CN117199447A - 燃料电池排放氢浓度检测装置 - Google Patents
燃料电池排放氢浓度检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117199447A CN117199447A CN202310865680.2A CN202310865680A CN117199447A CN 117199447 A CN117199447 A CN 117199447A CN 202310865680 A CN202310865680 A CN 202310865680A CN 117199447 A CN117199447 A CN 117199447A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- baffle
- gas
- fuel cell
- hydrogen concentration
- dehumidification
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 124
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 48
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 8
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical class O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- SAPGTCDSBGMXCD-UHFFFAOYSA-N (2-chlorophenyl)-(4-fluorophenyl)-pyrimidin-5-ylmethanol Chemical compound C=1N=CN=CC=1C(C=1C(=CC=CC=1)Cl)(O)C1=CC=C(F)C=C1 SAPGTCDSBGMXCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明公开了一种燃料电池排放氢浓度检测装置，包括尾排管、气体检测支路、设置于气体检测支路上的氢浓度检测模块和设置于尾排管中且与气体检测支路连接的除湿模块。本发明的燃料电池排放氢浓度检测装置，通过在燃料电池尾排管路中引入除湿结构设计，可有效将燃料电池尾气中的饱和水汽降低至90％RH以内，满足氢浓度传感器工作适用环境要求；本装置结构简单，成本低，效果显著。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体地说，本发明涉及一种燃料电池排放氢浓度检测装置。
背景技术
近几年氢燃料电池产业化进程加速，各氢燃料电池汽车示范城市群均在大力投放燃料电池客车、燃料电池卡车和燃料电池专用车等车型，以及燃料电池轨道车辆等氢能源交通工具。
在燃料电池汽车大量使用的背景下，氢气的安全性更加凸显，一般在燃料电池车辆上会安装多个氢浓度传感器用于采集燃料电池系统和车载氢系统是否存在氢气浓度超过设定预警值，并通过控制器实现实时监控和报警。但是由于技术原因，燃料电池排放出的气体高温、高湿，使用普通氢气浓度传感器时其使用寿命和可靠性受限。如采用特殊的高湿氢浓度传感器导致成本上升，不利于燃料电池产品推广应用。
如公开号为CN113687035A的专利文献公开了一种燃料电池系统的尾排氢气浓度检测装置，包括尾排管、取样弯管、PTC加热器和氢气浓度传感器，取样弯管包括折弯管、焊接三通、斜口钢管和传感器接头，焊接三通的第一端与折弯管的输出端连接，第二端与斜口钢管的输入端连接，第三端与传感器接头连接，氢气浓度传感器安装于传感器接头上，折弯管的输入端插入至尾排管中并与尾排管的管壁焊接，斜口钢管的输出端插入至尾排管中并与尾排管的管壁焊接，折弯管中设有导热丝，该导热丝与PTC加热器热传导连接。该专利文献公开的技术方案也无法解决上述记载的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种燃料电池排放氢浓度检测装置，目的是满足高温高湿环境下对尾排氢浓度进行检测的要求。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：燃料电池排放氢浓度检测装置，包括尾排管、气体检测支路、设置于气体检测支路上的氢浓度检测模块和设置于所述尾排管中且与所述气体检测支路连接的除湿模块。
所述除湿模块包括除湿壳体以及设置于除湿壳体内的第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板为倾斜设置，第一挡板与第二挡板之间设置让气体进入除湿壳体的气体第一入口和让除湿壳体内液体排出的液体第二出口，液体第二出口的高度小于气体第一入口的高度。
