CN101510618A - 用于燃料电池系统的三通换向器组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于燃料电池系统的三通换向器组件。具体地，提供了一种具有构形阀的三通换向器组件。此三通换向器组件包括：具有第一入口、第二入口、第一出口和第二出口的壳体。第一入口和第二入口适于接纳流体。构形阀设置在壳体中并邻近于第一入口。构形阀能够围绕轴线旋转而从第一位置极限至第二位置极限，和旋转到在两个位置极限之间的多个位置。本发明还提供具有三通换向器组件的燃料电池系统，用于调节燃料电池堆的温度和湿度。

Description

用于燃料电池系统的三通换向器组件

技术领域

[0001]本公开内容涉及一种三通换向器(或称分流器)组件，更具体地涉及一种包括该三通换向器组件的燃料电池系统。

背景技术

[0002]燃料电池(FC)已经成为一种用于各种应用的清洁、高效和环境友好的能源。多个单独燃料电池可串联堆叠在一起而形成燃料电池堆。燃料电池堆能够供应的电量足以为电动汽车提供动力。特别地，燃料电池堆已被确认为针对现代汽车中使用的传统内燃机的所希望的替代物。

[0003]一种类型的燃料电池堆已知为质子交换膜(PEM)燃料电池堆。典型的PEM燃料电池堆包括三种基本部件：阴极、阳极、和电解质膜。阴极和阳极典型地包括磨碎的催化剂，例如铂，催化剂被支撑在碳颗粒上并混合以离子交联聚合物。电解质膜被夹在阴极与阳极之间。有利于传输和分配诸如氢气和空气之类的反应物的多孔扩散介质可设置在阴极和阳极的邻近处。

[0004]在采用PEM燃料电池堆的汽车动力系统中，氢气从诸如加压氢气罐之类的储氢源供应到阳极。空气通过空气压缩器单元供应到阴极。氢气在阳极处进行电化学反应以形成电子和质子。电子通过设置在阳极与阴极之间的电路从阳极传导到阴极。质子通过电解质膜至阴极，在此处，来自空气的氧进行电化学反应以形成氧阴离子。氧阴离子与质子反应以形成水作为反应产物。

[0005]电化学燃料电池反应也具有已知的温度范围，在此温度范围内，可有效进行所述反应。电化学燃料电池反应是放热的，并通常允许燃料电池堆在其操作过程中使温度保持在所希望的温度范围内。在燃料电池堆的起动操作过程中，典型地采用补充加热以将燃料电池堆的温度升高到所希望的温度范围。例如，燃料电池堆可与冷却剂系统流体连通，该冷却剂系统使冷却剂循环通过燃料电池堆。冷却剂可被加热，例如通过电热器加热，以升高燃料电池堆的温度。冷却剂也可通过循环通过散热器将多余热量送离燃料电池堆，其中散热器将热量排放到环境大气中。

[0006]已知的是，通过以下方式调节燃料电池堆温度：当希望加热燃料电池堆时，使冷却剂转向绕过散热器，而当希望冷却燃料电池堆时，使冷却剂导向散热器。选择性地改变冷却剂流动的转向器组件或阀被用作燃料电池系统内的恒温器。已知的转向器阀包括：旋转盘型阀，三通球阀，三通塞阀，和三通蝶形阀。旋转盘型阀，三通球阀和三通塞阀具有的滑动密封部允许在阀就位位置之间的渗漏，并可能还需要不希望的扭矩量进行致动。

[0007]三通蝶形阀具有位于阀体内的大致平展的板。平展板连接到使该板转动到平行于或垂直于冷却剂流动的位置极限的杆。当旋转到阀位置极限的任一端时，平展板限制冷却剂流动。与其他已知的阀相比，三通蝶形阀还能够通过更希望的扭矩量被致动。不过，由于平展板无论位置如何总是存在于流内，因而经常导致不希望出现的在阀上的压力下降。三通蝶形阀还已知呈现出在阀位置极限之间的不佳的流动控制。在传统的三通蝶形阀中，在阀位置极限之间的流动控制已知为不希望出现的大致的非线性控制。

[0008]始终需要一种这样的换向器组件，与现有技术的阀相比，其呈现出更大的流动可控性、改进的压力下降特性、和所希望的扭矩致动要求。所希望的是，转向器组件可用作燃料电池系统中的恒温器。

