本公开涉及一种氢供应阀与氢切断阀的连接结构，该连接结构可设置在可安装燃料电池系统的车辆的氢供应系统内。具体地，本公开涉及一种连接结构，在该连接结构中，能够容纳氢供应阀的保持器以悬臂形式延伸以容纳氢切断阀，且氢供应阀与氢切断阀之间的一个预定点处形成有断裂部以当受到震动时通过切断断裂部来防止氢从氢供应阀和氢切断阀泄漏的危险情况发生。
背景技术：
一般而言，燃料电池系统配置成包括产生电能的燃料电池堆、向燃料电池堆提供燃料(氢)的燃料供应系统、向燃料电池堆提供空气(其为电化学反应所需的氧化剂)的空气供应系统、控制燃料电池堆的操作温度的热量和水管理系统，等。
设置在燃料供应系统(即氢供应系统)中的高压容器(氢容器)内存储有压力为大约700巴的高压压缩氢，根据氢容器入口上安装的高压控制器的开/关将储存的压缩氢排放至高压管路，然后经启动阀和氢供应阀减压后提供给燃料电池堆。
在这种情况下，当详细描述燃料电池系统的高压容器(替代地，存储容器)与电池堆之间的组件时，可形成阀组件，包括调节器、氢切断阀和氢供应阀，和氢可流动通过的管道，以及装配管道的多个点。沿组件流动的氢的气密性能是与氢供应系统(进一步地，与整个燃料电池系统)的安全性关联的最重要的性能之一。因此，为了沿管道流动的高压氢的安全，可在燃料电池系统的氢供应管路中的调节器与氢供应阀之间设置氢切断阀。
为了防止氢泄漏并使氢脆性(brittleness)最小化，燃料电池系统的氢供应系统制造成接近刚性体。因此，当由于事故等受到外部震动时，意想不到的部分可能会损坏。事故发生时，大部分组件被损坏，因此需要更换组件。具体而言，当氢供应系统的管道和电池堆歧管损坏时，要移除车体的整个传动系模块或整个下部组件，并因此需要更换组件，结果是可产生过度的修理成本。进一步地，由于氢可从已损坏的氢供应系统管道和电池堆歧管泄漏，因此还存在发生二次损坏(例如，火灾等)的担忧。
在背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对背景技术的理解，因此可包括不构成对本国的本领域普通技术人员而言已公知的现有技术的信息。
技术实现要素：
本公开致力于解决与上述现有技术关联的问题。
因此，本公开提供了一种氢供应阀与氢切断阀的连接结构，该连接结构可在车辆受到外部震动或负载时使氢供应系统管道的损坏最小化并防止氢泄漏，提供连接/关联结构可当安装有燃料电池系统的车辆外部受到强烈震动(事故等)时使氢供应阀与氢切断阀之间发生断裂。
一方面，本公开提供了一种燃料电池系统，包括氢切断阀和与氢切断阀连接的氢供应阀，具体而言该燃料电池系统包括：能够容纳氢供应阀的驱动单元以及氢切断阀的驱动单元中的任一个单元的保持器，其中，保持器包括断裂部，断裂部可在氢供应阀与氢切断阀之间的一个点处形成，且氢供应阀和氢切断阀的任一个可紧固至保持器的一个延伸端部以与容纳于保持器内的阀的类型对应，且当断裂部因外部震动切断时，氢切断阀与氢供应阀彼此断开连接。
在一个优选实施方式中，保持器的一个延伸端部可具有悬臂形状。
在另一个优选实施方式中，保持器的一个延伸端部可具有形形状，其中心部分是空的。
在又一个优选实施方式中，氢切断阀、氢供应阀和保持器可附接在燃料电池系统的电池堆歧管的一个表面上。
在又一个优选实施方式中，氢供应阀的下端可与电池堆连通。
在又一个优选实施方式中，保持器可设置在燃料电池系统的电池堆的上端。
在进一步优选的实施方式中，氢切断阀或氢供应阀的一端引入连通的相对的阀内，如上所述。
在另一个进一步优选的实施方式中，燃料电池系统可还包括O形环，O形环可设置在如上所述连通的相对的阀的一区域的一个点处，氢切断阀或氢供应阀的一端引入相对的阀内。
在又一个进一步优选的实施方式中，氢切断阀可通过螺纹件紧固至保持器，且螺纹件的紧固方向可与重力方向平行。
在又一个进一步优选的实施方式中，燃料电池系统还可包括O形环，O形环可设置在一区域的一端上，氢切断阀在该区域的该端上插入保持器内，其中，氢切断阀可通过螺纹件紧固至保持器，且螺纹件的紧固方向和O形环形成的平面可彼此不相交且可彼此平行。