所述第一挡板和所述第二挡板相平行。
所述第一挡板和所述第二挡板固定连接成一体，第二挡板与所述除湿壳体的内壁面之间具有间隙。
所述除湿模块还包括设置于所述除湿壳体内的第三挡板，第三挡板为倾斜设置，所述第二挡板位于所述第一挡板和所述第三挡板之间，第三挡板与除湿壳体的出气端之间设置让气体通过的气体第二入口和让液体通过的液体第一出口，液体第一出口的高度小于气体第二入口的高度，除湿壳体的出气端与所述气体检测支路连接。
所述除湿壳体包括相连接的上安装体和下安装体，所述第一挡板和所述第二挡板设置于下安装体中，所述第三挡板设置于上安装体中。
所述第一挡板和所述第二挡板与所述下安装体保持同心。
所述气体第一入口开设于所述下安装体上，并与所述第一挡板形成进气通道。
所述尾排管中设置尾排管路填充腔，尾排管路填充腔为尾排管的收缩段与尾排管最大直径部位所形成的腔体，尾排管路填充腔中填充吸声材料。
所述尾排管中设置尾排管路喉部，尾排管路喉部与所述气体检测支路连通，尾排管路喉部为尾排管中直径最小部位。
本发明的燃料电池排放氢浓度检测装置，通过在燃料电池尾排管路中引入除湿结构设计，可有效将燃料电池尾气中的饱和水汽降低至90％RH以内，满足氢浓度传感器工作适用环境要求；本装置结构简单，除湿效果显著，无需额外冷却辅助系统，成本低。
附图说明
图1为本发明燃料电池排放氢浓度检测装置的结构示意图；
图2为除湿模块剖视图；
上述图中的标记均为：1、尾排管；101、检测支路气体入口；102、检测支路气体出口；103、尾排管路填充腔；104、尾排管路喉部；2、除湿模块；201、第一挡板；202、气体第一入口；203、第二挡板；204、下安装体；205、液体第一出口；206、上安装体；207、气体出口；208、气体第二入口；209、第三挡板；210、液体第二出口；3、氢浓度检测模块；4、气体检测支路；401、检测支路入口；402、检测支路检测口；403、检测支路出口。
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作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1所示，本发明提供了一种燃料电池排放氢浓度检测装置，包括尾排管1、气体检测支路4、设置于气体检测支路4上的氢浓度检测模块3和设置于尾排管1中且与气体检测支路4连接的除湿模块2。
具体地说，如图1所示，尾排管1为燃料电池阳极间歇性排放的废气与阴极排放的反应不完全的空气的混合气体所流通的管道。
尾排管1上设置检测支路气体入口101和检测支路气体出口102，检测支路气体入口101是指燃料电池排放气体所流经的气体检测支路4的入口，检测支路气体出口102是指燃料电池排放气体所流经的气体检测支路4的出口。气体检测支路4的一端设置检测支路入口401，气体检测支路4的另一端设置检测支路出口403，检测支路入口401与除湿模块2连接，检测支路出口403与尾排管1上设置的检测支路气体出口102连接。气体检测支路4上设置检测支路检测口402，检测支路检测口402位于检测支路入口401和检测支路出口403之间，氢浓度检测模块3设置于检测支路检测口402处，检测支路检测口402与氢浓度检测模块3连接，氢浓度检测模块3用于检测气体检测支路4内流经的气体中氢气的含量。
作为优选的，氢浓度检测模块3为电化学燃烧式，正常工作时，氢浓度检测模块3的功耗＜1W，适用检测环境温湿度范围分别为-40℃～85℃、0～95％RH，检测浓度范围0-40000ppm，T80响应时间＜1s；
如图1和图2所示，除湿模块2设置于检测支路气体入口101处，除湿模块2包括除湿壳体以及设置于除湿壳体内的第一挡板201、第二挡板203和第三挡板209。第一挡板201和第二挡板203为倾斜设置，第一挡板201与第二挡板203之间设置让气体进入除湿壳体的气体第一入口202和让除湿壳体内液体排出的液体第二出口210，液体第二出口210的高度小于气体第一入口202的高度。除湿壳体固定设置在尾排管1中，除湿壳体为两端开口且内部中空的壳体结构，第一挡板201固定设置在除湿壳体的进气端。
如图1和图2所示，第三挡板209为倾斜设置，第二挡板203位于第一挡板201和第三挡板209之间，第三挡板209与除湿壳体的出气端之间设置让气体通过的气体第二入口208和让液体通过的液体第一出口205，液体第一出口205的高度小于气体第二入口208的高度，除湿壳体的出气端与气体检测支路4的检测支路入口401连接，除湿壳体的出气端设置的气体出口207排出的气体进入气体检测支路4中。
