具有加热功能的调节阀、燃料电池冷却系统及燃料电池车的制作方法

本实用新型涉及燃料电池领域，特别涉及一种具有加热功能的调节阀、燃料电池冷却系统及燃料电池车。

背景技术：

在燃料电池运行中，对燃料电池的温度控制尤为重要，最佳的温度点能保证燃料电池的最大效率以及正常使用寿命。

目前市面上针对水冷型燃料电池系统的启动，在冷却液循环方面分为两种形式进行切换，以保证燃料电池系统的快速启动与正常运行的最适温度。水冷型燃料电池系统的冷却循环系统分为大循环和小循环，在燃料电池系统开机阶段会开启冷却系统的小循环，以让燃料电池系统达到最适温度。随着负载的增加，燃料电池功率上升，产生的热量增加，进而冷却循环系统由小循环转入大循环，以达到合适的散热量来保证燃料电池的最佳工作温度。同时，在低温环境下需要对冷却液辅助加热，以达到燃料电池运行的最适温度，从而减少开机启动时间。

现有燃料电池系统通常利用两位三通换向阀与ptc加热器分别进行大小路冷却循环的控制以及低温启动时对冷却液的加热，由于ptc加热器与两位三通换向阀的单独布置，会导致整个燃料电池系统存在占用空间大、管路布置复杂、后期装配困难、增加生产工时及流阻大等问题。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提出一种具有加热功能的调节阀，旨在解决现有的燃料电池系统存在占用空间大、管路布置复杂、后期装配困难、增加生产工时及流阻大等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种具有加热功能的调节阀，该具有加热功能的调节阀包括阀体、设置在所述阀体内的球芯和多个围绕在所述阀体周侧的端盖，多个所述端盖上均设置有加热模块，多个所述端盖中的三个端盖上分别设置有一个进水口和两个出水口，两个所述出水口呈相对设置，所述进水口与所述出水口分别位于不同平面内；所述具有加热功能的调节阀还包括设置在所述阀体上的旋转电机，所述旋转电机的转动轴与所述球芯连接，所述球芯的球面上设置有三个相互异面的流道孔，其中一个所述流道孔分别与所述进水口和所述旋转电机的转动轴同心。

优选地，所述加热模块为设置在所述端盖内侧的发热电阻丝或发热棒。

优选地，所述旋转电机为步进电机，所述步进电机上设置有编码器。

优选地，所述阀体与所述端盖之间设置有密封垫，所述密封垫嵌设在所述阀体内。

优选地，所述阀体与所述端盖之间设置有密封圈，所述密封圈嵌设在所述阀体内。

优选地，多个所述端盖分别与所述阀体之间呈可拆卸连接。

优选地，所述旋转电机设置在所述阀体的顶部，所述进水口设置在所述阀体的底部，两个所述出水口分别设置在所述阀体的左右两侧。

本实用新型进一步提出一种燃料电池冷却系统，该燃料电池冷却系统包括前述实施例记载的具有加热功能的调节阀，所述具有加热功能的调节阀包括阀体、设置在所述阀体内的球芯和多个围绕在所述阀体周侧的端盖，多个所述端盖上均设置有加热模块，多个所述端盖中的三个端盖上分别设置有一个进水口和两个出水口，两个所述出水口呈相对设置，所述进水口与所述出水口分别位于不同平面内；所述具有加热功能的调节阀还包括设置在所述阀体上的旋转电机，所述旋转电机的转动轴与所述球芯连接，所述球芯的球面上设置有三个相互异面的流道孔，其中一个所述流道孔分别与所述进水口和所述旋转电机的转动轴同心。

