CN114909201A - 一种排气消声装置及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排气消声装置及汽车，排气消声装的内管的一端为空气入口，另一端为空气出口，内管上开设有若干个内通气孔；中管套设于内管外侧，中管的两端连接于内管的外壁上，中管和内管之间限定成第一腔体，存在内通气孔通向第一腔体，第一腔体内设有消声结构；中管上还开设有若干个中通气孔；外管套设于中管外侧，外管的一端连接于中管或内管的外壁上，另一端连接于内管的外壁上，外管、中管和内管之间限定成第二腔体，所有中通气孔与一部分内通气孔通向第二腔体；外管的管壁上还开设有通向第二腔体的氢气入口。这种排气消声装置及汽车，可以在降低排气噪音的同时，稀释排气口的氢气浓度，降低安全隐患。

Description

一种排气消声装置及汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种排气消声装置及汽车。

背景技术

汽车工业是仅次于石油化工的第二大产业，为了缓解传统的以汽油、柴油为燃料的汽车对环境造成的严重污染，许多组织开始研究开发更加环保的汽车，例如混合动力汽车、纯电动汽车和氢燃料电池汽车等。

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换为电能的发电装置，因此其只会产生水和热，对空气几乎没有污染，是一种相对于其它动力源而言更加环境友好的汽车动力源，且氢气属于可再生能源，具有广阔的应用前景。

但是，氢燃料电池在工作的过程中，会产生较大的气流噪声，其噪声峰值随着流量的增大而明显增加，噪声频率涵盖500Hz至7000Hz的频率范围，其中排气噪声是最主要的噪声源，在大功率运行时尤为明显。目前用于氢燃料电池降噪的方案存在着降噪效果不理想、降噪范围窄的缺陷。

此外，不同于一般燃油汽车的尾气排放，氢燃料电池的阳极需要定期排放氢气和生成的液态水，现一般采用将排氢管路直接接到尾排空气管路中，随着反应后的空气一起排放到大气中的方案。但是，一方面排氢瞬间在尾排空气管处的噪音显著增大；另一方面开关机吹扫过程中，尤其是低温冷启动时，尾排空气管路排放的瞬间氢气浓度将会达到较高的水平，而氢气为可燃气体，当浓度高于4％时，遇明火容易发生爆炸，存在着安全隐患。

上述缺陷对氢燃料电池汽车的应用造成了阻碍，亟需改善。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种排气消声装置及汽车，其可以在降低排气噪音的同时，稀释排气口的氢气浓度，降低安全隐患。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种排气消声装置，包括：

内管，其一端为空气入口，另一端为空气出口，所述内管上开设有若干个沿内管轴向排布且贯通其管壁的第一内通气孔和第二内通气孔；

中管，其套设于所述内管的外侧，所述中管的两端连接于所述内管的外壁上，所述中管和内管之间限定成第一腔体，所述第一内通气孔与所述第一腔体连通，所述第一腔体内设有消声结构；所述中管上还开设有若干个贯通所述中管管壁的中通气孔；

外管，其套设于所述中管的外侧，且所述外管的一端连接于所述中管或内管的外壁上，另一端连接于所述内管的外壁上，所述外管、中管和内管之间限定成第二腔体，所有所述中通气孔、所述第二内通气孔均与所述第二腔体连通；所述外管的管壁上还开设有与所述第二腔体连通的氢气入口。

进一步地，还包括若干个带有第一开孔的第一隔板，所述第一隔板设于所述第一腔体内，所述第一隔板将所述第一腔体分隔成若干个第一子腔体，每个所述第一子腔体之间通过所述第一开孔相互连通，且每个第一子腔体均可通过所述第一内通气孔与所述内管的管腔连通。

进一步地，各所述第一子腔体的容积不同。

进一步地，各所述第一隔板上的第一开孔的数量、和/或大小、和/或位置不相同。

进一步地，所述消声结构为消音棉，每个所述第一子腔体中的消音棉的吸音系数不完全相同。

进一步地，还包括若干个带有第二开孔的第二隔板，所述第二隔板设于所述第二腔体内，所述第二隔板将所述第二腔体分隔成若干个第二子腔体，每个所述第二子腔体之间通过所述第二开孔相互连通；一部分所述第二子腔体通过中通气孔与所述第一腔体连通，一部分所述第二子腔体通过第二内通气孔与所述内管的管腔连通。

