一种燃料电池流体歧管结构的制作方法

文档序号:22504467发布日期:2020-10-13 09:40
一种燃料电池流体歧管结构的制作方法

本发明涉及燃料电池结构技术领域,特别是涉及一种燃料电池流体歧管结构。



背景技术:

为了燃料电池系统结构紧凑,方便维护,现将燃料电池单体集成封装在壳体内,使其壳体达到ip67(防护灰尘吸入;防护短暂浸泡)的安全防护等级,其他辅助设备安装在壳体外则。质子交换膜燃料电池在进出口处需要对空气管路、氢气管路和冷却管路进行集成设计,流体管路需要与外部的氢气供应系统、氧气供应系统以及热管理系统相连。

燃料电池在进出口处需要对空气管路、氢气管路和冷却管路进行集成设计,特别是大于2个电池组以上的串联组合时,各流体管路需要并联后再单独接到单个电池组。传统设计方法通过硅胶管并联,每个分支由硅胶管引出通过金属喉箍固定到氢气供应系统、氧气供应系统以及热管理系统。由于硅胶管受环境温度影响、硅胶管自身老化等因素,会增加燃料电池系统泄露风险。



技术实现要素:

本发明的目的是:提供一种适用于燃料电池的新型流体歧管,减少硅胶管和喉箍的使用,提高产品运行可靠性。

为了实现上述目的,本发明提供了一种燃料电池流体歧管结构,包括输入流体歧管组,由输入转接板3、设置在燃料电池壳体内部的壳内输入流体歧管4和设置在燃料电池壳体外部的壳外输入流体歧管5依次连接组成。

输出流体歧管组,由输出转接板6、设置在燃料电池壳体内部的壳内输出流体歧管7和设置在燃料电池壳体外部的壳外输出流体歧管8依次连接组成。

所述壳内输入流体歧管4和壳内输出流体歧管7均设有流体主流道和若干流体分流道口,所述输入转接板3和输出转接板6均设有若干流体分流道孔,所述壳外输入流体歧管5和壳外输出流体歧管8均设有流体流道;所述流体分流道口与相应流体分流道孔一一对应密封连接,所述流体主流道与相应流体流道对应密封连接。

优选地,壳内输入流体歧管4和壳内输出流体歧管7的所述流体主流道包括氢气主流道、氧气主流道和冷却液主流道,所述流体分流道包括氢气分流道、氧气分流道和冷却液分流道;氢气主流道设有若干氢气分流道口,氢气分流道口与输入转接板3、输出转接板6上设置的若干氢气分流道孔一一对应;氧气主流道设有若干氧气分流道口,氧气分流道口与输入转接板3、输出转接板6上设置的若干氧气分流道孔一一对应;冷却液主流道设有若干冷却液分流道口,冷却液分流道口与输入转接板3、输出转接板6上设置的若干冷却液分流道孔一一对应。

壳外输入流体歧管7和壳外输出流体歧管8的流体流道均设有氢气流道、氧气流道和冷却液流道,它们分别与壳内输入流体歧管4和壳内输出流体歧管7的氢气主流道、氧气主流道和冷却液主流道一一对应。

优选地,所述壳体上设有插接孔,所述壳外输入流体歧管5在与壳内输入流体歧管4连接的一端设有与所述插接孔配合的插接凸台,插接凸台端部设有第一连接面,所述壳外输入流体歧管5的插接凸台插入插接孔后与壳内输入流体歧管4的端面通过第一连接面连接;所述壳内输出流体歧管7与所述壳外输出流体歧管8与上述连接方式相同。

优选地,所述壳外输入流体歧管5还设有第二连接面,第二连接面设置于插接凸台外侧,用于在壳外输入流体歧管5与壳内输入流体歧管4连接时与插接孔周围的壳体外壁面接触并密封连接;所述壳外输出流体歧管8与壳内输出流体歧管7与上述连接方式相同。

优选地,上述密封连接的方式为设置密封圈。

优选地,上述元件之间连接方式均为螺栓连接。

一种燃料电池,包括壳体1、上述燃料电池流体歧管结构、若干燃料电池单体组成的燃料电池组2、流体控制系统和相应连接管路。燃料电池单体设有流体输入口,与输入转接板3的流体分流道孔对应密封连通;所述燃料电池单体设有流体输出口,与输出转接板6的流体分流道孔对应密封连通。