上述结构的除湿模块2，是利用膨胀减速和挡板减速的原理，即“Jet-Spray”效应降低气体中水分子动能，气体中水分子聚集形成液滴，并在重力作用下流向尾排管1。
如图1和图2所示，第一挡板201和第二挡板203固定连接成一体，第一挡板201和第二挡板203相平行，第一挡板201和第二挡板203之间具有一定的距离。第二挡板203的一端与除湿壳体的内壁面固定连接，第二挡板203的另一端与除湿壳体的内壁面之间具有间隙，形成让气体向上通过和液体向下通过的通道，该通道位于液体第二出口210的上方。液体第二出口210是指经过一级除湿单元和二级除湿单元在除湿过程中形成的液滴流向尾排管1的出口。
如图1和图2所示，除湿壳体包括相连接的上安装体206和下安装体204，第一挡板201和第二挡板203固定设置于下安装体204中，第三挡板209固定设置于上安装体206中。
作为优选的，第一挡板201和第二挡板203为一个整体零部件，并与下安装体204和上安装体206保持同心，为确保聚集的液滴顺利排向尾排管1，第一挡板201和第二挡板203保持平行且具有一定倾角，第一挡板201的尺寸大于第二挡板203的尺寸，第二挡板203位于第一挡板201的上方，除湿壳体内的滴落在倾斜的第一挡板201和第二挡板203，并最终经液体第二出口210流入尾排管1中。
如图1和图2所示，气体第一入口202开设于下安装体204上，下安装体204并与第一挡板201形成进气通道，尾排管1中的气体经气体第一入口202进入除湿壳体中。下安装体204用于嵌入第一挡板201、第二挡板203整体零部件，形成一级除湿单元。液体第一出口205、气体第二入口208与气体出口207、上安装体206为一个整体，第三挡板209与上安装体206形成二级除湿单元，液体第一出口205、气体第二入口208是开设于上安装体206的圆筒壁上的小孔，液体第一出口205是指燃料电池排放气体流经上安装体206可能产生的液滴的出口，气体第二入口208是指经过一级除湿单元除湿后的燃料电池排放气体进入二级除湿单元的入口。上安装体206用于嵌入下安装体204，并与气体检测支路4建立连接；气体出口207设置于上安装体206上，气体出口207是指经过二级除湿后的燃料电池排放气体出口207；
如图1和图2所示，第三挡板209的作用是，一方面用于将经过一级除湿单元的气体中未被除去的水分子进一步阻挡，另一方面，与液体第一出口205、气体第二入口208、气体出口207形成二级除湿结构。第三挡板209的尺寸小于第二挡板203的尺寸，液体第一出口205位于第二挡板203的上方，滴落至第三挡板209上的液体经第三挡板209引导至液体第一出口205，并经液体第一出口205流向下方的第二挡板203，滴落至第二挡板203上的液体经第二挡板203引导至下方的液体第二出口210。
如图1和图2所示，气体出口207为圆孔，气体出口207与上安装体206和下安装体204为同轴设置，第三挡板209的长度方向与气体出口207的轴线之间具有夹角且该夹角为锐角，第二挡板203的长度方向与气体出口207的轴线之间具有夹角且该夹角为锐角，第一挡板201的长度方向与气体出口207的轴线之间具有夹角且该夹角为锐角，第一挡板201和第二挡板203的长度方向相平行。第三挡板209的第一端的高度大于第二端的高度，第一端和第二端为第三挡板209的长度方向上的相对两端，气体第二入口208位于第三挡板209的第一端的上方，液体第一出口205位于第三挡板209的第二端的上方。第二挡板203的第一端的高度大于第二端的高度，第二挡板203的第一端与下安装体204的内壁面固定连接，第二挡板203的第二端与下安装体204的内壁面之间具有一定的间隙，第一端和第二端为第二挡板203的长度方向上的相对两端，第三挡板209的第一端与第二挡板203之间的距离大于第三挡板209的第二端与第二挡板203之间的距离，第一挡板201位于第二挡板203的下方，气体第一入口202位于第二挡板203的第一端的下方，液体第二出口210位于第二挡板203的第二端的下方。
排放废气为高湿气体，为保证充分除湿，需设置多道挡板，第一档板主要用于在气体第一入口202形成高速气流，在Jet-Spray效应作用下，高速高湿气体进入除湿模块2后速度骤降，同时由于第二挡板203对上升气流形成阻挡，高湿气体中的小液滴聚集下沉，未发生碰撞析出的水分子随气流继续上升，经过二级Jet-Spray效应，气体中水分子与挡板209发生碰撞后再次析出，形成液滴后下沉，为充分去除水分子，降低对氢浓度检测器件干扰，第三挡板209与气体出口207形成第三级Jet-Spray效应。为保障充分去除气流中裹挟的小液滴及水分子，可设置多级除水，但考虑到尾排气体在尾排管路喉部104处形成的真空能力，除湿模块2不宜产生过大阻力，因此，本设计结合工程经验，在保证除水效果的前提下设置三级。
