一种排氢装置、燃料电池发动机及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池发动机的技术领域，特别涉及一种排氢装置、燃料电池发动机及车辆。


背景技术：

2.燃料电池是一种将燃料的化学能直接转换成电能的装置，只要燃料源源不断的供给就会不断地产生电能。对于氢燃料电池，反应的原料是氢气和氧气，反应场地是电堆，反应产物是水。正常来说，发生电化学反应生成水的场所是在电堆的阴极侧，它会随着反应后的空气带出电堆进入尾排管，最终排出到外界环境中。
3.但是，不可避免的还会有部分水透过质子交换膜扩散到阳极侧，若阳极流道中的水不能及时排出，就会出现局部水淹的现象，影响发动机的性能。此外，阴极侧的氮气也会透过质子交换膜扩散到阳极，氮气的积累会导致阳极局部欠气，影响发动机的性能。因此，及时的将阳极中的水及氮气等杂质排出到外部环境中显得尤为重要。
4.鉴于上述原因，如图1所示，目前主要采用气水分离器对电堆阳极出口的气体混合物进行分离处理，分离后的气体进入氢气循环泵，而液态水和氢气杂质下沉到气水分离器储水槽内，共同通过排水口排出。
5.但是，在低温环境下(如-20℃)，残留的液态水可能会导致排水(氢)电磁阀与阀座之间因结冰而难以开启，甚至结冰将进入储水槽的排水(氢)口堵塞，导致燃料电池发动机启动失败。
6.因此，如何提供一种燃料电池发动机的排氢装置，以保证发动机正常工作，是本技术领域人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型提供了一种燃料电池发动机的排氢装置，以保证发动机正常工作。本实用新型还提供了一种具有上述排氢装置的燃料电池发动机和车辆。
8.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
9.一种燃料电池发动机的排氢装置，其包括：
10.气水分离器，所述气水分离器的混合气体入口与电堆阳极出口连通，所述气水分离器的排水口与尾排管连通；
11.排氢组件，所述排氢组件的进气口和电堆阳极入口均与所述气水分离器的气体出口连通，所述排氢组件的出气口与所述尾排管连通；
12.电磁阀，所述电磁阀用于控制所述排氢组件的出气口与所述尾排管通断。
13.优选的，上述的排氢装置中，所述排氢组件包括：
14.阀座，所述阀座内部具有供气体流通的通道，所述阀座外侧具有用于连通所述气水分离器的气体出口与所述通道的进气管接口，所述阀座外侧具有用于连通所述尾排管与所述通道的出气管接头；
15.所述电磁阀控制所述通道的通断。
16.优选的，上述的排氢装置中，所述排氢组件还包括：
17.颗粒过滤器，所述颗粒过滤器设置在所述通道内用于对气体中的颗粒物进行过滤，所述颗粒过滤器位于所述进气管接口与所述电磁阀之间。
18.优选的，上述的排氢装置中，所述颗粒过滤器通过密封件和堵盖密封在所述阀座的通道内。
19.优选的，上述的排氢装置中，所述排氢组件还包括：
20.加热器，所述加热器用于对所述颗粒过滤器加热。
21.优选的，上述的排氢装置中，所述排氢组件还包括：用于检测所述阀座内气体压力的压力传感器，且所述压力传感器与所述加热器信号连接。
22.优选的，上述的排氢装置中，所述排氢组件还包括：设置在所述通道内的嵌件，所述嵌件具有用于对气体进行节流的节流孔。
23.优选的，上述的排氢装置中，所述通道包括：
24.与所述进气管接口连通的第一流道，所述颗粒过滤器设置在所述第一流道内；
25.与所述第一流道连通的第二流道，所述第二流道的轴线与所述第一流道的轴线有夹角；
26.第三流道，所述第三流道与所述第二流道通过所述电磁阀可通断连通；
27.第四流道，所述第四流道连通所述第三流道和所述出气管接头，所述第四流道的轴线与所述第三流道的轴线有夹角，所述嵌件设置在所述第四流道内。
28.一种燃料电池发动机，包括排氢装置，其中，所述排氢装置上述任一项所述的排氢装置。
