用于燃料电池车辆的流体管路组件的制作方法

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分特征的用于燃料电池车辆的流体管路组件以及一种具有权利要求10的前序部分特征的流量限制器。

背景技术：

1、在燃料电池车辆的情况下，有一种使用压缩机实现通过燃料电池的最佳空气流量的已知做法。在某些情况下，即使没有连接到涡轮机，压缩机也被称为“涡轮增压器”。可以通过分支管路将一小部分质量流（即来自压缩机的空气流）从主流中分流以便流经另一部件。例如，因此可以对部件进行冷却和/或通风以限制气体浓度或粉尘浓度等。例如，燃料电池壳体的通风需要有限的空气流。一小部分新鲜空气穿过壳体。如果燃料电池被液体冷却剂冷却，则需要离子交换过滤器来保持冷却剂没有离子。为了这个目的，离子交换过滤器可以设置在冷却剂回路的分支管路上，有限的质量流通过离子交换过滤器。有限质量流的冷却剂也可以用于水/空气冷却器。在这些和其他应用中，一方面需要保持一定的质量流通过分支管路，而另一方面一定的质量流也不应该太大，特别是为了避免损害通过主管路的质量流。

2、压缩机的不同速度导致不同的质量流通过分支管路，并且这可能是不利的。为了缓解这个问题，可以使用节气门，但节气门必须是被激活和控制的，需要大量的安装空间并且增加成本。这样的节气门也可以具有故障安全位置，在故障安全位置时节气门完全关闭或完全打开。然而，这两种方法都不合适，因为有太多的空气或根本没有空气通过节气门。关于冷却剂回路内的分支管路也可以出现类似的问题。

3、文件de 10 2015 006 720 b4公开一种用于压缩气体容器的流量限制器。流量限制器具有保护管，保护管具有设置在第一端上的用于连接到气体阀的阀门开口和设置在第二端上的压缩气体容器开口、安装在阀门开口上的第一气门座、以及安装在压缩气体容器开口上的第二气门座、可以在保护管内从流出位置通过打开位置移动到填充位置并且在两侧都受到弹簧的作用的活塞，其中活塞具有在两个位置都打开用于流动的第一开口、在流出位置关闭的第二开口以及在填充位置关闭的第三开口，其中第二开口和第三开口在打开位置是打开的以用于流动。

4、鉴于所指出的现有技术，燃料电池车辆的分支管路中的流量调节仍有改进的空间。

技术实现思路

1、本发明的基本目的是优化燃料电池车辆的分支管路中的流量调节。

2、根据本发明，目的是通过具有权利要求1的特征的流体管路组件来实现的，其中从属权利要求涉及本发明的有利实施例。

3、应当注意的是，在下面的描述中单独提出的特征和措施可以以任何技术上可行的方式彼此结合并且指示本发明的更多实施例。说明书特别地连同附图附加地表征和详细说明本发明。

4、本发明提供了一种用于燃料电池车辆的流体管路组件。燃料电池车辆是一种由燃料电池单元提供能量的车辆，例如乘用车辆或重型货车。在燃料电池单元中，有反应物的电化学转化，其中获得的电能可以用于操作驱动马达和其他部件或可替代地可以暂时储存在电池中。特别地，一种反应物可以是从环境空气中提取的氧。另一种反应物可以是氢，但比如低分子量醇或氨这样的替代物也是可想到的。流体管路组件在工作状态下用于接收和携带流体。流体管路组件具有至少一个管路，通常具有多个管路。然而，流体管路组件也可以具有其他部件，例如用于输送流体的装置，比如泵或压缩机。流体可以处于液态或气态。