在又一个优选实施方式中，可在断裂部的中心处形成连接氢切断阀和氢供应阀的流动路径。
在又一个进一步优选的实施方式中，断裂部上可形成凹口。
本公开通过用于解决问题的方法提供了以下效果。
根据本公开，当从外部震动在预定高度或更高处时，断裂部被破坏，因此氢切断阀与氢供应阀彼此分离，将连接至高压容器的管道和连接至电池堆歧管的管道密封。
根据本公开，可通过密封每一个管道防止氢泄漏，因此可防止因氢泄漏而导致二次危险情况发生，包括火灾、爆炸等。
根据本公开，由于氢供应阀与氢切断阀彼此切断，因此氢供应系统的从高压容器连接的管道以及氢供应系统的连接至电池堆歧管的管道彼此分离。因此，尽管电池堆歧管因震动而下垂，但是对氢供应系统的从高压容器和氢切断阀连接的管道的损害可最小化。
以下将讨论本发明的其它方面和优选实施方式。
应理解，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它相似术语通常包括机动车辆，例如载人汽车(包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆)、船舶(包括各种船和舰)、飞机等，且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代燃料车辆(例如，从除石油之外的资源获得的燃料)。如本文所述，混合动力车辆为具有两种或更多种动力源，例如汽油动力车辆和电动车辆。
以下将讨论本发明的上述和其它特征。
附图说明
现在将参考附图所图示的本公开的某些示例性实施方式详细描述本公开的上述以及其它特征，以下所提供的附图仅仅是说明性的，因此并不限制本公开，其中：
图1是示出本公开的包括氢供应阀和氢切断阀的燃料电池系统的各组件间的连接关系的实施方式的示图。
图2是示出本公开的氢切断阀紧固至容纳氢供应阀的保持器的实施方式。
图3是示出作为本公开的实施方式的氢切断阀和保持器可紧固至彼此的实施方式。
图4是示出根据本公开的实施方式的从侧面观察时保持器附接至电池堆歧管一侧的状态的示图。
图5是示出根据本公开的实施方式的从正面观察时保持器附接至电池堆歧管一侧的状态的示图。
图6是示出作为本公开的实施方式的在氢切断阀和氢供应阀容纳在保持器内的状态下可形成断裂部的点的示图。
附图中列出的附图标记包括以下在下文将进一步讨论的元件的标记。
100:能够容纳氢切断阀和氢供应阀的保持器
110:保持器的断裂部
120:保持器的流动路径
200:O形环
应理解，附图并不一定按照比例绘制，只是给出对说明本发明的基本原理的各种优选特征的某种程度的简化表示。本文所公开的本公开的具体设计特征，包括例如具体尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定预期应用和使用环境确定。
在附图中，附图标记在所有附图中指示本公开的相同或等效部件。
具体实施方式
下面将详细参考本公开的各种实施方式，其实例在附图中示出并在下文中进行了描述。虽然将结合示例性实施方式描述本发明，但应理解本描述并非意在将本发明限制于那些示例性实施方式。相反，本发明不仅意在涵盖示例性实施方式，而且还意在涵盖所附权利要求中限定的本发明的精神和范围内包括的各种替代方案、修改、等同物以及其它实施方式。
说明书中公开的术语，包括“部件”、“单元”、“模块”等是指处理至少一个功能或操作且可通过硬件或软件或硬件和软件的组合来实现的单元。
安装在车辆上的燃料电池系统一般可构造成包括产生电能的燃料电池堆、向燃料电池堆提供燃料(氢)的燃料供应装置、向燃料电池堆提供空气中的氧气(其为电化学反应所需的氧化剂)的空气供应装置、将燃料电池堆的反应热转移至外部并控制燃料电池堆的操作温度的冷却系统，和能够打开/关闭燃料电池系统内设置的多个阀的控制单元。
燃料电池系统内的产生电力的电池堆的一端可形成有歧管。燃料电池堆的歧管(电池堆歧管)可用作电池堆支架和流动路径构件，反应前后的气体和冷却水可通过流动路径构件在燃料电池内流动或从燃料电池排出。详细而言，电池堆歧管支撑或包括电池堆端板，且可用于向电池堆提供或分配水、空气和/或氢。
