CN101931088A - 用于燃料电池组的集成阀系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于燃料电池组的新型集成阀系统，其中用于在燃料电池关闭时防止空气流入的空气截止阀与用于增强冷启动性的干气清洗阀彼此同轴连接，以使该空气截止阀和干气清洗阀同时开启或关闭。

Description

用于燃料电池组的集成阀系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年6月19日提交的韩国专利申请第10-2009-0054955号的优先权，该申请的全部内容引入本文作为参考。
技术领域
本公开通常涉及用于燃料电池组的集成阀系统。更具体地，本发明涉及一种用于燃料电池组的新型集成阀系统，其中用于适当地防止当燃料电池关闭时空气的流入的空气截止阀(air shut-off valve)以及用于适当地增强冷启动性能的干气清洗阀(dry gas purge valve)彼此同轴连接，使得空气截止阀和干气清洗阀同时开启或关闭。
背景技术
在燃料电池车辆的启动和关闭周期中会发生燃料电池组的催化剂劣化。
据报道，在燃料电池的启动和关闭周期中电池组的每个电极(阴极和阳极)的催化剂劣化比怠速(idling)和负载周期中的劣化要严重。
优选地，为了在冰点以下的条件下容易地启动燃料电池车辆，必须在关闭周期前从燃料电池组的阴极适当地去除水分，以防止结冰。作为一种去除水分的方法，例如，已经采用了使用鼓风机的气体清洗方法。然而，清洗的排出的水分通过加湿器适当地再循环到电池组，使得水分不能完全被去除。
已经提出了另一种去除水分的方法，该方法优选地使用从鼓风机向燃料电池组仅供应干空气的干气清洗方法。优选地，加湿器旁路阀适当地安装在加湿器的入口侧，以在湿气将要进入阴极时使其分流。
然而，由于电池组中残留水分结冰而造成燃料电池的电池电压下降，因此难以启动燃料电池组。相反地，根据仅供应干空气的干气清洗方法，没有因残留在电池组中的水分结冰导致的电池电压下降，从而可以启动燃料电池组。
因而，常规地，空气截止阀适当地安装在阴极的入口侧和出口侧中的每一处，以防止使催化剂在燃料电池启动过程中劣化的空气(氧气)进入阴极，并且还在加湿器入口侧安装有加湿器旁路阀，以将进入阴极的湿气送入加湿器。这种方法存在着难以保证阀装配空间并且阀装配结构很复杂的问题。
另外，这种方法存在以下缺点，即，必须额外地安装多个阀，使得制造成本显著增加。
在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，并因此其可以包含不形成本国家本领域的普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明优选地提供一种用于燃料电池组的集成阀系统，其中用于在燃料电池关闭时适当地防止空气进入阴极的空气截止阀(air shut-off valve)以及用于适当地去除水分的干气清洗旁路阀(dry gas purge bypass valve)优选地集成为一个模块，从而防止空气在燃料电池关闭时进入阴极，以适当地防止电池组中的催化剂劣化，并增加电池组的耐用性，且有效地去除水分，以适当地增强冷启动性能。
在一个优选的实施方式中，本发明提供一种用于燃料电池组的集成阀系统，优选地，该集成阀系统包括用于在燃料电池关闭时防止空气进入阴极的空气截止阀，和具有干气清洗功能以适当地去除水分并具有空气阻隔功能的旁路阀。优选地，旁路阀与空气截止阀同轴连接成一个模块，使得旁路阀和空气截止阀通过驱动装置适当地同时开启或关闭。
在优选的实施方式中，空气截止阀可以是二通阀，并且可以优选地包括设置在加湿器出口与阴极入口之间的空气供应线路中的第一阀套(housing)，以及适当可旋转地提供在第一阀套中的第一阀板(valve plate)。
在另一个优选实施方式中，旁路阀可以是三通阀，并且可以优选地包括适当地设置在阴极出口和加湿器入口之间的排气线路和与外界空气连通的分支线路彼此相会(meet)的位置处、并且与第一阀套位于一条直线上的第二阀套，以及可旋转地设置在第二阀套中的第二阀板。