优选地,流体控制系统包括氢气供应系统、氧气供应系统9和热管理系统10,流体输入口包括氢气输入口、氧气输入口和冷却液输入口,流体输出口包括氢气输出口、氧气输出口和冷却液输出口;氢气输入口、氢气输出口和氢气供应系统连通,氧气输入口、氧气输出口和氧气供应系统连通,冷却液输入口、冷却液输出口和热管理系统连通。

优选地,上述元件连通方式为连接处设有对接软管。

优选地,上述元件连通的连接处设置密封圈。

本发明实施例,其有益效果在于:燃料电池的流体岐管分为壳内部分和壳外部分,管路结构设计更合理,易于适应不同外部环境和结构;壳内流体歧管穿过壳体与壳外流体歧管密封连接,密封性能可靠,集成度高,减少硅胶管和喉箍的使用,降低燃料电池系统泄露风险。

附图说明

图1是本发明实施例的连接结构示意图;

图2是图1的局部放大示意图;

图3是本发明实施例的壳外输入流体歧管结构示意图;

图4是本发明实施例的电堆燃料电池结构爆炸图;

图中,1.壳体,2.燃料电池组,3.输入转接板,4.壳内输入流体歧管,5.壳外输入流体歧管,6.输出转接板,7.壳内输出流体歧管,8.壳外输出流体歧管,9.氧气供应系统,10.热管理系统,

1a.插接孔,3a.输入流体分流道孔,4a.输入流体主流道,4b.输入流体分流道口,5a.插接凸台,5b.第一连接面,5c.第二连接面,5d.密封圈一,5e.密封圈二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。

需要说明的是,当元件被称为“设置于”、“对应于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为与另一个元件“连接”,或与另一个元件“固连”,它们之间可以是可拆卸固定方式也可以是不可拆卸的固定方式。当一个元件被认为是“连接”、“转动连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于约束本发明。

在本发明的描述中,应当理解的是,本发明中“电池组”也可称为“电堆”,均为燃料电池单体组合结构的不同表达方式,其指代相同。

如图1、2所示,本发明优选实施例的一种燃料电池流体歧管结构,主要包括输入流体歧管组和输出流体歧管组。

输入流体歧管组包括输入转接板3、壳内输入流体歧管4和壳外输入流体歧管5。壳内输入流体歧管4的输入流体分流道口4b与输入转接板3的输入流体分流道孔3a一一对应密封连接。具体的,可参考图4,壳内输入流体歧管4的氢气分流道口与输入转接板3的氢气分流道孔一一对应,壳内输入流体歧管4的氧气分流道口与输入转接板3的氧气分流道孔一一对应,壳内输入流体歧管4的冷却液分流道口与输入转接板3的冷却液分流道孔一一对应,连接接口处均通过密封圈连接。壳内输入流体歧管4的输入流体主流道4a与壳外输入流体歧管5的流体流道对应密封连接,具体的,壳内输入流体歧管4的氢气主流道与壳外输入流体歧管5的氢气流道密封连接,壳内输入流体歧管4的氧气主流道与壳外输入流体歧管5的氧气流道密封连接,壳内输入流体歧管4的冷却液主流道与壳外输入流体歧管5的冷却液流道密封连接,连接接口处均设置密封圈。

参考图4,图中对于输出流道结构未全部标记。输出流体歧管组包括输出转接板6、壳内输出流体歧管7和壳外输出流体歧管8,壳内输出流体歧管7的输出流体分流道口与输出转接板6的输出流体分流道孔一一对应密封连接。具体的,壳内输出流体歧管7的氢气分流道口与输出转接板6的氢气分流道孔一一对应,壳内输出流体歧管7的氧气分流道口与输出转接板6的氧气分流道孔一一对应,壳内输出流体歧管7的冷却液分流道口与输出转接板6的冷却液分流道孔一一对应,连接接口处均通过密封圈连接。整合了燃料电池单体的流体分流路,使壳体内部管路结构更加紧凑合理。壳内输出流体歧管7的输出流体主流道与壳外输出流体歧管8的流体流道对应密封连接。具体的,壳内输出流体歧管7的氢气主流道与壳外输出流体歧管8的氢气流道密封连接,壳内输出流体歧管7的氧气主流道与壳外输出流体歧管8的氧气流道密封连接,壳内输出流体歧管7的冷却液主流道与壳外输出流体歧管8的冷却液流道密封连接,连接接口处均通过密封圈连接。将壳体内部、外部管路分别集成再统一连接,连接方式简单牢固,易拆装维修。