图1是示出根据本公开的实施方式的燃料电池系统的各组件间的连接关系的示图。参考图1，容纳氢的高压容器可作为燃料存储容器存在于氢燃料供应系统内。氢可优选作为燃料容纳在高压容器内，且高压容器内可存储约为700巴的高压氢。
根据图1，根据本公开的燃料电池系统的控制单元电连接至氢供应阀、氢切断阀、净化阀和排放阀，以通过信号和通信控制每一个阀的打开和/或关闭。此外，控制单元甚至与电池堆连接以接收电池堆的状态信息，例如电池堆的电压、电流和温度。
对本领域的技术人员而言显而易见的是，作为燃料电池系统的一个组件，调节器可使高压容器内容纳的高压氢减压，并将减压氢提供至调节器的后端。此外，喷射器、电池堆、净化阀、聚水器(water trap)和排放阀同样是燃料电池系统的对本领域的技术人员而言显而易见的组件，由于一般会使用这些组件，因此以下将省略对这些组件进行详细描述。
转至图1，氢供应系统的管道示为处于高压容器与电池堆之间，且氢可沿氢供应系统的管道从高压容器流动至电池堆。调节器、氢切断阀和氢供应阀可定位在氢供应系统上。在根据本公开的实施方式的氢供应系统的组件的布置顺序中，可根据组件放置得靠近高压容器的顺序，将调节器、氢切断阀和氢供应阀按顺序放置在氢供应系统上。即，氢切断阀可设置在调节器与氢供应阀之间的氢供应管路的一个点处。
燃料电池系统组装后可通过使用与一般发动机相似的安装支架和/或套管安装到燃料电池车辆上。进一步地，氢供应系统的管道可以各个国家的相应规章规定的预定间隔组装至车体。氢供应系统的管道可通过使用燃料电池系统内的装配或快速连接(单触装配)结构与氢切断阀紧固在一起。
同时，根据本公开的实施方式的氢供应阀可以是常闭(NC)型阀。氢供应阀可形成为包括驱动单元。氢供应阀的驱动单元可控制提供给电池堆以及高压容器内形成的容器内调节器或可设置在从高压容器延伸的流动路径上的调节器的氢的量。氢供应阀可优选由电磁阀构造而成，电磁阀可由电磁体驱动。氢供应阀可主要进行反馈控制以通过比较阳极压力与氢供应管路的压力来控制氢供应量。详细而言，控制单元接收阳极压力，阳极压力由阳极压力传感器测量，且当测量的阳极压力低于阳极目标压力时，控制单元可增大施加至氢供应阀的电流的量(duty)。因此，氢供应阀的打开程度受到控制，且因此可控制供应的氢量。当感测到车辆内发生错误时，例如当氢供应阀受到氢供应阀可承受的最大外力或更大的外力(例如车辆发生事故)等时，氢供应阀可自动关闭且氢供应阀的前端与后端之间的氢流可被切断。
同时，根据本公开的实施方式的氢切断阀可以是常闭(NC)型阀。根据本公开的氢切断阀可设置在氢供应系统的管道上，其从高压容器的氢入口/出口的一端延伸。氢切断阀可以是用于在紧急情况下切断可从高压容器排出的氢的阀。因此，在平时，即当正常驾驶车辆而未出现问题时，车辆可保持打开状态。然而，当车辆因外部原因(包括碰撞、事故等)受到预定标准或更高的外力时，氢切断阀可关闭以切断氢从高压容器泄漏。详细而言，当受到强度大于车辆氢供应系统的管道可承受的外力时，且因此发生氢供应系统管道可被损坏的程度的碰撞或事故时，氢切断阀自动关闭以限制氢切断阀的前端与后端之间的氢流。
以下将参考图2至图6描述包括氢供应阀和氢切断阀的燃料电池系统的氢供应系统的结构和连接关系。
图2是示出根据本公开的实施方式的氢供应阀与氢切断阀的连接结构的示图。根据图2，在本公开中，可示出用于容纳氢供应阀和氢切断阀的保持器100。
保持器100可分为可容纳氢供应阀或氢切断阀的一个区域和从所述一个区域延伸的另一个区域。详细而言，氢供应阀的驱动单元或氢切断阀的驱动单元可容纳在所述一个区域内，而与容纳在所述一个区域内的阀对应的阀可紧固至另一个区域。详细而言，阀可通过螺纹件紧固至保持器100的另一个区域。
