一种氢燃料电池汽水分离器及排水控制方法与流程

本发明涉及氢燃料电池领域，具体为一种氢燃料电池汽水分离器及排水控制方法。

背景技术：

1、氢燃料电池主要通过把氢和氧分别供给阳极和阴极，通过氧化还原反应把化学能直接转化为电能的电化学发电装置，氢燃料电池系统对阳极路氢气湿度有一定的要求，需要汽水分离器对阳极路的氢气进行气液分离，而对于大功率的燃料电池系统在长时间大功率加载的情况下，汽水分离的水排放困难，以及对于工程及机械比如矿卡连续上陡坡和长时间下陡坡会造成水回流或进入电堆造成回氢不足，对电堆造成不可逆的损伤。

2、现有技术中关于燃料电池的汽水分离器的研究主要是针对汽水分离器内部结构和集成度改变汽水分离器的分水效率，但是对于燃料电池工程机械车在坡度较大或长时间上坡和下坡的情况下，汽水分离器内部水的回流问题很难满足要求，因此，在燃料电池大功率加载的情况下对于内部水的排放问题进行相关的控制显得十分重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种氢燃料电池汽水分离器及排水控制方法，用以解决上述技术问题中的至少一种。

2、基于本发明说明书的一方面，提供一种氢燃料电池汽水分离器，包括壳体，所述壳体内设置有汽水分离腔，所述汽水分离腔的顶部和底部分别与壳体的顶部和底部连接；

3、所述壳体顶部设置有与汽水分离腔连通的出气口，壳体的侧壁上端设置有与汽水分离腔连通的进气口，壳体的底部设置有与汽水分离腔连通的主排水管，所述主排水管上设置有第一电磁阀；

4、所述壳体的内侧壁与汽水分离腔的侧壁之间形成有水流缓冲腔，所述水流缓冲腔的底部连通有副排水管；所述汽水分离腔的侧壁上相对设置有第二电磁阀和第三电磁阀，第二电磁阀的两端分别与汽水分离腔和水流缓冲腔连通，第三电磁阀的两端分别与汽水分离腔和水流缓冲腔连通；

5、所述汽水分离器还包括控制单元，所述控制单元与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀及液位传感器连接；

6、所述控制单元还连接有倾角传感。

7、在上述技术方案中，从电堆出来的湿氢气经由进气口进入汽水分离腔，在汽水分离腔内完成汽水分离，被分离出来的水流至汽水分离腔底部暂存，分离后的饱和氢气从出气口排出。

8、本发明提供的汽水分离器安装在车辆上后，第二电磁阀和第三电磁阀的连线与车辆的行驶方向平行，且第二电磁阀靠近车头，第三电磁阀靠近车尾。

9、当车辆在水平面上水平行驶时，汽水分离器内水的液位处于水平状态且与壳体底面平行，只要在液位高度超过排水阈值时，控制第一电磁阀开启进行排水，汽水分离器内的水不会存在回流的风险。

10、当测量在连续下坡或上坡时，汽水分离器发生倾斜，但汽水分离器内的水因重力作用依旧会保持水平，此时汽水分离器内的水有可能会回流至进气口或出气口，因此，可以通过控制第二电磁阀开启(下坡时)或第三电磁阀开启(上坡时)，汽水分离腔内的水流入水流缓冲腔并通过副排水管排出，从而避免汽水分离腔内的水回流至进气口或出气口。

11、进一步地，所述汽水分离腔内设置有液位传感器和若干汽水分离挡板。

12、进一步地，所述液位传感器为超声波液位传感器。

13、进一步地，所述汽水分离腔包括圆柱形上部和倒圆台形下部，倒圆台形下部的顶部端面与圆柱形上部的底部端面连接。

14、进一步地，所述副排水管与主排水管连通，且副排水管与主排水管的连通口位于第一电磁阀远离壳体的一侧。

15、进一步地，所述水流缓冲腔包括相互隔离的第一水流缓冲腔和第二水流缓冲腔，所述第二电磁阀的两端分别与汽水分离腔和第一水流缓冲腔连通，所述第三电磁阀的两端分别与汽水分离腔和第二水流缓冲腔连通；所述副排水管包括第一副排水管和第二副排水管，所述第一副排水管与第一水流缓冲腔连通，所述第二副排水管与第二水流缓冲腔连通。

16、进一步地，所述壳体为圆柱状壳体。

17、进一步地，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体的底部端面连接有第一法兰，所述下壳体的顶部端面连接有第二法兰，第一法兰和第二法兰通过螺栓可拆卸连接。

18、进一步地，第一法兰的底部端面设置有密封层。

19、基于本发明说明书的另一方面，提供一种汽水分离器排水控制方法，包括：

20、步骤s1：获取倾角传感器的倾角数据，基于倾角数据判断车辆的行驶状态，所述行驶状态包括上坡行驶、下坡行驶和水平行驶；若行驶状态为水平行驶，进入步骤s2，若行驶状态为下坡行驶，进入步骤s3，若行驶状态为上坡行驶，进入步骤s4；