如图1所示，尾排管1中设置尾排管路填充腔103，尾排管路填充腔103为尾排管1的收缩段与尾排管1最大直径部位所形成的腔体，为避免尾排气体流动产生震响和啸叫，尾排管路填充腔103中填充吸声材料，吸声材料为玻璃纤维或其它具有吸声效果的材料。
如图1所示，尾排管1中设置尾排管路喉部104，尾排管路喉部104与气体检测支路4连通，尾排管路喉部104为尾排管1中直径最小部位。尾排管路喉部104是指尾排管1的收缩段最狭窄部分，根据伯努利方程，尾排气体流经此处可产生一定负压，抽动气体从检测支路气体入口101进入气体检测支路4。
尾排管1的一端设置进气口，尾排管路喉部104与检测支路气体入口101连通，检测支路气体入口101位于进气口和尾排管路喉部104之间，燃料电池排放气体从进气口进入尾排管1中，当燃料电池排放气体流经尾排管1的尾排管路喉部104时，根据伯努利方程可知，在检测支路气体出口102处的静压头远低于检测支路气体入口101处的静压头，于是燃料电池排放气体在检测支路气体入口101处被吸入气体检测支路4，燃料电池排放气体流经除湿模块2后气体动能降低，气体中水分子聚集形成液滴，并在重力作用下流向尾排管1，气体湿度降低至90％RH以内，满足氢浓度传感器工作适用环境要求。除湿模块2依靠膨胀和机械挡板实现气液分离，进而降低待检测气体湿度，实现适宜氢浓度传感器稳定工作的环境。
上述结构的种燃料电池排放氢浓度检测装置，可以降低混合气体中水汽动能的结构，确保到达氢浓度检测模块3的探头处的混合气湿度在氢浓度检测模块3使用环境范围内，进而确保氢浓度检测模块3正常运行。
设置的除湿模块2充分利用“Jet-Spray”效应，入口高速高湿气流进入除湿模块2后膨胀，液滴在重力作用下下沉，另外，未被去除的微小液滴在挡板作用下动能降低，附着于挡板并聚集，达到一定大小后在重力作用下降落，并沿挡板回流至尾排主管道。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体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非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.燃料电池排放氢浓度检测装置，包括尾排管、气体检测支路和设置于气体检测支路上的氢浓度检测模块，其特征在于：还包括设置于所述尾排管中且与所述气体检测支路连接的除湿模块。
2.根据权利要求1所述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述除湿模块包括除湿壳体以及设置于除湿壳体内的第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板为倾斜设置，第一挡板与第二挡板之间设置让气体进入除湿壳体的气体第一入口和让除湿壳体内液体排出的液体第二出口，液体第二出口的高度小于气体第一入口的高度。
3.根据权利要求2所述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述第一挡板和所述第二挡板相平行。
4.根据权利要求3所述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述第一挡板和所述第二挡板固定连接成一体，第二挡板与所述除湿壳体的内壁面之间具有间隙。
5.根据权利要求2至4任一所述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述除湿模块还包括设置于所述除湿壳体内的第三挡板，第三挡板为倾斜设置，所述第二挡板位于所述第一挡板和所述第三挡板之间，第三挡板与除湿壳体的出气端之间设置让气体通过的气体第二入口和让液体通过的液体第一出口，液体第一出口的高度小于气体第二入口的高度，除湿壳体的出气端与所述气体检测支路连接。
6.根据权利要求5所述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述除湿壳体包括相连接的上安装体和下安装体，所述第一挡板和所述第二挡板设置于下安装体中，所述第三挡板设置于上安装体中。
7.根据权利要求6所述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述第一挡板和所述第二挡板与所述下安装体保持同心。
8.根据权利要求6所述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述气体第一入口开设于所述下安装体上，并与所述第一挡板形成进气通道。
9.根据权利要求1至8任一所述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述尾排管中设置尾排管路填充腔，尾排管路填充腔为尾排管的收缩段与尾排管最大直径部位所形成的腔体，尾排管路填充腔中填充吸声材料。