5、流体管路组件具有穿过燃料电池单元的主分支和从主分支分支出来的二次分支。主分支和二次分支形成流体管路组件的部分。每个分支优选地具有至少一个流体管路。术语“主分支”和“二次分支”主要用于区分它们并且不应当被解释为关于该分支的尺寸或在其他方面的其设计的限制。然而，主分支可以被设计为比二次分支携带更大的质量流，即例如主分支可以具有更大的横截面。主分支穿过燃料电池单元，即主分支在工作状态下可以将流体携带到燃料电池单元并且可以将流体从燃料电池单元带走。当流体穿过燃料电池单元时流体的成分可能改变。燃料电池单元具有至少一个燃料电池。作为一个选项，燃料电池单元也可以具有协助或启用实际燃料电池的功能的部件。二次分支从主分支分支出来，并且特别地二次分支可以从燃料电池单元的上游分支出来，但也可能从燃料电池单元的下游分支出来。可能但不是绝对必要的是二次分支也应该重新进入主分支。二次分支可以穿过附加部件，附加部件原则上可以是燃料电池车辆的任何部件。在这种情况下，二次分支被设计用于将流体携带到附加部件并且将流体从附加部件带走。同样在这种情况下，流体的成分可以改变。

6、根据本发明，二次分支具有流量限制器，流量限制器包括管元件和活塞元件，管元件的内部横截面相对于流动方向向下游减小，活塞元件可以抵抗恢复力沿着管元件中的移动路径至少部分地从打开位置向下游移动到限制位置，在限制位置时在活塞元件和管元件之间形成的通道载流横截面小于在打开位置时所形成的通道载流横截面。流量限制器的功能在于确保通过二次分支的质量流不会发生太大的变化。特别地，通过二次分支的质量流不应该太大以便防止主分支供应不足。

7、流量限制器具有管元件。管元件提供用于接收流体并且被流体流过。因此，管元件具有不透水设计。管元件可以向上游和/或向下游连接到二次分支的流体管路，或也可以形成这样的流体管路的一部分。管元件的内部可以通过内部横截面进行表征，内部横截面沿着管元件不是恒定的但相对于流动方向向下游减小。流动方向对应于在工作状态下的流体的一般运动方向。在一些实施例中，流动方向可以对应于管元件的对称轴。关于工作状态，可以进一步地定义“上游”方向，即与流动相反的方向，以及“下游”方向，即与流动一致的方向。管元件的内部横截面向下游减小。减小可以是分阶段的或连续的。内部横截面可以限于管元件的一个部分，该部分可以被称为锥形部分或限制部分。这个部分的上游和下游的内部横截面可以是恒定的。也可想到的是，在该部分外的内部横截面向上游增加（或向下游减小）。

8、此外，流量限制器具有活塞元件，活塞元件可以抵抗恢复力沿着管元件中的移动路径至少部分地从打开位置向下游移动到限制位置，在限制位置时在活塞元件和管元件之间形成的通道载流横截面小于在打开位置时所形成的通道载流横截面。活塞元件设置在管元件里面并且可以在管元件内沿着移动路径移动。移动路径优选地是直的，但也可以至少部分地是弯曲的。活塞元件可以从打开位置移动到限制位置，其中至少部分地在下游发生移动。移动也可以部分地与流动方向横向地发生，即可能存在与流动方向横向地定向的移动路径的矢量分量。然而，总体上，至少部分向下游的移动意指活塞元件移动到管元件的内部横截面更小的区域中。结果，流体可以通过在管元件和活塞元件之间的通道的横截面朝向限制位置减小。然而，即使在限制位置也有通道的横截面（不等于零），也就是说即使在这个位置，流体可以在管元件和活塞元件之间流过。然而，在打开位置时通道的横截面更大，更特别地是由于管元件的变化的内部横截面。流入流体向活塞元件施加向下游的力，即被推向限制位置的方向。然而，根据本发明，这抵抗恢复力发生。可以通过各种方式生成这种恢复力，确保仅当在限制位置的方向上有足够的质量流时活塞元件才移动以及当质量流减小时活塞元件在打开位置的方向上向后移动。术语“活塞元件”不应该被解释为在形状方面或在其他方面的设计的限制。表明活塞元件可在管元件内移动，就像气缸里的活塞。活塞元件也可以通过其他方式被指定为例如位移元件或限制元件。

9、总体上，流量限制器允许限制通过二次分支的质量流。如果质量流有过度的增加，则通过流入流体的力将活塞元件推向限制位置的方向，通道的横截面减小，并且限制质量流。因此，可以防止太多的流体流过二次分支以及太少的流体流过主分支。然而，质量流没有被二次分支中断，因此可以连续地供应设置在其中的辅助部件。

