专利名称：一种燃料电池汽车排放优化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽车排气管，尤其是涉及一种燃料电池汽车排放优化装置。
背景技术：
燃料电池是一种化学效能高、无污染的发电装置，以燃料电池为动力源的燃料电池汽车具有安静、高效、零排放等优点，世界各大汽车公司都对燃料电池汽车开展了积极的研究，已有不少汽车制造商生产出了样车，部分已经进行了公路测试及商业化示范运行，可见燃料电池汽车市场具有光明的前景。 为了提高燃料电池系统氢气的利用效率，电堆运行过程中，氢气尾排口大部分时间是关闭的，随着运行时间的增长，水分会在电堆阴极侧的导流槽中聚积，使导流槽发生"堵水"同时碳纸中的气体扩散层还会发生"水淹"现象，阻碍氢气的传质过程，导致电堆性能下降。因此，电堆运行的过程中需要保证导流槽中的水及时被排出。目前广泛使用的质子交换膜燃料电池使用固体聚合物一质子交换膜为电解质，其性能受质子交换膜电导率的影响十分显著。质子交换膜的电导率与其自身的含水量密切相关，这就要求反应气体在进入电堆前先要进行增湿，将一定量的水气带入电堆，使质子交换膜保持湿润的状态，增加交换膜的电导率。燃料电池系统连续工作时间较长，由于大量氢气的输入与长时间循环，氢气中会累计一定量的杂质气体，运行时间越长，杂质气体浓度越高，越不利于燃料电池系统性能的稳定，因此需要及时将这些杂质气体排出，减少对电堆性能的影响。目前大多数燃料电池汽车的排气管由传统内燃机汽车的排气管改造得到，装于汽车底部，与地面之间距离较小。大雨过后，当车辆通过积水严重的区域时，容易造成排气尾管管口被水堵住，导致燃料电池排气不能正常进行，从而影响电堆性能，更严重的可能导致雨水进入排气管，导致燃料电池导流槽发生"堵水"，对燃料电池造成严重的危害。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现燃料电池排放的水循环，同时可以避免在积水严重路段排气尾管管口被水堵住的情况，保证排气过程顺利进行的燃料电池汽车排放优化装置。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种燃料电池汽车排放优化装置，该装置包括水泵、储水腔、第一密封阀、锥齿轮、步进电机、电控单元、柔性软管、第二密封阀、滑门及过滤器，所述的储水腔储存一定量的水，所述的水泵定时将储水腔中的水抽至增湿器中，所述电控单元由驾驶室开关控制，电控单元控制步进电机，步进电机控制锥齿轮，进而控制密封阀，所述滑门设有左中右三个位置，所述的过滤器设在水泵及增湿器之间。所述的储水腔为密封储水容器，固定在排气管上，储水腔底部开有小孔，通过水管与水泵连接，储水腔的腔体上设有独立的放水螺塞，可以直接把水放掉，储水腔中设有水位感应组件，当水位到达一定高度时会自动发出警告信息。所述的第一密封阀和第二密封阀为圆形结构，其一端带有锥形齿轮，两个密封阀的锥形齿轮通过由步进电机控制的第三方锥齿轮啮合，锥齿轮材料为工业塑料。工作时，两个密封阀工作状态相反，当其中一个处 于打开状态时，另一个处于密封状态。所述的柔性软管的一端与刚性排气尾管相连，另一端与滑门相连，由卡箍紧固，老旧后可更换。所述的滑门设有左中右三个位置，不工作时处于中间位置，滑门的运动由步进电机控制。与现有技术相比，本实用新型通过水泵间歇性地从储水腔抽水给增湿器，可以给反应气体加湿，增加交换膜的电导性，实现水循环；在经过积水严重路段时，可以自动切换排气尾管，保证反应后的混合气体和带杂质的氢气顺利排出，本装置由驾驶室开关控制，自动执行，无需临时安装，简单方便。
图I为本实用新型的结构示意图；图2为滑门的主视结构示意图；图3为滑门的俯视结构示意图；图4为安装本实用新型装置后的整车结构示意图。图中，I为水泵、2为储水腔、3为第一密封阀、4为锥齿轮、5为步进电机、6为电控单元、7为柔性软管、8为第二密封阀、9为后消声器、10为滑门、11为螺旋弹簧、12为定滑轮、13为卷筒、14为挡板、15为过滤器、16为增湿器、17为燃料电池发动机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。实施例如图I所示，本实用新型排放优化装置的整体结构置于燃料电池汽车排气管的后消声器9之后。该装置包括水泵I、储水腔2、第一密封阀3、锥齿轮4、步进电机5、电控单元6、柔性软管7、第二密封阀8、滑门10及过滤器15，储水腔2储存一定量的水，水泵I定时将储水腔中的水抽至增湿器16中，电控单元6经驾驶室开关控制连接，步进电机5经电控单元6控制连接，锥齿轮4和第二密封阀8经步进电机5控制连接，滑门10设有左中右三个位置，过滤器15设在水泵I及增湿器16之间，增湿器16同样燃料电池发动机17连接。储水腔2为密封储水容器，固定在排气管上，在其底部开有小孔，储水腔2通过水管与水泵I连接，储水腔2的腔体上设有独立的放水螺塞，内部设有水位感应组件。