即，在本公开中，当氢供应阀容纳在保持器100内时，氢切断阀可紧固在从保持器100延伸的另一个区域内以与其对应。类似地，当氢切断阀容纳在保持器100内时，氢供应阀可紧固在从保持器100延伸的另一个区域内以与其对应。此外，可紧固至具有横梁形状(beam shape)的另一个区域的氢供应阀或氢切断阀可紧固至保持器100的以横梁形状延伸的另一个区域的上侧或下侧。
因此，作为本公开的各种实施方式，可考虑氢切断阀紧固至保持器100的以横梁形状延伸的另一个区域的上侧或下侧的情况，在保持器中氢供应阀容纳在保持器100的所述一个区域内；氢供应阀紧固至保持器100的以横梁形状延伸的另一个区域的上侧或下侧的情况，在保持器中氢切断阀容纳在所述一个区域内，等。
保持器100的一个区域的下端形成有可从再循环鼓风机或聚水器连接的流动路径120，氢供应阀定位在所述一个区域的下端。因此，形成于保持器100的所述一个区域下端的流动路径120可与氢供应阀的内部连接。
本公开的氢供应阀可通过形成于一端的流动路径与电池堆连接。此外，氢供应阀与氢切断阀之间可存在连接氢切断阀和氢供应阀的流动路径。详细而言，流动路径120形成于保持器100的位于氢供应阀与氢切断阀之间的中心处，以连接氢供应阀和氢切断阀。即，位于保持器100的中心处的流动路径120可将从高压容器排出的氢从氢切断阀提供或移动至氢供应阀。
同时，保持器100的容纳氢切断阀的另一个区域可以悬臂形式形成于保持器100内。即，保持器100的另一个区域可形成横梁形状，该横梁形状的下端无单独的支撑构件。
再参考图2，根据本公开的优选实施方式，保持器100的另一个区域的宽度可小于保持器100的所述一个区域的宽度。优选地，保持器100的另一个区域可形成为以预定宽度从保持器100的所述一个区域的两个短方向端点在保持器100的长方向上延伸。总之，保持器100的另一个区域可形成为形形状。在这种情况下，保持器100的另一个区域的中心部分可以是中空的。此外，可控制氢切断阀的下部尺寸以与保持器100的另一个形形状的中空部分的尺寸对应。此外，螺纹件孔等可安装在保持器100的另一个区域。因此，可使容纳的氢切断阀与保持器100的另一个区域的中空尺寸对应，且阀的外周边或氢切断阀的支架可通过螺纹件紧固至保持器100。进一步地，可通过去掉另一个区域的一部分将另一个区域构造成形形状。此外，与此相反，另一个区域可在氢切断阀内构造成形或形形状。
图3是示出氢切断阀和氢供应阀可连接在保持器100内的各种实施方式的示图。参考图3，氢切断阀内的流动路径的一端可插入流动路径120内，流动路径120可形成于保持器100内的氢切断阀与氢供应阀之间。即，氢切断阀的氢流动路径的直径可小于可形成于保持器100内的流动路径120的直径，且氢切断阀的流动路径可插入保持器100的流动路径120。
可在氢切断阀的流动路径与保持器100内形成的流动路径120之间放置O形环200。O形环200可防止氢切断阀和氢供应阀的连接部分处发生氢泄漏。
同时，应注意，氢切断阀的氢流动路径需以一定角度插入保持器100的流动路径120内，以在悬臂梁断裂时释放对氢切断阀的流动路径与保持器100的流动路径120之间的密封部分的紧固。
当直接将氢切断阀和/或氢供应阀固定成与梁结构和断裂部110隔开，且固定阀的螺纹件的方向为竖直方向至重力方向时，需损坏固定两个阀的螺纹件以在位于氢供应阀与氢切断阀之间的边界表面处切断氢供应阀和氢切断阀。因此，在这种情况下，当使用预先设计的专用螺纹件时，可预期通过具有预定外力或更大外力的震动实现仅损坏螺纹件的效果。因此，在本公开的一个优选实施方式中，氢切断阀和/或氢供应阀通过螺纹件紧固至保持器100的方向可与重力方向平行。
参考图3，在情况1中，虽然氢切断阀和保持器100具有优良的耦接性能，但当断裂部110断裂时，将氢切断阀与保持器100彼此分离可能会比较困难。在情况2中，作为本公开的一个优选实施方式，当断裂部110受外力切断而氢切断阀和保持器100通过O形环200固定时，很容易将氢切断阀与保持器100分离。即，在本公开的一个优选实施方式中，氢切断阀引入或插入保持器100的流动路径120内的长度可与密封构件(例如O形环200等)的宽度一样大。进一步地，根据本公开的实施方式，氢供应阀的一端可引入氢切断阀内，而氢切断阀的一端可引入氢供应阀内。