本实用新型还提出一种燃料电池车，该燃料电池车包括前述实施例记载的燃料电池冷却系统，所述燃料电池冷却系统包括前述实施例记载的具有加热功能的调节阀，所述具有加热功能的调节阀包括阀体、设置在所述阀体内的球芯和多个围绕在所述阀体周侧的端盖，多个所述端盖上均设置有加热模块，多个所述端盖中的三个端盖上分别设置有一个进水口和两个出水口，两个所述出水口呈相对设置，所述进水口与所述出水口分别位于不同平面内；所述具有加热功能的调节阀还包括设置在所述阀体上的旋转电机，所述旋转电机的转动轴与所述球芯连接，所述球芯的球面上设置有三个相互异面的流道孔，其中一个所述流道孔分别与所述进水口和所述旋转电机的转动轴同心。

与现有技术相比，本实用新型实施例的有益技术效果在于：

本实用新型实施例所提出的调节阀集流体切换与流体加热于一体，简化了燃料电池冷却系统的外围部件，同时也规避了ptc加热器的流阻问题，并且降低了燃料电池冷却系统的集成布局难度，节省空间。在燃料电池系统低温启动过程中，围绕在阀体周侧的端盖上的加热模块开始工作，以通过加热模块对冷却液进行加热，从而达到燃料电池系统温度的稳定控制，保证燃料电池的正常运行与稳定的功率输出。

附图说明

图1为本实用新型具有加热功能的调节阀一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型具有加热功能的调节阀的爆炸结构示意图；

图3为本实用新型具有加热功能的调节阀的阀体的结构示意图；

图4为本实用新型具有加热功能的调节阀的球芯的结构示意图；

图5为本实用新型具有加热功能的调节阀的加热模块与端盖的结构示意图；

图6为本实用新型具有加热功能的调节阀的正投影视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开一种具有加热功能的调节阀，在一实施方式中，参见图1-5，该具有加热功能的调节阀包括阀体10、设置在阀体10内的球芯20和多个围绕在阀体10周侧的端盖30，多个端盖30上均设置有加热模块40，多个端盖30中的三个端盖30上分别设置有一个进水口50和两个出水口60，两个出水口60呈相对设置，进水口50与出水口60分别位于不同平面内；具有加热功能的调节阀还包括设置在阀体10上的旋转电机70，旋转电机70的转动轴与球芯20连接，球芯20的球面上设置有三个相互异面的流道孔21，其中一个流道孔21分别与进水口50和旋转电机70的转动轴同心。

本实施例所涉及的阀体10的作用在于安装球芯20和旋转电机70，参见图3，阀体10内设置有用于容置球芯20的空腔，阀体10的周侧端面上开设有与内部空前相通的贯通孔，以供冷却液从此贯通孔进入球芯20并从其它贯通孔流出。需要说明的是，在安装有旋转电机70的端面上未开设贯通孔，而是开设一个供旋转电机70的转动轴穿过的转动轴孔，旋转电机70的转动轴穿过此转动轴孔与阀体10内的球芯20连接，以通过旋转电机70带动球芯20转动。可以理解的是，为实现旋转电机70带动球芯20转动，在旋转电机70的转动轴上设置有卡块，对应在球芯20的球面上设置有卡槽，以通过卡块与卡槽的配合带动球芯20转动。优选地，本实用新型实施例所涉及的阀体10为立方体结构，在此阀体10的五个面上分别开设有贯通孔，而在另外一个面上开设有转动轴孔。

本实施例所涉及的球芯20的作用在于导通或关闭冷却液的流动通道，球芯20的内部设置有空腔，球芯20的球面上设置有三个相互异面的流道孔21，参见图4，三个流道孔21分别与空腔相通，其中一个流道孔21(以下称作第一流道孔)对应常开的进水口50，另外两个流道孔21(以下称作第二流道孔和第三流道孔)则分别对应两个出水口60。两个出水口60(以下称作第一出水口和第二出水口)之间的切换，则是通过球芯20的转动去控制的，当球芯20转动预设角度时，第二流道孔则对应转动至第一出水口的位置，而第三流道孔则转动至其它端盖30所在位置，被其它端盖30所遮挡，同时第二出水口则是被球芯20的球面所遮挡，此时，冷却液只能从第一出水口流出。当球芯20继续转动预设角度时，第二流道孔则转动至其它端盖30所在位置，被端盖30遮挡住，同时，第一出水口则是被球芯20的球面所遮挡，而第三流道孔则转动至第二出水口所在位置，此时，冷却液只能从第二出水口流出。具体可参见图6，l为常开的进水口50，m为第一出水口，n为第二出水口。

