CN115133086A - 一种用于燃料电池发动机的尾排水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术冬季尾排水直接排放造成路面安全隐患以及未充分利用尾排水能量降低散热器散热功耗的问题。该装置包括储水箱，与储水箱连通的排水组件、雾化组件、喷淋组件，以及控制器。储水箱的入水口分别接燃料电池发动机中氢侧、空侧分水器的排水口。喷淋组件设于使得散热器位于其射程范围内的位置。控制器，在低温环境下运行时根据当前车速控制雾化组件启动以水蒸气形式排放过量尾排水，在非低温环境下运行时识别散热器的散热功率超过设定值时启动喷淋组件以液滴形式排放过量尾排水、未超过设定值时根据储水箱内液位控制排水组件启动以流体形式排放过量尾排水。

Description

一种用于燃料电池发动机的尾排水处理装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池发动机的尾排水处理装置。

背景技术

氢能燃料电池汽车是一种具有广阔发展前景的新能源汽车，具有加氢时间短、续驶里程长、排放产物无污染等诸多优点。

在冬季运行时，燃料电池汽车尾排出口处的液态水和冷凝水如果直接排放至路面，容易发生结冰，对其他车辆的行驶造成一定的安全隐患。

并且，随着燃料电池发动机功率的增大，整车内燃料电池的散热问题变得尤其显著，使得散热器的散热功耗越来越高。尾排管路中的液态水存在大量的热能，直接排放或者以雾化方式排出均会造成大量热量的浪费。目前，缺少一种有效利用尾排管路中的液态水能量降低燃料电池发动机中散热器的散热功耗的方案。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，用以解决现有技术冬季尾排水直接排放造成路面安全隐患以及未充分利用尾排水能量降低散热器散热功耗的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，包括储水箱（1），与储水箱（1）连通的排水组件（4）、雾化组件（5）、喷淋组件（6），以及控制器；其中，

储水箱（1）的入水口分别与燃料电池发动机中氢侧、空侧分水器的排水口连接；喷淋组件（6）设于使得燃料电池发动机的散热器位于其喷淋范围内的位置；

控制器，用于在低温环境下运行时，根据当前车速启动雾化组件（5）以水蒸气形式排放过量尾排水；以及，在非低温环境下运行时，识别散热器的散热功率超过设定值时，启动喷淋组件（6）喷淋散热器，否则根据储水箱（1）内液位启动排水组件（4）以流体形式排放过量尾排水。

上述技术方案的有益效果如下：通过对燃料电池发动机进行运行环境条件（即环境温度）的判断，控制尾排水进行雾化排出或者喷淋散热器芯体的处理，实现了避免冬季路面结冰，以及降低燃料电池系统散热功率的效果。通过将尾排水水喷淋至散热器芯体的方式可以有效降低散热器的散热功率，提高了燃料电池汽车的安全性和经济性。

基于上述装置的进一步改进，所述排水组件（4）进一步包括排水管道、排水电磁阀；其中，

所述排水管道设于储水箱（1）的底部，其入口与储水箱（1）的底部排水口连接，出口设于整车外部或整车内生活用水区，通过排水电磁阀控制该排水管道的开闭；

所述排水电磁阀的控制端与控制器的输出端连接。

进一步，所述雾化组件（5）进一步包括依次连接的第一水泵、第一电磁阀、设有喷头的雾化器；其中，

所述第一水泵的输入端与储水箱（1）的侧方排水口连接；

所述第一水泵、第一电磁阀、雾化器的控制端均与控制器的输出端连接；并且，雾化器的喷头设于整车外部。

进一步，所述喷淋组件（6）进一步包括依次连接的第二水泵、第二电磁阀、设有喷头的喷淋器；其中，

所述第二水泵的输入端也与储水箱（1）的侧方排水口连接；

所述喷淋器的喷头设于散热器的叶片正上方，其喷洒面积与叶片面积匹配；

所述第二水泵、第二电磁阀、喷淋器的控制端也均与控制器的输出端连接。

进一步，所述喷淋组件（6）与所述雾化组件（5）共用同一水泵。

进一步，所述控制器进一步包括：

数据采集单元，用于获取当前车速、当前时刻的环境温度、散热器的散热功率、储水箱（1）内液位，发送至数据处理与控制单元；

数据处理与控制单元，用于根据当前时刻的环境温度识别燃料电池发动机是否在低温环境下运行；以及，如果在低温环境下运行，识别当前车速超过设定速度时，启动雾化组件（5），以水蒸气形式排放过量尾排水，识别当前车速未超过设定速度时，关闭雾化组件（5）；以及，如果在非低温环境下运行，识别散热器的散热功率超过设定功率时，启动喷淋组件（6）喷淋散热器，否则根据储水箱（1）内液位启动排水组件（4）以流体形式排放过量尾排水；以及，在关闭燃料电池后，控制整车延时下电，启动排水组件（4）排空储水箱（1）内液体。

