轨道车辆用氢燃料电池尾排装置及尾排方法与流程

本申请涉及轨道交通尾排，特别是涉及一种轨道车辆用氢燃料电池尾排装置及尾排方法。

背景技术：

1、氢燃料电池是一种利用氢和氧之间的电化学反应产生电能的能源装置，具有零污染、高效率、低噪声等优点，在轨道交通车辆牵引供电系统领域具有广阔的应用空间。目前，氢燃料电池系统在机车、动车组、有轨电车和工程车等轨道交通车辆牵引供电系统中已得到应用。

2、轨道交通车辆使用的氢燃料电池为质子交换膜氢燃料电池，其发电过程中燃料氢气与氧化剂氧气发生反应，产生电能，生成反应产物水，温度约为60℃～80℃，形态为饱和水蒸气与凝结水滴的混合物。空气中除部分氧气参与反应外，其他组分不参与反应。因此，氢燃料电池系统的尾排为包括空气、饱和水蒸气和凝结水滴的双相混合高速气流。

3、对于上述氢燃料电池系统尾排气流，目前氢能源轨道交通车辆主要采取的处理措施为：对尾排气流进行气液分离处理，分离出来的气态组分空气和饱和水蒸气向上排出；分离出来的液态组分凝结水滴向下排出。若氢燃料电池系统安装于轨道交通车辆车顶，则须布设排水管将凝结水引流至车底，以防止凝结水淋湿车顶设备及车辆侧墙；若氢燃料电池系统安装于轨道交通车辆车底，则需布设排气管将尾排空气和水蒸气排放至车顶，以防止尾排气中的微量未反应氢气受车辆结构限制产生集聚，导致安全性风险。

4、上述尾排方式存在着很多问题，尾排中的凝结水向车底排放，易淋湿钢轨和线路轨旁的设备，影响轮轨黏着和轨旁设备的正常工作；另外还需要布置排水管和/或排气管穿越车厢，管路布置困难。

技术实现思路

1、本发明提供了一种轨道车辆用氢燃料电池尾排装置及尾排方法，以解决现有技术中轨道车辆氢燃料电池尾排影响轮轨黏着及轨旁设备正常工作、排水管和排气管布置困难的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供了一种轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，包括气液分离器、雾化单元及排气单元，所述气液分离器的进口端连通轨道车辆氢燃料电池的排废口，所述气液分离器的出口端具有排气口与排液口，所述排气口连通所述排气单元，所述排液口连通所述雾化单元以将所述排液口排出的液体雾化，所述雾化单元的出口端连通所述排气单元。

4、进一步地，所述雾化单元包括存液器及雾化器，所述存液器与所述气液分离器的排液口连通，所述雾化器与所述存液器连接以将所述存液器内的液体雾化。

5、进一步地，所述雾化器选自超声雾化探头、撞击式造雾喷嘴、离心盘造雾器中的一种。

6、进一步地，所述雾化单元还包括液位计，所述液位计放置于所述存液器内且与所述雾化器连接以将所述存液器内的液位高度信号传输至所述雾化器。

7、进一步地，所述存液器内的液位高度与最大液位高度的比值大于或者等于90％，所述雾化器的雾化流量设定为额定雾化流量；所述存液器内的液位高度与最大液位高度的比值大于或者等于10％且小于90％，所述雾化器的雾化流量设定为所述额定雾化流量的50％。

8、进一步地，所述排气单元包括混合腔及排气件，所述混合腔分别与所述气液分离器、所述雾化单元连通，所述排气件连通所述混合腔以排气。

9、进一步地，所述排气件选自排气管或者引射器。

10、进一步地，所述气液分离器选自旋风式气液分离器、折流式气液分离器或者返流式气液分离器。

11、本发明的第二方面，提供了一种轨道车辆用氢燃料电池的尾排方法，利用上述的尾排装置，将氢燃料电池的尾排产物进行气液分离后，气体进入所述排气单元排出，液体经所述雾化单元雾化后再进入所述排气单元排出。

12、本发明提供的轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，将气液分离器分离出的凝结水通入至雾化单元，将凝结水雾化为微米级液滴，形成细水雾；然后将细水雾通入至排气单元，在排气单元与气液分离器分离出的空气、饱和水蒸气混合后排入外部环境。上述尾排装置将气液分离器分离出的凝结水雾化形成细水雾，可随气流扩散，不排放至列车顶部、侧面或者轨道路基，消除了尾排水对线路路基、钢轨、轨道旁设备和车顶电气设备的影响，也无需布置穿过车厢的排水管或排气管。

技术特征：

1.一种轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，其特征在于：包括气液分离器、雾化单元及排气单元，所述气液分离器的进口端连通轨道车辆氢燃料电池的排废口，所述气液分离器的出口端具有排气口与排液口，所述排气口连通所述排气单元，所述排液口连通所述雾化单元以将所述排液口排出的液体雾化，所述雾化单元的出口端连通所述排气单元。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，其特征在于，所述雾化单元包括存液器及雾化器，所述存液器与所述气液分离器的排液口连通，所述雾化器与所述存液器连接以将所述存液器内的液体雾化。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，其特征在于，所述雾化器选自超声雾化探头、撞击式造雾喷嘴、离心盘造雾器中的一种。

4.根据权利要求2所述的轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，其特征在于，所述雾化单元还包括液位计，所述液位计放置于所述存液器内且与所述雾化器连接以将所述存液器内的液位高度信号传输至所述雾化器。

5.根据权利要求4所述的轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，其特征在于，所述存液器内的液位高度与最大液位高度的比值大于或者等于90％，所述雾化器的雾化流量设定为额定雾化流量；所述存液器内的液位高度与最大液位高度的比值大于或者等于10％且小于90％，所述雾化器的雾化流量设定为所述额定雾化流量的50％。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，其特征在于，所述排气单元包括混合腔及排气件，所述混合腔分别与所述气液分离器、所述雾化单元连通，所述排气件连通所述混合腔以排气。

7.根据权利要求6所述的轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，其特征在于，所述排气件选自排气管或者引射器。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的轨道车辆用氢燃料电池尾排装置，其特征在于，所述气液分离器选自旋风式气液分离器、折流式气液分离器或者返流式气液分离器。

9.一种轨道车辆用氢燃料电池的尾排方法，其特征在于，利用权利要求1至8任意一项所述的尾排装置，将氢燃料电池的尾排产物进行气液分离后，气体进入所述排气单元排出，液体经所述雾化单元雾化后再进入所述排气单元排出。

技术总结
本申请公开了一种轨道车辆用氢燃料电池尾排装置及尾排方法，包括气液分离器、雾化单元及排气单元，气液分离器的进口端连通轨道车辆氢燃料电池的排废口，气液分离器的出口端具有排气口与排液口，排气口连通排气单元，排液口连通雾化单元以将排液口排出的液体雾化，雾化单元的出口端连通排气单元。上述尾排装置将气液分离器分离出的凝结水雾化形成细水雾，可随气流扩散，不排放至列车顶部、侧面或者轨道路基，消除了尾排水对线路路基、钢轨、轨道旁设备和车顶电气设备的影响，也无需布置穿过车厢的排水管或排气管。

技术研发人员：江大发,唐艳丽,郭唱,黄海,付鹏,赵胤淇,张宏应,文午,付亚娥,李玉梅,邢涛,胡润文
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21