气水分离和消声集成装置及燃料电池散热系统的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种气水分离和消声集成装置及燃料电池散热系统。

背景技术：

1、氢燃料电池的电堆反应生成排出的水的温度最高只有90℃左右，且电堆排气所带出的热量以及辐射热量也非常少，因此，氢燃料电池工作过程中所产生的热量基本依靠散热器带走，但这无疑会大幅度增大整车冷却系统的散热负荷。

2、通常同等功率的燃油发动机和燃料电池发动机相比，需要燃料电池发动机中由冷却液带走的热量是燃油发动机的两倍之多，这会导致整车配置的散热器的散热面积、散热风扇的风量以及有效通风面积都要相应地增大，散热面积甚至有可能需要增加至1.8倍有余，从而导致散热器的占用空间增大。此外，虽然可以通过增设散热器的个数来满足燃料电池发动机的散热需求，但会增加管路布置难度，同样也会增大散热器的占用空间。

3、为此，现有技术通常采用水冷和风冷配合的方式对散热器进行降温，在采用风冷的方式对散热器进行降温的同时，向换热器喷水雾，利用水雾带走散热器表面的热量。其中，形成喷雾的水为燃料电池的空气出口排出的气水混合物，通过气水分离器进行气水分离后形成的水。

4、但采用气水分离器进行气水分离时具有噪音大的问题，虽然可以通过设置消声器的方式减小噪音，但会增大整个燃料电池散热系统的占用空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种气水分离和消声集成装置及燃料电池散热系统，能够提高气水分离效果和消声效果，提高燃料电池散热系统的集成度，减小燃料电池散热系统的占用空间。

2、为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

3、气水分离和消声集成装置，包括：

4、分离消声壳体，所述分离消声壳体的相对两侧壁分别连接有进气管和出气管；

5、第一隔板，所述隔板设于所述分离消声壳体内且将所述分离消声壳体的内腔分为第一共振腔和消声腔，所述隔板上设有多个第一消声孔，所述第一共振腔通过所述第一消声孔与所述消声腔连通，所述第一共振腔与所述进气管连通；

6、第二隔板，所述第二隔板将所述消声腔分为扩张腔和第二共振腔，所述第二隔板上设有多个第二消声孔，所述扩张腔通过所述第二消声孔与所述第二共振腔连通，所述第二共振腔与所述出气管连通；

7、旋流气水分离组件，所述旋流气水分离组件安装于所述第二隔板内，所述扩张腔内的气体经过所述旋流气水分离组件进行气水分离后进入所述第二共振腔。

8、作为上述气水分离和消声集成装置的一种优选技术方案，所述第二共振腔的底部设有排水口。

9、作为上述气水分离和消声集成装置的一种优选技术方案，所述旋流气水分离组件包括：

10、消声筒，所述消声筒贯穿且固定于所述第二隔板，且所述消声筒的一端与所述扩张腔连通，另一端与所述第二共振腔连通；

11、旋流气水分离单元，安装于所述消声筒内。

12、作为上述气水分离和消声集成装置的一种优选技术方案，所述出气管的一端具有水平插入所述气水分离组件的出口端内的插入端；

13、所述插入端的下部外周壁和所述出口端的下部内周壁之间形成所述溢流通道，所述溢流通道高于所述排水口且与所述排水口连通。

14、作为上述气水分离和消声集成装置的一种优选技术方案，所述插入端形成有沿气流方向呈渐扩缩设置的插入锥形环。

15、作为上述气水分离和消声集成装置的一种优选技术方案，所述进气管的一端穿入所述第一共振腔内且连接于所述第一隔板；

16、所述第一共振腔内设有第一消音管，所述第一消音管的一端与所述进气管连通，另一端向背对所述第一隔板的一侧延伸；

17、和/或，所述第二隔板上固设有第二消音管，所述第二消音管的一端置于所述扩张腔内，另一端置于所述第二共振腔内。

18、另一方面，本发明还提供了一种燃料电池散热系统，包括上述任一方案所述的气水分离和消声集成装置，所述进气管用于连接燃料电池的电堆的排气口；

19、所述燃料电池散热系统还包括：

20、散热器，所述散热器的介质进口用于连接燃料电池的电堆的冷却液出口，所述散热器的介质出口用于连接电堆的冷却液进口；所述散热器具有沿气流方向相对设置的上游侧和下游侧；