发明内容

[0009]根据本公开内容，令人惊讶地发现了一种换向器组件，其呈现出更大的流动可控性、改进的压力下降特性、和所希望的扭矩致动要求，并可用作燃料电池系统中的恒温器。

[0010]在一个实施例中，根据本公开内容的换向器组件是一种三通换向器组件，其包括具有第一入口、第一出口和第二出口的壳体。第一入口适于接纳流体。换向器组件包括设置在壳体中并邻近于第一入口的构形阀(contoured valve)。构形阀能够选择性地围绕轴线旋转而从第一位置极限至第二位置极限，和旋转到这两个位置极限之间的多个位置。

[0011]在另一实施例中，燃料电池系统包括：燃料电池堆，燃料电池堆具有多个燃料电池、冷却剂流体入口、和冷却剂流体出口。燃料电池系统进一步包括：泵，其与燃料电池堆流体连通，并适于将冷却剂流体提供到燃料电池堆；和散热器，其具有散热器入口和散热器出口。散热器与燃料电池堆和泵流体连通。三通换向器组件设置在散热器与燃料电池堆之间，并适于调节燃料电池堆的温度。第一入口与冷却剂流体出口流体连通。第二入口与散热器出口流体连通。第一出口与冷却剂流体入口流体连通。第二出口与散热器入口流体连通。三通换向器组件选择性地引起以下结果之一：a)冷却剂流体绕过散热器并流动到燃料电池堆，b)冷却剂流体流动到散热器，和c)上述a)与b)的组合，从而恒温调节燃料电池堆。

[0012]在另一实施例中，第二燃料电池系统包括：燃料电池堆，其具有多个燃料电池、阴极入口和阴极出口。第二燃料电池系统包括：空气压缩器，其与燃料电池堆流体连通，并适于将带载空气(chargedair)流提供到燃料电池堆。水汽传送装置与空气压缩器和燃料电池堆流体连通，并适于选择性地加湿带载空气。三通换向器组件与空气压缩器以及燃料电池堆和水汽传送装置均流体连通。三通换向器组件适于调节燃料电池堆的相对湿度。第一入口与空气压缩器流体连通。第一出口与水汽传送装置流体连通。第二出口与燃料电池堆的阴极入口流体连通。三通换向器组件选择性地引起以下结果之一：a)带载空气绕过水汽传送装置并流动到燃料电池堆，b)带载空气流动到水汽传送装置，和c)上述a)与b)的组合，从而调节燃料电池堆的湿度。

附图说明

[0013]通过以下的详细描述，特别是在下文中参照附图进行的描述，本公开内容的上述的以及其他的优点将对本领域技术人员变得明显。

[0014]图1显示出根据本公开内容实施例的三通换向器组件的侧剖视图，其中所示三通换向器组件处于第一操作模式；

[0015]图2显示出图1中所示三通换向器组件的侧剖视图，其中所示三通换向器组件处于第二操作模式；

[0016]图3显示出图1中所示三通换向器组件的侧剖视图，其中所示三通换向器组件处于第三操作模式；

[0017]图4显示出根据本公开内容实施例的三通换向器组件中的构形阀的前立视图；

[0018]图5显示出图4中所示构形阀的侧立视图；

[0019]图6是具有图1至3中所示的三通换向器组件的燃料电池系统的示意图，所述三通换向器组件适于调节燃料电池堆的温度；和

[0020]图7是具有图1至3中所示的三通换向器组件的燃料电池系统的示意图，所述三通换向器组件适于调节燃料电池堆的湿度。

具体实施方式

[0021]以下描述实际上仅为示例性的，而不是用于限制本公开内容、其应用或使用。还应理解的是，在各附图中，对应的附图标记始终指示相同的或对应的部件或特征。

[0022]图1至3图示出根据本发明一个实施例的三通换向器组件2。在所示实施例中，三通换向器组件2具有壳体4，在壳体4中设置有构形阀6。构形阀6可选择性地围绕轴线A旋转而从图1中所示的第一位置极限至图2中所示的第二位置极限。构形阀6还可旋转到处于第一位置极限与第二位置极限之间的多个位置，例如在图3中所示的构形阀6的位置。

[0023]壳体4可为具有构形阀6的分立部件。在其他实施例中，壳体4集成形成为燃料电池系统的另一部件的一部分，例如形成为燃料电池堆的端单元的一部分。壳体4和构形阀6中的至少一个例如可通过聚合物、金属和复合材料中的一种形成。也可采用其他适合的材料。在一个实施例中，构形阀6的第一位置极限相对于第二位置极限围绕轴线A旋转的角度从大约45度(45°)至大约100度(100°)。在特定示例性实施例中，构形阀6的第一位置极限相对于第二位置极限围绕轴线A旋转的角度为大约90度(90°)。应认识到的是，第一位置极限和第二位置极限的定位可根据需要而选择。

[0024]三通换向器组件2包括枢转轴8。枢转轴8大致设置在使构形阀6适于围绕以旋转的轴线A上。枢转轴8被设置为穿过壳体4并连接到构形阀6。在另一实施例中，枢转轴8与构形阀6集成形成。当扭矩施加于构形阀6时，枢转轴8使构形阀6围绕轴线A旋转。壳体4的内部使构形阀6在其中旋转，并可例如为大致柱形的孔。对于壳体4也可采用其他适合的内部尺寸和形状。

[0025]壳体4具有第一入口10、第一出口14、和第二出口16。在特定实施例中，壳体4还包括第二入口12。第一入口10和第二入口12适于接纳来自至少一个流体源的流体。构形阀6根据需要而选择性地使流体流动到第一出口14和第二出口16中的至少一个。作为非限制性示例，第一入口10和第一出口14可设置在壳体4的第一侧，第二入口12和第二出口16可设置在与第一侧相对的壳体的第二侧。应理解的是，对于第一入口10、第一出口14和第二出口16、以及可选的第二入口12，可选择其他所希望的结构和位置。

[0026]构形阀6具有第一表面18和第二表面20。第一表面18邻近第一入口10。三通换向器组件2的第二表面20设置为与第一表面18和第一入口10相对。构形阀6的第一表面18和第二表面20中的至少一个可为曲线形和直线形中的至少一种。作为非限制性示例，构形阀6的第一表面18为凹形。作为进一步的非限制性示例，构形阀6的第二表面20为凸形。在一个实施例中，构形阀6大致为杯形。在另一实施例中，构形阀6大致为三角形。

[0027]进一步如图4和5中所示，构形阀6具有凹形构形，当构形阀6就位于每个第一位置极限或第二位置极限处时，这种凹形构形使在三通换向器组件2上的压力下降最小化。应认识到的是，由于构形阀6的第一表面18并不是大致平展或平坦的，因而在第一位置极限和第二位置极限处在三通换向器组件上的压力下降可被优化。第一表面18的适合形状可根据需要而选择。

[0028]在第一位置极限和第二位置极限以及其间的多个位置处，构形阀6的第二表面20的凸形构形基本上限制了流体在壳体4的内表面22与第二表面20之间的流动。构形阀6的第二表面20也可以防止流动控制的非线性，例如通过当构形阀6在第一位置极限与第二位置极限之间旋转时使在表面20上的回流最少化而实现。特别地，在内表面22与第二表面20之间的缝隙可妨碍流体在其间流动，并能够大致线性地控制流体根据构形阀6的位置流动通过三通换向器组件。作为非限制性示例，在内表面22与第二表面20之间的缝隙从大约0.01mm至大约0.5mm，特别地从大约0.05mm至大约0.4mm，更特别地从大约0.1mm至大约0.3mm。也可采用其他适合的缝隙。用于第二表面20的适合的凸形形状也可根据需要而选择。

[0029]构形阀6可包括弹性密封部24。弹性密封部24还可有利于在构形阀6与壳体4的内表面22之间的大致流密密封。弹性密封部24也可有利于在在构形阀6与枢转轴8之间的大致流密密封。通过弹性密封部协助实现的大致流密密封在构形阀6与内表面22之间和在构形阀6与枢转轴8之间的至少一个中防止流体渗漏。例如，弹性密封部24是包覆模制形成在构形阀6的周边边缘上的橡胶。本领域技术人员应认识到的是，也可采用其他适合的弹性密封部24。

[0030]应认识到的是，在例如燃料电池系统中的冷却剂流体的传统流速下，在三通换向器组件2的操作过程中，处于每个第一位置极限和第二位置极限的构形阀6所提供的流体渗漏均小于大约200cc/分钟，特别地小于大约100cc/分钟，且最特别地小于大约50cc/分钟。其他适合的渗漏容差可根据需要而选择，例如，基于所希望的燃料电池系统200的参数进行选择。