10.根据权利要求9述的燃料电池排放氢浓度检测装置，其特征在于：所述尾排管中设置尾排管路喉部，尾排管路喉部与所述气体检测支路连通，尾排管路喉部为尾排管中直径最小部位。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310865680.2A CN117199447A (zh) | 2023-07-14 | 2023-07-14 | 燃料电池排放氢浓度检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310865680.2A CN117199447A (zh) | 2023-07-14 | 2023-07-14 | 燃料电池排放氢浓度检测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117199447A true CN117199447A (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=89002382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310865680.2A Pending CN117199447A (zh) | 2023-07-14 | 2023-07-14 | 燃料电池排放氢浓度检测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117199447A (zh) |
-
2023
- 2023-07-14 CN CN202310865680.2A patent/CN117199447A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN212166781U (zh) | 用于氢燃料电池汽车的氢气水分离装置 | |
| CN114432795B (zh) | 一种甲醇燃料电池尾气的气液分离器 | |
| CN117199447A (zh) | 燃料电池排放氢浓度检测装置 | |
| CN109405599A (zh) | 一种用于高含湿量废气处理的冷凝换热器及强化换热方法 | |
| CN209418665U (zh) | 燃料电池尾排氢气浓度检测装置及燃料电池和新能源汽车 | |
| CN216591771U (zh) | 一种烟囱用主动集液分层弧形导流结构 | |
| CN113422142B (zh) | 一种新能源汽车电池模组高效散热装置 | |
| CN213419201U (zh) | 一种避免净化板堵塞的汽车尾气监测净化设备 | |
| CN214099658U (zh) | 一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统 | |
| CN209896185U (zh) | 一种燃料电池尾排管路及采用其的氢能源电池汽车 | |
| CN211980782U (zh) | 一种新型燃料电池氢水分离器 | |
| CN211799902U (zh) | 一种应用于废气中的硫酸雾采样装置 | |
| CN204563780U (zh) | 一种流线型两通道带优化倒钩除雾器 | |
| CN217507408U (zh) | 一种用于燃料电池的尾排装置 | |
| CN111088771A (zh) | 一种非接触式高速清扫方法、高速清扫系统 | |
| CN215869488U (zh) | 一种可监测氢气浓度的燃料电池尾排系统 | |
| CN220345451U (zh) | 一种用于氢能汽车的气液分离装置 | |
| CN206205963U (zh) | 一种汽车尾气净化处理和余热发电一体化装置 | |
| CN219104474U (zh) | 一种行驶过程中的车厢异常气体集聚检测装置 | |
| CN211602596U (zh) | 一种用于高铁动车导流罩甲醛释放量检测的气体采集装置 | |
| CN220443535U (zh) | 一种硫化氢废气处理装置 | |
| CN215096997U (zh) | 一种氢燃料电池公交车排气消音装置 | |
| CN213331323U (zh) | 空气滤清器的进气管和车辆 | |
| CN218274675U (zh) | 一种燃料电池发动机尾排集排水箱 | |
| CN219366155U (zh) | 一种内燃机车用膨胀水箱 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |