一种抗式消声尾排、燃料电池车辆及其水、热管理方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池车辆的抗式消声尾排及其水、热管理策略。


背景技术：

2.中国实用新型专利cn202021215890.5公开了一种燃料电池尾排器，包括尾排水收集装置、加热循环装置：尾排水收集装置，收集器上设有阴极尾排入口、阳极尾排入口、尾排消声器排水入口、排气口和排水口，收集器上安装有液位传感器，收集器内上部设置有扰流穿孔板；加热循环装置包括壳体，壳体固定在收集器的外侧，壳体上设有加热循环冷却液入口、加热循环冷却液出口。
3.这种形式的燃料电池尾排器，将排气和集水腔设置为单腔，既不利于水的充分吸收，也不利于气动噪声的削弱。噪声控制仅通过一层膨胀腔进行降噪，无法对噪声进行有效控制。
4.中国实用新型专利cn202221672534.5公开了一种尾排消声器及燃料电池车辆，其中尾排消声器包括消声器壳体，和穿过所述消声器壳体的微穿孔芯体，所述微穿孔芯体将所述消声器壳体分隔为一级消声室、二级消声室和三级消声室，各级消声室可以对不同频带的噪声进行消除。
5.这种形式的燃料电池尾排器，在进气、出气分腔板下方设置缺口用于水流排出，缺口小不利于水分充分排出。该形式的尾排器使用了吸音棉，因为排出气体含有水分，很容易使得吸音棉变潮湿且易于滋生细菌。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池抗式消声尾排及其水、热管理方法。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.作为本发明的第一方面，提供一种抗式消声尾排，所述抗式消声尾排包括：
9.多个联通的降噪腔体，所述降噪腔体之间通过穿孔板分隔；其中，各上述降噪腔体的体积不同，各所述穿孔板的孔洞孔径大小各不相同；
10.消声器进口与消声器出口，分别设置于消声尾排两端，所述消声器进口和消声器出口处分别设置有贯穿并联通各降噪腔体的进口消声管与出口消声管；
11.集水腔体，与降噪腔体相联通；
12.水流通道，设置于集水腔体出口，所述水流通道与集水腔体连接处设置有水热管理执行装置。
13.进一步的，所述消声器进口和消声器出口相互错开；所述进口消声管与出口消声管分别沿抗式消声尾排轴向设置，所述进口消声管与出口消声管分别贯穿所有用于分隔的穿孔板，并联通各降噪腔体。
14.进一步的，所述进口消声管与出口消声管上开设有孔洞，所述孔洞开设在远离消声器进口和消声器出口处。
15.进一步的，所述抗式消声尾排设置有一对或多对相邻且体积基本一致的降噪腔体。
16.进一步的，所述降噪腔体设置有四个，由隔板与穿孔板组成；
17.其中，第一降噪腔体由出气口隔板和穿孔板组成；第二降噪腔体由穿孔板和第二微穿孔板组成；第三降噪腔体由第二微穿孔板和第一微穿孔板组成；第四降噪腔体由第一微穿孔板和进气口隔板组成。
18.进一步的，所述降噪腔体和集水腔体之间设置有用于隔离的隔板，所述隔板上设置有作为水通道的狭缝。
19.进一步的，所述集水腔体内设置传感器，包括水位传感器与水温传感器。
20.进一步的，所述水热管理执行装置包括释放阀门与加热器。
21.作为本发明的第二方面，提供一种燃料电池车辆，所述车辆包括如上任意一项所述的抗式消声尾排以及车载控制器。
22.作为本发明的第三方面，提供一种水、热管理方法，所述方法对如上所述的燃料电池车辆进行管理，步骤包括：
23.通过传感器测量水位和水温；
24.将水位信息和温度信息传递至车载控制器，断水位是否淹没水位传感器；如果是，开启进行水阀门开启，水从通道1流出；如果否，水位传感器继续检测；
