一种车辆、燃料电池发动机及其多电堆介质分配装置的制作方法

1.本实用新型属于燃料电池发动机技术领域，特别涉及一种车辆、燃料电池发动机及其多电堆介质分配装置。


背景技术：

2.大功率氢燃料电池发动机一般会采用多个电堆，多电堆的结构需要考虑各电堆介质分配的均匀性，并需要对电堆的氢气、空气、冷却液进出口进行温度、压力的检测，因此电堆分配头的设计至关重要。目前多电堆的氢燃料电池发动机一般是将单电堆的氢气、空气和冷却液的进口与出口单独集成，使用多个独立的集成接头，管路、接头、传感器数量较多，布置空间较大，装配效率低，泄漏风险高，且各电堆的介质分配一致性差。
3.因此，如何提高分配头的集成度，实现多功能设计一体化，减少空间占比，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种车辆、燃料电池发动机及其多电堆介质分配装置，提高了分配头的集成度，实现多功能设计一体化，减少空间占比。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多电堆介质分配装置，用于为多个电堆均匀分配空气和冷却液，所述多电堆介质分配装置的内部设置有用于对多个所述电堆中冷却液进行分配的第一流道，以及用于对多个所述电堆中空气进行分配的第二流道；
6.所述多电堆介质分配装置开设有分别用于连通所述第一流道的第一开口和第二开口，所述电堆分配头还开设有分别用于连通所述第二流道的第三开口和第四开口；
7.其中，所述多电堆介质分配装置包括：
8.用于连接多个所述电堆的进口的电堆进口分配头，所述电堆进口分配头的第一开口用于与各所述电堆的进水口连通，第二开口用于通入冷却液，第三开口用于与各所述电堆的进气口连通，第四开口用于通入空气；
9.和/或，用于连接多个所述电堆的出口的电堆出口分配头，所述电堆出口分配头的第一开口用于与各所述电堆的出水口连通，且第二开口用于排出冷却液，第三开口用于与各所述电堆的出气口连通，第四开口用于排出空气。
10.可选的，所述多电堆介质分配装置包括两个相互扣合的分配头半壳体。
11.可选的，所述多电堆介质分配装置的第四开口上设置有用于控制其开闭的电控阀。
12.可选的，所述第二开口设置于所述第一流道的中心位置，和/或，所述第四开口设置于所述第二流道的中心位置。
13.可选的，所述电堆出口分配头还设置有用于连通所述第一流道的冷却液排气口。
14.可选的，所述冷却液排气口设置于所述第一流道的最高处。
15.可选的，还包括分别用于监测通过所述第二开口和所述第四开口的介质参数的传
感器。
16.可选的，所述第一流道和所述第二流道均沿多个所述电堆的高度方向延伸。
17.本方案还提供一种燃料电池发动机，包括多个电堆以及连接多个所述电堆的多电堆介质分配装置，所述多电堆介质分配装置为如上文所述的多电堆介质分配装置。
18.本方案还提供一种车辆，其特征在于，包括如上文所述的燃料电池发动机。
19.本实用新型提供了一种多电堆介质分配装置，其内设有用于分配多电堆中冷却液的第一流道以及用于分配多电堆中空气的第二流道，还设有分别用于连通第一流道的第一开口和第二开口，以及分别用于连通第二流道的第三开口和第四开口。该多电堆介质分配装置包括电堆进口分配头，和/或，电堆出口分配头。电堆进口分配头的第一开口用于与各电堆的进水口连通，第二开口用于通入冷却液，第三开口用于与各电堆的进气口连通，第四开口用于通入空气；电堆出口分配头的第一开口用于与各电堆的出水口连通，且第二开口用于排出冷却液，第三开口用于与各电堆的出气口连通，第四开口用于排出空气。通过多电堆介质分配装置将多电堆的进口及出口接头进行集成，实现多功能设计一体化，空间占比小，可以均匀地为电堆分配介质。
20.本实用新型还提供了一种具有上述多电堆介质分配装置的燃料电池发动机和车辆，因此，其同样具有上述有益效果，此处便不再赘述。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型实施例提供的多电堆介质分配装置和多个电堆连接的结构示意图；
23.图2为图1的多电堆介质分配装置分解图；
24.图3为本实用新型实施例提供的多电堆介质分配装置中电堆进口分配头的结构示意图。
25.上图中：
26.电堆进口分配头1、第一电堆进口分配头a1、第二电堆进口分配头b1、进气电控阀101、进气管接头102、冷却液进口103、空气进气口104、上电堆进水口105、下电堆进水口106、上电堆进气口107、下电堆进气口108、第一流道d1、第二流道d2；