[0031]在图4和5中所示的具体实施例中，构形阀6具有形成在其中的至少一个孔28，用于接纳枢转轴8。至少一个孔28可具有至少一个大致平展部分30，大致平展部分30被设置为与枢转轴8的大致平展表面(未示出)协作和防止构形阀6围绕枢转轴8自由旋转。在其他实施例中，枢转轴8可结合到构形阀6，例如通过粘接剂结合。用于防止构形阀围绕枢转轴8自由旋转的其他适合方式，例如多边形枢转轴8与匹配多边形孔28的协作，也可采用。

[0032]如图6中所示，本公开内容进一步包括具有三通换向器组件2的第一燃料电池系统200。第一燃料电池系统200包括：燃料电池堆202，流体泵204，和散热器206。燃料电池堆202包括多个燃料电池，并具有冷却剂入口208和冷却剂出口210，用于使诸如水之类的冷却剂流体循环以实现调节燃料电池堆202的温度的目的。示例性燃料电池堆200在申请人共同未决的美国申请No.11/874,317中进行描述，该申请在此通过引用而被全文并入本文中。

[0033]流体泵204与燃料电池堆202流体连通，并适于将冷却剂流体流提供到燃料电池堆。例如，流体泵204可为冷却剂系统的一部分，冷却剂系统例如具有用于容纳冷却剂流体的冷却剂罐(未示出)，其中，冷却剂流体循环通过并往复于冷却剂系统和燃料电池堆202。泵204与散热器206流体连通。散热器206具有散热器入口212和散热器出口214。散热器206也与燃料电池堆202流体连通，并适于将来自流动通过燃料电池堆202的冷却剂流体的多余热量排放到环境大气中。

[0034]在特定示例性实施例中，三通换向器组件2设置在燃料电池堆202与散热器206之间，并且适于恒温调节燃料电池堆202的温度。三通换向器组件2的第一入口10与燃料电池堆202的冷却剂出口210流体连通。三通换向器组件2的第二入口12与散热器出口214流体连通。三通换向器组件2的第一出口14与燃料电池堆202的冷却剂入口208流体连通。三通换向器组件2的第二出口与散热器入口212流体连通。

[0035]第一燃料电池系统200可以进一步包括致动器216。致动器216连接到三通换向器组件2的构形阀6。致动器216适于根据需要使构形阀6围绕轴线A旋转。致动器216可包括电步进马达，例如该马达被设置用于选择性地和精确地使构形阀6旋转到从第一位置极限至第二位置极限的任何所希望的位置。在另一个实施例中，致动器216形成为三通换向器组件2的一部分。也可采用其他适合的致动器216。

[0036]第一燃料电池系统200还可包括控制器218。控制器218与三通换向器组件2电连通。控制器218选择性地掌控构形阀6在三通换向器组件2内的位置，以恒温调节燃料电池堆202。在特定实施例中，控制器218与致动器216电连通，并且选择性地控制致动器216使构形阀6旋转到所希望的位置。

[0037]应理解的是，燃料电池系统可以包括与控制器218电连通的至少一个传感器220。传感器220提供针对燃料电池堆202状况的反馈，控制器218接收这些反馈并进行处理以控制三通换向器组件2。可以连续监控针对燃料电池堆202状况的反馈，以响应于“实时”状况而掌控三通换向器组件2。作为非限制性示例，传感器220可为温度传感器。温度传感器可监控冷却剂流体的温度，例如，当冷却剂流体进入燃料电池堆202之前、冷却剂流体在燃料电池堆202中、冷却剂流体离开燃料电池堆202之后中的至少一个时，温度传感器可以监控冷却剂流体温度。也可以使用在第一燃料电池系统200内的其他适合位置以通过传感器220监控温度。

[0038]至少一个传感器220也可以提供与具有第一燃料电池系统200的电动汽车(未示出)的瞬时状态相关的反馈。作为非限制性示例，至少一个传感器220可响应电动汽车的“开放节气门”状态。至少一个传感器220可将处理状态反馈提供到控制器218。控制器218可预计与车辆状态相关的燃料电池堆202温度变化，例如通过采用适合的算法或数学关系进行预计。在所预计的温度变化之前，控制器218控制三通换向器组件2恒温调节燃料电池堆202并将燃料电池堆202的温度保持在所希望的范围内。