25.判断水温度是否低于零摄氏度；如果是，开启加热器进行加热；如果否，水温传感器继续检测。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.1)本发明的燃料抗式消声尾排，将传统的尾排腔体设置成四部分，使得燃料电池产生的阴极和阳极的尾排水能够通过四部分降噪腔体进行充分的降温与冷凝后冷凝水在集水腔体进行汇聚，并通过集水腔体隔板腔体进行串通，以达到液面平衡，并通过传感器与水热管理执行装置，对集水腔体内液体进行水、热管理，将水流充分吸收并排出。
28.2)本发明的燃料电池尾排管，采用抗性消声，提升了降噪性能。将降噪腔体分为四部分，从消声器入口进入降噪第一腔体进行气体扩张，第二、三腔体进行共振，第四腔体进行气体扩张；然后经过第四腔体，途径第三、第二腔体共振，经第一腔体排出消声器。该设计的目的可以延长声音的路程，经由不同孔径的网孔、不同空间的降噪腔体进行特征频率吸收和共振，达到削弱噪声的目的。
29.3)本发明的燃料电池尾排管，第一降噪腔体和第二降噪腔体体积基本一致；第三降噪腔体和第四降噪腔体体积基本一致，体积基本一致的两个降噪腔体的声波会发生干涉，相互抵消实现降噪功能，进一步地削弱噪声。
附图说明
30.图1为本发明燃料电池抗式消声尾排内部示意图；
31.图2为本发明燃料电池抗式消声尾排传感器示意图；
32.图3为本发明燃料电池抗式消声尾排外部示意图；
33.图4为本发明燃料电池抗式消声尾排入口示意图；
34.图5为本发明燃料电池抗式消声尾排出口示意图；
35.图6为本发明水控制管理示意图；
36.图中标号所示：1、水流通道，101、消声器进口，102、消声器出口，11、进气口隔板，12、第一微穿孔板，13、第二微穿孔板，14、穿孔板，15、出气口隔板，16、第一集水腔加强筋，17、第二集水腔加强筋，18、第三集水腔加强筋，19、集水腔隔板，2、水热管理执行装置，201、第一集水腔体，202、第二集水腔体，203、第三集水腔体，204、第四集水腔体，3、传感器，301、第一降噪腔体，302、第二降噪腔体，303、第三降噪腔体，304、第四降噪腔体，4、陶瓷加热器，5、隔板。
具体实施方式
37.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
38.实施例1
39.作为本发明的第一种实施方式，本发明提供了的燃料抗式消声尾排，燃料电池抗性消声器由突变界面的管和室组成，每个网孔都有特征吸收频率，在特征频率附近的声波才能通过网孔，不能通过的各频率声波在小室内来回反射被过滤，从而达到了消声目的。
40.本实施例将尾排腔体设置成四部分，使得燃料电池产生的阴极和阳极的尾排水能够通过四部分降噪腔体进行充分的降温与冷凝后冷凝水在集水腔体进行汇聚，并通过集水腔体隔板腔体进行串通，以达到液面平衡。
41.如图1至图5所示的抗式消声尾排。该尾排的抗性消声器由不同孔径的网孔、不同空间的室进行特征频率吸收和共振。所述的燃料电池抗性消声器，由第一降噪腔体301、第二降噪腔体302、第三降噪腔体303和第四降噪腔体304组成。
42.降噪腔体由隔板或穿孔板组成，其中第一降噪腔体301由出气口隔板15和穿孔板14组成；第二降噪腔体302由穿孔板14和微穿孔板13组成；第三降噪腔体303由微穿孔板13和微穿孔板12组成；第四降噪腔体304由微穿孔板12和进气口隔板11组成。
43.降噪腔体的消声性能可以由传递损失(tl)进行表征：
44.tl＝10*lg[1+1/4*(m-1)/m^2*sin^2(kl)]
[0045]
