CN115483413B - 一种燃料电池发动机用分水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃料电池发动机用分水器，属于汽车制造技术领域，包括外壳、叶轮和积水组件，通过在外壳的进气口设置叶轮，能够使流经进气口的发动机尾排空气形成旋流，利用离心力实现气水分离；在积水腔内设置积水组件，且积水组件的管壳进气端与进气口密封连接，经旋流离心分离的液态水随气流旋流能够与管壳内壁的积水板碰撞，从而使分离出的液态水聚集在积水板的拐角挡槽内并形成水滴，水滴可在气流流动惯性作用下继续向下游流动，进而达到挡水板，最终依次经排水槽、排液口排出腔外，分离液态水后的气流继续流动最终经出气口排出，进入到膨胀机内。上述燃料电池发动机用分水器，结构新颖合理，整个分水器内部流阻低，且分水效率高。

Description

一种燃料电池发动机用分水器

技术领域

本发明属于汽车制造技术领域，涉及发动机尾排空气中液态水的分离技术，特别是涉及一种燃料电池发动机用分水器。

背景技术

随着燃料电池发动机的发展，发动机功率越来越高，其采用膨胀机替代原来的空压机，并利用尾排的空气所携带的能量来驱动膨胀机，进行能量回收利用，达到提高发动机功率密度的作用。但是一般情况下，尾排的空气中含有大量的液态水，这些液态水进入膨胀机，会腐蚀膨胀机，严重影响膨胀机的使用寿命。因此需要将发动机尾排空气中的液态水进行分离。

现有技术中通常采用分水器分离发动机尾排空气中的液态水，但是现有的分水器流阻较大，由于尾排空气流量大，在一定的管路直径下，如果分水器的流阻大，将会影响膨胀机的功率输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池发动机用分水器，其可在具有较低流阻的前提下，实现较高分水效率，以解决现有分水器存在的流阻较大，分水效率较低，从而影响膨胀机功率输出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种燃料电池发动机用分水器，包括：

外壳，所述外壳内部形成积水腔，所述外壳上开设有与所述积水腔连通的进气口、出气口和排液口，所述进气口用于引入发动机尾排空气，所述排液口用于将从所述发动机尾排空气中分离的液态水排出腔外，所述出气口用于将分离液态水后的所述发动机尾排空气排出腔外；

叶轮，所述叶轮设置于所述进气口，所述叶轮用于使流经所述进气口的所述发动机尾排空气形成旋流，并利用旋流离心力实现气水分离；

积水组件，所述积水组件设置于所述积水腔内，所述积水组件包括管壳、积水板和挡水板，所述管壳的进气端与所述进气口密封连接，所述管壳的内壁面设置有若干所述积水板，且任意一所述积水板的远离所述管壳的一侧均朝向相邻所述积水板弯折形成拐角挡槽，所述积水板能够与旋流状态的所述发动机尾排空气碰撞，以使所述发动机尾排空气中离心分离出的液态水聚集在对应的所述拐角挡槽内；任意一所述积水板的长度方向均沿所述发动机尾排空气的流动方向设置，且任意一所述积水板的长度方向一端均与所述进气口衔接，所述管壳内壁面的出气端设置有若干呈环形布置的挡水板，任意一所述挡水板均倾斜布置，以使任意相邻两所述挡水板的衔接处均形成与所述积水腔连通的排水槽，任意一所述积水板的长度方向另一端均延伸至对应的所述挡水板处，以将所述拐角挡槽内聚集的液态水导流至所述挡水板，并由所述排水槽将液态水排至所述积水腔内。

可选的，所述外壳包括进气半壳和与所述进气半壳密封对接的出气半壳，所述进气口开设于所述进气半壳的远离所述出气半壳的一端，所述出气口开设于所述出气半壳的远离所述进气半壳的一端，所述排液口开设于所述进气半壳或所述出气半壳的底部。

可选的，所述进气半壳和所述出气半壳均为塑料件，所述进气半壳与所述出气半壳焊接或注塑连接。

可选的，所述叶轮为轴流叶轮。

可选的，所述叶轮为塑料件，其与所述进气半壳焊接或注塑一体成型。

可选的，所述管壳为圆柱状管壳，所述积水板在所述管壳的内壁绕其周向间隔均匀分布，且任意一所述积水板的长度方向均平行于所述管壳的轴向设置，任意一所述积水板的宽度方向均沿所述管壳的径向设置。