壳外输入流体歧管5、壳外输出流体歧管8与氢气供应系统(未示出)、氧气供应系统9和热管理系统10相互连通形成密闭的流体通路。具体的,壳外输入流体歧管5的氢气流道入口端口和壳外输出流体歧管8的氢气流道出口端口分别与氢气供应系统的管路连通,壳外输入流体歧管5的氧气流道入口端口和壳外输出流体歧管8的氧气流道出口端口分别与氧气供应系统9的管路连通,壳外输入流体歧管5的冷却液流道入口端口和壳外输出流体歧管8的冷却液流道出口端口分别与热管理系统10的管路连通。

在一个优选实施例中,壳内输入流体歧管4与壳外输入流体歧管5在壳体壁面上进行固定连接。具体的,参考图2、3,壳体上设有插接孔1a,壳外输入流体歧管5与壳内输入流体歧管4连接的一端设有与插接孔配合的插接凸台5a,插接凸台5a端部设有第一连接面5b。在连接时,壳外输入流体歧管5的插接凸台5a首先从壳体外侧插入插接孔1a,第一连接面5b在壳体内侧露出后与壳内输入流体歧管4相配合的端面对接,接口处经密封处理后连接。优选地,第一连接面5b上设有密封圈一5d,第一连接面5b与壳内输入流体歧管4相配合的端面对接后用螺栓固连,保证接口处的密封和紧固。

同样的,(图中未示出)壳内输出流体歧管7与壳外输出流体歧管8在壳体壁面上进行固定连接。具体的,壳体上设有插接孔,壳外输出流体歧管8与壳内输出流体歧管7连接的一端设有与插接孔配合的插接凸台,插接凸台端部设有连接面。在连接时,壳外输出流体歧管8的插接凸台首先从壳体外侧插入插接孔,连接面在壳体内侧露出后与壳内输出流体歧管7相配合的端面对接,接口处经密封处理后连接。优选地,连接面上设有密封圈,连接面与壳内输出流体歧管7相配合的端面对接后用螺栓固连,保证接口处的密封和紧固。

在一个优选实施例中,壳内输入流体歧管4与壳外输入流体歧管5的连接位置还设有使连接部位固定在壳体上的定位结构。具体的,参考图2、3,壳外输入流体歧管5设有第二连接面5c,第二连接面5c设置于插接凸台5a外侧,当壳外输入流体歧管5与壳内输入流体歧管4连接时,插接凸台5a插入插接孔1a,第二连接面5c的外形大于插接孔1a的孔径,第二连接面5c被挡在插接孔1a外侧,与插接孔1a周围的壳体外壁面接触并密封连接。优选地,第二连接面5c上设有密封圈二5e,第二连接面5c与壳体外壁面接触后用螺栓固连,保证接口处的密封和紧固。

同样的,(图中未示出),壳内输出流体歧管7与壳外输出流体歧管8的连接位置设有使连接部位固定在壳体上的定位结构。具体的,壳外输出流体歧管8还设有设置于插接凸台外侧的第二连接面,当壳外输出流体歧管8与壳内输出流体歧管7连接时,插接凸台插入插接孔,第二连接面的外形大于插接孔的孔径,第二连接面被挡在插接孔外侧,与插接孔周围的壳体外壁面接触并密封连接。优选地,第二连接面上设有密封圈,第二连接面与壳体外壁面接触后用螺栓固连,保证接口处的密封和紧固。连接处采用密封结构,防止燃料电池壳体进水受潮。