第一个参数m为膨胀比，m越大，tl越大；第二参数kl，是一个正弦函数，k越短，tl的拱形跨度越大；因此改变降噪的体积可以根据声源进行体积调整，改变降噪腔体截面，利用声波反射进行消声。这些不同体积的腔体对不同频率的声音有着不同的共振消除效果。在穿孔板14,13和12上设置有对称的微穿孔孔洞，这些孔洞孔径大小各不相同，从而实现不同特定频率的消声功能。
[0046]
值得注意的是，第一降噪腔体301和第二降噪腔体302体积基本一致；第三降噪腔体303和第四降噪腔体304体积基本一致,因为第一降噪腔体301和第二降噪腔体302的体积基本一致，两个降噪腔体的声波会发生干涉，相互抵消实现降噪功能；第三降噪腔体303，第四降噪腔体304同理。本发明不限定具体体积基本一致的降噪腔体，消声尾排之中可设置有一对或多对相邻且体积基本一致的降噪腔体。
[0047]
进一步的，如在图1所示，本实施例中进口消声管位于第二和第三降噪腔体对应部分设有孔洞；出口消声管位于第三降噪腔体对应部分同样设置有孔洞。消声管道上的孔洞与消声管外的空腔构成了共振系统。在共振频率附近，声波沿着管道传播到孔洞连接处时，大部分声波沿着声源反方向回去，小部分声能由于摩擦阻尼作用转化成热能被吸收。由于它是亥姆霍兹共振器的组合，因此可以看作是由质量和弹簧组成的一个共振系统。当入射声波的频率和系统的共振频率一致时，穿孔板的空气产生激热振动摩擦，加强了吸收效应，形成了吸收峰，使声能显著衰减。
[0048]
上述情况仅为本发明其中一种实施例，本发明不限定孔洞具体设置腔室，进口与出口消声管上的孔洞应开设在远离消声器的进口和出口处，在进口处不开设孔洞，防止声波直接从进口消声管处孔洞混入出口消声管，导致降噪路程缩短；同理，在出口处不开设孔洞。其中，孔洞板厚、孔径、孔距(或穿孔率、孔隙率)和板后空气层深度，根据声源的频率范围设置。具体的，根据消声器的材料类型调整孔径，达到良好吸声系数和吸声频带宽度；一般情况下，当穿孔率大于20％时，穿孔板的声质量很小，其声学作用降低，此时整个吸声结构的声学特性主要由吸声材料决定，而穿孔板成为吸声材料的罩面板。
[0049]
为了优化水分收集效果，设置水热管理执行装置2、集水腔加强筋16、集水腔加强筋17、集水腔加强筋18和集水腔隔板19共同组成了第一集水腔体201、第二集水腔体202、第三集水腔体203和第四集水腔体204。集水腔体互相贯通基本维持水面齐平，并且设置传感器3进行检测水位，由水热管理执行装置2中的活塞控制释放。水热管理执行装置中同时安装陶瓷加热器4，在低温天气对尾排水进行加热防止结冰。
[0050]
本抗式消声器在工作时，当含有水汽的燃料电池尾排气体从燃料电池抗式消声器进口101进入，进入进口消声管经过第四降噪腔体304，经过第三降噪腔体303、第二降噪腔体302释放可经过的微穿孔的特征频率声波，再进入第一降噪腔体301进行全部释放。第一降噪腔体301的声波通过微穿孔板14进入第二降噪腔体302；第二降噪腔体302的声波通过微穿孔板13进入第三降噪腔体303；第三降噪腔体303的声波通过微穿孔板12进入第四降噪腔体304。第四降噪腔体304声波通过出口消声管经由抗式消声器出口105排出，最终完成整轮降噪过程。
[0051]
作为本发明的另一种实施方式，本发明还提供包括了一种燃料电池车辆，该燃料电池车辆上安装有如上所述抗式消声尾排。
[0052]
作为本发明的第三方面，本发明还提供了对于上述抗式消声尾排及燃料电池车辆的一种水、热管理方法，如图6所示，本实施例中水、热管理方法实施步骤如下：
[0053]
传感器3感知测量水位和水温(a)；将水位信息(b)和温度信息(c)传递至车载控制器(d)；判断水位是否淹没水位传感器(e)，如果是开启释放阀门(h)，水从水流通道1流出，也可手动启动阀门进行排水；如果否水位传感器继续检测步骤(a)。判断水温度是否低于零摄氏度(f)，如果是开启陶瓷加热器4进行加热(h)，如果否水温传感器继续检测步骤(a)。