在另一个优选实施方式中，驱动装置可以优选地包括将第一阀套中的第一阀板与第二阀套中的第二阀板同轴连接的驱动轴，适当地设置在驱动轴一端上的减速齿轮，以及具有与减速齿轮适当地啮合的驱动齿轮的电动机。
在另一个优选实施方式中，第一阀套和第二阀套中的每一个可以具有圆柱(cylindrical)形，并且第一阀板和第二阀板中的每一个可以具有扇形形状，以适当地沿着第一阀套和第二阀套中的每一个的内表面旋转。
根据本发明的优选实施方式，用于适当地防止空气进入阴极的空气截止阀和用于去除水分的干气清洗旁路阀适当地集成为一个模块，从而防止电池组中催化剂的劣化，并适当地增强电池组的耐用性，通过有效地去除水分而提高冷启动性，并且通过减少阀系统所需部件的数量而适当地降低制造成本。
因此，在优选实施方式中，本发明的集成阀系统在燃料电池关闭时适当地防止氧气通过分压穿透阴极，并且适当地防止穿越(crossover)造成的阴极碳腐蚀而导致的催化剂的去除，从而适当地防止电池组中的催化剂的劣化，增强的电池组的耐用性。
另外，在优选实施方式中，本发明的集成阀系统在燃料电池关闭前仅允许干空气进入阴极，由此优选地允许阴极中的水顺利排出到外部，并且适当地防止由于在低于冰点的条件下因残留水分结冰而导致的电池电压下降，因此增强了冷启动性。
本文所用的术语“车辆(vehicle)”、“车用”或其它类似术语理解成包括通常的机动车辆，例如载客车辆，包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种船只和船舶的水运工具，航空器和类似物，并包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它代用燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。
如本文所述，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动动力。
本发明的上述特征和优势将由附图和以下具体实施方式而显而易见，并在其中得以更详细的说明，附图包括在本说明书中并形成本说明书的一部分，附图和具体实施方式一起以实施例的方式对本发明的原理进行说明。
附图说明
现将参照附图所示的本发明的特定示范性实施方式详细说明本发明的上述和其他特征，附图仅以示例方式给出，并且由此不对本发明加以限制，其中：
图1是显示出根据本发明的用于燃料电池组的示范性集成阀系统的透视图；
图2是根据本发明优选实施方式的用于燃料电池组的集成阀系统的透视图，其中图2显示出燃料电池启动后的正常操作模式下阀的优选位置；
图3是根据本发明优选实施方式的用于燃料电池组的集成阀系统的透视图，其显示出当燃料电池关闭时阀的操作位置；
图4是根据本发明优选实施方式的用于燃料电池组的集成阀系统的透视图，其中图4显示出在燃料电池关闭前水分从阴极适当去除的优选的阀位置；
图5是显示出空气截止阀和加湿器旁路阀分开安装在常规燃料电池组中的状态的示意图；
图6A和6B是显示出水分通过湿气清洗而被适当地排出的状态以及水分通过干气清洗而被适当地排出的状态的示意图；
图6C和6D是显示出通过湿气清洗和干气清洗进行的排水效率的图表；
图7和8是显示出在燃料电池车辆启动和关闭周期中出现电极催化剂劣化的机制的示意图；以及
图9是显示出根据燃料电池车辆的优选操作模式的催化剂劣化频率的图表。
应当理解到，所附的附图并非必然是按比例的，其说明了本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的代表。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体大小、方向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。
