CN215731821U - 一种燃料电池发动机尾气排放处理装置和燃料电池汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池汽车技术领域，公开了一种燃料电池发动机尾气排放处理装置和燃料电池汽车，燃料电池设有氢气出口、空气出口、冷却液出口、氢气入口、空气入口和冷却液入口，燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置包括氢气储存罐收集氢气；氢气发生装置，设有进液口、排液口、进气口和排气口，进液口连通冷却液出口，排液口连通冷却液入口，进气口连通氢气储存罐，排气口连通排气管路；氢气处理装置，一端连通氢气储存罐，另一端连通排气管路。本实用新型能够对燃料电池的排出的氢气进行收集，并根据需要产生热量或散热，避免了氢气直接排入空气造成的空气污染问题，并且充分利用氢气的能量，实现能量的回收利用。

Description

一种燃料电池发动机尾气排放处理装置和燃料电池汽车

技术领域

本实用新型涉及燃料电池汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置和燃料电池汽车。

背景技术

燃料电池是一种电化学装置，能够将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能。燃料电池理论上可在接近100％的热效率下运行，具有很高的经济性，因此被广泛应用于汽车领域，形成燃料电池汽车。

燃料电池汽车的尾气中含有部分氢气成分，如果直接排放到空气中，会污染环境，并有产生爆炸的危险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置和燃料电池汽车，以解决尾气中氢气的排放处理问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，燃料电池设有氢气出口、空气出口、冷却液出口、氢气入口、空气入口和冷却液入口，所述燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置包括：

氢气储存罐，设于所述氢气出口以收集氢气；

氢气发生装置，所述氢气发生装置设有进液口、排液口、进气口和排气口，所述进液口连通所述冷却液出口，所述排液口连通冷却液入口，所述进气口连通所述氢气储存罐，所述排气口连通排气管路；

氢气处理装置，所述氢气处理装置的一端连通所述氢气储存罐，另一端连通所述排气管路。

可选地，所述氢气储存罐、所述氢气发生装置和所述氢气处理装置之间通过第一三通阀连通，所述第一三通阀的一个入口连通所述氢气储存罐，两个出口分别连通所述氢气发生装置和所述氢气处理装置。

可选地，所述燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置还包括第二三通阀和供暖支路，所述第二三通阀的入口连通所述排液口，所述第二三通阀的两个出口分别连通所述冷却液入口和所述供暖支路的第一端口，所述供暖支路的第二端口接入所述冷却液入口，所述供暖支路连通乘员舱。

可选地，所述氢气出口和所述氢气储存罐之间设有分水器，所述分水器的气体出口连通所述氢气储存罐，所述分水器的液体出口连通所述排气管路。

可选地，所述分水器的气体出口与所述氢气储存罐之间设有排气电磁阀，所述分水器的液体出口与所述排气管路之间设有排水电磁阀。

可选地，所述空气出口通过电子节气门连通所述排气管路。

可选地，所述电子节气门和所述氢气发生装置的所述进气口之间设有第一开关阀，当所述第一开关阀处于打开状态时，所述空气出口连通所述氢气发生装置以提供反应空气。

可选地，所述冷却液出口与所述进液口之间依次设置水泵和第二开关阀。

可选地，所述燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置还包括散热管路，所述散热管路的一端接入所述水泵和所述第二开关阀之间，另一端接入所述冷却液入口，所述散热管路上设有散热器。

本实用新型还提供一种燃料电池汽车，包括所述燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，通过在燃料电池的氢气出口设置氢气储存罐、氢气发生装置和氢气处理装置，能够对燃料电池的排出的氢气进行收集，当系统处于低温环境条件下，温度较低需要加热时，可以通过氢气发生装置产生大量的热量；当系统温度高，需要散热时，可以通过氢气处理装置使得氢气发生反应生成水并通过排气管路排出以释放多余热量。本实用新型避免了氢气直接排入空气造成的空气污染问题，并且充分利用氢气的能量，实现能量的回收利用。

本实用新型的一种燃料电池汽车，通过设有燃料电池氢气尾气排放处理装置，避免了氢气直接排入空气造成的空气污染问题，并且充分利用氢气的能量，实现能量的回收利用，从而实现了真正的清洁能源车辆。

附图说明

图1是本实用新型一种燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置的结构示意图。

图中：

100.燃料电池；200.氢气出口；300.空气出口；400.冷却液出口；500.氢气入口；600.空气入口；700.冷却液入口；800.排气管路；900.乘员舱；

1.氢气储存罐；2.氢气发生装置；201.进液口；202.排液口；203.进气口；204.排气口；3.氢气处理装置；4.第一三通阀；5.第二三通阀；6.供暖支路；7.分水器；8.排气电磁阀；9.排水电磁阀；10.电子节气门；11.第一开关阀；12.水泵；13.第二开关阀；14.散热管路；15.散热器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。术语“多个”应该理解为两个以上。