第一密封阀3和第二密封阀8为圆形结构，其一端带有锥形齿轮，两个密封阀的锥形齿轮通过由步进电机5控制的第三方锥齿轮啮合，两个密封阀的工作状态相反。柔性软管7的一端与刚性排气尾管相连，另一端与滑门10相连。汽车在行驶时，燃料电池将排出的水和混合气体通过排气歧管排出，当水经过储水腔2时，由于液态水的重力作用而蓄积在储水腔。储水腔2和水泵I连接，当水在储水腔2中经过一定的积累后被抽到增湿器16，给反应气体加湿。水泵I间歇性工作，既保证每次都能抽到一定量的水，也可以节约能量。当增湿器16水分足够，而储水腔2中水蓄积满时，水位感应器会发出警告信息，此时可以通过独立的放水螺塞把水放掉。排出的气体因气流的作用不会停留在储水腔2上方，而是继续经过后消声器9往后流通。滑门10安装在燃料电池汽车加氢气的位置，如图2-3所示，包括上下两个螺旋弹簧11，两侧设置的定滑轮12，设置在中间的卷筒13以及设置在下部的挡板14。滑门10的后面有两个口，左边的为加氢气的口，右边的为排气的口。当控制滑门的电机接到信号拖动滑门10向左边运动时，加氢气的口被滑门盖住，排气的口打开，滑到右边时，加氢气的口打开，排气的口被盖上。由于滑门有挡板14，所以不会出现滑过头，两个口都露出来的情形，也保证了在加氢气的时候排气口被堵上，避免出现误加氢气的情况。在正常路段工作时，第二密封阀8关闭，第一密封阀3打开，混合气体和带杂质的
氢气直接从刚性排气尾管排出。当经过积水严重的路段时，驾驶员通过驾驶室的开关给电控单元6信号，电控单元控制执行电机5转动，从而带动密封阀的锥齿轮4转动。由于两个锥齿轮并不直接啮合，而是通过第三方齿轮啮合，因此转动时方向相反，初始设定是第一密封阀3打开，第二密封阀8关闭，当转动一个行程后，则变成第二密封阀8打开，第一密封阀3关闭，这样一来刚性排气尾管被封住，柔性排气尾管7被接通。即使水面高于刚性尾管，也不会发生水从刚性尾管倒灌，且刚性尾管为沉头式设计，当水位下去后，打开第一密封阀3，积水也不会流进刚性尾管。控制滑门的电机和控制密封阀的电机由同一电控单元控制，在密封阀进行切换的同时，滑门从中间位置移到左边，这样就盖住了加氢气的口，而打开了排气口，从而混合气体就可以从车辆的腰线上方排出，如图4所示，大大提高了排气口高度，保证排气通道畅通，及时将混合气体和带杂质的氢气排出。
权利要求1.一种燃料电池汽车排放优化装置，该装置包括水泵(I)、储水腔(2)、第一密封阀(3)、锥齿轮(4)、步进电机(5)、电控单元(6)、柔性软管(7)、第二密封阀(8)、滑门(10)及过滤器(15)，其特征在于，所述的储水腔(2)储存一定量的水，所述的水泵(I)的进口与储水腔(2)连接，出口与增湿器(16)连接，所述的电控单元(6)经驾驶室开关控制连接，所述的步进电机(5)经电控单元(6)控制连接，所述的锥齿轮⑷和第二密封阀⑶经步进电机(5)控制连接，所述滑门(10)设有左中右三个位置，所述的过滤器(15)设在水泵(I)及增湿器(16)之间。
2.根据权利要求I所述的一种燃料电池汽车排放优化装置，其特征在于，所述的储水腔(2)为密封储水容器，固定在排气管上，储水腔(2)底部开有小孔，通过水管与水泵(I)连接，储水腔(2)的腔体上设有独立的放水螺塞，内部设有水位感应组件。
3.根据权利要求I所述的一种燃料电池汽车排放优化装置，其特征在于，所述的第一密封阀(3)和第二密封阀(8)为圆形结构，其一端带有锥形齿轮，两个密封阀的锥形齿轮通过由步进电机(5)控制的第三方锥齿轮啮合，两个密封阀的工作状态相反。
4.根据权利要求I所述的一种燃料电池汽车排放优化装置，其特征在于，所述的柔性软管(7)的一端与刚性排气尾管相连，另一端与滑门(10)相连。
5.根据权利要求I所述的一种燃料电池汽车排放优化装置，其特征在于，所述的滑门(10)左右移动，形成左中右三个工作状态，不工作时处于中间位置，滑门(10)的运动由步进电机(5)控制。
专利摘要本实用新型涉及一种燃料电池汽车排放优化装置，包括滑门、柔性软管、步进电机、锥齿轮、密封阀、储水腔、水泵、过滤器、水管，燃料电池排出的水在储水腔蓄积后，可以通过水泵抽回给增湿器；排出的气体可以通过刚性排气尾管排出，也可以通过柔性尾管排出，都通过驾驶室开关来控制。车体上加氢的口和柔性尾管排气口共有一个滑门，滑门有左中右三个位置。与现有技术相比，本实用新型结构简单，可以将排放的水返回给增湿器，给反应气体加湿，增加交换膜电导率，在经过积水较深的路段时可以自动切换排气尾管，可以有效避免排气尾管管口被水堵住，保证排气过程顺利进行。
文档编号B60K13/04GK202463553SQ20122001183
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者俞林炯, 周苏, 章桐, 高昆鹏 申请人:同济大学