[0054]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种抗式消声尾排，其特征在于，所述抗式消声尾排包括：多个联通的降噪腔体，所述降噪腔体之间通过穿孔板分隔；其中，各上述降噪腔体的体积不同，各所述穿孔板的孔洞孔径大小各不相同；消声器进口(101)与消声器出口(102)，分别设置于消声尾排两端，所述消声器进口(101)和消声器出口(102)处分别设置有贯穿并联通各降噪腔体的进口消声管与出口消声管；集水腔体，与降噪腔体相联通；水流通道(1)，设置于集水腔体出口，所述水流通道(1)与集水腔体连接处设置有水热管理执行装置。2.根据权利要求1所述的一种抗式消声尾排，其特征在于，所述消声器进口(101)和消声器出口(102)相互错开；所述进口消声管与出口消声管分别沿抗式消声尾排轴向设置，所述进口消声管与出口消声管分别贯穿所有用于分隔的穿孔板，并联通各降噪腔体。3.根据权利要求2所述的一种抗式消声尾排，其特征在于，所述进口消声管与出口消声管上开设有孔洞，所述孔洞开设在远离消声器进口(101)和消声器出口(102)处。4.根据权利要求1所述的一种抗式消声尾排，其特征在于，所述抗式消声尾排设置有一对或多对相邻且体积基本一致的降噪腔体。5.根据权利要求1所述的一种抗式消声尾排，其特征在于，所述降噪腔体设置有四个，由隔板与穿孔板组成；其中，第一降噪腔体(301)由出气口隔板(15)和穿孔板(14)组成；第二降噪腔体(302)由穿孔板(14)和第二微穿孔板(13)组成；第三降噪腔体(303)由第二微穿孔板(13)和第一微穿孔板(12)组成；第四降噪腔体(304)由第一微穿孔板(12)和进气口隔板(11)组成。6.根据权利要求1所述的一种抗式消声尾排，其特征在于，所述降噪腔体和集水腔体之间设置有用于隔离的隔板(5)，所述隔板(5)上设置有作为水通道的狭缝。7.根据权利要求1所述的一种抗式消声尾排，其特征在于，所述集水腔体内设置传感器(3)，包括水位传感器与水温传感器。8.根据权利要求1所述的一种抗式消声尾排，其特征在于，所述水热管理执行装置包括释放阀门(2)与加热器(4)。9.一种燃料电池车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-8任意一项所述的抗式消声尾排以及车载控制器。10.一种水、热管理方法，其特征在于，所述方法对如权利要求9所述的燃料电池车辆进行管理，步骤包括：通过传感器(3)测量水位和水温；将水位信息和温度信息传递至车载控制器，断水位是否淹没水位传感器；如果是，开启进行水阀门开启，水从通道1流出；如果否，水位传感器继续检测；判断水温度是否低于零摄氏度；如果是，开启加热器进行加热；如果否，水温传感器继续检测。

技术总结
本发明涉及一种抗式消声尾排、燃料电池车辆及其水、热管理方法，其中抗式消声尾排包括：多个联通的降噪腔体，降噪腔体之间通过穿孔板分隔，各所述穿孔板的孔洞孔径大小各不相同；消声器进口与消声器出口，分别设置于消声尾排两端，消声器进口和消声器出口处分别设置有贯穿并联通各降噪腔体的进口消声管与出口消声管；集水腔体，与降噪腔体相联通；水流通道，设置于集水腔体出口，水流通道设置有水热管理执行装置。本发明将尾排腔体设置成四部分，并通过水热管理执行装置对集水腔体内液体进行水、热管理，使得尾排水能够通过噪腔体进行充分的降温与冷凝，冷凝水在集水腔体进行汇聚并排出；并且燃料电池尾排管采用抗性消声，提升了降噪性能。降噪性能。降噪性能。


技术研发人员：潘奇雯 高源
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/15