在附图中，附图标记在几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
如本文所述，本发明包括用于燃料电池组的集成阀系统，该集成阀系统包括空气截止阀和旁路阀，其中旁路阀与空气截止阀同轴连接成一个模块，使得旁路阀和空气截止阀通过驱动装置开启或关闭。
在一个实施方式中，空气截止阀用于防止空气在燃料电池关闭时进入阴极。
在另一个实施方式中，旁路阀包括干气清洗功能，以去除水分，并包括空气阻隔功能。
在再另一个实施方式中，旁路阀和空气截止阀通过驱动装置同时开启或关闭。
在再另一个实施方式中，空气截止阀是二通阀。
在再另一个实施方式中，空气截止二通阀包括设置在加湿器出口和阴极入口之间的空气供应线路中的第一阀套；以及可旋转地设置在第一阀套中的第一阀板。
在另一个实施方式中，空气截止阀是三通阀。
在进一步的实施方式中，空气截止三通阀包括设置在阴极出口和加湿器入口之间的空气排出线路与和外界空气连通的分支线路彼此相会的位置处、并且与第一阀套位于一条直线上的第二阀套；和可旋转地设置在第二阀套中的第二阀板。
现在详细参考本发明的各种实施方式，下文的附图中对其实施例进行说明。尽管本发明结合示例性实施方式进行说明，要理解到这种说明并不是要将本发明限定到这些示例性的实施方式。相反，本发明不仅要涵盖示例性的实施方式，还要涵盖各种替代方式、变形方式、等同方式和其它实施方式，其均可以包括在所附权利要求所定义的本发明的精神和范围之内。
例如，图9显示了根据操作模式的催化剂劣化，其中据报道，在燃料电池的启动和关闭周期中电池组的每一个电极(阴极和阳极)的催化剂劣化比在怠速和负载周期中要严重。
例如，现参照图7说明在燃料电池车辆的启动和关闭周期中发生的电极的催化剂劣化的机制。
首先，当燃料电池关闭时，阳极(氢电极)100中残留的氢与阴极200处的空气(氧和氮)发生化学反应，使得适当地产生OCV。优选地，OCV导致电池组中的催化剂负载碳的腐蚀以及电池组的耐用性下降。因此，将作为一种抵抗手段的阴极耗氧(COD)300适当地连接到电池组两端，以消除OCV。
发生穿越现象，其中氧通过分压穿透阴极，并穿越到阳极。
因此，当燃料电池启动时，发生燃料电池常规发电的反应。另外，如图8所示，由于发生氧越过阳极100的穿越现象，在阳极100中会反常地生成水，并且由负载碳和碳腐蚀造成的催化剂去除可以在阴极200的出口侧发生。因此，电池组的性能适当降低。
为了解决上述性能问题，提出了如图5所示的配置。参照附图，例如，第一空气截止阀400a和第二空气截止阀400b优选地分别安装在阴极的入口和出口处，从而防止造成催化剂劣化的空气(氧)在电池组关闭周期和启动周期之间穿透阴极。
优选地，为了在冰点以下的条件下容易启动燃料电池车辆，必须在执行关闭周期以前从燃料电池组的阴极适当地去除水分，以防止其结冰。作为去除水分的一种方法，例如，已经采用了使用鼓风机的气体清洗方法。然而，清洗的排出的水分通过加湿器再循环到电池组，从而不能完全去除水分。
如图6A所示，从电池组的阴极200排出的湿气通过加湿器500适当地清洗，使得包含在加湿器500中的湿气适当地对从鼓风机600供应的干气进行加湿，并再次循环到电池组的阴极200。因此，水分没有完全去除。
例如，如图6B所示，已经提出了另一种去除水分的方法。该方法优选使用用于从鼓风机600向燃料电池组仅供应干气的干气清洗方法。优选地，如图5所示，为了有效地从燃料电池组的阴极200去除水分，在加湿器的入口侧适当地安装有加湿器旁路阀400c，以在湿气将要进入阴极时使其分流。
图6C和6D显示出通过加湿器清洗湿气的方法以及仅供应干气的干气清洗方法的测试结果。如图所示，根据通过加湿器清洗湿气的方法，由于电池组中残留的水分结冰而导致燃料电池的电池电压下降，因此燃料电池难以启动。相反，根据仅供应干气的干气清洗方法，没有发生因电池组中的残留水分结冰而导致的电池电压下降，因此可以使电池组启动。
因此，常规地，在阴极的入口侧和出口侧的每一处都适当安装有空气截止阀，以防止导致催化剂在燃料电池启动过程中劣化的空气(氧)进入阴极，并且在加湿器入口侧进一步安装有加湿器旁路阀，以便将进入阴极的湿气送入加湿器。这种方法存在着难以保证阀装配空间并且阀装配结构很复杂的问题。