本实施例所涉及的旋转电机70的作用在于驱动球芯20在阀体10内转动，以控制切换冷却液的流向。旋转电机70竖直布置在阀体10的顶部，旋转电机70的转动轴在竖直方向上转动，以带动球芯20在竖直方向上转动。

本实施例所涉及的加热模块40的作用在于对进入阀体10内的冷却液进行加热升温，以保证燃料电池系统在低温启动过程中的正常运行。参见图5，加热模块40集成设置在端盖30上，在冷却液进入阀体10后，可由控制系统根据实际需要控制加热模块40工作，以对进入阀体10后的冷却液进行加热。

本实用新型实施例所提出的调节阀集流体切换与流体加热于一体，简化了燃料电池冷却系统的外围部件，同时也规避了ptc加热器的流阻问题，并且降低了燃料电池冷却系统的集成布局难度，节省空间。在燃料电池系统低温启动过程中，围绕在阀体10周侧的端盖30上的加热模块40开始工作，以通过加热模块40对冷却液进行加热，从而达到燃料电池系统温度的稳定控制，保证燃料电池的正常运行与稳定的功率输出。

在一实施例中，本实用新型所提出的加热模块40为设置在端盖30内侧的发热电阻丝或发热棒。本实施例中，发热电阻丝或发热棒可嵌设在端盖30上，通过给发热电阻丝施加电流，以利用焦耳效应产生的热能对冷却液进行加热。需要说明的是，发热丝或发热棒仅为示例性的，而非限制性的，本领域技术人员可根据实际情况进行选择，仅需能够在控制系统的控制下发热，以实现对于冷却液的加热升温即可。

在另一实施例中，本实用新型所提出的旋转电机70为步进电机，步进电机上设置有编码器。本实施例中，通过步进电机和编码器对球芯20转动角度进行精准控制，以保证对燃料电池系统进行更加精准的温度控制。

在又一实施例中，参见图2，本实用新型所提出的阀体10与端盖30之间设置有密封垫80，密封垫80嵌设在阀体10内。本实施例中，在阀体10上设置有与密封垫80形状相匹配的环形凹槽，在将端盖30与阀体10固定之前，先将密封垫80嵌入于环形凹槽内，以保证端盖30与阀体10之间的密封性，避免冷却液在阀体10与端盖30之间的缝隙内出现渗水现象。

在再一实施例中，参见图2，本实用新型所提出的阀体10与端盖30之间设置有密封圈90，密封圈90嵌设在阀体10内。本实施例中，在阀体10上设置有与密封圈90形状相匹配的环形凹槽，在将端盖30与阀体10固定之前，先将密封圈90嵌入于环形凹槽内，以保证端盖30与阀体10之间的密封性，避免冷却液在阀体10与端盖30之间的缝隙内出现渗水现象。优选地，本实用新型实施例所提出的密封圈90为o型圈。

在再一实施例中，本实用新型所提出的多个端盖30分别与阀体10之间呈可拆卸连接。本实施例中，端盖30与阀体10之间可拆卸连接，以便于安装和维护，端盖30与阀体10之间具体可通过螺栓的形式固定，当然，螺栓连接仅为示例性的，而非限制性的，包括但不限于此，本领域技术人员还可根据实际情况进行不同的设计，譬如卡接。

本实用新型进一步提出的一种燃料电池冷却系统包括具有加热功能的调节阀，该具有加热功能的调节阀的具体结构参照上述实施例，由于本燃料电池冷却系统采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

本实用新型进一步还提出一种燃料电池车，该燃料电池车包括前述实施例记载的燃料电池冷却系统，该燃料电池冷却系统包括前述实施例记载的具有加热功能的调节阀，该具有加热功能的调节阀的具体结构参照上述实施例，由于本燃料电池车采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。

以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。