可选的，任意一所述积水板的宽度方向一端均与所述管壳的内壁相接，任意一所述积水板的宽度方向另一端均同时朝向两侧弯折形成所述拐角挡槽。

可选的，所述管壳的出气端设置有锥形导流管，且所述锥形导流管的小头端与所述管壳的出气端相接。

可选的，所述管壳、所述积水板、所述挡水板和所述锥形导流管均为塑料件，所述积水板、所述挡水板和所述锥形导流管与所述管壳焊接或注塑一体成型；所述管壳与所述进气半壳焊接或注塑连接。

可选的，所述积水腔为倒锥形腔体，所述排液口与所述倒锥形腔体的小头端连通。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的燃料电池发动机用分水器，外壳内部形成积水腔，通过在外壳的进气口设置叶轮，能够使流经进气口的发动机尾排空气形成旋流，并利用旋流离心力实现气水分离；同时，在积水腔内位于进气口的下游位置设置积水组件，且积水组件的管壳进气端与外壳的进气口密封连接，经旋流离心分离的液态水随气流旋流能够与管壳内壁的积水板发生碰撞，从而使发动机尾排空气中离心分离出的液态水聚集在对应的积水板的拐角挡槽内并形成水滴，水滴可在气流流动惯性作用下继续向下游流动，进而达到挡水板，最终在挡水板的引流作用下，从相邻挡水板之间的排水槽排出，最终经积水腔上排液口排出腔外，分离液态水后的气流继续流动最终经出气口排出，进入到膨胀机内。上述燃料电池发动机用分水器，结构新颖合理，进气口和管壳均采用大口径结构，叶轮能够在保证旋流作用的基础上，降低对分水器流道的阻碍作用，整个分水器内部流阻低；同时，通过叶轮和积水组件的配合，先后实现了气水的两次分离，保障了气水分离效果，提高了分水器的分水效率。

在本发明公开的一些技术方案中，进气半壳与出气半壳可通过焊接连接在一起，进气半壳上集成叶轮，将空气形成旋流，在离心力的作用下，实现气水分离。

在本发明公开的一些技术方案中，叶轮与进气半壳可采用焊接或一体注塑成形，具有减少零件，降低成本的作用。

在本发明公开的一些技术方案中，考虑到整车运行或停放在一定角度的斜坡上，都能够实现排水，将排液口设置在外壳底部，且将积水腔设计成倒锥形腔体，能够保障分水器内液态水排净，可防止在冬天，由于分水器内部的积水未排干净，而造成结冰的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的燃料电池发动机用分水器的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的燃料电池发动机用分水器的分解结构示意图；