另外，必须额外地安装多个阀，使得制造成本显著增加。
在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，并因此其可以包含不形成本国家本领域的普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
例如，现参照图7说明在燃料电池车的启动和关闭周期中发生的电极催化剂劣化的机制。
首先，当燃料电池关闭时，阳极(氢电极)100中残留的氢与阴极200处的空气(氧和氮)发生化学反应，使得适当地产生OCV。优选地，OCV导致电池组中的催化剂负载碳的腐蚀以及电池组的耐用性下降。因此，将作为一种抵抗手段的阴极耗氧(COD)300适当地连接到电池组两端，以消除OCV。
发生穿越现象，其中氧通过分压穿透阴极，并穿越到阳极。
因此，当燃料电池启动时，发生燃料电池常规发电的反应。另外，如图8所示，由于发生氧越过阳极100的穿越现象，在阳极100中会反常地生成水，并且由负载碳和碳腐蚀造成的催化剂去除可以在阴极200的出口侧发生。因此，电池组的性能适当降低。
为了解决上述性能问题，提出了如图5所示的配置。参照附图，例如，空气截止阀400a和400b优选地分别安装在阴极的入口和出口处，从而防止造成催化剂劣化的空气(氧)在电池组关闭周期和启动周期之间穿透阴极。
优选地，为了在冰点以下的条件下容易启动燃料电池车辆，必须在执行关闭周期以前从燃料电池组的阴极适当地去除水分，以防止其结冰。作为去除水分的一种方法，例如，已经采用了使用鼓风机的气体清洗方法。然而，清洗的排出的水分通过加湿器再循环到电池组，从而不能完全去除水分。
如图6A所示，从电池组的阴极200排出的湿气通过加湿器500适当地清洗，使得包含在加湿器500中的湿气适当地对从鼓风机600供应的干气进行加湿，并再次循环到电池组的阴极200。因此，水分没有完全去除。
例如，如图6B所示，已经提出了另一种去除水分的方法。该方法优选使用用于从鼓风机600向燃料电池组仅供应干气的干气清洗方法。优选地，如图5所示，为了有效地从燃料电池组的阴极200去除水分，在加湿器的入口侧适当地安装有加湿器旁路阀400c，以在湿气将要进入阴极时使其分流。
图6C和6D显示出通过加湿器清洗湿气的方法以及仅供应干气的干气清洗方法的测试结果。如图所示，根据通过加湿器清洗湿气的方法，由于电池组中残留的水分结冰而导致燃料电池的电池电压下降，因此燃料电池难以启动。相反，根据仅供应干气的干气清洗方法，没有发生因电池组中的残留水分结冰而导致的电池电压下降，因此可以使电池组启动。现参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1是显示出根据本发明优选实时方式的用于燃料电池组的集成阀系统的透视图。
优选地，为了防止导致催化剂劣化的空气(氧)在燃料电池关闭至开启之间进入阴极，在加湿器出口12和燃料电池组的阳极入口14之间适当地安装有空气截止阀10，并且在电池组的阴极出口24和加湿器入口22之间适当地安装有旁路阀20，该旁路阀具有干气清洗功能，以适当地从电池组阴极去除水分，并具有截断流向阴极的空气的功能。优选地，空气截止阀10和旁路阀20同轴连接成一个模块，以同时开启或关闭。
根据某些优选的实施方式，空气截止阀10是二通阀，其适当地安装在加湿器出口12和阴极入口14之间的空气供应线路16中，即，其优选形成垂直弯曲成L形的空气供应线路16的一部分。根据某些优选的实施方式，空气截止阀10优选地包括适当地设置在空气供应线路16的L形弯曲部中的第一圆柱阀套17，以及适当地可旋转地安装在第一阀套17中、并且沿着第一阀套17的内表面旋转的第一阀板18。
