管路连接结构和燃料电池系统的制作方法

1.本公开涉及燃料电池技术领域，具体地，涉及一种管路连接结构和燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池系统在运行时需要外部提供氢气与空气作为反应物在膜电极上发生氧化还原反应从而产生能量。同时燃料电池需要在一个合适的温度下工作才能使膜电极上的催化剂活性达到最大，所以需要冷却液系统，电堆功率低时为系统提升温度，电堆高功率运行时为系统散热。目前多数燃料电池系统的进气管路连接是互相分开，氢气管路、空气管路、冷却管路单独与电堆连接。
3.但是在燃料电池系统处于工作状态下时，氢气管路中的氢气和空气管路中的空气往往无法满足电堆的工作温度要求，从而降低电堆的寿命和功率密度；另外，氢气管路、空气管路以及冷却管路可能因震动而相互碰撞进而出现从电堆上脱离的情况。


技术实现要素：

4.本公开的目的是提供一种管路连接结构和燃料电池系统，该管路连接结构能够提高电堆的寿命和功率密度。
5.为了实现上述目的，本公开提供一种管路连接结构，所述管路连接结构包括：
6.主体管路，用于连通燃料电池系统的冷却液管路和电堆的冷却液入口，且所述主体管路的侧壁上形成有第一入口、第一出口、第二入口以及第二出口，所述第一入口和所述第一出口沿所述主体管路的轴向间隔设置，所述第二入口和所述第二出口沿所述主体管路的轴向间隔设置；
7.第一侧管路，用于连通燃料电池系统的氢气管路和电堆的氢气入口，且所述第一侧管路贯穿所述第一入口和所述第一出口并至少部分的位于所述主体管路内；
8.第二侧管路，用于连通燃料电池系统的空气管路和电堆的空气入口，且所述第二侧管路贯穿所述第二入口和所述第二出口并至少部分地位于所述主体管路内。
9.可选地，所述主体管路包括大管段、第一连接管段、第二连接管段、第一小管段以及第二小管段，所述第一连接管段连接所述大管段的第一端和所述第一小管段，所述第二连接管段连接所述大管段的第二端和所述第二小管段，且所述大管段的管径大于所述第一小管段和所述第二小管段的管径；所述第一入口和所述第二入口均形成于所述第一连接管段上，所述第一出口和所述第二出口均形成于所述第二连接管段上。
10.可选地，所述第一连接管段和所述第二连接管段均构造为喇叭状结构，该喇叭状结构的大径端与所述大管段连接，该喇叭状结构的小径端与所述第一连接管段或所述第二连接管段连接；所述第一入口和所述第一出口沿所述主体管路的轴向相对设置，所述第二入口和所述第二出口沿所述主体管路的轴向相对设置。
11.可选地，所述管路连接结构还包括第一接头、第二接头、第三接头、第四接头、第五接头以及第六接头；
12.所述第一接头设置于所述第一侧管路的第一端以用于与氢气管路连通，所述第二接头设置于所述第一侧管路的第二端以用于与电堆的氢气入口连通；
13.所述第三接头设置于所述主体管路的第一端以用于与冷却液管路连通，所述第四接头设置于所述主体管路的第二端以用于与电堆的冷却液入口连通；
14.所述第五接头设置于所述第二侧管路的第一端以用于与空气管路连通，所述第六接头设置于所述第二侧管路的第二端以用于与电堆的空气入口连通。
15.可选地，所述管路连接结构还包括第一密封结构和第二密封结构，所述第一密封结构用于使所述第一侧管路密封地穿设所述第一入口，所述第二密封结构用于使所述第一侧管路密封地穿设所述第一出口；和/或，
16.所述管路连接结构还包括第三密封结构和第四密封结构，所述第三密封结构用于使所述第二侧管路密封地穿设所述第二入口，所述第四密封结构用于使所述第二侧管路密封地穿设所述第二出口。
17.可选地，所述第一密封结构构造为第一弹性密封圈，所述第二密封结构构造为第二弹性密封圈；所述第一弹性密封圈套设于所述第一侧管路并位于所述第一入口处，所述第二弹性密封圈套设于所述第一侧管路并位于所述第一出口处；和/或，
18.所述第三密封结构构造为第三弹性密封圈，所述第四密封结构构造为第四弹性密封圈，所述第三弹性密封圈套设于所述第二侧管路并位于所述第二入口处，所述第四弹性密封圈套设于所述第二侧管路并位于所述第二出口处。
19.可选地，所述第二侧管路的管径大于所述第一侧管路的管径。
20.可选地，所述主体管路、所述第一侧管路以及所述第二侧管路均由硅胶材料制成。
21.可选地，所述管路连接结构还包括第一流量调节阀、第二流量调节阀以及第三流量调节阀，所述第一流量调节阀设置于所述主体管路以用于调节冷却液的流量，所述第二流量调节阀设置于所述第一侧管路以用于调节氢气的流量；所述第三流量调节阀设置于所述第二侧管路以用于调节空气的流量。
22.本公开还提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括氢气管路、冷却液管路、空气管路、电堆以及所述的管路连接结构，所述第一侧管路连通所述氢气管路和所述电堆的氢气入口，所述主体管路连通所述冷却液管路和所述电堆的冷却液入口，所述第二侧管路连通所述空气管路和所述电堆的空气入口。
23.在上述技术方案中，通过在主体管路的侧壁上形成第一入口和第一出口，并令第一侧管路贯穿第一入口和第一出口且至少部分的位于主体管路内；并且，在主体管路的侧壁上形成第二入口和第二出口，并令第二侧管路贯穿第二入口和第二出口且至少部分地位于主体管路内。此外，主体管路用来输送冷却液，第一侧管路用于输送氢气，第二侧管路用于输送空气，因第一侧管路和第二侧管路均至少部分地位于主体管路内，则主体管路中的冷却液可以有效地对第一侧管路中的氢气和第二侧管路中的空气进行冷却，以满足电堆所需的温度要求，提高电堆的寿命和功率密度。另外，通过将用来输送氢气的第一侧管路和用于输送空气的第二侧管路集成在用来输送冷却液的主体管路上，可以有效地避免各个管路出现相互碰撞的问题，不会发生结构上的干涉，有效地防止管路从电堆上脱离的情况发生。
24.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
