CN102985745A - 用于连接管线元件与构件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将管线元件（2）与构件（3）连接的装置（1）。管线元件（2）终止在连接壳体（5）中或者与所述连接壳体固定地连接。在连接壳体（5）和构件（3）之间设置有用于可松开的固定的部件（7，13）。在连接壳体（5）中延伸的管线区段（9）通过电加热丝（10）加热。加热丝（10）从外部围绕管线区段（9）。被加热的管线区段（9）在构件（3）的方向上越过用于将连接壳体（5）可松开地固定在构件（3）上的区域伸出，使得管线区段终止在构件（3）的内部空间中。

Description

用于连接管线元件与构件的装置
技术领域
本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中详细定义的类型的用于将管线元件与构件连接的装置。此外，本发明还涉及一种具有至少一个具有这种管线元件的构件的燃料电池系统。
背景技术
由DE102007009898A1公开了一种用于在燃料电池系统中的管道或软管的加热系统。为了避免水在管道或软管中冻结，设置有加热丝，加热丝与管道或软管接触。例如用加热丝缠绕管道，加热丝通过保护层固定在管道上。此外，可以设置绝热件。
这种结构的问题在于，管道本身会被加热。在可能的连接元件的区域中，尤其是当被加热的管线元件被连接到未被加热的构件例如燃料电池堆、反应器、水分离器等上时，加热是困难的。在该区域中可能出现液态水冷凝和冻结，因为仅能加热环绕的管道而不加热连接的区域。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于将管线元件与构件连接的装置，该装置构造成避免了上述缺点并且保证了连接，该装置避免了来自在管线元件中输送的介质的液体的冷凝和可能的冻结。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征部分中所述的特征的装置实现。由其它从属权利要求得到根据本发明的装置的其它有利设计方案。此外，根据权利要求11所述的燃料电池系统也实现了上述目的。
在根据本发明的用于将管线元件与构件连接的装置中，管线元件终止在连接壳体中或者与所述连接壳体固定地连接。该连接壳体本身则具有用于可松开地固定在构件上的合适的部件。例如所述部件可以是与法兰共同作用的传统的旋紧部件。此外，可以设想其它可松开的连接部件，例如带有机械锁紧件的插塞连接件，尤其如SAE论文J2044中所描述的。
根据本发明，在连接壳体中延伸的管线区段通过从外部围绕该管线区段的电加热丝加热。被加热的管线区段在构件的方向上越过用于将连接壳体可松开地固定在构件上的区域伸出，使得所述管线区段终止在所述构件的内部空间中。
因此，本发明的装置实现了：即使在构件接口区域或者管线元件连接至构件的连接区域中也能加热待输送的介质或者必要时解冻在该区域中被冻结的介质。此外，由于管线区段伸入构件的内部空间中，可以确保在构件的必要时冷的壁部的区域中形成的冷凝介质在沿着该壁部往下流时不进入该管线元件或者管线区段中。由此可以保证利用管线元件将介质安全且可靠地输送给所述构件。
在本发明的特别有益和有利的改进方案中，连接壳体的材料包围被加热的管线区段并包围在该管线区段的整个长度上的加热丝。因此，可以相应地从外部用加热丝缠绕该管线区段，使得在管线区段中被引导的介质不会与可能很热的加热丝发生反应。此外，可以通过用连接壳体的材料包围加热丝和管线区段来相应地进行保护，以防止损坏。因此，连接壳体或连接壳体的材料形成围绕具有加热丝的管线区段的保护层。于是保护了管线区段不受机械损坏，从而可以安全并且可靠地保证所述加热。
此外，在本发明装置的另一个有利的设计方案中，连接壳体由不导电的材料形成。除了对管线元件和/或加热丝的上述机械保护之外或作为其的替代，这种由不导电材料制成的连接壳体还可以使加热丝相对于环境电绝缘，使得除了加热丝和管线区段外仅仅需要连接壳体的材料作为第三层。该结构相应地可以简单并且低成本地实现。
在根据本发明的装置的有利的改进方案中还规定：连接壳体与管线元件一体地形成。当使用相对较多的件数的具有预制的长度的管线元件时，例如可以使用这种结构。因此，管线元件和连接壳体可以容易地一体地形成，从而在管线元件过渡到连接壳体中的区域中不形成额外的接口，在密封性方面和可能在电热能从连接壳体的区域传导到管线元件的区域方面，所述接口会是关键的。