根据某些优选的实施方式，旁路阀20是三通阀，其适当地安装在阴极出口24和加湿器入口22之间的空气排出线路25和从空气排出线路25分支以适当地与外界空气连通的分支线路26相会的位置处。优选地，旁路阀20包括与空气截止阀10的第一阀套17位于一条直线上的第二圆柱阀套27，以及优选地可旋转地安装在第二阀套27中、并且沿着第二阀套27的内表面旋转的第二阀板28。
优选地，空气截止阀10的第一阀板18和旁路阀20的第二阀板28呈扇形，使得它们可以容易地沿着第一圆柱阀套17和第二圆柱阀套27的内表面旋转。
根据进一步优选的实施方式，空气截止阀10的第一阀板18和旁路阀20的第二阀板28彼此同轴连接，并且同时旋转以开启或关闭。以下是用于执行旋转开启或关闭的驱动装置的一个优选实施方式。
根据示范性的实施方式，驱动装置优选地包括将适当地设置在第一阀套17中的扇形第一阀板18的顶点与适当地设置在第二阀套27中的扇形第二阀板28的顶点同轴连接的驱动轴30。
在进一步优选的实施方式中，减速齿轮32适当地装配在从第一阀套17延伸的驱动轴30的一端，并且与适当地装配在电动机36的轴上的驱动齿轮38相啮合。
因此，当驱动电动机36从而使驱动齿轮38旋转时，通过减速齿轮32而速度适当减小的旋转力被传送至驱动轴30。在进一步优选的实施方式中，随着驱动轴30的旋转，第一阀板18和第二阀板28二者同时旋转，从而适当地执行开启和关闭操作。
在此说明根据某些优选实施方式的操作实例，其中空气截止阀的第一阀板和旁路阀的第二阀板被开启或关闭。
根据某些优选的实施方式，如图2所示，图2是显示出根据本发明的用于燃料电池组的集成阀系统在燃料电池启动后在正常操作模式下工作的状态。
优选地，在燃料电池启动后，氢和空气正常地供应给电池组，以正常地产生电能。优选地，加湿器出口12和燃料电池组的阴极入口14之间的空气供应线路16保持开放，并且阴极出口24和加湿器入口22之间的空气排出线路25保持开放，同时分支线路26适当地关闭。
因此，适当地安装在空气供应线路16的第一阀套17中的第一阀板18优选地位于打开的位置(空档位)，在该位置处，加湿器出口12与阴极入口14适当地彼此连通。在进一步优选的实施方式中，适当地安装在空气排出线路25的第二阀套27中的第二阀板28同样优选地位于打开的位置(空档位)，在该位置处，阴极出口24和加湿器入口22适当地彼此连通。这时，第二阀板28将与外界空气适当连通的分支线路26关闭。
因此，在加湿器对从鼓风机供给的空气进行加湿后，空气沿空气供应线路16流入电池组的阴极，并且适当地与阳极的氢发生反应，从而产生电。
优选地，从电池组的阴极出口24排出的湿气适当地通过加湿器入口22沿空气排出线路25供应给加湿器，从而对从鼓风机供应的干空气进行加湿。
根据某些优选的实施方式，如图2所示，图3是显示出当燃料电池关闭时根据本发明优选实施方式的用于燃料电池组的集成阀系统的操作状态的透视图。
优选地，为了防止造成催化剂劣化的空气(氧)在燃料电池关闭至启动之间进入阴极，燃料电池组的空气供应线路16必须适当地保持关闭，并且阴极出口24和加湿器入口22之间的空气排出线路25必须也适当地保持关闭。
因此，在进一步优选的实施方式中，安装在空气供应线路16的第一阀套17中的第一阀板18通过驱动装置从空档位逆时针旋转90度，从而位于关闭位置，在该位置下加湿器出口12和阴极入口14彼此不连通。在进一步相关实施方式中，空气排出线路25的第二阀套27中安装的第二阀板28与第一阀板18一起从空档位逆时针旋转90度，从而位于关闭位置，在该位置下阴极出口24和加湿器入口22彼此不连通。优选地，第二阀板28使与外界空气连通的分支线路26关闭。
因此，由于加湿器出口12和阴极入口14通过第一阀板18适当地关闭，并且阴极出口24和加湿器入口22通过第二阀板28适当地关闭，因此第一阀板18和第二阀板28可以在燃料电池的关闭至启动期间防止氧通过分压进入阴极，从而防止像现有技术中那样发生穿越。因此，可以适当地防止因穿越造成的阴极碳腐蚀产生的催化剂的去除。优选地，适当地防止了电池组的催化剂劣化，增强了电池组的耐用性。
根据某些优选的实施方式，如图4所示，图4是显示出根据本发明优选实施方式的用于燃料电池组的集成阀系统的另一个示范性操作实例的视图。即，图4是显示出在燃料电池关闭之前从燃料电池组的阴极去除水分的状态的透视图。