进一步，所述数据采集单元进一步包括：

环境温度传感器，设于整车车厢内，用于获取当前时刻的环境温度；

速度传感器，设于整车的车轮上或变速箱壳体内，用于获取当前车速；

功率传感器，设于散热器的供电端，用于获取当前时刻散热器的散热功率；；

液位传感器，分别设于储水箱（1）内底部和侧壁上，用于获取储水箱（1）内液位以及液位变化。

进一步，所述数据处理与控制单元执行如下程序：

S1.获取当前时刻的环境温度；

S2.根据该环境温度与预设温度比较，识别燃料电池发动机是否在低温环境下运行；如果环境温度低于预设温度，判定在低温环境下运行，执行步骤S3~S5，否则，判定在非低温环境下运行，执行步骤S6~S9；

S3.识别当前车速是否超过设定速度；如果超过，打开第一电磁阀，启动雾化组件（5），执行步骤S4；如果未超过，关闭雾化组件（5），执行步骤S5；

S4.根据储水箱（1）内液位变化获得产水速率，进而调节第一水泵的转速，以水蒸气形式排放过量尾排水，使得尾排水的排出速率与电堆的产水速率保持平衡，在下一时刻再次执行步骤S3；

S5.接收到燃料电池的关闭指令后，控制整车延时下电，启动排水组件（4）排空储水箱（1）内液体后，再关闭整车供电系统；

S6.识别散热器的散热功率是否超过设定功率；如果超过，打开第二电磁阀，启动喷淋组件（6）喷淋散热器，并执行步骤S7；如果未超过，关闭喷淋组件（6），并执行步骤S8；

S7.根据储水箱（1）内液位变化获得产水速率，进而根据散热器的散热功率、产水速率调节第二水泵的转速，使得尾排水的能量利用率最高，在下一时刻再次执行步骤S6；

S8.识别储水箱内液位是否超过设定高度；如果是，启动排水组件（4）以流体形式排放过量尾排水，否则，控制排水组件（4）关闭；

S9.接收到燃料电池的关闭指令后，关闭燃料电池发动机，关闭整车供电系统。

进一步，该尾排水处理装置还包括加热器；其中，

所述加热器的输入端与第一电磁阀的出口连接，其输出端与雾化器的输入端连接，控制端与控制器的输出端连接。

进一步，该尾排水处理装置还包括可更换滤芯的过滤器；其中，

所述过滤器设于储水箱（1）的入水口处，用于过滤氢侧、空侧分水器流出的液体中的杂质，防止储水箱（1）内积聚水垢。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、该尾排水处理装置具有四种功能，一是储水，二是通过排水组件（4）排水，三是通过雾化组件（5）排水蒸气，四是通过喷淋组件（6）喷淋散热器。

2、冬季运行时通过加热器、雾化组件（5）排出高温水蒸气，避免路面湿滑以及结冰。

3、在储水箱（1）的入水口处设置了过滤器，防止水垢积聚，以及输出可直接使用的生活用水。

4、喷淋组件（6）与雾化组件（5）共用同一水泵，减少了设备数量，降低了制备成本。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了实施例1尾排水处理装置组成示意图；

图2示出了实施例2尾排水处理装置组成示意图。

附图标记：

1- 储水箱；2、3- 液位传感器；4- 排水组件；5- 雾化组件；6- 喷淋组件。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

实施例1

本发明的一个实施例，公开了一种用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，如图1所示，包括储水箱1，与储水箱1连通的排水组件4、雾化组件5、喷淋组件6，以及控制器。