21、步骤s2：获取液位传感器监测到的液位数据，在液位数据超出排水阈值时，控制第一电磁阀开启，并持续监测液位，当液位降低至最低液位时，控制第一电磁阀关闭；

22、步骤s3：判断倾角是否小于第一倾角阈值，若是，获下坡行驶时间，并判断所述下坡时间是否大于第一时间阈值，若是，则控制第二电磁阀开启，当第二电磁阀开启状态持续时间达到第一持续时间阈值时，控制第二电磁阀关闭；

23、步骤s4：判断倾角是否大于第二倾角阈值，若是，获上坡行驶时间，并判断所述上坡时间是否大于第二时间阈值，若是，则控制第三电磁阀开启，当第三电磁阀开启状态持续时间达到第二持续时间阈值时，控制第三电磁阀关闭。

24、在上述技术方案中，首先根据倾角传感器的倾角数据判断车辆的行驶状态，在水平行驶时以液位传感器的液位数据作为第一电磁阀开启和关闭的参照指标；在下坡行驶或上坡行驶时，若倾斜角度较大且行驶时间较长，此时，液面与壳体底部的夹角较大且汽水分离腔内的水量较多，汽水分离腔内的水存在回流至进气口或出气口的风险，此时开启第二电磁阀或第二电磁阀，使汽水分离腔内的水流入水流缓冲腔内，进而通过副排水管排出。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、(1)本发明提供的一种氢燃料电池汽水分离器，当测量在连续下坡或上坡时，汽水分离器发生倾斜，但汽水分离器内的水因重力作用依旧会保持水平，此时汽水分离器内的水有可能会回流至进气口或出气口，因此，可以通过控制第二电磁阀开启(下坡时)或第三电磁阀开启(上坡时)，汽水分离腔内的水流入水流缓冲腔并通过副排水管排出，从而避免汽水分离腔内的水回流至进气口或出气口。

27、(2)本发明提供的一种汽水分离器排水控制方法，首先根据倾角传感器的倾角数据判断车辆的行驶状态，在水平行驶时以液位传感器的液位数据作为第一电磁阀开启和关闭的参照指标；在下坡行驶或上坡行驶时，若倾斜角度较大且行驶时间较长，此时，液面与壳体底部的夹角较大且汽水分离腔内的水量较多，汽水分离腔内的水存在回流至进气口或出气口的风险，此时开启第二电磁阀或第二电磁阀，使汽水分离腔内的水流入水流缓冲腔内，进而通过副排水管排出。

技术特征：

1.一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设置有汽水分离腔，所述汽水分离腔的顶部和底部分别与壳体的顶部和底部连接；

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，所述汽水分离腔内设置有液位传感器和若干汽水分离挡板。

3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，所述液位传感器为超声波液位传感器。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，所述汽水分离腔包括圆柱形上部和倒圆台形下部，倒圆台形下部的顶部端面与圆柱形上部的底部端面连接。

5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，所述副排水管与主排水管连通，且副排水管与主排水管的连通口位于第一电磁阀远离壳体的一侧。

6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，所述水流缓冲腔包括相互隔离的第一水流缓冲腔和第二水流缓冲腔，所述第二电磁阀的两端分别与汽水分离腔和第一水流缓冲腔连通，所述第三电磁阀的两端分别与汽水分离腔和第二水流缓冲腔连通；所述副排水管包括第一副排水管和第二副排水管，所述第一副排水管与第一水流缓冲腔连通，所述第二副排水管与第二水流缓冲腔连通。

7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，所述壳体为圆柱状壳体。

8.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体的底部端面连接有第一法兰，所述下壳体的顶部端面连接有第二法兰，第一法兰和第二法兰通过螺栓可拆卸连接。

9.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池汽水分离器，其特征在于，第一法兰的底部端面设置有密封层。

10.一种汽水分离器排水控制方法，基于如权利要求1-9任一项所述的一种氢燃料电池汽水分离器实现，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开一种氢燃料电池汽水分离器及排水控制方法，汽水分离器包括壳体，壳体内设置有汽水分离腔；壳体顶部设置有与汽水分离腔连通的出气口，壳体的侧壁上端设置有与汽水分离腔连通的进气口，壳体的底部设置有与汽水分离腔连通的主排水管，主排水管上设置有第一电磁阀；壳体的内侧壁与汽水分离腔的侧壁之间形成有水流缓冲腔，水流缓冲腔的底部连通有副排水管；汽水分离腔的侧壁上相对设置有第二电磁阀和第三电磁阀；汽水分离器还包括控制单元，控制单元与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀及液位传感器连接；控制单元还连接有倾角传感器。本发明解决了工程机械连续上陡坡和长时间下陡坡水可能回流至进气口或出气口造成电堆损伤的问题。

技术研发人员：张振旺,王佳,薛琼
受保护的技术使用者：江苏徐工工程机械研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16