优选地，为了在冰点以下的条件下容易地启动燃料电池车辆，必须在执行关闭以前从燃料电池组的阴极去除水分，使得水分不结冰。因此，根据本发明的优选实施方式，仅仅将干气供应给电池组，以使水分容易排出。
在进一步相关的实施方式中，适当地安装在空气供应线路16的第一阀套17中的第一阀板18通过驱动装置从空档位顺时针旋转90度，从而保持加湿器出口12和阴极入口14适当地彼此连通的开放状态。进而，适当地安装在空气排出线路25的第二阀套27中的第二阀板28与第一阀板18一起从空档位顺时针旋转90度，从而移动到关闭位置，在该位置下阴极出口24和分支线路26适当地彼此连通，同时保持阴极出口24和加湿器入口22彼此相对关闭的关闭状态。
因此，干气通过加湿器从鼓风机流过，但第二阀板28适当地将加湿器入口22关闭。因此，干气流过其中不接收湿气的加湿器，使得干气适当地保持在干燥状态。在进一步优选的实施方式中，残留在阴极中的水分通过沿空气供应线路16流入电池组阴极的干气的压力可以很容易地排出到阴极出口24。优选地，从阴极出口24排出的水分通过分支线路26排出到外界空气中。
优选地，在其他实施方式中，由于加湿器入口22通过第二阀板28适当地关闭，湿气不会从阴极出口流到加湿器，并且适当地通过分支线路26排出到外界。
因此，通过根据本发明的第一阀板18和第二阀板28开放或关闭操作，仅有干气流入阴极，从而水分被顺利地排出。优选地，即使在低于冰点的条件下，也不会发生由于残留水分结冰而造成的电池电压下降，使得冷启动性能适当地增强。
本发明参考其优选实施方式进行了详细说明。然而，本领域技术人员能够理解，可以在不偏离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行改变，本发明的范围由所附的权利要求及其等同方式限定。

Claims (13)

1.一种用于燃料电池组的集成阀系统，包括：
用于在燃料电池关闭时防止空气进入阴极的空气截止阀；和
具有干气清洗功能以去除水分、并具有空气阻隔功能的旁路阀，所述旁路阀与所述空气截止阀同轴连接成一个模块，使得所述旁路阀和所述空气截止阀通过驱动装置同时开启或关闭。
2.根据权利要求1所述的集成阀系统，其中所述空气截止阀是二通阀，并且包括：
设置在加湿器出口与阴极入口之间的空气供应线路中的第一阀套，和
可旋转地设置在所述第一阀套中的第一阀板。
3.根据权利要求1所述的集成阀系统，其中所述旁路阀是三通阀，并且包括：
设置在阴极出口和加湿器入口之间的排气线路和与外界空气连通的分支线路彼此相会的位置处、并且与所述第一阀套位于一条直线上的第二阀套；和
可旋转地设置在所述第二阀套中的第二阀板。
4.根据权利要求1所述的集成阀系统，其中所述驱动装置包括：
将所述第一阀套中的所述第一阀板与所述第二阀套中的所述第二阀板同轴连接的驱动轴；
设置在所述驱动轴一端上的减速齿轮；和
具有与所述减速齿轮啮合的驱动齿轮的电动机。
5.根据权利要求4所述的集成阀系统，其中所述第一阀套和所述第二阀套中的每一个具有圆柱形状，并且所述第一阀板和所述第二阀板中的每一个具有扇形形状，以便沿着所述第一阀套和所述第二阀套中的每一个的内表面旋转。
6.一种用于燃料电池组的集成阀系统，包括：
空气截止阀；和
旁路阀，其中所述旁路阀与所述空气截止阀同轴连接成一个模块，使得所述旁路阀和所述空气截止阀通过驱动装置开启或关闭。
7.根据权利要求6所述的用于燃料电池组的集成阀系统，其中所述空气截止阀用于防止空气在燃料电池关闭时进入阴极。
8.根据权利要求6所述的用于燃料电池组的集成阀系统，其中所述旁路阀包括干气清洗功能，以去除水分，并包括空气阻隔功能。
9.根据权利要求6所述的用于燃料电池组的集成阀系统，其中所述旁路阀和所述空气截止阀通过驱动装置同时开启或关闭。
10.根据权利要求6所述的用于燃料电池组的集成阀系统，其中所述空气截止阀是二通阀。
11.根据权利要求10所述的用于燃料电池组的集成阀系统，其中空气截止二通阀包括：
