一种调节燃料电池发动机操作温度的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种调节燃料电池发动机操作温度的装置，其具有驱动电机及温度调节阀，前述温度调节阀具有阀体，前述阀体具有内部空腔的结构，包括第一进液口，自水泵出口或电堆模块出口流出的冷却液通过前述第一进液口进入前述阀体内部空腔，第一出液口，第一出液口进入阀体内部空腔的冷却液通过前述第一出液口进入前述散热器内，以及第二出液口，阀体内部空腔的冷却液通过第二出液口进入水泵内或电堆模块内；以及置于前述阀体内部空腔内并能够随着驱动电机的驱动，在前述空腔内旋转的阀芯，其包括第一通孔、第二通孔及与第三通孔。本实用新型具有阻力小、结构简单、安全可靠、响应迅速、控制精度高、运行效率及寿命高、适应性更广等优点。
【专利说明】
一种调节燃料电池发动机操作温度的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及质子交换膜燃料电池发动机领域，具体的说是涉及一种车、船用质子交换膜燃料电池发动机系统操作温度的装置。
【背景技术】
[0002]质子交换膜燃料发动机系统是一种通过电化学反应将燃料(通常是氢气或甲醇)中的化学能直接转换成电能的发电装置。与传统的发电装置不同，质子交换膜燃料发动机系统不需将燃料中的化学能先转换成热能，然后再转换成电能。因此，其与传统的发电装置相比燃料电池具有能量转换效率高，无污染物排放的显著优点。
[0003]对各种燃料电池来说，都存在一个最佳的工作温度，工作温度的选择必须基于燃料电池系统，适当地提高质子交换膜燃料发动机的操作温度，可以提高系统效率。但是目前，质子交换膜燃料电池发动机尤其是车、船用燃料电池发动机系统采用的温度调节装置普遍采用改进的车用节温器。
[0004]但是采用改进的车用节温器，则存在如下:
[0005](I)非针对燃料电池发动机系统开发，温度控制精度无法得到保证；
[0006](2)工其作过程中大小循环交替，易引起温度和压力震荡；
[0007](3)车用节温器依靠石蜡的热胀冷缩驱动，响应时间慢；
[0008](4)只能满足固定温度点的使用；
[0009](5)车用节温器中的石蜡有泄漏风险，污染冷却剂。
【发明内容】
[0010]鉴于已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是要提供一种燃料电池发动机用调温装置，该调温装置是根据燃料电池，特别是质子交换膜燃料电池发动机的特点及车、船用使用条件而设计的，且具有阻力小、结构简单、安全可靠、响应迅速、控制精度高、适应性更广等优点。
[0011 ]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案:
[0012]—种调节燃料电池发动机操作温度的装置，其组装于至少具有电堆冷却路及发动机的燃料电池系统中，以调节前述发动机的操作温度，且前述电堆冷却路包括散热器、水栗及电堆模块，其特征在于:
[0013]前述装置具有驱动电机及温度调节阀，前述温度调节阀具有组装于电堆冷却路上的阀体，前述阀体具有内部空腔的结构，前述阀体包括第一进液口，自水栗出口或电堆模块出口流出的冷却液通过前述第一进液口进入前述阀体内部空腔;第一出液口，第一出液口与散热器入口相连接，进入前述阀体内部空腔的冷却液通过前述第一出液口进入前述散热器内；以及第二出液口，前述第二出液口分别与散热器出口、电堆模块入口或水栗入口连接，前述阀体内部空腔的冷却液通过前述第二出液口进入电堆模块内或水栗内；前述温度调节阀还具有置于前述阀体内部空腔内并能够随着驱动电机的驱动，在前述阀体内部空腔内旋转的阀芯，前述阀芯具有三通结构，包括与前述第一进液口相匹配的第一通孔、与前述第一出液口相匹配的第二通孔及与前述第二出液口相匹配的第三通孔，且前述第二通孔及第三通孔的中心轴线相互交错。
[0014]进一步的，前述阀芯通过端盖固定于前述阀体上。
[0015]进一步的，前述第二通孔及第三通孔的中心轴线相互垂直。
[0016]进一步的，前述第一出液口的口径大于前述第二出液口的口径。
[0017]进一步的，前述驱动电机采用步进式电机或直流伺服电机。
[0018]进一步的，前述装置采用不锈钢、铝合金或工程塑料任意一种材料制作而成。
[0019]进一步的，前述阀芯与阀体间采用间隙配合结构。
[0020]与现有技术相比，本实用新型的有益效果:
[0021]本实用新型适用于调节燃料电池发动机冷却系统(电堆冷却路)的操作温度，尤其是车、船用质子交换膜燃料电池发动机系统的操作温度;其实现燃料电池发动机系统的低温启动，且具有阻力小、结构简单、安全可靠、响应迅速、控制精度高、运行效率及寿命高、适应性更广等优点。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型所述调节燃料电池发动机操作温度的装置的结构示意图；
[0023]图2为本实用新型小循环开启状态剖视图及半剖图对照图；
[0024]图3为本实用新型大循环开启状态半剖图；
[0025]图4为本实用新型大循环小循环混流状态半剖图；
[0026]图5a为本实用新型布设结构示意图1;
[0027]图5b为本实用新型布设结构示意图1I。
[0028]图中:1、驱动电机，2、端盖，3、阀芯，31、第一通孔，32、第二通孔，33、第三通孔，4、
阀体，41、第一进液口，42、第一出液口，43、第二出液口，5、密封垫。
【具体实施方式】
[0029]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0030]首先对现有燃料电池所用的节温器进行简单说明，节温器(thermostat)是根据冷却液/水温度的高低自动调节进入散热器的水量，通过改变水的循环范围，以调节冷却系统的散热能力，从而达到保证发动机在合适的温度范围内工作的目的。其具体安装位置由具体电堆冷却路构成结构决定，若是采用电堆模块出口连接水栗入口，水栗出口连接散热器入口，散热器出口连接电堆模块入口，则节温器多安装于电堆冷却路的水栗出口；若采用电堆模块出口连接散热器入口，散热器出口连接水栗入口，水栗出口连接电堆模块入口，则节温器多安装于电堆冷却路的电堆模块出口。
[0031]同时节温器多采用蜡式节温器，其原理为:当冷却温度低于规定值时，节温器感温体内的精致石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器之间的通道，冷却液经水栗返回发动机，进行发动机内小循环；当冷却液温度达到规定值后，石蜡开始融化逐渐变为液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩。在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力，推杆对阀门有向下的反推力使阀门开启。这时冷却液经由散热器和节温器阀，再经水栗流回发动机，进行大循环。尽管蜡式节温器能满足车用温控装置的使用需求，但是由于其存在在工作时经常开闭，易产生振荡的缺陷，因此节温器并不能有效应用于调节燃料电池电堆冷却路的操作温度。
[0032]基于上述缺陷，本实用新型设计了一种能够调节燃料电池发动机操作温度的装置，其能够有效满足子交换膜燃料电池发动机的特点及车、船用使用条件。
[0033]如图1-图4所示，该装置包括驱动电机1、端盖2、以及由阀芯3、阀体4组成的温度调节阀；
[0034]驱动电机I与所述阀芯3相连接，用于驱动阀芯3在阀体4内部空腔内进行旋转运动，并与阀体4相互配合完成对阀芯的导向及限位，其中所述驱动电机可选步进式电机或直流伺服电机；
[0035]端盖2通过紧固件，如螺栓结构将阀芯3固定于阀体4上，且在端盖2与阀体4之间设置多个密封垫5，以保证密封效果，如图2所示。
[0036]温度调节阀，安装方式与燃料电池系统用节温器相同，即具体安装位置由具体电堆冷却路(包括散热器、水栗及电堆模块)构成结构决定，若是采用电堆模块出口连接水栗入口，水栗出口连接散热器入口，散热器出口连接电堆模块入口，则温度调节阀安装于电堆冷却路的水栗出口；若采用电堆模块出口连接散热器入口，散热器出口连接水栗入口，水栗出口连接电堆模块入口，则温度调节阀安装于电堆冷却路的电堆模块出口，如图5a、图5b所不O
[0037]下面以温度调节阀安装于电堆冷却路的水栗出口为实施例一进行说明:
[0038]组装于电堆冷却路上的阀体4，前述阀体具有内部空腔的结构，以容纳阀芯3;前述阀体包括第一进液口 41，自水栗出口流出的冷却液通过前述第一进液口 41进入前述阀体内部空腔;第一出液口 42，第一出液口 42与散热器入口相连接，进入前述阀体内部空腔的冷却液通过前述第一出液口 42进入前述散热器内，以及第二出液口 43，前述第二出液口 43通过三通阀(图中未示出)分别与散热器出口、电堆模块入口连接，前述阀体内部空腔的冷却液通过前述第二出液口进入电堆模块内；前述温度调节阀还具有置于前述阀体内部空腔内并能够随着驱动电机I的驱动，在前述阀体内部空腔内旋转的阀芯3，前述阀芯3具有三通结构，包括与前述第一进液口41相匹配的第一通孔31、与前述第一出液口42相匹配的第二通孔32及与前述第二出液口 43相匹配的第三通孔33，且前述第二通孔32及第三通孔33的中心轴线相互垂直;为尽快达到和维持设定的燃料电池工作温度，降低进入电堆的冷却剂压力和温度震荡，通过驱动电机驱动阀芯，控制阀芯3在阀体4内旋转并能够调整旋转角度，以控制第一出液口与其相匹配的第二通孔的连通或封闭以及第二出液口与其相匹配的第三通孔的连通或封闭，进而实现冷却剂小循环流动、大循环流动或大循环小循环混流过程。