储水箱1的入水口分别与燃料电池发动机中氢侧、空侧分水器的排水口连接。喷淋组件6设于使得燃料电池发动机的散热器位于其喷淋范围内的位置。

控制器，用于在低温环境（示例性地，例如低于0℃的环境）下运行时，根据当前车速启动雾化组件5以水蒸气形式排放过量尾排水，具体地，当车速大于设定车速，在燃料电池发动机供电的情况下，说明氧化还原反应生成的水较多，尾排水过量（过量尾排水即超出设定液位的尾排水），此时通过雾化排气方式排出过量尾排水，否则，存储尾排水；以及，在非低温环境下运行时，识别散热器的散热功率超过设定值时（散热功率超出设定范围），启动喷淋组件6以液滴形式排放过量尾排水喷淋散热器，否则，在识别散热器的散热功率不超过设定值（散热功率处于设定范围）时，根据储水箱1内液位启动排水组件4以流体形式排放过量尾排水（具体地，液位超过设定范围，排出过量尾排水，否则，存储尾排水）。

排水组件4，用于将储水箱体1内的燃料电池尾排水以流体形式排出整车外部，或排至整车内生活用水区供用户使用。排水组件4的结构除了实施例2，还可参见专利CN202120785009.3。

雾化组件5，用于对储水箱体1内的燃料电池尾排水进行雾化，并排出至整车外部。雾化组件5的结构除了实施例2，还可参见专利CN201980092408.7。

喷淋组件6，用于将储水箱体1内的燃料电池尾排水以液滴形式喷洒至燃料电池发动机的散热表面，以降低散热器的散热功率。喷淋组件6的结构除了实施例2，还可参见专利CN201510346428.6。

与现有技术相比，本实施例提供的尾排水处理装置通过对燃料电池发动机进行运行环境条件（即环境温度）的判断，控制尾排水进行雾化排出或者喷淋散热器芯体的处理，实现了避免冬季路面结冰，以及降低燃料电池系统散热功率的效果。通过将尾排水水喷淋至散热器芯体的方式可以有效降低散热器的散热功率，提高了燃料电池汽车的安全性和经济性。

实施例2

在实施例1的基础上进行改进，所述排水组件4进一步包括排水管道、排水电磁阀。

其中，排水管道设于储水箱1的底部，其入口与储水箱1的底部排水口连接，出口设于整车外部或整车内生活用水区，通过排水电磁阀控制该排水管道的开闭。

排水电磁阀设于该排水管道的入口处，其控制端与控制器的输出端连接。

优选地，雾化组件5进一步包括依次连接的第一水泵、第一电磁阀、设有喷头的雾化器。

其中，第一水泵的输入端与储水箱1的侧方排水口连接。并且，雾化器的喷头设于整车外部，用于向整车外的地面排水。

第一水泵、第一电磁阀、雾化器的控制端均与控制器的输出端连接。

优选地，喷淋组件6进一步包括依次连接的第二水泵、第二电磁阀、设有喷头的喷淋器。

其中，第二水泵的输入端也与储水箱1的侧方排水口连接。

喷淋器的喷头设于散热器的叶片正上方，其喷洒面积与叶片面积匹配。并且，其尺寸设置应使得喷洒面积与叶片面积匹配，并且液滴数尽可能多。

第二水泵、第二电磁阀、喷淋器的控制端也均与控制器的输出端连接。

优选地，所述喷淋组件6与所述雾化组件5共用同一水泵，如图2所述。即第一水泵、第二水泵为同一水泵，以节省设备和支路，降低制备成本。

优选地，控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。

数据采集单元，用于获取当前车速、当前时刻的环境温度、散热器的散热功率、储水箱1内液位，发送至数据处理与控制单元。

数据处理与控制单元，用于根据当前时刻的环境温度识别燃料电池发动机是否在低温环境下运行；以及，如果在低温环境下运行，识别当前车速超过设定速度时，启动雾化组件5，以水蒸气形式排放过量尾排水，识别当前车速未超过设定速度时，关闭雾化组件5；以及，如果在非低温环境下运行，识别散热器的散热功率超过设定功率时，启动喷淋组件6喷淋散热器，否则根据储水箱1内液位启动排水组件4以流体形式排放过量尾排水；以及，在关闭燃料电池后，控制整车延时下电，启动排水组件4排空储水箱1内液体。