10、根据一个实施例，流体管路组件被设计为冷却剂回路，其中主分支用于冷却燃料电池单元。冷却剂优选地是液体冷却剂，例如水、水/乙二醇混合物等。冷却剂回路可以穿过除燃料电池单元之外的不同的部件。在这个过程中，一些部件也可以被加热或是温度控制的，冷却剂向部件释放热量。将要理解的是冷却剂回路也可以穿过热交换器或主冷却器，在热交换器或主冷却器处冷却剂可以向周围空气释放热量。此外，冷却剂回路通常分配有泵，泵可以通过专用马达操作或可以机械地连接到燃料电池车辆的驱动马达。例如，二次分支穿过的附加部件可以是离子交换过滤器。根据另一实施例，流体管路组件被设计为空气管路组件，其中主分支用于向燃料电池单元供给空气。在穿过燃料电池单元之后，可以通过排气装置排出富含水分的空气。二次分支穿过的附加部件可以是燃料电池单元的壳体。这通常必须进行通风以防止氢气浓度超过极限值。

11、一个实施例设计活塞元件具有至少一个凹陷，凹陷朝向管元件向外打开，至少部分地在流动方向上延伸并且至少部分地限定通道的横截面。在活塞元件的外围形成凹陷。凹陷向外打开并且因此朝向管元件。凹陷至少部分地在流动方向上延伸，其中凹陷的延伸方向在某个区域或某些区域中可以对应于流动方向。然而，凹陷也可以完全或部分地与流动方向成角度地延伸。由于流动方向被定义为轴向方向，所以凹陷优选地可以至少部分地轴向和/或径向延伸。如果凹陷部分地在切向方向上延伸，则这将导致流入流体的切向偏转，这在某些情况下可以导致不必要的摩擦损失。然而，原则上这也不被排除。特别地，活塞元件可以具有多个凹陷，多个凹陷至少在某个区域或某些区域中是间隔开的。凹陷可以是槽、狭缝或通道型设计。在两个凹陷之间可以形成地带或肋。可以通过凹陷的数量、宽度和深度调整通道的横截面。关于装配，可想到的是根据需求将管元件与不同的活塞元件相结合。例如，单独的凹陷可以由圆形和/或多边形横截面的轮廓限定。

12、可替代地或此外，管元件可以具有至少一个凹陷，凹陷朝向活塞元件向内打开，至少部分地在流动方向上延伸并且至少部分地限定通道的横截面。在管元件的内部形成凹陷。凹陷向内打开并且因此朝向活塞元件。凹陷至少部分地在流动方向上延伸，其中凹陷的延伸方向在某些区域或某个区域中可以对应于流动方向。然而，凹陷也可以完全或部分地与流动方向成角度地延伸。如果流动方向被定义为轴向方向，则凹陷优选地可以至少部分地轴向和/或径向延伸，但部分切向路线也是可想到的。管元件可以具有多个凹陷，多个凹陷至少在某些区域或某个区域中是间隔开的。凹陷可以是槽、狭缝或通道型设计。在两个凹陷之间可以形成地带或肋。同样在这个实施例中，可以通过凹陷的数量、宽度和深度调整通道的横截面。例如，单独的凹陷可以由圆形和/或多边形横截面的轮廓限定。

13、根据一个实施例，在限制位置，在活塞元件和管元件之间没有直接接触。也就是说，活塞元件和管元件是间隔开的并且在它们之间形成环绕间隙，该间隙定义通道的横截面。另一优选的实施例设计在限制位置，活塞元件与管元件相接触。特别地，接触可以在多个相互分隔的区域中。上述凹陷可以设置在这些区域之间。与管元件的接触使活塞元件的位置能够更好地被定义，即可以防止不必要的移动。相应地，这使通道的横截面和由此引起的质量流能够更准确地被定义。