此外，在根据本发明的装置的特别有益的设计方案中，连接壳体设计为注塑件，该注塑件包围管线元件的端部和在外周上的管线区段。当相应地需要多件数的连接壳体时，可以简单地使用这种作为尤其由塑料制成的注塑件的结构，以便制造相对稳定并且低成本的连接壳体。由于连接壳体或者连接壳体的注塑材料完全包围管线元件的端部和管线区段，可以通过该结构非常简单并且有效地形成密封的连接。此外，如果需要把该结构使用在上述的变型方案中，则可以使管线区段与加热丝一起嵌入到注塑件中。于是集中了所有上述的变型和优点的部件通过注塑机的唯一的工序制造。
如上文已经表明的，在根据本发明的装置的另一极有利的设计方案中，同样可以电加热管线元件本身。在此，特别有意义和有利的是，管线元件和连接壳体的电加热都设计成，使得在管线区段的区域中延伸的加热丝也与在管线元件的区域中延伸的加热丝连接。
在该构思的一个非常有益和有利的改进方案中，在连接壳体的区域中向外引导用于加热丝的电连接件/端子。这样能够实现在连接壳体的区域中加热丝的电连接。因为连接壳体与构件可松开地连接，所以连接壳体在装备有该装置的系统的运行期间通常在固定的预定地点处典型地不因为振动等而运动，这与例如设计为软管的管线元件不同。由此，在该区域中，电端子元件的安装可以相对简单、安全并且可靠地进行，且不会由于持续的运动而承受损坏的危险。
如上面已经提到的，具有至少一个构件的燃料电池系统也实现了开始所提出的目的。在根据本发明的该燃料电池系统中，至少一个构件借助根据已经描述的设计方案的装置与管线元件连接。如已经由开始所提到的现有技术中已知的，当燃料电池系统在冰点之下的温度下运行时，这尤其在该系统中是特别关键的，在该燃料电池系统中产生或需要高纯度形式的水作为产品水并且用于润湿膜片。但是，因为这对在世界的许多区域中的机动车来说是不可避免的，因此根据本发明构造的装置对这种燃料电池系统来说是特别有利的。
附图说明
根据本发明的装置的其它有利的设计方案还从其余的从属权利要求中得到并且借助于实施例而变得清楚，下面借助附图进一步阐述所述实施例。附图示出：
图1示出根据本发明的装置的第一实施例；以及
图2示出根据本发明的装置的第二实施例。
具体实施方式
下面借助两个附图以两个可能的实施例描述根据本发明的装置。例如，该结构可以在燃料电池系统中保证加热，然而它也可以在加热管线通过接口与构件连接的所有其它系统中保证加热。
在图1的图示中，可以看到根据本发明的装置1的第一实施例，所述装置用于将管线元件2与构件3连接。在此，管线元件2示例性地示出为波纹软管的一个区段。在该图示中仅仅明确示出了属于构件3的壁部4，其中这里用附图标记3表示构件3的内部。装置1具有连接壳体5。该连接壳体5具有法兰6，该法兰通过两个固定螺钉7与构件3的壁部4旋紧。因此，该连接壳体5与构件3可松开地连接。为了密封，在法兰6的区域中设置有密封圈形式的密封元件8。连接壳体5例如可以由注塑材料制成。在此处所示的实施例中，管线元件2内置在连接壳体5的注塑材料中，使得连接壳体5与管线元件2固定地并且不可松开地连接。在此，在管线元件2的内部存在管线区段9，该管线区段9在连接壳体5内表现为管线元件2的扩展部并且传输的介质可以在其中流动。管线区段9也可以与管线元件2一体地制成，即，构成管线元件的端部。管线区段9在此由加热丝10包围，加热丝用于至少加热管线区段9。在示出的实施例中，加热丝10通过两个示出的电端子元件11进行电接触。在此，在典型地保持在固定位置的连接壳体5的区域中可以容易且简单地接触电端子元件11。在既可以为刚性的并且也可以为柔性的管线元件2的区域中，可以相应地例如以由现有技术已知并且常见的方式继续进行加热。为了防止电端子——尤其当管线元件2设计为软管时——持续地运动，可以将在管线元件2的区域中的这里未示出的加热丝与管线区段9的区域中的加热丝10连接，从而可以通过电端子元件11为整个管线元件2供给用于加热的电力。
如可以从图1的图示看出的，连接壳体5的注塑材料包围管线区段9并且包围缠绕在管线区段9的外周上的加热丝10并因此使该结构与外部隔离。当管线区段9本身同样由不导电的材料形成时，则可以使用加热丝10，而无需另外的或类似的绝缘措施，因为加热丝在管线区段9和连接壳体5的材料之间电绝缘并且被机械保护地安全并可靠地保持在其位置上。
