燃料电池排水装置和燃料电池汽车的制作方法

本实用新型属于汽车领域，具体涉及一种燃料电池排水装置和燃料电池汽车。

背景技术：

质子交换膜燃料电池是一种能使氢气和氧气发生电化学反应，由此将化学能转化为电能的装置。质子交换膜燃料电池具有效率高、零排放、低噪声等突出优势，成为汽车界动力系统的新宠儿，更被认为是汽车发展的未来。特别地，伴随着国家补贴和国内外各大汽车企业的推崇，燃料电池汽车以一种势不可挡的趋势发展，根据我国发展计划，2020年中国的燃料电池汽车要达到1万辆，到2030年燃料电池汽车的数量要达到100万辆。随着燃料电池汽车数量的增加，一些问题也会变得更加突出。

质子交换膜燃料电池在使用的过程中，氢气和氧气在质子交换膜上发生反应生成水，随着反应的进行，产生的水越来越多，为了不影响燃料电池的性能，需排出多余的水分。由于产生的水对环境没有污染，车企通常不对其进行过多的处理，当前采用的方式是将水直接从排水管排出或者使用储液罐进行收集，然后在合适的地方进行排水。然而，直接排出的水会造成路面湿滑，在天气比较寒冷的地区或者温度较低的冬天，还会在路面结冰，大大降低行车安全，而随着燃料电池汽车的普及，这种问题也会变得更加突出和明显。储液罐的方式要求司机在储液罐水位过高的时候进行排水处理，如果没有合适的地方，也会给司机带来一定的麻烦，大大影响车辆使用的舒适感，同时，随着时间的推移由于细菌和微生物的作用，如果不进行特别的处理，储液罐中的水会发生变质。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的是针对现有技术中存在的缺陷提供一种燃料电池排水装置和燃料电池汽车，本实用新型的燃料电池排水装置可以将排水雾化，进而减小燃料电池因在运行过程中排水对路面运行环境的影响。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一方面，本实用新型提供了一种燃料电池排水装置，其中，所述燃料电池排水装置包括水雾排出管、压力式喷嘴、文丘里管、高压空气管、储罐、储罐出水管和储罐进水管；其中，

所述水雾排出管、所述文丘里管和所述高压空气管依次连接，所述水雾排出管具有水雾排出管出口，所述高压空气管具有高压空气管入口；

所述压力式喷嘴安装在所述水雾排出管内；

所述储罐与所述储罐进水管连接；

所述储罐出水管的上端与所述文丘里管的中部连接，下端连接至所述储罐并延伸至所述储罐的下部。

优选地，所述燃料电池排水装置还包括第一液位传感器和第二液位传感器，所述第一液位传感器和所述第二液位传感器自上而下设置在所述储罐上，用于检测所述储罐的液位，并且所述第二液位传感器的水平位置高于所述储罐出水管的下端端面的水平位置。

优选地，所述燃料电池排水装置还包括控制器，所述控制器与所述第一液位传感器和所述第二液位传感器通讯连接，所述控制器基于接收的液位信号来控制燃料电池排水的雾化。

优选地，所述燃料电池排水装置还包括电磁阀，所述电磁阀设置在所述高压空气管上，所述控制器基于接收的液位信号来控制所述电磁阀的开启或关闭。

优选地，所述燃料电池排水装置还包括电加热管，所述电加热管设置在所述储罐的底部，经由所述控制器控制所述电加热管的开启或关闭。

优选地，所述燃料电池排水装置还包括排水流量控制阀，所述排水流量控制阀设置在所述储罐出水管上。

优选地，所述燃料电池排水装置还包括过滤器，所述过滤器设置在所述储罐进水管上。

优选地，所述储罐上设有通气孔。

优选地，所述高压空气管入口直接与燃料电池的空气压缩机连接。

优选地，所述燃料电池排水装置还包括附加空气压缩机，所述附加空气压缩机与所述高压空气管入口连接。

另一方面，本实用新型还提供了一种燃料电池汽车，其中，所述燃料电池汽车包括质子交换膜燃料电池和所述燃料电池排水装置，所述燃料电池排水装置中的储罐进水管与所述质子交换膜燃料电池的排水出口连接。

本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型的燃料电池排水装置利用高压空气对燃料电池产生的排水进行雾化处理，不仅可以显著减小燃料电池在运行过程中产生的排水对路面运行环境特别是行车环境安全的影响，还可以对空气加湿，起到优化环境的作用。

(2)本实用新型的燃料电池排水装置结构简单，可集成到现有的燃料电池系统中，充分发挥燃料电池系统特别是空气压缩机的作用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的燃料电池排水装置的一种实施方案的结构示意图；

图2是本实用新型的燃料电池排水装置的另一种实施方案的结构示意图；

图3是本实用新型的燃料电池排水装置的控制流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-水雾排出管出口，2-压力式喷嘴，3-高压空气管，4-电磁阀，5-高压空气入口，6-排水流量控制阀，7-过滤器，8-储罐进水管，9-第一液位传感器，10-第二液位传感器，11-储罐，12-通气孔，13-储罐出水管，14-文丘里管，15-电加热管，16-水雾排出管。

具体实施方式

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

一方面，本实用新型提供了一种燃料电池排水装置，其中，所述燃料电池排水装置包括水雾排出管、压力式喷嘴、文丘里管、高压空气管、储罐、储罐出水管和储罐进水管；其中，

所述水雾排出管、所述文丘里管和所述高压空气管依次连接，所述水雾排出管具有水雾排出管出口，所述高压空气管具有高压空气管入口；

所述压力式喷嘴安装在所述水雾排出管内；

所述储罐与所述储罐进水管连接；

所述储罐出水管的上端与所述文丘里管的中部连接，下端连接至所述储罐并延伸至所述储罐的下部。

图1显示了本实用新型的燃料电池排水装置的一种实施方案。参照图1，本实用新型的燃料电池排水装置包括水雾排出管16、压力式喷嘴2、文丘里管14、高压空气管3、储罐11、储罐出水管13和储罐进水管8。

