ⅱ19、隔板Ⅲ20、隔板Ⅳ21、隔板Ⅴ22的隔板内圆40分别和消声直管17外部连接。上述结构，实现每个隔板的可靠连接，从而形成多个腔室。
本发明所述的燃料电池空压机消声器，针对现有技术中的不足，提出全新的技术方案。本发明的结构中，消声器本体1的外部的消声弯管部分采用左右蚌壳设计，蚌壳弯管角度为90度。主要创新点是：(1)消声器采用通式设计，具有较低的压损，降低系统能耗。(2)根据空压机转速范围及转子叶数，通过噪声数据采集，确定主要阶次噪声频段，确定主要的消声频率范围，采用赫姆霍兹共振消声原理，有针对性的进行消声，降噪效果好，提高空压机声品质。通过加装消声器，在空压机台架上进行验证，在高转速高压比的工况下，空压机管路气动噪声能够降低20dB左右，空压机系统噪声能够降低15dB左右。(3)在消声器出口集成空气过滤部件，可过滤掉空压机运转过程中产生的涂层脱落异物，提高了电堆清洁度，起到一定的防护作用，避免造成燃料电池发动机不必要的损伤。(4)空气过滤部件的转接头和外管路连接，转接头上的凸起结构直接起到防脱落作用。(5)空气过滤部件的滤网和卡簧可拆卸和安装，便于定期清洁保养。本发明所述的燃料电池空压机消声器，能够有效提高空压机工作时的清洁度，同时降低噪音，提升NVH性能，从而提升空压机整体性能。
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)

1.一种燃料电池空压机消声器，其特征在于：包括蚌壳(12)，蚌壳(12)连接筒体(13)，筒体(13)和蚌壳(12)内分别设置隔板(4)，相邻隔板(4)之间形成腔室(5)，蚌壳(12)内设置消声弯管(16)，筒体(13)内设置消声直管(17)，消声直管(17)前段连接消声弯管(16)后端，消声直管(17)后端连接空气过滤部件(15)，空气过滤部件(15)包括转接头(35)、滤网(38)、卡簧(39)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：所述的蚌壳(12)包括左蚌壳(29)和右蚌壳(30)，左蚌壳(29)和右蚌壳(30)扣合形成弯管结构的蚌壳(12)，蚌壳(12)后段连接筒体(13)，蚌壳(12)前段连接法兰(11)，法兰(11)连接空压机(2)。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：所述的隔板(4)包括隔板Ⅰ(18)、隔板Ⅱ(19)、隔板Ⅲ(20)、隔板Ⅳ(21)、隔板Ⅴ(22)，消声弯管(16)穿过隔板Ⅰ(18)，消声直管(17)依次穿过隔板Ⅱ(19)、隔板Ⅲ(20)、隔板Ⅳ(21)、隔板Ⅴ(22)、端盖(14)。
4.根据权利要求3所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：所述的法兰(11)与隔板Ⅰ(18)之间形成第一腔室(23)，隔板Ⅰ(18)与隔板Ⅱ(19)之间形成第二腔室(24)，隔板Ⅱ(19)与隔板Ⅲ(20)之间形成第三腔室(25)，隔板Ⅲ(20)与隔板Ⅳ(21)之间形成第四腔室(26)，隔板Ⅳ(21)与隔板Ⅴ(22)之间形成第五腔室(27)，隔板Ⅴ(22)与端盖(14)之间形成第六腔室(28)。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：所述的空气过滤部件(15)的转接头(35)一端固定在消声直管(17)后端的出口管上，转接头(35)出口端外部设置转接头凸起(36)，滤网(38)和卡簧(39)安装在转接头凹槽(37)内。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：所述的法兰(11)的法兰A面(31)和空压机(2)出气端面连接，法兰B面(32)设置环形凹槽(34)，法兰(11)上设置法兰内孔(33)。
7.根据权利要求1或2所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：每个腔室(5)内的消声直管(17)上分布消声小孔(6)。
8.根据权利要求6所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：所述的蚌壳(12)和法兰(11)连接的一端固定在法兰B面(32)的环形凹槽(34)内，蚌壳(12)的另一端套在筒体(13)上。
9.根据权利要求1所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：所述的空压机(2)上设置空压机进气管(3)。
10.根据权利要求4所述的燃料电池空压机消声器，其特征在于：隔板Ⅰ(18)的隔板外圆(41)和蚌壳(12)内壁连接，隔板Ⅱ(19)、隔板Ⅲ(20)、隔板Ⅳ(21)、隔板Ⅴ(22)的隔板外圆(41)分别和筒体(13)内壁连接，隔板Ⅰ(18)的隔板内圆(40)和消声弯管(16)外部连接，隔板Ⅱ(19)、隔板Ⅲ(20)、隔板Ⅳ(21)、隔板Ⅴ(22)的隔板内圆(40)分别和消声直管(17)外部连接。
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