21、储水箱，用于盛放所述旋流气水分离组件分离出的液态水；

22、散热风扇，所述散热风扇能够使气流由所述上游侧向所述下游侧流通；

23、散热雾化单元，用于将水雾化形成水雾，并将所述水雾喷向所述散热器的上游侧；

24、喷淋水泵，用于将所述储水箱内的水送至所述散热雾化单元；

25、升温组件，用于对所述储水箱内的水进行升温。

26、作为上述燃料电池散热系统的一种优选技术方案，所述第二共振腔的底部设有排水口，所述储水箱位于所述分离消声壳体的正下方且通过所述排水口与所述第二共振腔直接连通。

27、作为上述燃料电池散热系统的一种优选技术方案，还包括喷淋壳体，所述喷淋水泵设于所述喷淋壳体内；

28、所述喷淋壳体位于所述分离消声壳体的正下方且与所述进气管位于所述分离消声壳体的同一端，所述喷淋壳体与所述分离消声壳体、所述储水箱相连。

29、作为上述燃料电池散热系统的一种优选技术方案，所述升温组件包括：

30、换热器，所述换热器的一端用于连接所述电堆的冷却液出口，另一端连接于所述散热器的介质进口或用于连接所述电堆的冷却液进口；和/或，

31、电加热单元，用于对所述储水箱内的水进行加热。

32、本发明有益效果：本发明提供的气水分离和消声集成装置及燃料电池散热系统，气流通过进气管进入到截面积急剧加大的第一共振腔和扩张腔内，扩张腔内的一部分气水混合物再经过第二消音管进入截面积急剧扩大的第二共振腔内，扩张腔内的另一部分气水混合物进入旋流气水分离组件内进行气水分离，分离出的水落到第二共振腔内，分离出的一部分气体进入截面积急剧加大的第二共振腔内，分离出的另一部分气体直接进出气管排出，经过多次突变使声波多次反射产生相消干涉，能够起到很好的消声作用。还可以利用旋流气水分离组件阻挡噪音，提高气水分离和消声集成装置的消声效果。此外，将旋流气水分离组件设置在第二隔板上，能够起到气水分离作用，实现消声和气水分离的集成，气水分离和消声集成装置的集成度高，减少了管路数量，占用空间小，减小重量，降低成本。

技术特征：

1.气水分离和消声集成装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的气水分离和消声集成装置，其特征在于，所述第二共振腔(13)的底部设有排水口(10)。

3.根据权利要求1所述的气水分离和消声集成装置，其特征在于，所述旋流气水分离组件(4)包括：

4.根据权利要求3所述的气水分离和消声集成装置，其特征在于，所述出气管(6)的一端具有水平插入所述旋流气水分离组件(4)的出口端内的插入端；

5.根据权利要求4所述的气水分离和消声集成装置，其特征在于，所述插入端形成有沿气流方向呈渐扩缩设置的插入锥形环。

6.根据权利要求1所述的气水分离和消声集成装置，其特征在于，所述进气管(5)的一端贯穿所述第一共振腔(11)和所述第一隔板(2)且连接于所述第一隔板(2)。

7.燃料电池散热系统，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述气水分离和消声集成装置(100)，所述进气管(5)用于连接燃料电池的电堆(1009)的排气口；

8.根据权利要求7所述的燃料电池散热系统，其特征在于，所述第二共振腔(13)的底部设有排水口(10)，所述储水箱(300)位于所述分离消声壳体(1)的正下方且通过所述排水口(10)与所述第二共振腔(13)直接连通。

9.根据权利要求8所述的燃料电池散热系统，其特征在于，还包括喷淋壳体(800)，所述喷淋水泵(600)设于所述喷淋壳体(800)内；

10.根据权利要求7所述的燃料电池散热系统，其特征在于，所述升温组件包括：

技术总结
本发明涉及燃料电池领域，公开一种气水分离和消声集成装置及燃料电池散热系统，气流通过进气管进入截面积急剧加大的第一共振腔和扩张腔内，扩张腔内的一部分气水混合物再经过第二消音管进入截面积急剧扩大的第二共振腔内，扩张腔内的另一部分气水混合物进入旋流气水分离组件内进行气水分离，分离出的水落到第二共振腔内，分离出的一部分气体进入截面积急剧加大的第二共振腔内，分离出的另一部分气体直接进出气管排出，经过多次突变使声波多次反射产生相消干涉，能够起到很好的消声作用。利用旋流气水分离组件进行气水分离和阻挡噪音，提高了消声和气水分离效果，及消声和气水分离的集成，集成度高，占用空间小。

技术研发人员：王方园,王宏志,刘守顺,龙远,魏泽鑫,吕建丽,杨子卿,薛建帅,宋丹,马者麻,尹燕升
受保护的技术使用者：一汽解放汽车有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15