[0039]在操作中，三通换向器组件2选择性地使得：a)冷却剂流体绕过散热器206，b)冷却剂流体流动到散热器206，和c)上述a)与b)的组合，从而恒温调节燃料电池堆202。例如，在燃料电池堆202的起动操作中，通过防止来自冷却剂流体的热量经由散热器206排放并使冷却剂流体再循环至燃料电池堆202，三通换向器组件2可使得冷却剂流体加热燃料电池堆202。通过将构形阀6旋转到图1中所示的第一位置极限，可使得冷却剂流体绕过散热器。旋转到第一位置极限的构形阀6可与壳体4形成大致流密密封，这使得冷却剂流体流出第一出口14、绕过散热器206、并且流到燃料电池堆202。以这种方式操作的三通换向器组件2处于“绕过散热器模式”。由于燃料电池堆202内的电化学反应是放热的，因而随着冷却剂流体循环通过燃料电池堆202，冷却剂流体的温度逐渐升高。冷却剂流体再循环通过燃料电池堆202，直到燃料电池堆202的温度处于所希望的温度范围内。

[0040]在三通换向器组件2的进一步的操作过程中，三通换向器组件2防止燃料电池堆202过热。三通换向器组件2可使得冷却剂流体流动到散热器206，在此处，任何多余热量从第一燃料电池系统200排出。例如，构形阀6可旋转到图2中所示的第二位置极限。旋转到第二位置极限的构形阀6可与壳体4形成大致流密密封，这导致冷却剂流体流出第二出口16至散热器206。以这种方式操作的三通换向器组件2处于“散热器模式”。

[0041]当达到所希望的燃料电池堆202温度时，可使冷却剂流体的第一部分流到散热器206。同时，可使冷却剂流体的第二部分绕过散热器206而流到燃料电池堆202。具有不同温度的冷却剂流体的第一部分和第二部分被组合并循环到燃料电池堆202，以将其温度保持在所希望的范围内。

根据本公开内容的第二燃料电池系统300被显示在图7中。为了清楚的目的，与图1至6中所示相同或相关的结构在图7中具有相同的附图标记，并具有撇号(′)。

[0043]第二燃料电池系统300采用三通换向器组件2′调节燃料电池堆202′的相对湿度。第二燃料电池系统300包括的三通换向器组件2′，其具有：第一入口10′，第一出口14′，和第二出口16′。第二燃料电池系统300进一步包括：如现有技术中已知的燃料电池堆202′、空气压缩器302、和加湿器或水汽传送(WVT)装置304。燃料电池堆202′具有多个燃料电池、阴极入口306和阴极出口308。空气压缩器302与燃料电池堆202′流体连通，并适于将带载空气流提供到燃料电池堆202′。WVT装置304与空气压缩器302和燃料电池堆202′流体连通。WVT装置304适于选择性地对提供到燃料电池堆202′的带载空气加湿。例如，WVT装置304可将湿气传送到排出阴极出口308的阴极排放流的带载空气。用于加湿带载空气的其他适合方式也可采用。

[0044]三通换向器组件2′被设置为与空气压缩器302以及燃料电池堆202′和WVT装置304的每个均连通。第一入口10′与空气压缩器302流体连通。第一出口14′与WVT装置304流体连通。三通换向器组件2′适于选择性地使得：a)带载空气绕过WVT装置304并流动到燃料电池堆202′，b)带载空气流动到WVT装置304，和c)上述a)与b)的组合，从而调节燃料电池堆202′的湿度。

[0045]在进一步的实施例中，第二燃料电池系统300包括：致动器216′，控制器208′，和至少一个湿度传感器220′。致动器216′连接到三通换向器组件2′的构形阀6′。致动器216′选择性地使构形阀6′围绕轴线A′旋转而从第一位置极限至第二位置极限，以及至这两个位置极限之间的所希望的位置。控制器218′与致动器216′电连通。控制器218′选择性地控制构形阀6′的位置，以调节燃料电池堆202′的湿度。至少一个湿度传感器220与控制器电连通并将带载空气相对湿度的反馈提供到控制器218′以控制三通换向器组件2′。