本实用新型提供一种燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，燃料电池也称电堆，如图1所示，燃料电池100设有氢气出口200、空气出口300、冷却液出口400、氢气入口500、空气入口600和冷却液入口700，本实施提供的一种燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置包括氢气储存罐1、氢气发生装置2和氢气处理装置3，其中，氢气储存罐1设于氢气出口200以收集氢气；氢气发生装置2设有进液口201、排液口202、进气口203和排气口204，进液口201连通冷却液出口400，排液口202连通冷却液入口700，进气口203连通氢气储存罐1，排气口204连通排气管路800；氢气处理装置3的一端连通氢气储存罐1，另一端连通排气管路800。

如图1所示，通过在燃料电池100的氢气出口200设置氢气储存罐1、氢气发生装置2和氢气处理装置3，能够对燃料电池100的排出的氢气进行收集，当系统处于低温环境条件下，温度较低需要加热时，可以通过氢气发生装置2产生大量的热量；当系统温度高，需要散热时，可以通过氢气处理装置3使得氢气发生反应生成水并通过排气管路800排出以释放多余热量。本实用新型避免了氢气直接排入空气造成的空气污染问题，并且充分利用氢气的能量，实现能量的回收利用。

需要说明的是，氢气处理装置3可将氢气进行处理，具体为通过化学置换反应，生成水。典型反应比如CuO+H₂＝Cu+H₂O。通过将氢气以水的形态排出，可以排出多余的氢气，而且避免了氢气直接排放至大气环境中，绿色环保。氢气发生装置2是一种可以将氢气点燃产生大量热量的装置，氢气发生装置2内部设有水循环管路，水循环管路的两端分别为进液口201和排液口202，燃料电池100的冷却液出口400排出的冷却液通过进液口201进入水循环管路时被氢气燃烧的热量加热，从排液口202回流至冷却液入口700，实现将热量带给燃料电池100的过程，维持燃料电池100的工作温度，同时实现了氢气的能量回收利用，节约整车燃料电池100系统的成本。

可选地，氢气储存罐1、氢气发生装置2和氢气处理装置3之间通过第一三通阀4连通，第一三通阀4的一个入口连通氢气储存罐1，两个出口分别连通氢气发生装置2和氢气处理装置3。

通过设置第一三通阀4，可以根据需要为氢气发生装置2和氢气处理装置3提供适量的氢气，以便进行燃料电池100系统的热量调节。为了实现对第一三通阀4的电子控制或自动控制，可以将第一三通阀4接入控制器，通过控制器控制第一三通阀4的导通。

可选地，本实施例的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置还包括第二三通阀5和供暖支路6，第二三通阀5的入口连通排液口202，第二三通阀5的两个出口分别连通冷却液入口700和供暖支路6的第一端口，供暖支路6的第二端口接入冷却液入口700，供暖支路6连通乘员舱900。

如图1所示，乘员舱900与供暖支路6连通，供暖支路6会从排液口202排出的高温冷却液中分流一部分液体对乘员舱900进行供暖，充分利用高温冷却液的热量，实现氢气能量的回收利用，清洁环保。经过乘员舱900后的冷却液可以直接通过冷却液入口700进入燃料电池100以对燃料电池100加热。第二三通阀5可以控制进入乘员舱900的液体流量，在乘员舱900有供暖或暖风需求时进行导通操作控制。第二三通阀5与第一三通阀4一样，都可以连接控制器，以便进行自动控制。第二三通阀5的两个出口，可以保证乘员舱900的暖风与燃料电池100的加热过程单独工作，互不干扰。

可选地，氢气出口200和氢气储存罐1之间设有分水器7，分水器7的气体出口连通氢气储存罐1，分水器7的液体出口连通排气管路800。

可以理解，氢气出口200排出的氢气中含有大量的水分，通过分水器7可以实现氢气和水分的分离，水分可以直接通过排气管路800排出，氢气可以进行收集以回收利用或处理后排出。在实施时，分水器7的气体出口与氢气储存罐1之间设有排气电磁阀8，分水器7的液体出口与排气管路800之间设有排水电磁阀9。排气电磁阀8和排水电磁阀9均接入控制器，可以通过控制器对氢气和水分的排出量进行控制，以便燃料电池100系统的稳定运行。

可选地，空气出口300通过电子节气门10连通排气管路800。

可以理解，电子节气门10是汽车发动机的重要控制部件，可以提高汽车行驶的安全性、动力性、平稳性和经济性等，减少排放污染。将电子节气门10接入控制器，可以对电子节气门10的开度进行精确控制。

可选地，电子节气门10和氢气发生装置2的进气口203之间设有第一开关阀11，当第一开关阀11处于打开状态时，空气出口300连通氢气发生装置2以提供反应空气。

如图1所示，第一开关阀11用于控制进入氢气发生装置2内的空气的导通。当系统温度低需要提供热量时，氢气发生装置2中的氢气与空气发生燃烧产生热量，第一开关阀11可以调控进入氢气发生装置2内的空气量，以便氢气充分燃烧以得到所需的热量。当系统不需要额外热量时，第一开关阀11关闭，空气完全由排气管路800排出。