29.一种车辆，包括燃料电池发动机，其中，所述燃料电池发动机为上述所述的燃料电池发动机。
30.本实用新型提供的一种燃料电池发动机的排氢装置，通过将气水分离器只实现排水功能，而排氢组件则实现排气功能，这样就可以将水和气体分别排出到外界环境中，即进入排氢组件的气体因气水分离器的作用而相对干燥，使得低温环境下的排氢装置不易结冰，保证了发动机的正常使用。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本现有技术中公开的气水分离器的结构示意图；
33.图2为本实用新型实施例中公开的燃料电池发动机的排氢装置的排氢组件的爆炸图；
34.图3为本实用新型实施例中公开的燃料电池发动机的排氢装置的排氢组件的结构示意图；
35.图4为本实用新型实施例中公开的排氢组件的侧视图；
36.图5为图4中aa方向的剖视图；
37.图6为图4中bb方向的剖视图；
38.图7为本实用新型实施例中公开的嵌件的剖视图；
39.图8为本实用新型实施例中公开的燃料电池发动机的气体流向图。
具体实施方式
40.本实用新型公开了一种燃料电池发动机的排氢装置，以保证发动机正常工作。本实用新型还公开了一种具有上述排氢装置的燃料电池发动机和车辆。
41.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.如图2-图8所示，本技术还公开了一种燃料电池发动机的排氢装置，包括气水分离器14、排氢组件和电磁阀2。其中，该气水分离器14的混合气体入口与电堆阳极出口连通，而气水分离器14的排水口与尾排管连通；上述的排氢组件的进气口和电堆阳极入口均与气水分离器14的气体出口连通，并且排氢组件的出气口与尾排管连通。为了实现定期排气，不需要实时排气，上述的电磁阀2则通过控制排氢组件的出气口与尾排管的通断，从而控制何时排气。本技术中的气水分离器14可实现气体和液态水的分离，并通过排水口将液态水排出到尾排管内；而分离出的气体一部分再次进入电堆阳极，以重复利用，另一部分进入排氢组件，并通过控制排氢组件与尾排管通断的电磁阀2实现定期排气。本技术中将气水分离器14只实现排水功能，而排氢组件则实现排气功能，这样就可以将水和气体(氢气和氮气等)分别排出到外界环境中，即进入排氢组件的气体因气水分离器14的作用而相对干燥，使得低温环境下的排氢装置不易结冰，保证了发动机的正常使用。
43.在使用过程中，关机过程中，需将气水分离器14中的水尽量排放干净，并对气水分离器14和排氢组件进行适当的吹扫，有利于低温冷启动。即使气水分离器14中残留的液态水导致排水电磁阀与排水阀座之间因结冰而难以开启，甚至结冰堵塞排水口，也基本不会影响排氢组件的排气功能，待燃料电池工作产生的热量通过气体传导以及气水分离器14内自带的加热装置使冰融化开，即可实现排水的功能，燃料电池正常工作。
44.具体的实施例中，上述的排氢组件包括阀座1，其中，该阀座1为整个排氢组件的安装基础，对于其他具体形状和尺寸在此不做具体限定。具体的，该阀座1的内部具有供气体流通的通道，外侧具有用于连通气水分离器14的气体出口与通道的进气管接口10，即为排氢组件的进气口，该进气管接口10通过第二密封圈9密封螺纹连接；同时外侧还具有用于连通尾排管和通道的出气管接头13，即为排氢组件的出气口，该出气管接头13通过第三密封圈12密封螺纹连接。如此设置，经气水分离器14排出的气体通过进气管接口10进入通道，并最终经出气管接头13排入尾排管内再排出。上述公开的电磁阀2用于控制该通道的通断，当需要排气时，则通过电磁阀2导通该通道，实现气体的流通；而不需要不排气时，则通过电磁阀2阻断该通道。
45.由于进入排氢组件中的气体可能含有颗粒物杂质，为了保证电磁阀2等精细部件的安全本技术中公开的排氢组件还包括颗粒过滤器6，其中，该颗粒过滤器6设置在通道内