27.电堆出口分配头2、第一电堆出口分配头a2、第二电堆出口分配头b2、排气电控阀201、排气管接头202、冷却液排气口203、冷却液出口204、空气出气口205；
28.上电堆3、下电堆4、传感器5。
具体实施方式
29.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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的
限制。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.在本实用新型的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
32.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
33.本实用新型的核心是提供一种车辆、燃料电池发动机及其多电堆介质分配装置，提高了分配头的集成度，实现多功能设计一体化，减少空间占比。
34.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
35.本实用新型提供了一种燃料电池发动机，至少包括：多个电堆以及连接多个电堆的多电堆介质分配装置。
36.燃料电池发动机可采用大功率氢燃料电池发动机，即由氢燃料电堆和辅助附件构成的，能够到达一定功率的电能输出的装置。一般会采用多个氢燃料电堆，即以氢气为燃料，与氧气进行电化学反应生成电能的装置。多个电堆依次层叠布置，多电堆的结构需要考虑各电堆介质分配的均匀性。
37.多电堆介质分配装置用于为多个电堆均匀分配空气和冷却液。多个电堆至少包括两个电堆，如图1所示的上电堆3和下电堆4。
38.其中，应当理解的是，本实用新型的核心在于上述多电堆介质分配装置，因此，本实用新型实施例后续主要针对该多电堆介质分配装置进行详细介绍。而对于本实施例提供的燃料电池发动机中的其他结构，可参考相关现有技术，此处便不再细述。
39.具体地，请参考图1
‑
图3，上述多电堆介质分配装置的内部设置有用于对多个电堆中冷却液进行分配的第一流道，以及用于对多个电堆中空气进行分配的第二流道；
40.多电堆介质分配装置开设有分别用于连通第一流道的第一开口和第二开口，电堆分配头还开设有分别用于连通第二流道的第三开口和第四开口；
41.其中，多电堆介质分配装置包括：
42.用于连接多个电堆的进口的电堆进口分配头1，电堆进口分配头1的第一开口用于与各电堆的进水口连通，第二开口用于通入冷却液，第三开口用于与各电堆的进气口连通，第四开口用于通入空气；
43.和/或，用于连接多个电堆的出口的电堆出口分配头2，电堆出口分配头2的第一开口用于与各电堆的出水口连通，且第二开口用于排出冷却液，第三开口用于与各电堆的出气口连通，第四开口用于排出空气。
44.由于电堆进口分配头1和电堆出口分配头2的功能都是用于分配空气和冷却液，因而二者的结构相同或相似，可根据电堆进口和电堆出口的位置不同进行适应性改进。
45.多电堆介质分配装置的内部设置有两条互不干涉、互不连通的第一流道d1和第二流道d2，第一流道d1用于对多个电堆中冷却液进行分配，第二流道d2用于对多个电堆中空气进行分配。具体地，第一流道d1和第二流道d2均沿多个电堆的高度方向延伸，第一流道d1和第二流道d2可为弧形，还可以根据实际需要设计成其他形状。
46.具体地，对于电堆进口分配头1，其上开设用于连通第一流道d1和各电堆的进水口的第一开口以及用于通入冷却液的第二开口。其上还开设用于连通第二流道d2和各电堆的进气口的第三开口以及用于通入空气的第四开口。
47.对于电堆出口分配头2，其上开设用于连通第一流道d1和各电堆的出水口的第一开口以及用于排出冷却液的第二开口。其上还开设用于连通第二流道d2和各电堆的出气口的第三开口以及用于排出空气的第四开口。
48.该多电堆介质分配装置将多电堆的进口及出口接头进行集成，实现多功能设计一体化，空间占比小，可以均匀地为电堆分配介质。
49.为了便于加工制造，多电堆介质分配装置包括两个相互扣合的分配头半壳体。如图2所示，即为形成电堆进口分配头1的第一电堆进口分配头a1和第二电堆进口分配头b1，形成电堆出口分配头2的第一电堆出口分配头a2、第二电堆出口分配头b2。优选地，两个分配头半壳体上均设置第一流道d1和第二流道d2，两个分配头半壳扣合后通过螺栓紧密连接，形成内部流通通道。第一开口和第三开口设置于靠近电堆的分配头半壳上，且第一开口和第三开口的数量与电堆的个数相对应。第二开口和第四开口设置于远离电堆的分配头半壳上。其中，第二开口和第四开口的数量一般均设置为一个。第一开口的数量可以为一个，通过连通管道与各电堆上的连接口对接，或与电堆的数量以及各电堆上连接口的位置一一对应。第三开口的数量和位置同理，在此不再赘述。