如图4所示,本发明优选实施例的一种燃料电池,包括上述实施例介绍的燃料电池流体歧管结构、燃料电池组2、壳体1、氢/氧供应系统和热管理系统。

燃料电池组由若干燃料电池单体组成。为维持电池的正常运转,须持续供应氢和氧,及时排除反应产物(水)和废热。因此燃料电池需具有氢、氧供应系统和排水、排热系统。本发明中燃料电池具有供应氢气的氢气供应系统(未示出)、供应氧气的氧气供应系统9以及综合控制排水、排热的热管理系统10。

燃料电池单体均具有氢气输入口、空气输入口和冷却液输入口,它们分别与输入转接板3的输入流体分流道孔一一对应连通;燃料电池单体的氢气输出口、氧气输出口和冷却液输出口分别与输出转接板6的输出流体分流道孔一一对应连通。所有连接接口处均通过密封圈连接,保证了管路的密封,提升了电池的整体性能。

壳外输入流体歧管5的氢气流道入口端口和壳外输出流体歧管8的氢气流道出口端口分别与氢气供应系统的管路连通,壳外输入流体歧管5的氧气流道入口端口和壳外输出流体歧管8的氧气流道出口端口分别与氧气供应系统9的管路连通,壳外输入流体歧管5的冷却液流道入口端口和壳外输出流体歧管8的冷却液流道出口端口分别与热管理系统10的管路连通。管路之间的连接处可通过软管对接,达到管路外形可调整的效果。

此外,根据燃料电池安装环境空间结构的要求,壳外管路可通过改变与壳内管路的安装位置来避让其他空间结构。因壳内流体歧管具有在电池一侧贯通的主流道,壳外流体岐管可在壳内流体歧管主流道的任意位置与之连通,而不必只限于上述实施例描述的在壳内流体歧管主流道一端与壳外流体岐管连接。本发明的流体岐管结构设计使壳外输入/输出流体歧管安装位置可调整,电池结构改变更灵活,空间适应性大大提高。

以上所述的密封方式除采用密封圈之外,可以包括粘合剂、硅树脂、橡胶或者氨基甲酸酯等本领域常用技术。

燃料电池工作时,氢气供应系统向负极供给燃料(氢),氧气供应系统向正极供给氧化剂(氧气)。氢、氧从供应系统出发经各自的输入管路、壳外输入流体歧管、壳内输入流体歧管,然后分流进入若干燃料电池单体的氢、氧输入口,在燃料电池单体内进行反应。同时,冷却液从热管理系统出发经冷却液输入管路、壳外输入流体歧管、壳内输入流体歧管,然后分流进入若干燃料电池单体的冷却液输入口,对燃料电池单体的反应过程进行冷却降温。

综上,本发明实施例提供一种燃料电池流体歧管结构,包括输入流体歧管组和输出流体歧管组。输入流体歧管组包括输入转接板、壳内输入流体歧管和壳外输入流体歧管,以上部件顺次以可拆卸的方式密封连接。输出流体歧管组包括输出转接板、壳内输出流体歧管和壳外输出流体歧管,以上部件顺次以可拆卸的方式密封连接。壳内输入流体歧管和壳内输出流体歧管均设有流体主流道和流体分流道口,输入转接板和输出转接板均设有流体分流道孔,流体分流道口与流体分流道孔一一对应密封连接。壳内输入流体歧管和壳内输出流体歧管的流体主流道分别与壳外输入流体歧管和壳外输出流体歧管的流体流道一一对应密封连接。本发明结构的优势在于:

1、壳内输入/输出流体歧管通过与输入/输出转接板连接,整合了燃料电池单体的流体分流路,使壳体内部管路结构更加紧凑合理;流体歧管、燃料电池各管路进出口均采用密封结构,保证了管路的密封,提升了电池的整体性能。

2、壳外输入/输出流体歧管穿过箱体和壳内输入/输出流体歧管进行固定连接和密封,此种结构设计将壳体内部、外部管路分别集成再统一连接,连接方式简单牢固,易拆装维修;连接处采用密封结构,确保了内、外管道结构的连接紧密。

3、当电池组外形收到外部条件约束时,壳外输入/输出流体歧管安装位置可调整,电池结构改变更灵活,空间适应性大大提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

再多了解一些
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