进一步地，所述外管的一端与所述中管相连，另一端与所述内管相连，所述第二腔体从中管与外管之间延伸至内管与外管之间；所述氢气入口开设于与所述中管对应的外管位置。

进一步地，所述氢气入口外还连接有接管，所述接管的轴线方向与所述外管的管壁相切。

进一步地，所述第一内通气孔大于所述第二内通气孔。

本发明还提供一种汽车，包括所述的排气消声装置。

本发明的有益效果包括：

在降噪方面，内管为氢燃料电池排放反应后的空气的主要管道，排放的空气从空气入口进入并最终从空气出口排出，但是在流动的过程中，声波会通过第一内通气孔进入到第一腔体中被消声结构消耗能量和降低噪音，空气造成的噪音被大大降低。此外，燃料电池排放的氢气从外管的氢气入口进入第二腔体，一部分氢气在第二腔体中流动并从第二内通气孔流入内管的管腔中，随后与空气混合排出；另一部分从中通气孔进入第一腔体中，被第一腔体中的消声结构消耗能量和降低噪音，再从第一内通气孔回到内管的管腔中，最后从空气出口排出。可以看出，无论是排放的空气还是氢气，经过本发明中的排气消声装置之后，其能量和噪音都能被大幅削弱降低。

在控制氢气排放浓度方面，当氢气排放时，由于一部分氢气是从各处的第一内通气孔和第二内通气孔分散式的进入到内管中的，且第二腔体中储存的氢气延缓了氢气进入内管的时间，相较于传统的直接将氢气排入内管中的做法，本方案中氢气排放时从内管排出的瞬时氢气浓度大幅降低。当氢气排放停止无新的氢气进入之后，第二腔体中的气压降低，在气压差的作用下，内管中的空气会通过第二内通气孔和中通气孔进入第二腔体中与氢气混合，逐渐稀释剩余的氢气，被稀释后的氢气将从与第二腔体连通的第二内通气孔中进入内管中，最后被排出，此时氢气已经难以达到4％的危险浓度。

因此，本发明中的排气消声装置不但可以实现良好的消音降噪效果，提供良好的使用体验，还可以降低排放的氢气浓度，提高氢燃料汽车的安全性，适合推广使用。

附图说明

图1为本发明的一种排气消声装置的正视示意图；

图2为图1中A－A的剖视图；

图3为图1中B－B的剖视图；

图4为图1中C－C的剖视图；

图5为图1中D－D的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1至5示出了本发明的一种排气消声装置，包括：

内管1，其一端为空气入口11，另一端为空气出口12，所述内管1上开设有若干个沿内管轴向排布且贯通其管壁的第一内通气孔13和第二内通气孔14；

中管2，其套设于所述内管1的外侧，所述中管2的两端密封连接于所述内管1的外壁上，所述中管2和内管1之间限定成第一腔体3，所述第一内通气孔13与所述第一腔体3连通，所述第一腔体3内设有消声结构31；所述中管2上还开设有若干个贯通所述中管2管壁的中通气孔(图中未示出)；

外管4，其套设于所述中管2的外侧，且所述外管4的一端密封连接于所述中管2或内管1的外壁上，另一端密封连接于所述内管1的外壁上，所述外管4、中管2和内管1之间限定成第二腔体5，所有所述中通气孔与一部分所述第二内通气孔14与所述第二腔体5连通；所述外管4的管壁上还开设有与所述第二腔体5连通的氢气入口52。