图3为本发明实施例所公开的积水组件的结构示意图。

其中，附图标记为：

100、燃料电池发动机用分水器；

1、外壳；11、进气半壳；111、分水器进气通道；12、出气半壳；121、出气管；2、积水腔；3、进气口；4、出气口；5、排液口；6、叶轮；7、积水组件；71、管壳；72、积水板；73、挡水板；74、拐角挡槽；75、排水槽；76、锥形导流管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的之一是提供一种燃料电池发动机用分水器，其可在具有较低流阻的前提下，实现较高分水效率，以解决现有分水器存在的流阻较大，分水效率较低，从而影响膨胀机功率输出的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1～图3所示，本实施例提供一种燃料电池发动机用分水器100，其主要包括外壳1、叶轮6和积水组件7，外壳1内部空间为积水腔2，外壳1上开设有与积水腔2连通的进气口3、出气口4和排液口5，进气口3用于与发动机的尾气排放口相连，以将发动机尾排空气引入积水腔2内，排液口5用于将从发动机尾排空气中分离的液态水排出积水腔2外，出气口4用于将分离液态水后的发动机尾排空气排出分水器外部。同时出气口4还用于通过管道等连接件与膨胀机的动力输入端相连，以将分离液态水后的发动机尾排空气进入膨胀机内并驱动膨胀机。前述进气口3至出气口4之间的空间为发动机尾排空气在分水器内的流动空间，发动机尾排空气的流动路径为由进气口3至出气口4，积水腔2以及排液口5均位于该流动路径上。叶轮6集成设置于进气口3，叶轮6用于使流经进气口3的发动机尾排空气形成旋流，并利用旋流离心力实现气水初次分离。积水组件7设置于积水腔2内，积水组件7包括管壳71、积水板72和挡水板73，管壳71的进气端与进气口3密封连接，管壳71的内壁面设置有若干积水板72，且任意一积水板72的远离管壳71的一侧均朝向相邻积水板72弯折形成拐角挡槽74，积水板72能够与旋流状态的发动机尾排空气碰撞，以使发动机尾排空气中离心分离出的液态水聚集在对应的拐角挡槽74内；任意一积水板72的长度方向均沿发动机尾排空气的流动方向设置，且任意一积水板72的长度方向一端均与进气口3衔接，管壳71内壁面的出气端设置有若干呈环形布置的挡水板73，任意一挡水板73均倾斜布置，以使任意相邻两挡水板73的衔接处均形成与积水腔2连通的豁口，即排水槽75，任意一积水板72的长度方向另一端均延伸至对应的挡水板73处，以将拐角挡槽74内聚集的液态水导流至挡水板73，再由挡水板73借助其自身的倾斜趋势将液态水滴导流至排水槽75，由排水槽75将液态水滴排至积水腔2内，最后由排液口5将液体排出至分水器外部。上述积水组件7位于叶轮6的下游，经过叶轮6的气流发生旋流，气流中混合的液态水在离心力作用下向外圈移动，但由于管壳71的束缚作用，离心分离的液态水没能够与气流完全分离，之后利用积水板的撞击作用起到对气水二级分离，也称“彻底分离”的作用。通过沿气流流动方向依次设置的叶轮和积水组件，先后实现了气水两次分离，通过两级分离达到了分离空气中液态水的目的，分离效果好。

本实施例中，作为优选方案，如图2所示，进气口3、出气口4和排液口5处均设置相应的管路，比如在进气口3设置分水器进气管路以和发动机的尾气排放口相连，分水器进气管路内部即为分水器进气通道111，相应的叶轮6集成在该分水器进气通道111内；又如，在出气口4设置出气管121，出气管121的一端可与积水组件7的出气端衔接，另一端可与膨胀机的动力输入端相连；再如，排液口5设置相应的排液管道，方便将积水腔2内液体引流至外部。在进气口3、出气口4和排液口5处均设置相应的管路，方便分水器使用时，发动机的尾气排放口、进气口3、管壳71以及出气口4之间的衔接，同时起引流作用，保障气流按照设定路径顺利通过分水器内部。

本实施例中，外壳1包括进气半壳11和与进气半壳11密封对接的出气半壳12，进气口3开设于进气半壳11的远离出气半壳12的一端，出气口4开设于出气半壳12的远离进气半壳11的一端，排液口5开设于进气半壳11或出气半壳12的底部，积水腔2由出气半壳12和进气半壳11对接后共同形成。作为优选方案，排液口5开设于出气半壳12上，由于汽车行使路况的不同，汽车有时在平面行驶或停留在平面，有时在斜坡面行驶或停留在斜坡面，这便使得分水器位置也发生相应的变化，或水平或随着倾斜，一般情况下，用进气口3至出气口4的贯通方向表征整个分水器的布置方向，比如汽车在平面行驶或停留在平面时，进气口3至出气口4的贯通方向水平，分水器整体亦水平布置，此时的排液口5应位于分水器的底面上，方便液体排出；又如，汽车在斜坡面行驶或停留在斜坡面时，进气口3至出气口4的贯通方向随车倾斜，分水器整体亦倾斜布置，此时的排液口5应位于分水器的底斜面上，方便液体排出。

本实施例中，前述进气半壳11和出气半壳12均优选为塑料件，进气半壳11与出气半壳12之间焊接或注塑连接，可保证积水腔2的密封性和进气半壳11与出气半壳12之间的连接强度。

本实施例中，前述叶轮6优选为轴流叶轮6，其包括轮轴和均匀分布于轮轴外周的若干叶片，任意一叶轮均有一定的螺旋升角，用于实现气流旋转。

本实施例中，前述叶轮6整体为塑料件，轮轴和叶片之间可以一体注塑成型。同时叶轮6的叶片边缘与进气半壳11相连，作为优选方案，叶轮6整体与进气半壳1焊接或注塑一体成型。