26.图1是本公开一种实施方式的管路连接结构的结构示意图；
27.图2是本公开一种实施方式的管路连接结构的主体管路的结构示意图。
28.附图标记说明
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主体管路
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11
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第一入口
[0030]
12
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第一出口
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13
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第二入口
[0031]
14
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第二出口
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101
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大管段
[0032]
102
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第一连接管段
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103
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第二连接管段
[0033]
104
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第一小管段
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105
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第二小管段
[0034]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一侧管路
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第二侧管路
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第一接头
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第二接头
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第三接头
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第四接头
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第五接头
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第六接头
[0038]
10
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第一流量调节阀
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20
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第二流量调节阀
[0039]
30
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第三流量调节阀
具体实施方式
[0040]
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0041]
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指具体结构轮廓的内和外；使用的术语如“第一、第二”等仅是为了区分一个要素和另外一个要素，并不具有顺序性和重要性。
[0042]
如图1和图2所示，本公开提供一种管路连接结构，该管路连接结构包括主体管路1、第一侧管路2以及第二侧管路3。
[0043]
主体管路1用于连通燃料电池系统(未图示)的冷却液管路(未图示)和电堆(未图示)的冷却液入口(未图示)，且主体管路1的侧壁上形成有第一入口11、第一出口12、第二入口13以及第二出口14，第一入口11和第一出口12沿主体管路1的轴向间隔设置，第二入口13和第二出口14沿主体管路1的轴向间隔设置。
[0044]
第一侧管路2用于连通燃料电池系统的氢气管路(未图示)和电堆的氢气入口(未图示)，且第一侧管路2贯穿第一入口11和第一出口12并至少部分地位于主体管路1内。
[0045]
第二侧管路3用于连通燃料电池系统的空气管路(未图示)和电堆的空气入口(未图示)，且第二侧管路3贯穿第二入口13和第二出口14并至少部分地位于主体管路1内。
[0046]
在上述技术方案中，通过在主体管路1的侧壁上形成第一入口11和第一出口12，并令第一侧管路2贯穿第一入口11和第一出口12且至少部分的位于主体管路1内；并且，在主体管路1的侧壁上形成第二入口13和第二出口14，并令第二侧管路3贯穿第二入口13和第二出口14且至少部分地位于主体管路1内。此外，主体管路1用来输送冷却液，第一侧管路2用于输送氢气，第二侧管路3用于输送空气，因第一侧管路2和第二侧管路3均至少部分地位于