内管1为氢燃料电池化学反应后的空气的主要管道，排放的空气从空气入口11进入并最终从空气出口12排出，但是在流动的过程中，声波会通过第一内通气孔13进入到第一腔体3中被消声结构31消耗能量和降低噪音，空气噪音被大大降低。此外，燃料电池排放的氢气从外管4的氢气入口52进入第二腔体5，一部分氢气在第二腔体5中流动并从第二内通气孔14流入内管1的管腔中，随后与空气混合排出；另一部分从中通气孔进入第一腔体3中，被第一腔体3中的消声结构31消耗能量和降低噪音，再从第一内通气孔13回到内管1的管腔中，最后从空气出口12排出。可以看出，无论是排放的空气还是氢气，经过本发明中的排气消声装置之后，其能量和噪音都能被大幅削弱降低，达到了良好的降低排气噪音的效果。

在控制氢气排放浓度方面，当氢气排放时，由于一部分氢气是从各处的第一内通气孔13和第二内通气孔14分散式的进入到内管1中的，且第二腔体5中储存的氢气延缓了氢气进入内管1的时间，相较于传统的直接将氢气排入内管1中的做法，本方案中氢气排放时从内管1排出的瞬时氢气浓度大幅降低。当氢气排放停止无新的氢气进入之后，第二腔体5中的气压降低，在气压差的作用下，内管1中的空气会通过第一内通气孔13和中通气孔进入第二腔体5中与氢气混合，逐渐稀释剩余的氢气，被稀释后的氢气从与第二腔体5连通的第二内通气孔14中进入内管1中，最后被排出，此时氢气已经难以达到4％的危险浓度。

作为第一腔体3的优选方案，还包括若干个带有第一开孔321的第一隔板32，所述第一隔板32设于所述第一腔体3内，将所述第一腔体3分隔成若干个第一子腔体，每个第一子腔体之间通过所述第一开孔321相互连通，且每个第一子腔体均可通过所述第一内通气孔13与所述内管1的管腔连通。多个第一子腔体的结构使得空气或氢气在其内流动时需要穿越多个第一开孔321才能最终流出，增大了气体流动的阻力，延长了声音的传播路径，使得声音能量能被更多地消耗掉，降噪效果更好。此外，这种结构便于根据实际需要将每个所述第一隔板32上的第一开孔321的数量、大小和位置的至少其中之一不相同，从而达到不同的吸声效果，对各个频率段、各个位置传播的声音均有吸收效果，符合氢燃料电池排气噪音频率范围广的特点；且各所述第一子腔体的容积不同，不同容积的第一子腔体也形成了吸收不同频率段的吸声空间。与之配合的，所述消声结构31为消音棉，消音棉是一种吸音性、阻燃性和稳定性都很好的材料，适合用于本发明中作为第一腔体3的填充结构，需要说明的是，除消音棉之外，还可以为其它消音结构，主要为具有多孔的消音结构，例如泡沫、海绵和蜂窝型结构的材料制成的消音结构，具有很强的消音效果。特别地，每个所述第一子腔体中的消音棉的吸音系数不完全相同，以使得各个频率段的声音的吸收效果更好，从而达到更佳的宽频段声音吸收效果。在具体结构上，所述第一腔体3为环形腔体，便于中管2和内管1套设形成，所述第一隔板32为与所述环形腔体匹配的环形隔板。

作为第二腔体5的优选方案，还包括若干个带有第二开孔511的第二隔板51，所述第二隔板51设于所述第二腔体5内，将所述第二腔体5分隔成若干个第二子腔体，每个所述第二子腔体之间通过所述第二开孔511相互连通，与第一腔体3类似的，多个第二子腔体可以增大氢气流入时的阻力，使得氢气在流动的过程中降速降噪。一部分所述第二子腔体通过中通气孔与所述第一腔体3连通，便于在排氢时氢气流入第一腔体3中，也便于在停止排氢后空气进入第二腔体5中，且还存在一部分第二子腔体通过第二内通气孔14与所述内管1的管腔连通，便于一部分氢气直接流入内管1中。

在第二腔体5的形状上，所述外管4的一端与所述中管2相连，另一端与所述内管1相连，所述第二腔体5从中管2与外管4之间延伸至内管1与外管4之间，这种形状使得第二腔体5的纵剖面呈两个以所述内管的中轴对称的L型，当氢气从内通气孔进入内管1之前需要进行一次拐弯，氢气的流速得以减缓；所述氢气入口52开设于与所述中管2对应的外管4位置，从而更加远离内通气孔所在的位置，延长氢气从流入到流出之间的路径长度，有利于氢气从中通气孔进入第一腔体3中，以实现更好的降速和降噪效果。