本实施例中，管壳71为圆柱状管壳71，积水板72在管壳71的内壁绕其周向间隔均匀分布，且任意一积水板72的长度方向均平行于管壳71的轴向设置，任意一积水板72的宽度方向均沿管壳71的径向设置。任意一积水板72的宽度方向一端均与管壳71的内壁相接，任意一积水板72的宽度方向另一端均同时朝向两侧弯折形成拐角挡槽74，从而使得任意一积水板72均为“Y”型结构。每相邻两积水板72之间形成水流通道，在积水板72顶部单侧弯折形成单侧拐角挡槽74，或者在积水板72顶部双侧同时弯折形成双侧拐角挡槽74，目的均是增大积水板72与气流的接触面积，气流与积水板72碰撞，容易使水与气发生分离，同时，拐角挡槽74的设置有利于对尾排空气中处于离心状态的液态水进行拦截，有利于液态水的聚集，防止液态水再次混入气体中，并被气流引入膨胀机内。相比在积水板72单侧形成拐角挡槽74的方案，上述“Y”型结构的积水板72由于在顶部两侧同时设置拐角挡槽74，不仅能够进一步增加积水板72与气流的接触面积，提升气水分离效果，而且能够使任意相邻两积水板72之间的水流通道均呈现半包围状态，进一步增强对尾排空气中处于离心状态的液态水的拦截以及导流效果。实际操作中，前述“拐角挡槽74”可为直角拐角结构、钝角拐角结构以及圆弧拐角等多种结构形式，任何能够增大积水板72与气水接触面积的措施均可适用于本技术方案。

本实施例中，挡水板73设计有一定的倾斜角度，便于排水引流。本实施例中，优选挡水板73设置有三块，每块挡水板73均与多个积水板72相对应，以使每个积水板72均能够将水滴引流至对应的挡水板73处，方便排出。相应的，各积水板72的进水端与管壳71的进水端平齐，各积水板72的出水端则与对应的挡水板73相接，由于挡水板73倾斜布置，使得与之对应的各积水板72的长度并不相同。

本实施例中，管壳71的出气端设置有锥形导流管76，且锥形导流管76的小头端与管壳71的出气端相接。锥形导流管76具体为圆锥形结构，其与管壳71同轴布置。锥形导流管76沿气流流动方向形成扩口结构，起到对液态水引流的作用，即使分水器发生倾斜，也能够保障液态水随气流排出积水组件外。安装使用时，优选锥形导流管76的大头端位于排液口5的正上方，便于液态水滴排入积水腔2内及时从排液口5的排出，防止积水腔2内积存液态水。

本实施例中，前述管壳71、积水板72、挡水板73和锥形导流管76均为塑料件，积水板72、挡水板73和锥形导流管76与管壳71均焊接或注塑一体成型；管壳71与进气半壳11或前述分水器进气管路焊接或注塑连接。相应的，前述分水器进气管路、出气管121以及排液口5处的排液管均为塑料件，并与进气半壳11或出气半壳12焊接或注塑连接。

本实施例中，积水腔2优选为倒锥形腔体，可以采用在外壳1底部设置下沉槽的形式，形成上述“倒锥形腔体”。前述具有缩口趋势的“下沉槽”可以为倒圆锥形，也可以为倒棱锥形，比如倒四棱锥形，考虑到整车在不同的斜面上，都能够实现排水，将排液口5与倒锥形腔体(即下沉槽)的小头端连通。

下面对本实施例燃料电池发动机用分水器100的工作原理作具体说明。

使用时，含有液态水的发动机尾排空气从分水器进气通道111进入外壳1内，流经叶轮6时，在叶轮6的作用下，使气流产生旋流，旋流的气体进入到积水组件7的管壳71内，旋流气体与积水板72发生碰撞，雾化的水滴碰撞后凝结成大水滴，并被拦截在相应的拐角挡槽74内，随着气流在管壳71内流动，水滴在惯性作用下继续沿拐角挡槽74向下游流动，直至撞击到对应的挡水板73，水流在挡水板73作用下经排水槽75流至锥形导流管76(也称“扩张管”)内，并在锥形导流管76(也称“扩张管”)的引流下进入到积水腔2内，积水腔2为倒锥形，分离的水从排液口5排出到大气中。分离后的空气经过出气管121输送到膨胀机内。