优选地，数据采集单元进一步包括环境温度传感器、速度传感器、功率传感器和液位传感器。

环境温度传感器，设于整车车厢内，用于获取当前时刻的环境温度。

速度传感器，设于整车的车轮上或变速箱壳体内，用于获取当前车速。

功率传感器，设于散热器的供电端，用于获取当前时刻散热器的散热功率。

液位传感器，分别设于储水箱1内底部和侧壁上，用于获取储水箱1内液位以及液位变化。

优选地，所述数据处理与控制单元执行如下程序：

S1.获取当前时刻的环境温度；

S2.根据该环境温度与预设温度比较，识别燃料电池发动机是否在低温环境下运行；如果环境温度低于预设温度，判定在低温环境下运行，执行步骤S3~S5，否则，判定在非低温环境下运行，执行步骤S6~S9；

S3.识别当前车速是否超过设定速度；如果超过，打开第一电磁阀，启动雾化组件5，执行步骤S4；如果未超过，关闭雾化组件5，执行步骤S5；

S4.根据储水箱1内液位变化获得产水速率，进而调节第一水泵的转速，以水蒸气形式排放过量尾排水，使得尾排水的排出速率与电堆的产水速率保持平衡，在下一时刻再次执行步骤S3；

S5.接收到燃料电池的关闭指令后，控制整车延时下电，启动排水组件4排空储水箱1内液体后，再关闭整车供电系统；

S6.识别散热器的散热功率是否超过设定功率；如果超过，打开第二电磁阀，启动喷淋组件6喷淋散热器，并执行步骤S7；如果未超过，关闭喷淋组件6，并执行步骤S8；

S7.根据储水箱1内液位变化获得产水速率，进而根据散热器的散热功率、产水速率调节第二水泵的转速，使得尾排水的能量利用率最高，在下一时刻再次执行步骤S6；

S8.识别储水箱内液位是否超过设定高度；如果是，启动排水组件4以流体形式排放过量尾排水，否则，控制排水组件4关闭；

S9.接收到燃料电池的关闭指令后，关闭燃料电池发动机，关闭整车供电系统。

优选地，数据处理与控制单元具有显示模块。其中，所述显示模块的显示屏上显示所述环境温度传感器采集的当前时刻的环境温度、所述速度传感器采集的当前车速、所述功率传感器采集的散热器的散热功率、所述液位传感器采集的储水箱1内液位，以及当前时刻排水组件4、雾化组件5、喷淋组件6的启动状态。

优选地，该尾排水处理装置还包括加热器。

其中，所述加热器的输入端与第一电磁阀的出口连接，其输出端与雾化器的输入端连接，控制端与控制器的输出端连接。

优选地，该尾排水处理装置还包括可更换滤芯的过滤器。

其中，过滤器设于储水箱1的入水口处，用于过滤氢侧、空侧分水器流出的液体中的杂质，防止储水箱1内积聚水垢。

与实施例1相比，本实施例提供的尾排水处理装置具有如下有益效果：

1、该尾排水处理装置具有四种功能，一是储水，二是通过排水组件4排水，三是通过雾化组件5排水蒸气，四是通过喷淋组件6喷淋散热器。

2、冬季运行时通过加热器、雾化组件5排出高温水蒸气，避免路面湿滑以及结冰。

3、在储水箱1的入水口处设置了过滤器，防止水垢积聚，以及输出可直接使用的生活用水。

4、喷淋组件6与雾化组件5共用同一水泵，减少了设备数量，降低了制备成本。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，包括储水箱（1），与储水箱（1）连通的排水组件（4）、雾化组件（5）、喷淋组件（6），以及控制器；其中，

储水箱（1）的入水口分别与燃料电池发动机中氢侧、空侧分水器的排水口连接；喷淋组件（6）设于使得燃料电池发动机的散热器位于其喷淋范围内的位置；

控制器，用于在低温环境下运行时，根据当前车速启动雾化组件（5）以水蒸气形式排放过量尾排水；以及，在非低温环境下运行时，识别散热器的散热功率超过设定值时，启动喷淋组件（6）喷淋散热器，否则根据储水箱（1）内液位启动排水组件（4）以流体形式排放过量尾排水。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，所述排水组件（4）进一步包括排水管道、排水电磁阀；其中，

所述排水管道设于储水箱（1）的底部，其入口与储水箱（1）的底部排水口连接，出口设于整车外部或整车内生活用水区，通过排水电磁阀控制该排水管道的开闭；

所述排水电磁阀的控制端与控制器的输出端连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，所述雾化组件（5）进一步包括依次连接的第一水泵、第一电磁阀、设有喷头的雾化器；其中，