主体管路1内，则主体管路1中的冷却液可以有效地对第一侧管路2中的氢气和第二侧管路3中的空气进行冷却，以满足电堆所需的温度要求，提高电堆的寿命和功率密度。另外，通过将用来输送氢气的第一侧管路2和用于输送空气的第二侧管路3集成在用来输送冷却液的主体管路1上，可以有效地避免各个管路出现相互碰撞的问题，不会发生结构上的干涉，有效地防止管路从电堆上脱离的情况发生。
[0047]
参照图2所示，在一种实施方式中，主体管路1包括大管段101、第一连接管段102、第二连接管段103、第一小管段104以及第二小管段105，第一连接管段102连接大管段101的第一端和第一小管段104，第二连接管段103连接大管段101的第二端和第二小管段105，且大管段101的管径大于第一小管段104和第二小管段105的管径；第一入口11和第二入口13均形成于第一连接管段102上，第一出口12和第二出口14均形成于第二连接管段103上。
[0048]
在该实施方式中，该主体管路1包括大管段101、第一小管段104以及第二小管段105，且大管段101的管径大于第一小管段104和第二小管段105的管径，这样，大管段101的内部具有更多的空间用于容纳第一侧管路2和第二侧管路3；另外，第一连接管段102连接大管段101和第一小管段104，第二连接管段103连接大管段101和第二小管段105，因大管段101和小管段的管径不同，则该第一连接管段102和第二连接管段103必然会在径向上延伸，而将入口和出口设置于连接管段上，更便于第一侧管路2和第二侧管路3在主体管路1上的穿设，以使得第一侧管路2和第二侧管路3也能够沿平行于主体管路1的轴向延伸，保证对氢气和空气的有效输送。
[0049]
可选地，参照图1和图2所示，第一连接管段102和第二连接管段103均构造为喇叭状结构，该喇叭状结构的大径端与大管段101连接，该喇叭状结构的小径端与第一连接管段102或第二连接管段103连接；第一入口11和第一出口12沿主体管路1的轴向相对设置，第二入口13和第二出口14沿主体管路1的轴向相对设置。
[0050]
通过将第一连接管段102和第二连接管段103设计为喇叭状结构，便于实现大管段101和小管段之间圆滑地过渡连接，此外，通过使第一入口11和第一出口12沿主体管路1的轴向相对设置，便于第一侧管路2的安装布置；令第二入口13和第二出口14沿主体管路1的轴向相对设置，便于第二侧管路3的安装布置。
[0051]
参照图1所示，管路连接结构还包括第一接头4、第二接头5、第三接头6、第四接头7、第五接头8以及第六接头9；第一接头4设置于第一侧管路2的第一端以用于与氢气管路连通，第二接头5设置于第一侧管路2的第二端以用于与电堆的氢气入口连通；第三接头6设置于主体管路1的第一端以用于与冷却液管路连通，第四接头7设置于主体管路1的第二端以用于与电堆的冷却液入口连通；第五接头8设置于第二侧管路3的第一端以用于与空气管路连通，第六接头9设置于第二侧管路3的第二端以用于与电堆的空气入口连通。通过设置上述的多个接头便于该管路连接结构与电堆和氢气管路、冷却液管路以及空气管路的连通，提高连接的便利性。
[0052]
在其他的实施方式中，管路连接结构还包括第一密封结构(未图示)和第二密封结构(未图示)，第一密封结构用于使第一侧管路2密封地穿设第一入口11，第二密封结构用于使第一侧管路2密封地穿设第一出口12；和/或，管路连接结构还包括第三密封结构和第四密封结构，第三密封结构用于使第二侧管路3密封地穿设第二入口13，第四密封结构用于使第二侧管路3密封地穿设第二出口14。
[0053]
利用设置的第一密封结构和第二密封结构可以有效地提高第一侧管路2与主体管路1之间连接的密封性；和/或，利用设置的第三密封结构和第四密封结构可以有效地提高第二侧管路3与主体管路1之间连接的密封性。
[0054]
可选地，第一密封结构构造为第一弹性密封圈，第二密封结构构造为第二弹性密封圈；第一弹性密封圈套设于第一侧管路2并位于第一入口11处，第二弹性密封圈套设于第一侧管路2并位于第一出口12处；和/或，第三密封结构构造为第三弹性密封圈，第四密封结构构造为第四弹性密封圈，第三弹性密封圈套设于第二侧管路3并位于第二入口13处，第四弹性密封圈套设于第二侧管路3并位于第二出口14处。
[0055]
也即，在该实施方式中，将密封结构设置为弹性密封圈，便于安装布置的同时还能够有效地降低密封的成本。但是，本公开并不对该密封结构的具体结构形式作限定。
[0056]
第二侧管路3的管径大于第一侧管路2的管径，从而满足电堆对氢气和空气不同的流量需求。
[0057]
在一种可能的实施方式中，主体管路1、第一侧管路2以及第二侧管路3均由硅胶材料制成，质量轻、化学稳定性强且成本低廉。当然，本公开并不对该主体管路1、第一侧管路2以及第二侧管路3的具体材质作限定。
[0058]
参照图1所示，管路连接结构还包括第一流量调节阀10、第二流量调节阀20以及第三流量调节阀30，第一流量调节阀10设置于主体管路1以用于调节冷却液的流量，第二流量调节阀20设置于第一侧管路2以用于调节氢气的流量；第三流量调节阀30设置于第二侧管路3以用于调节空气的流量。通过将流量调节阀集成在该管路连接结构上，可以更有效地对各个管路中的气体或者冷却液流入电堆的流量进行调控。
[0059]
本公开还提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括氢气管路、冷却液管路、空气管路、电堆以及上述的管路连接结构，第一侧管路2连通氢气管路和电堆的氢气入口，主体管路1连通冷却液管路和电堆的冷却液入口，第二侧管路3连通空气管路和电堆的空气入口。
[0060]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0061]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0062]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。