50.优选地，第二开口设置于第一流道d1的中心位置，和/或，第四开口设置于第二流道d2的中心位置。需要说明的是，上述中心位置即为流道的中心位置，可以均匀的为上、下电堆分配介质。当然，第一开口和第四开口还可以设置于流道的其他位置，在此不做更多的赘述。
51.在具体实施例中，多电堆介质分配装置的第四开口上设置有用于控制其开闭的电控阀，起到电堆隔离保护的作用，防止发动机停机后，过多氧气进入电堆造成电堆污染。电堆进口分配头1的第四开口通过进气电控阀连接进气管接头，电堆进口分配头1的第四开口、进气电控阀和进气管接头之间的连接端均可采用法兰盘结构连接，法兰盘的周向设置螺纹孔，各部件通过螺栓紧固连接。同样，电堆出口分配头的第四开口通过排气电控阀连接排气管接头，电堆出口分配头2的第四开口、排气电控阀和排气管接头之间的连接端均可采用法兰盘结构连接，法兰盘的周向设置螺纹孔，各部件通过螺栓紧固连接。
52.进一步地，电堆出口分配头2上还设置有用于连通第一流道d1的冷却液排气口203。为了便于气体顺利排出、全部排净，冷却液排气口203设置于第一流道d1的最高处。
53.本案还包括分别用于监测通过第二开口和第四开口的介质参数的传感器5。
54.如图1和图2所示，电堆进口分配头1具体由第一电堆进口分配头a1、第二电堆进口分配头b1、进气电控阀101及进气管接头102组成，各子件之间设计有密封圈密封（见图3）。第一电堆进口分配头a1和第二电堆进口分配头b1即为相互扣合的两个分配头半壳体，用于上、下电堆的空气及冷却液的分配。第一电堆进口分配头a1的一侧面与电堆进口相连通（具
体为如图3所示的第一电堆进口分配头a1的上电堆进水口105与上电堆冷却液进口连通，下电堆进水口106与下电堆冷却液进口连通，上电堆进气口107与上电堆空气进口连通，下电堆进气口108与下电堆空气进口连通），另一侧面与第二电堆进口分配头b1连接，其中第二电堆进口分配头b1的进口位置（即第二开口/冷却液进口103和第四开口/空气进气口104）分别位于第一流道d1和第二流道d2的中心位置，可以为上电堆3和下电堆4均匀地提供空气及冷却液；进气电控阀101固定在电堆进口分配头b1上，起到电堆隔离保护的作用，防止发动机停机后，过多氧气进入电堆造成电堆污染；进气管接头102固定在进气电控阀101上，用于连接经过增压、增湿后的空气。
55.同样的，电堆出口分配头2具体由第一电堆出口分配头a2、第二电堆出口分配头b2、排气电控阀201及排气管接头202组成，各子件之间设计有密封圈密封。第一电堆出口分配头a2和第二电堆出口分配头b2即为相互扣合的两个分配头半壳体，用于上电堆3和下电堆4的空气及冷却液的分配。第一电堆出口分配头a2的一侧面与电堆出口相连，另一侧面与第二电堆出口分配头b2连接，其中第二电堆出口分配头b2的出口位置（即第二开口/冷却液出口204和第四开口/空气出气口205）分别位于第一流道d1和第二流道d2的中心位置，可以将上电堆3和下电堆4的空气及冷却液均匀地导出，另外电堆出口分配头b2上还设计有冷却液排气口203，用于冷却系统的排气；排气电控阀201固定在第二电堆进口分配头b2上，起到电堆隔离保护的作用，防止发动机停机后，过多氧气进入电堆造成电堆污染；排气管接头202固定在排气电控阀201上，用于连接增湿器。
56.本案设计了一个电堆进口分配头和一个电堆出口分配头，将上下电堆的空气和冷却液的各进口与出口进行集成设计，上述分配头上还集成了控制阀、传感器接口，并在冷却液出口最高处设计了除气接口（冷却液排气口203），可实现介质均匀分配、参数监测、控制阀安装、冷却液排气功能于一体，易于整机布置，减小了整机布置空间，减少了管路和管接头的数量，从而提高了装配效率，减少了泄漏风险，提高了可靠性。
57.此外，本实施例中还提供了一种车辆，包括燃料电池发动机，此燃料电池发动机即为上文的燃料电池发动机。
58.由于车辆具有上述的燃料电池发动机，所以车辆具有燃料电池发动机带来的有益效果，请参照上述内容，在此不再赘述。
59.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
60.本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。