此外，所述氢气入口52外还连接有接管521，所述接管521的轴线方向与所述外管4的管壁相切，氢气得以沿与外管4和中管2相切的方向流入，降低了排氢瞬间大量高速氢气从氢气入口52进入到整个排气消声装置时，直接冲击中管2和外管4而可能产生的大量气流噪声和辐射噪声。

本实施例还对内通气孔的尺寸做了进一步优化，所述内通气孔包括第一内通气孔13和第二内通气孔14，所述第一内通气孔13通向所述第一腔体3，所述第二内通气孔14通向所述第二腔体5，所述第一内通气孔13大于所述第二内通气孔14。第一内通气孔13尺寸更大使得流经的空气能够更加轻易地从第一内通气孔13进入第一腔体3中进行降噪，而不是进入第二腔体5中；第二内通气孔14更小的尺寸也能尽量将更多的氢气留在第二腔体5中，而不是大量排出，便于停止排氢之后氢气与空气混合降低浓度之后再排出。这种内通气孔的设计使得整个装置的降噪和稀释氢气的效果更好。

此外，本发明还提供一种汽车，包括所述的排气消声装置，汽车的其余部件采用本领域的现有技术，在此不做赘述。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种排气消声装置，其特征在于，包括：

内管，其一端为空气入口，另一端为空气出口，所述内管上开设有若干个沿内管轴向排布且贯通其管壁的第一内通气孔和第二内通气孔；

中管，其套设于所述内管的外侧，所述中管的两端连接于所述内管的外壁上，所述中管和内管之间限定成第一腔体，所述第一内通气孔与所述第一腔体连通，所述第一腔体内设有消声结构；所述中管上还开设有若干个贯通所述中管管壁的中通气孔；

外管，其套设于所述中管的外侧，所述外管的一端连接于所述中管或内管的外壁上，另一端连接于所述内管的外壁上，所述外管、中管和内管之间限定成第二腔体，所述中通气孔、所述第二内通气孔均与所述第二腔体连通；所述外管的管壁上还开设有与所述第二腔体连通的氢气入口。

2.如权利要求1所述的排气消声装置，其特征在于，还包括若干个带有第一开孔的第一隔板，所述第一隔板设于所述第一腔体内，所述第一隔板将所述第一腔体分隔成若干个第一子腔体，每个所述第一子腔体之间通过所述第一开孔相互连通，且每个第一子腔体均可通过所述第一内通气孔与所述内管的管腔连通。

3.如权利要求2所述的排气消声装置，其特征在于，各所述第一子腔体的容积不同。

4.如权利要求2所述的排气消声装置，其特征在于，各所述第一隔板上的第一开孔的数量、和/或大小、和/或位置不相同。

5.如权利要求2所述的排气消声装置，其特征在于，所述消声结构为消音棉，各所述第一子腔体中的消音棉的吸音系数不完全相同。

6.如权利要求1至5任一项所述的排气消声装置，其特征在于，还包括若干个带有第二开孔的第二隔板，所述第二隔板设于所述第二腔体内，所述第二隔板将所述第二腔体分隔成若干个第二子腔体，每个所述第二子腔体之间通过所述第二开孔相互连通；一部分所述第二子腔体通过所述中通气孔与所述第一腔体连通，一部分所述第二子腔体通过所述第二内通气孔与所述内管的管腔连通。

7.如权利要求6所述的排气消声装置，其特征在于，所述外管的一端与所述中管相连，另一端与所述内管相连，所述第二腔体从所述中管与所述外管之间延伸至所述内管与所述外管之间；所述氢气入口开设于与所述中管对应的外管位置。

8.如权利要求1所述的排气消声装置，其特征在于，所述氢气入口外还连接有接管，所述接管的轴线方向与所述外管的管壁相切。

9.如权利要求1所述的排气消声装置，其特征在于，所述第一内通气孔大于所述第二内通气孔。

10.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的排气消声装置。

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