14、优选地，管元件具有导向元件，导向元件以形状配合的方式与活塞元件相互作用并且活塞元件可以沿着导向元件以被引导的方式在打开位置和限制位置之间移动。导向元件与活塞元件的互补结构接合。例如，可以在活塞元件上形成导向元件接合的槽。相反地，导向元件本身可以具有槽，活塞元件接合在槽中。在任何情况下，导向元件与活塞元件一起形成横向于移动路径的形状配合接头。至少在一些实施例中，也可以说导向元件沿着移动路径延伸和/或根据其路线定义移动路径。导向元件可以与管元件整体形成或可替代地，导向元件可以单独地生产并且连接到管元件。

15、从根本上说，在外围上引导将是可想到的，其中导向元件接合在外围上的槽或诸如此类上，在活塞元件上形成该槽。另一方面，优选实施例设计导向元件穿过贯穿开口，贯穿开口穿过活塞元件。贯穿开口穿过活塞元件并且通常被活塞元件的材料包围。特别地，贯穿开口可以设置在活塞元件的中心。这具有流入流体施加的力均匀地分布在贯穿开口周围的优势。不对称的力分布可能导致导向元件在贯穿开口中倾斜。导向元件可以是杆状设计。由于导向元件穿过活塞元件内的贯穿开口，所以导向元件设置在管元件的内部，离管元件的壁一定距离。导向元件可以通过至少一个保持元件连接到壁。

16、例如，可以通过活塞元件的重力生成恢复力。在这种情况下，相对于由重力定义的垂直线，限制位置可以设置得高于打开位置，例如也可以在打开位置的垂直上方。当在工作状态下流体管路组件携带液体（例如冷却剂）时，也可想到得是：如果打开位置设置得高于限制位置，则通过活塞元件的浮力生成恢复力。然而，在某些情况下，该力太小以致于不能可靠地返回。此外，在这种情况下关于流量限制器的定位存在限制，并且这同样可能是不需要的。因此一个优选实施例设计流量限制器具有弹性返回元件，弹性返回元件产生恢复力并且将活塞元件推向打开位置。返回元件也可以被称为弹簧元件。弹簧元件可以直接或间接地设置在管元件和活塞元件之间。同时，不排除弹簧元件与活塞元件或管元件整体地形成。也就是说，活塞元件（或管元件）和弹簧元件可以是同一部件的部分，其中例如可以通过小的材料厚度实现弹簧元件的弹性变形。

17、一个实施例设计流量限制器具有至少一个止动元件，止动元件通过与活塞元件的形状配合接合来限制处于限制位置和/或处于打开位置的活塞元件的移动。例如，止动元件可以与管元件整体地形成。然而，止动元件也可以提前单独地生产并且例如通过形状配合接合、摩擦接合和/或材料粘合而连接到管元件。止动元件相对于管元件优选地是静止的。止动元件形成活塞元件的止动件，从而限制活塞元件的移动。也就是说，当活塞元件到达止动元件时，出现形状配合接合，并且活塞元件被停止。这可能与限制位置有关，即当到达限制位置时活塞元件停止。可替代地或此外，这也可能与打开位置有关。在移动路径的方向上至少部分地应用活塞元件和止动元件之间的形状配合接合。可以为两个位置提供单个止动元件，或可以为每个位置提供一个止动元件。在这里止动元件连接到上述导向元件或甚至与导向元件整体地形成，也是可能的。例如，保持元件可以同时充当止动元件。也可想到的是返回元件充当止动元件，例如螺旋弹簧，螺旋弹簧在限制位置被完全压缩并且不再以弹性的方式起作用而是充当插入在管元件和活塞元件之间的刚体。

18、此外，本发明提供流量限制器，特别地可以为根据本发明的流体管路组件提供流量限制器。根据本发明，流量限制器具有管元件和活塞元件，管元件的内部横截面相对于流动方向向下游减小，活塞元件可以抵抗恢复力沿着管元件中的移动路径至少部分地从打开位置向下游移动到限制位置，在限制位置时在活塞元件和管元件之间形成的通道载流横截面小于在打开位置时所形成的通道载流横截面。

19、提到的术语已经参照根据本发明的流体管路组件在上面进行解释并且因此不再解释。根据本发明的流量限制器的有利实施例对应于根据本发明的流体管路组件的那些有利实施例。