由此可见，本实施例提出的燃料电池发动机用分水器，进气半壳与出气半壳通过焊接连接在一起，进气半壳上集成叶轮，将空气形成旋流，在离心力的作用下，实现气水初次分离。积水组件与进气半壳通过焊接连接在一起，分离的液态水在积水组件作用下，形成较大的液滴，与气流彻底分离，并在导流板作用下通过排液管排出，分离液态水后的气流通过出气口进入到膨胀机内。本实施例沿气流流动方向依次设置的叶轮和积水组件，先后实现了气水两次分离，通过两级分离达到了分离空气中液态水的目的，分离效果好。其中，叶轮与外壳采用一体注塑，具有减少零件，降低成本的作用；积水组件能够进一步提高分水器的分水效率。两半壳连接处形成积水腔，考虑到整车运行或停放在一定角度的斜坡上，都能够实现排水，可将排液口设置在外壳底部，且将积水腔设计成倒锥形腔体，能够保障分水器内液态水排净，可防止在冬天，由于分水器内部的积水未排干净，而造成结冰的问题。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机用分水器，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳内部形成积水腔，所述外壳上开设有与所述积水腔连通的进气口、出气口和排液口，所述进气口用于引入发动机尾排空气，所述排液口用于将从所述发动机尾排空气中分离的液态水排出腔外，所述出气口用于将分离液态水后的所述发动机尾排空气排出腔外；

叶轮，所述叶轮设置于所述进气口，所述叶轮用于使流经所述进气口的所述发动机尾排空气形成旋流，并利用旋流离心力实现气水分离；

积水组件，所述积水组件设置于所述积水腔内，所述积水组件包括管壳、积水板和挡水板，所述管壳的进气端与所述进气口密封连接，所述管壳的内壁面设置有若干所述积水板，且任意一所述积水板的远离所述管壳的一侧均朝向相邻所述积水板弯折形成拐角挡槽，所述积水板能够与旋流状态的所述发动机尾排空气碰撞，以使所述发动机尾排空气中离心分离出的液态水聚集在对应的所述拐角挡槽内；任意一所述积水板的长度方向均沿所述发动机尾排空气的流动方向设置，且任意一所述积水板的长度方向一端均与所述进气口衔接，所述管壳内壁面的出气端设置有若干呈环形布置的挡水板，任意一所述挡水板均倾斜布置，以使任意相邻两所述挡水板的衔接处均形成与所述积水腔连通的排水槽，任意一所述积水板的长度方向另一端均延伸至对应的所述挡水板处，以将所述拐角挡槽内聚集的液态水导流至所述挡水板，并由所述排水槽将液态水排至所述积水腔内。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，所述外壳包括进气半壳和与所述进气半壳密封对接的出气半壳，所述进气口开设于所述进气半壳的远离所述出气半壳的一端，所述出气口开设于所述出气半壳的远离所述进气半壳的一端，所述排液口开设于所述进气半壳或所述出气半壳的底部。

3.根据权利要求2所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，所述进气半壳和所述出气半壳均为塑料件，所述进气半壳与所述出气半壳焊接或注塑连接。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，所述叶轮为轴流叶轮。

5.根据权利要求3所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，所述叶轮为塑料件，其与所述进气半壳焊接或注塑一体成型。

6.根据权利要求2~3任意一项所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，所述管壳为圆柱状管壳，所述积水板在所述管壳的内壁绕其周向间隔均匀分布，且任意一所述积水板的长度方向均平行于所述管壳的轴向设置，任意一所述积水板的宽度方向均沿所述管壳的径向设置。

7.根据权利要求6所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，任意一所述积水板的宽度方向一端均与所述管壳的内壁相接，任意一所述积水板的宽度方向另一端均同时朝向两侧弯折形成所述拐角挡槽。

8.根据权利要求6所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，所述管壳的出气端设置有锥形导流管，且所述锥形导流管的小头端与所述管壳的出气端相接。

9.根据权利要求8所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，所述管壳、所述积水板、所述挡水板和所述锥形导流管均为塑料件，所述积水板、所述挡水板和所述锥形导流管与所述管壳焊接或注塑一体成型；所述管壳与所述进气半壳焊接或注塑连接。

10.根据权利要求2~3任意一项所述的燃料电池发动机用分水器，其特征在于，所述积水腔为倒锥形腔体，所述排液口与所述倒锥形腔体的小头端连通。