用于对气体中的颗粒物进行过滤。具体的，该颗粒过滤器6位于进气管接口10与电磁阀2之间。对于该颗粒过滤器6可为滤网过滤结构，在实际中也可根据不同的需要设置过滤网的透过尺寸，且均在保护范围内。
46.对于颗粒过滤器6可通过密封垫5安装在阀座1的通道内，并通过第一密封圈7和堵盖8实现密封固定，保证阀座1的密封性。具体的，该堵盖8可拆卸，以方便对颗粒过滤器6进行更换。此处公开了一种颗粒过滤器6的具体安装方式，在实际中只要能够满足颗粒过滤器6密封安装在阀座1内的方式均在保护范围内。
47.由于气水分离器14只能分离液态水，分离后的气体相对湿度还是比较大，虽然在关机过程中进行了吹扫，若吹扫时间短或者紧急停机没有吹扫时，排氢组件内的颗粒过滤器6可能会结冰，影响排气功能。鉴于此，在阀座1上粘贴有加热器4，起到加热阀座1，间接加热阀座1内的颗粒过滤器6的作用。对于加热器4的产热形式可为电加热。
48.优选的实施例中，上述的排氢组件还包括用于检测阀座1内气体压力的压力传感器3，在电磁阀2导通后，若压力传感器检测不到压力时，则表明颗粒过滤器6被堵住或电磁阀2的入口或出口被堵住，有可能是结冰所致，此时控制上述的加热器4启动加热；当压力传感器3检测到的氢气压力逐渐增大后保持不变时，表明冰已融化，颗粒过滤器6和电磁阀2已能够正常通气，加热器停止工作。
49.上述的排氢组件还包括设置在通道内的嵌件11，并且该嵌件11具有用于对气体进行节流的节流孔。通过嵌件11的对流经的气体进行节流，由于节流孔的孔径较小，容易出现水及其杂质堵塞现象，因此，嵌件11位于颗粒过滤器6之后，以通过颗粒过滤器6对气体进行过滤，避免嵌件11的节流孔堵塞。对于具有节流孔的孔径可根据不同的排气流量需求进行设置，以适用于样机开发阶段，且均在保护范围内。
50.在上述技术方案的基础上，本技术中公开的通道包括：第一流道101、第二流道102、第三流道103和第四流道104。其中，第一流道101与进气管接口10连通，上述的颗粒过滤器6设置在第一流道101内；第二流道102与第一流道101连通，并且第一流道101的轴线和第二流道102的轴线有夹角布置，对于第一流道101和第二流道102的具体布置方向可根据阀座1的形状和大小进行设置，在此不做具体限定；上述的第三流道103与第二流道102通过上述的电磁阀2可通断连通，通过电磁阀2控制第二流道102和第三流道103的通断实现整个通道的通断控制，完成对排氢组件与尾排管的通断的控制；上述的第四流道104连通第三流道103和出气管接头13，并且第四流道104的轴线与第三流道103的轴线有夹角，上述实施例中的嵌件11安装在第四流道104内。对于第一流道101、第二流道102、第三流道103和第四流道104的具体形状和尺寸以及布置方向在此不做具体限定。本领域技术人员可以理解的是，区分的第一流道101、第二流道102、第三流道103和第四流道104仅为方便对其他部件的安装进行说明，在实际中也可根据其他区分方式对通道进行划分。
51.此外，本技术还公开了一种燃料电池发动机，包括排氢装置，其中，该排氢装置为上述实施例中公开的排氢装置，因此，具有该排氢装置的燃料电池发动机也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。
52.另外，本技术还公开了一种车辆，包括燃料电池发动机，其中，该燃料电池发动机为上述实施例中公开的燃料电池发动机，因此，具有该燃料电池发动机的车辆也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。
53.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
54.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。