所述第一水泵的输入端与储水箱（1）的侧方排水口连接；

所述第一水泵、第一电磁阀、雾化器的控制端均与控制器的输出端连接；并且，雾化器的喷头设于整车外部。

4.根据权利要求3所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，所述喷淋组件（6）进一步包括依次连接的第二水泵、第二电磁阀、设有喷头的喷淋器；其中，

所述第二水泵的输入端也与储水箱（1）的侧方排水口连接；

所述喷淋器的喷头设于散热器的叶片正上方，其喷洒面积与叶片面积匹配；

所述第二水泵、第二电磁阀、喷淋器的控制端也均与控制器的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，所述喷淋组件（6）与所述雾化组件（5）共用同一水泵。

6.根据权利要求4或5所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，所述控制器进一步包括：

数据采集单元，用于获取当前车速、当前时刻的环境温度、散热器的散热功率、储水箱（1）内液位，发送至数据处理与控制单元；

数据处理与控制单元，用于根据当前时刻的环境温度识别燃料电池发动机是否在低温环境下运行；以及，如果在低温环境下运行，识别当前车速超过设定速度时，启动雾化组件（5），以水蒸气形式排放过量尾排水，识别当前车速未超过设定速度时，关闭雾化组件（5）；以及，如果在非低温环境下运行，识别散热器的散热功率超过设定功率时，启动喷淋组件（6）喷淋散热器，否则根据储水箱（1）内液位启动排水组件（4）以流体形式排放过量尾排水；以及，在关闭燃料电池后，控制整车延时下电，启动排水组件（4）排空储水箱（1）内液体。

7.根据权利要求6所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括：

环境温度传感器，设于整车车厢内，用于获取当前时刻的环境温度；

速度传感器，设于整车的车轮上或变速箱壳体内，用于获取当前车速；

功率传感器，设于散热器的供电端，用于获取当前时刻散热器的散热功率；

液位传感器，分别设于储水箱（1）内底部和侧壁上，用于获取储水箱（1）内液位以及液位变化。

8.根据权利要求7所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，所述数据处理与控制单元执行如下程序：

S1.获取当前时刻的环境温度；

S2.根据该环境温度与预设温度比较，识别燃料电池发动机是否在低温环境下运行；如果环境温度低于预设温度，判定在低温环境下运行，执行步骤S3~S5，否则，判定在非低温环境下运行，执行步骤S6~S9；

S3.识别当前车速是否超过设定速度；如果超过，打开第一电磁阀，启动雾化组件（5），执行步骤S4；如果未超过，关闭雾化组件（5），执行步骤S5；

S4.根据储水箱（1）内液位变化获得产水速率，进而调节第一水泵的转速，以水蒸气形式排放过量尾排水，使得尾排水的排出速率与电堆的产水速率保持平衡，在下一时刻再次执行步骤S3；

S5.接收到燃料电池的关闭指令后，控制整车延时下电，启动排水组件（4）排空储水箱（1）内液体后，再关闭整车供电系统；

S6.识别散热器的散热功率是否超过设定功率；如果超过，打开第二电磁阀，启动喷淋组件（6）喷淋散热器，并执行步骤S7；如果未超过，关闭喷淋组件（6），并执行步骤S8；

S7.根据储水箱（1）内液位变化获得产水速率，进而根据散热器的散热功率、产水速率调节第二水泵的转速，使得尾排水的能量利用率最高，在下一时刻再次执行步骤S6；

S8.识别储水箱内液位是否超过设定高度；如果是，启动排水组件（4）以流体形式排放过量尾排水，否则，控制排水组件（4）关闭；

S9.接收到燃料电池的关闭指令后，关闭燃料电池发动机，关闭整车供电系统。

9.根据权利要求4、5、7、8任意一项所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，还包括加热器；其中，

所述加热器的输入端与第一电磁阀的出口连接，其输出端与雾化器的输入端连接，控制端与控制器的输出端连接。

10.根据权利要求1、2、4、5、7、8任意一项所述的用于燃料电池发动机的尾排水处理装置，其特征在于，还包括可更换滤芯的过滤器；其中，

所述过滤器设于储水箱（1）的入水口处，用于过滤氢侧、空侧分水器流出的液体中的杂质，防止储水箱（1）内积聚水垢。

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