可选地，冷却液出口400与进液口201之间依次设置水泵12和第二开关阀13。

其中，水泵12可以为氢气发生装置2中所需冷却液体提供足够的动力，并利于冷却液出口400的液体流出。第二开关阀13可以控制进入氢气发生装置2的液体流量，当乘员舱900需要供暖时，可以适当增加液体流量，反之可以减少流量，满足燃料电池100的热量需求。

可选地，本实施例的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置还包括散热管路14，散热管路14的一端接入水泵12和第二开关阀13之间，另一端接入冷却液入口700，散热管路14上设有散热器15。

如图1所示，散热管路14连通在燃料电池100的冷却液出口400和冷却液入口700之间，可以通过散热器15对冷却液进行冷却后回流至燃料电池100，为冷却液的冷却回路，用于对燃料电池100进行降温处理。当燃料电池100需要加热时，第二开关阀13导通，冷却液进入氢气发生装置2被加热后回到燃料电池100以加热；反之，第二开关阀13关闭，冷却液通过散热器15散热降温后回到燃料电池100以降温。

本实用新型还提供一种燃料电池汽车，包括上述实施例提供的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置。

针对燃料电池汽车的尾气中含有氢气，直接排放氢气会污染环境，甚至产生爆炸风险的问题，本实施例通过在燃料电池汽车上设置上述燃料电池氢气尾气排放处理装置，可以对燃料电池100的氢气出口200的氢气进行回收，避免了氢气直接排入空气造成的空气污染问题，并且充分利用氢气的能量，燃料电池100的空气出口300排出的空气与氢气燃烧可以产生热量供给燃料电池100的加热，氢气燃烧的热量还可以为乘员舱900提供暖风加热，实现氢气能量和空气的回收利用；当系统和乘员舱900均为加热需求时，氢气利用化学置换反应生成水后排放至大气中，从而实现了真正的清洁能源车辆。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，燃料电池(100)设有氢气出口(200)、空气出口(300)、冷却液出口(400)、氢气入口(500)、空气入口(600)和冷却液入口(700)，其特征在于，所述燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置包括：

氢气储存罐(1)，设于所述氢气出口(200)以收集氢气；

氢气发生装置(2)，所述氢气发生装置(2)设有进液口(201)、排液口(202)、进气口(203)和排气口(204)，所述进液口(201)连通所述冷却液出口(400)，所述排液口(202)连通冷却液入口(700)，所述进气口(203)连通所述氢气储存罐(1)，所述排气口(204)连通排气管路(800)；

氢气处理装置(3)，所述氢气处理装置(3)的一端连通所述氢气储存罐(1)，另一端连通所述排气管路(800)。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，其特征在于，所述氢气储存罐(1)、所述氢气发生装置(2)和所述氢气处理装置(3)之间通过第一三通阀(4)连通，所述第一三通阀(4)的一个入口连通所述氢气储存罐(1)，两个出口分别连通所述氢气发生装置(2)和所述氢气处理装置(3)。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，其特征在于，还包括第二三通阀(5)和供暖支路(6)，所述第二三通阀(5)的入口连通所述排液口(202)，所述第二三通阀(5)的两个出口分别连通所述冷却液入口(700)和所述供暖支路(6)的第一端口，所述供暖支路(6)的第二端口接入所述冷却液入口(700)，所述供暖支路(6)连通乘员舱(900)。

4.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，其特征在于，所述氢气出口(200)和所述氢气储存罐(1)之间设有分水器(7)，所述分水器(7)的气体出口连通所述氢气储存罐(1)，所述分水器(7)的液体出口连通所述排气管路(800)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，其特征在于，所述分水器(7)的气体出口与所述氢气储存罐(1)之间设有排气电磁阀(8)，所述分水器(7)的液体出口与所述排气管路(800)之间设有排水电磁阀(9)。

6.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，其特征在于，所述空气出口(300)通过电子节气门(10)连通所述排气管路(800)。

7.根据权利要求6所述的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，其特征在于，所述电子节气门(10)和所述氢气发生装置(2)的所述进气口(203)之间设有第一开关阀(11)，当所述第一开关阀(11)处于打开状态时，所述空气出口(300)连通所述氢气发生装置(2)以提供反应空气。

8.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，其特征在于，所述冷却液出口(400)与所述进液口(201)之间依次设置水泵(12)和第二开关阀(13)。

9.根据权利要求8所述的燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置，其特征在于，还包括散热管路(14)，所述散热管路(14)的一端接入所述水泵(12)和所述第二开关阀(13)之间，另一端接入所述冷却液入口(700)，所述散热管路(14)上设有散热器(15)。

10.一种燃料电池汽车，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述燃料电池发动机氢气尾气排放处理装置。

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