水雾排出管16、文丘里管14和高压空气管3依次连接，水雾排出管16具有水雾排出管出口1，高压空气管3具有高压空气管入口5。

压力式喷嘴2安装在水雾排出管16内。

储罐11与储罐进水管8连接。

储罐出水管13的上端与文丘里管14的中部连接，下端连接至储罐11并延伸至储罐11的下部。

根据本实用新型的一实施例，如图1所示，本实用新型的燃料电池排水装置还包括第一液位传感器9和第二液位传感器10。第一液位传感器9和第二液位传感器10自上而下设置在储罐11上，用于检测储罐11的液位，并且第二液位传感器10的水平位置高于储罐出水管13的下端端面的水平位置。

根据本实用新型的一实施例，如图1所示，本实用新型的燃料电池排水装置还包括控制器。控制器与第一液位传感器9和第二液位传感器10通讯连接，控制器基于接收的液位信号来控制燃料电池排水的雾化。

本实用新型的燃料电池排水装置工作大体经历三个步骤：排水收集、液位检测和排水雾化排出。

(1)排水收集：燃料电池在工作过程中不断产生排水，产生的排水经由储罐进水管8进入储罐11进行收集储存。

(2)液位检测：经由第一液位传感器9和第二液位传感器10来判断是否要进行排水雾化处理。当储罐11中的排水高度达到第一液位传感器9的位置时，意味着储罐11中水位较高，需要进行雾化处理，第一液位传感器9将这一上液位信号传给控制器，控制器控制本实用新型的装置进行雾化。当第二液位传感器10检测到储罐11中的液位低于第二液位传感器10的位置时，储罐11中的液位达到正常水平，控制器控制本实用新型的装置停止雾化。

(3)排水雾化排出：当控制器接收到第一液位传感器9的上液位信号进行雾化时，高压空气经由高压空气入口5进入高压空气管3中。高压空气继续向前流经过文丘里管14时，根据文丘里(venturi)喷射原理产生负压，在负压作用下，储罐11中的排水经由储罐出水管13进入文丘里管14，并在高压空气的作用下高速通过压力式喷嘴2，排水在高速撞击下变成雾状微粒从水雾排出管出口1喷出。当控制器接收到第二液位传感器10的下液位信号时，控制器控制排水雾化结束。

根据本实用新型的一实施例，压力式喷嘴2设置在临近水雾排出管出口1处。

根据本实用新型的一实施例，如图2所示，本实用新型的燃料电池排水装置还包括电磁阀4。电磁阀4设置在高压空气管3上，控制器基于接收的液位信号来控制电磁阀4的开启或关闭。参照图3，如以上所描述的，本实用新型中，控制器可以根据第一液位传感器9的上液位信号和第二液位传感器10的下液位信号来控制电磁阀4的开启和关闭，进而控制排水雾化的启动和结束。

根据本实用新型的一实施例，如图2所示，为了保证储罐11中的水不发生变质，本实用新型的燃料电池排水装置还包括电加热管15。电加热管15设置在储罐11的底部。参照图3，控制器可以根据时间周期定期控制电加热管15的开启或关闭。借助电加热管15定期对储罐11中的水进行加热杀菌处理，可以防止罐中的水变质。

根据本实用新型的另一实施例，如图2所示，本实用新型的燃料电池排水装置还包括排水流量控制阀6，排水流量控制阀6设置在储罐出水管13上。借助排水流量控制阀6可以控制排水进入雾化阶段的流量，进而控制雾化量。当然，本实用新型也可以通过借助排水流量控制阀6来实现排水雾化的启动和结束。

根据本实用新型的一实施例，如图2所示，本实用新型的燃料电池排水装置还包括过滤器7。过滤器7设置在储罐进水管8上。由于压力式喷嘴2的孔径较小，本实用新型通过设置过滤器7对进入储罐11中的水进行过滤，可以有效地防止排水中可能存在的杂质堵塞压力式喷嘴2。

根据本实用新型的一实施例，储罐11上设有通气孔12。在储罐11上设置通气孔12，可以防止因储罐11内压力过高而导致排水无法顺利排出的现象。

本实用新型中是利用高压空气来进行雾化的。高压空气可以由燃料电池中的空气压缩机提供，也可以由附加空气压缩机提供。

根据本实用新型的一优选实施例，高压空气管入口5直接与燃料电池的空气压缩机连接。在这种情况下，仅需通过电磁阀4来控制雾化的开启和结束(关闭)，而不需要对空气压缩机进行控制，由此可以避免因操作燃料电池的空气压缩机而对燃料电池所需空气流量的影响。

虽然不是优选的，但是根据本实用新型的另一实施例，本实用新型的燃料电池排水装置还包括附加空气压缩机(未显示)。附加空气压缩机与高压空气管入口5连接。

根据本实用新型的一实施例，控制器可集成到fcu中，也可以设置额外的控制器。

进一步地，本实用新型还提供了一种燃料电池汽车。本实用新型的燃料电池汽车包括质子交换膜燃料电池和燃料电池排水装置，燃料电池排水装置中的储罐进水管8与质子交换膜燃料电池的排水出口连接。

根据本实用新型的一实施例，本实用新型的燃料电池汽车可以采用本领域已知的质子交换膜燃料电池。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。