同时，图4和图5是示出本公开中包括氢供应阀和氢切断阀的结构紧固电池堆(详细而言，紧固至电池堆歧管)的状态的示图。参考图4和图5，在本公开中，氢供应阀的一个表面上可形成可附接至电池堆的区域。详细而言，虽然氢供应阀和氢切断阀紧固至保持器100，但可在同一表面上形成用于附接至电池堆的区域。在本公开中，氢切断阀可放置在氢供应阀的作为保持器100的一部分的梁上，详细而言氢供应阀与电池堆歧管紧固在一起以连接至电池堆的氢供应流动路径。
因此，氢供应阀和氢切断阀可基于电池堆定位在同一表面上，详细而言电池堆歧管和包括氢供应阀和氢切断阀的保持器100可定位在电池堆的上端。在这种情况下，即便整个燃料电池系统都安装在车辆上，但由于可仅分离和更换包括氢供应阀和氢切断阀的保持器100，因此是很有利的。
同时，断裂部110可形成于保持器100上位于氢供应阀与氢切断阀之间的一个点处。根据本公开的实施方式，断裂部110可形成于保持器100的悬臂形梁的起始点处。即，定位在左侧的形形状的纵向(竖直)构件的上部点和下部点可成为保持器100的断裂部110。
断裂部110为可被施加至燃料电池的外部震动破坏的点，且当断裂部110被破坏时，一个保持器100可分成两个或更多个。
由于断裂部110被破坏，保持器100内连接氢供应阀和氢切断阀的流动路径可被切断。因此，在保持器100内，燃料电池系统的氢供应系统可分成两个密封系统，其中一个密封系统包括高压容器、位于高压容器与氢切断阀之间的管道以及氢切断阀，另一个密封系统包括氢供应阀、位于氢供应阀与电池堆之间的管道以及电池堆。
根据本公开的又另一个实施方式，形成保持器100的断裂部分110的区域或点处可形成凹口。详细而言，可变成断裂部110的区域的一个或多个点处可形成凹口。形成凹口后，当受到外部震动时，应力聚集在凹口上，因此形成凹口的点处发生断裂。因此，当形成凹口时，由外力导致的断裂部110的断裂点可更加明确。凹口的尺寸、宽度和深度可根据设计规格可变地进行设计，并根据材料的质量和相应保持器100的强度、可承受的外力以及震动极限进行不同设计。
图6是示出根据本公开的优选实施方式的容纳氢供应阀和氢切断阀的保持器100的示图。更优选地，在图6中，断裂部110可形成于箭头所指示的点处，且外部震动可使保持器100在断裂部110处断裂。
总之，本公开的方面涉及一种保持器，该保持器容纳燃料电池系统的氢供应系统的将彼此相邻的氢切断阀和氢供应阀，更具体地氢切断阀可放置在从保持器的一个或多个点(例如，断裂部)延伸的悬臂上，且如果断裂部被外部震动切断，则氢供应阀和氢切断阀彼此分离。
即，应注意，本公开由于高压容器、从高压容器延伸的管道以及氢切断阀可形成一个填充氢的密封系统，且电池堆、延伸至电池堆的管道以及氢供应阀可形成另一个填充氢的密封系统，因此防止了氢从燃料电池系统的氢供应系统泄漏。
虽然已对本公开的实施方式进行了解释和描述，但本领域的技术人员应理解在不脱离由权利要求描述的本公开的精神的情况下可通过添加、改变、删除组成元件以各种方式对本公开进行修改和改变，且这些修改和变化包括在本公开的权利要求内。
描述本公开的示例性实施方式时，如果已知功能或构造会使本公开的要点不清楚，则将省略对这些已知功能或构造的详细描述。此外，所使用的术语是基于术语在本公开的示例性实施方式中的功能而特别定义的，且可以根据使用者或操作者的意愿或通常习惯而变化。因此，应当基于贯穿本说明书的内容来定义术语。因此，本发明的详细描述并非旨在将本公开限制为所公开的实施方式，而是应解释为所附权利要求还包括其它实施方式。
已参考本发明的优选实施方式详细描述了本发明。然而，本领域中的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可对这些实施方式进行改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。