[0039]进一步的，前述第一出液口42的口径大于前述第二出液口 43的口径，其中第一出液口用于实现大循环过程;第二出液口用于实现小循环过程。且该装置的安装位置(位于电堆冷却路的水栗出口的位置)及角度均无任何限制。
[0040]进一步的，前述装置采用不锈钢材料制作而成。
[0041]进一步的，前述阀芯与阀体间采用间隙配合结构，以方便阀芯3在阀体4内旋转运动。
[0042]前述装置采用不锈钢、铝合金或工程塑料任意一种材料制作而成。
[0043]下面以温度调节阀安装于电堆冷却路的电堆模块出口为实施例二进行说明:
[0044]组装于电堆冷却路上的阀体4，前述阀体具有内部空腔的结构，以容纳阀芯3;前述阀体包括第一进液口 41，自堆模块出口流出的冷却液通过前述第一进液口进入前述阀体内部空腔;第一出液口 42，第一出液口与散热器入口相连接，进入前述阀体内部空腔的冷却液通过前述第一出液口进入前述散热器内，以及第二出液口 43，前述第二出液口通过三通阀(图中未示出)分别与散热器出口、水栗入口连接，前述阀体内部空腔的冷却液通过前述第二出液口进入水栗内；前述温度调节阀还具有置于前述阀体内部空腔内并能够随着驱动电机的驱动，在前述阀体内部空腔内旋转的阀芯3，前述阀芯具有三通结构，包括与前述第一进液口相匹配的第一通孔31、与前述第一出液口相匹配的第二通孔32及与前述第二出液口相匹配的第三通孔33，且前述第二通孔及第三通孔的中心轴线相互交错;为尽快达到和维持设定的燃料电池工作温度，降低进入电堆的冷却剂压力和温度震荡，通过驱动电机驱动阀芯，控制阀芯3在阀体4内旋转并能够调整旋转角度，以控制第一出液口与其相匹配的第二通孔的连通或封闭以及第二出液口与其相匹配的第三通孔的连通或封闭，进而实现冷却剂小循环流动、大循环流动或大循环小循环混流过程。
[0045]进一步，所述阀芯为圆柱形阀芯。
[0046]以上前述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种调节燃料电池发动机操作温度的装置，其组装于至少具有电堆冷却路及发动机的燃料电池系统中，以调节前述发动机的操作温度，且前述电堆冷却路包括散热器、水栗及电堆模块，其特征在于: 前述装置具有驱动电机及温度调节阀，前述温度调节阀具有组装于电堆冷却路上的阀体，前述阀体具有内部空腔的结构，前述阀体包括第一进液口，自水栗出口或电堆模块出口流出的冷却液通过前述第一进液口进入前述阀体内部空腔;第一出液口，第一出液口与散热器入口相连接，进入前述阀体内部空腔的冷却液通过前述第一出液口进入前述散热器内；以及第二出液口，前述第二出液口分别与散热器出口、电堆模块入口或水栗入口连接，前述阀体内部空腔的冷却液通过前述第二出液口进入电堆模块内或水栗内；前述温度调节阀还具有置于前述阀体内部空腔内并能够随着驱动电机的驱动，在前述阀体内部空腔内旋转的阀芯，前述阀芯具有三通结构，包括与前述第一进液口相匹配的第一通孔、与前述第一出液口相匹配的第二通孔及与前述第二出液口相匹配的第三通孔，且前述第二通孔及第三通孔的中心轴线相互交错。2.根据权利要求1所述的调节燃料电池发动机操作温度的装置，其特征在于: 前述阀芯与阀体之间采用间隙配合。3.根据权利要求1所述的调节燃料电池发动机操作温度的装置，其特征在于: 前述阀芯通过端盖固定于前述阀体上。4.根据权利要求1所述的调节燃料电池发动机操作温度的装置，其特征在于: 前述驱动电机采用步进式电机或直流伺服电机。5.根据权利要求1所述的调节燃料电池发动机操作温度的装置，其特征在于: 前述第一出液口的口径大于前述第二出液口的口径。6.根据权利要求1所述的调节燃料电池发动机操作温度的装置，其特征在于: 前述第二通孔及第三通孔的中心轴线相互垂直。7.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的调节燃料电池发动机操作温度的装置，其特征在于: 前述装置采用不锈钢、铝合金或工程塑料任意一种材料制作而成。
【文档编号】H01M8/04701GK205508945SQ201620296242
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】刘琳涵
【申请人】刘琳涵