[0046]在操作中，当构形阀6′就位于第一位置极限时，三通换向器组件2′可将带载空气从空气压缩器302传输到WVT装置304。当构形阀6′就位于第二位置极限时，三通换向器组件2′也可以绕过WVT装置304而将带载空气从空气压缩器302传输到燃料电池堆202′。当构形阀6′处于在第一位置极限与第二位置极限之间的位置时，带载空气可被加湿到所希望的水平并被传输到燃料电池堆202′。由此调节燃料电池堆202′的相对湿度。

[0047]本领域技术人员同样应理解的是，在此描述的三通换向器组件2、2′可用于燃料电池系统中以取代目前采用的现有技术中已知的任何三通阀。

[0048]令人惊讶地发现，具有构形阀6、6′的三通换向器组件2、2′不具有与已知三通蝶形阀相关的控制问题。具体而言，与已知的具有大致平展板的三通蝶形阀2、2′相比，构形阀6、6′在流体流动与构形阀6、6′位置之间形成了更线性的关系。在流体流动与构形阀6、6′位置之间的更线性的关系可部分地由于构形阀6、6′的第二表面20的凸形构形所致。

[0049]在环境温度低的情况下，当冷却剂流体渗漏可例如导致燃料电池堆202的温度积累低效时，在第一位置极限和第二位置极限中的每一个处的大致流密密封特别优于已知的阀。在环境温度高的情况下，当冷却剂流体渗漏可导致燃料电池堆202的不希望出现的过热时，在第一位置极限和第二位置极限中的每一个处的大致流密密封也优于已知的阀。

[0050]与已知的具有大致平展板的三通蝶形阀相比，在第一位置极限和第二位置极限时在三通换向器组件2、2′上的压力下降也显著降低。而且，致动三通换向器组件2、2′所需的扭矩量与现有技术中已知的三通蝶形阀的所需扭矩大致相等。三通换向器组件2、2′当连接到如上所述的致动器216、216′时可用作以下中的至少一种：用于燃料电池堆202的电恒温器，和用于燃料电池堆202′的相对湿度调节器。

[0051]采用在此所描述的三通换向器组件2、2′允许替换传统的换向器组件和传统的用于控制燃料电池堆202、202′温度的电恒温器。因此，三通换向器组件2、2′能够简化燃料电池堆202、202′和降低其制造成本。

[0052]虽然为了示例本发明已经展示了特定的代表性实施例和细节，但对于本领域技术人员显然的是，在不背离本公开内容的情况下，可进行各种变化，本发明在所附权利要求书中被进一步描述。

Claims (20)

1.一种三通换向器组件，包括：

壳体，其具有第一入口、第一出口和第二出口，所述第一入口适于接纳流体；和

构形阀，其设置在所述壳体中并邻近于所述第一入口，所述构形阀能够选择性地围绕轴线旋转而从第一位置极限至第二位置极限。

2.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，所述构形阀选择性地使所述流体流动到所述第一出口和所述第二出口中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，所述构形阀的邻近于所述第一入口的第一表面为凹形。

4.根据权利要求3所述的三通换向器组件，其特征在于，所述构形阀的相对于所述第一入口的第二表面为凸形。

5.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，所述构形阀包括弹性密封部。

6.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，所述壳体包括适于接纳流体的第二入口。

7.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，在所述构形阀的第二表面与所述壳体的内表面之间的缝隙防止所述流体在这两个表面之间流动。

8.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，进一步包括：被设置穿过所述壳体并连接到所述构形阀的枢转轴，其中所述枢转轴在扭矩被施加于所述构形阀时使所述构形阀围绕所述轴线旋转。

9.根据权利要求8所述的三通换向器组件，其特征在于，所述构形阀包括用于接纳所述枢转轴至少一个孔，所述至少一个孔具有大致平坦部分，所述大致平坦部分被设置为接纳所述枢转轴的大致平坦表面并防止所述构形阀围绕所述枢转轴自由旋转。

10.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，所述壳体具有第一侧和第二侧，其中，所述第一入口和所述第一出口设置在所述第一侧上，所述第二入口和所述第二出口设置在所述第二侧上。

11.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，所述壳体和所述构形阀中的一个通过聚合物、金属和复合材料中的一种形成。