在图1的图示中还可以看出，管线区段9在构件3的内部空间的方向上向外伸出越过实际的连接壳体5或法兰6，直到该管线区段穿过构件3的壁部4并伸入到构件3的内部中一定距离，该距离在图1中用X表示。通过具有电加热管线元件9的连接壳体5这种特殊的结构，不仅电加热了管线的区域，而且尤其加热了管线元件2和构件3之间的连接位置处的相对关键的区域。通过管线区段9伸入到构件3的内部，能够安全且可靠地进行加热，直到由管线元件2和管线区段9引导的介质到达构件3的内部。此外，管线区段9向内伸入X还保证了：在构件3的壁部4的内侧上可能冷凝的液体在壁部上向下流时不会进入管线区段9中，而是围绕管线区段在壁部4的内面的区域中流下。由此保证了安全并且可靠的功能。由于例如可以作为注塑件一起被安装在预先批量生产并且尤其可加热的管线元件2上的相对简单的结构，在连接壳体5的件数相应大且注塑工具合适的情况下，可以以非常低的成本简单、安全和可靠地实现结构的高功能性。
在图2中可以看到根据本发明的装置1的可替代实施例。在此，该结构设计成其功能基本一样。在此，具有相同附图标记的构件对应于在图1的范围中描述的构件。根据图1和2的两个设计方案之间的区别在于，如何在构件3或其壁部4的区域中固定连接壳体5。代替上面所述的与法兰6共同作用的固定螺钉7，这里在壁部4的区域中设置有容纳部12。在该容纳部12的区域中，管线区段9与围绕其的连接壳体5的材料一起通过两个径向的、双环密封件形式的密封元件8密封。该连接壳体5通过机械锁紧件13保持在容纳部12的区域中，使得连接壳体可被插入并且可通过机械锁紧件13被固定。例如可以根据SAE J2044制造该锁紧件。在此，例如可以通过如图2所示的螺纹14将容纳部12接纳在构件3的壁部4的区域中。当然，在可替代的设计方案中同样可以设想，容纳部12焊接在壁部4中或者容纳部12与构件3的壁部4粘合。
此外，如在图2的图示中可以看出的，装置1的结构基本上是相同的，因为这里在连接壳体5的区域中管线区段9同样作为加热的管线区段被加热丝10包围并且可以加热或者解冻经过管线元件2和管线区段9进入构件3的内部中的介质流。

Claims (11)

1.一种用于将管线元件与构件连接的装置，其中，所述管线元件终止在连接壳体中或者与所述连接壳体固定地连接，并且在所述连接壳体和所述构件之间设置有用于可松开地固定的部件，其特征在于，在所述连接壳体（5）中延伸的管线区段（9）通过从外部围绕所述管线区段（9）的电加热丝（10）加热，并且被加热的管线区段（9）在所述构件（3）方向上越过用于将所述连接壳体（5）可松开地固定在所述构件（3）上的区域伸出，使得所述管线区段终止在所述构件（3）的内部空间中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接壳体（5）的材料包围被加热的管线区段（9）和在所述管线区段（9）的整个长度上的加热丝（10）。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述连接壳体（5）由不导电的材料形成。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述连接壳体（5）与所述管线元件（2）一体地形成。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，其特征在于，所述连接壳体（5）设计为注塑件，所述注塑件包围所述管线元件（2）的端部和在外周上的所述管线区段（9）。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装置，其特征在于，在所述连接壳体（5）和所述构件（3）之间设置有密封元件（8）。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其特征在于，所述连接壳体（5）能通过法兰（6）固定在所述构件（3）的壳体上。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其特征在于，所述连接壳体（5）定位在并通过机械锁紧件（13）保持在所述构件（3）的所述壳体的区域中或与其连接的容纳部（12）中。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的装置，其特征在于，所述管线元件（2）设计为通过加热丝电加热。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的装置，其特征在于，在所述连接壳体（5）的所述区域中向外引导用于加热丝（10）的电端子元件（11）。
11.一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有至少一个借助根据权利要求1至10中的任一项所述的装置（1）与管线元件（2）连接的构件（3）。
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