12.根据权利要求1所述的三通换向器组件，其特征在于，所述构形阀的所述第一位置极限从所述第二位置极限围绕所述轴线旋转90度(90°)。

13.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池堆，其包括多个燃料电池，并具有冷却剂流体入口和冷却剂流体出口；

泵，其与所述燃料电池堆流体连通，并适于将冷却剂流体提供到所述燃料电池堆；

散热器，其具有散热器入口和散热器出口，所述散热器与所述燃料电池堆和所述流体泵流体连通；和

三通换向器组件，其设置在所述散热器与所述燃料电池堆之间，并适于调节所述燃料电池堆的温度，所述三通换向器组件进一步包括：

壳体，其具有与所述燃料电池堆的冷却剂流体出口流体连通的第一入口、与所述散热器出口流体连通的第二入口、与所述燃料电池堆的冷却剂流体入口流体连通的第一出口、和与散热器入口流体连通的第二出口，和

构形阀，其设置在所述壳体中并邻近于所述第一入口，所述构形阀能够选择性地围绕轴线旋转而从第一位置极限至第二位置极限；

其中，所述三通换向器组件选择性地引起以下结果之一：a)所述冷却剂流体绕过所述散热器并流动到所述燃料电池堆，b)所述冷却剂流体流动到所述散热器，和c)上述a)与b)的组合，从而恒温调节所述燃料电池堆。

14.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其特征在于，进一步包括：连接到所述三通换向器组件的构形阀的致动器，所述致动器选择性地使所述构形阀围绕所述轴线旋转而从所述第一位置极限至所述第二位置极限。

15.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其特征在于，所述致动器是对于所述构形阀的位置提供精确控制的电步进马达。

16.根据权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于，进一步包括：与所述致动器电连通的控制器，所述控制器选择性地控制所述构形阀的位置，以恒温调节所述燃料电池堆。

17.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其特征在于，进一步包括：与所述控制器电连通的至少一个传感器，所述传感器将所述冷却剂流体的温度和燃料电池堆的状况中的一种的反馈提供到所述控制器。

18.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其特征在于，i)所述构形阀在所述第一位置极限时与所述壳体形成大致流密密封，所述密封使得所述冷却剂流体绕过所述散热器并流动到所述燃料电池堆；ii)所述构形阀在所述第二位置极限时与所述壳体形成大致流密密封，所述密封使得所述冷却剂流体流动到所述散热器先于流动到所述燃料电池堆；iii)所述构形阀在所述第一位置极限与所述第二位置极限之间的位置，使得所述冷却剂流体的第一部分绕过所述散热器并流动到所述燃料电池堆，而所述冷却剂流体的第二部分流动到所述燃料电池堆。

19.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池堆，其包括多个燃料电池，并具有阴极入口和阴极出口；

空气压缩器，其与所述燃料电池堆流体连通，并适于将带载空气流提供到所述燃料电池堆；

水汽传送装置，其与所述空气压缩器和所述燃料电池堆流体连通，并适于选择性地加湿所述带载空气；和

三通换向器组件，其与所述空气压缩器以及所述燃料电池堆和所述水汽传送装置均流体连通，所述三通换向器组件适于调节所述燃料电池堆的相对湿度，所述三通换向器组件进一步包括：

壳体，其具有与所述空气压缩器流体连通的第一入口、与所述水汽传送装置流体连通的第一出口、和与所述燃料电池堆的阴极入口流体连通的第二出口，和

构形阀，其设置在所述壳体中并邻近于所述第一入口，所述构形阀能够选择性地围绕轴线旋转而从第一位置极限至第二位置极限；

其中，所述三通换向器组件选择性地引起以下结果之一：a)所述带载空气绕过所述水汽传送装置并流动到所述燃料电池堆，b)所述带载空气流动到所述水汽传送装置，和c)上述a)与b)的组合，从而调节所述燃料电池堆的湿度。

20.根据权利要求19所述的燃料电池系统，其特征在于，进一步包括：

致动器，其连接到所述三通换向器组件的构形阀，所述致动器选择性地使所述构形阀围绕所述轴线旋转而从所述第一位置极限至所述第二位置极限；

控制器，其与所述致动器电连通，所述控制器选择性地控制所述构形阀的位置，以调节所述燃料电池堆的湿度；和

至少一个传感器，其与所述控制器电连通，并将所述带载空气的湿度的反馈提供到所述控制器。

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