设置在加湿器出口和阴极入口之间的空气供应线路中的第一阀套；和
可旋转地设置在所述第一阀套中的第一阀板。
12.根据权利要求6所述的用于燃料电池组的集成阀系统，其中所述空气截止阀是三通阀。
13.根据权利要求12所述的用于燃料电池组的集成阀系统，其中空气截止三通阀包括：
设置在阴极出口和加湿器入口之间的空气排出线路与和外界空气连通的分支线路彼此相会的位置处、并且与所述第一阀套位于一条直线上的第二阀套；和
可旋转地设置在所述第二阀套中的第二阀板。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106169593A (zh) * 2015-05-18 2016-11-30 现代自动车株式会社 燃料电池系统
CN107093754A (zh) * 2016-02-18 2017-08-25 现代自动车株式会社 燃料电池系统用空气阀装置
CN107148694A (zh) * 2014-10-28 2017-09-08 日产自动车株式会社 燃料电池系统
CN110686165A (zh) * 2019-10-15 2020-01-14 西南石油大学 一种智能型天然气管道腐蚀监测装置
CN110828859A (zh) * 2018-08-08 2020-02-21 现代自动车株式会社 燃料电池的加湿装置
CN112413182A (zh) * 2019-08-22 2021-02-26 章睿承 三动力源的复合动力控制机构

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101988054B1 (ko) * 2012-12-26 2019-06-11 현대모비스 주식회사 통합형 배기 밸브를 포함하는 연료 전지 배출 시스템
GB2510256A (en) * 2013-12-19 2014-07-30 Daimler Ag Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
KR101583914B1 (ko) 2014-03-25 2016-01-21 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 제어방법
KR101637727B1 (ko) 2014-11-13 2016-07-07 현대자동차주식회사 통합형 밸브를 장착한 연료전지 차량의 공기 공급 시스템
DE102014224574A1 (de) 2014-12-02 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Eigensichere Bleed-Down-Schaltung und Regelstrategie für Brennstoffzellen-systeme
US10059454B2 (en) * 2015-07-30 2018-08-28 B/E Aerospace, Inc. Aircraft galley plumbing system
KR101816422B1 (ko) 2016-07-05 2018-01-08 현대자동차주식회사 연료전지스택의 공기 제어 밸브 장치 및 공기 제어 시스템
JP6780552B2 (ja) * 2017-03-13 2020-11-04 株式会社Ｓｏｋｅｎ 燃料電池システム
CN107218404B (zh) * 2017-05-16 2019-03-08 凯迈（洛阳）气源有限公司 集成阀及使用该集成阀的气瓶
KR102452699B1 (ko) * 2017-12-20 2022-10-11 현대자동차주식회사 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기
KR102563432B1 (ko) * 2018-04-18 2023-08-03 현대자동차 주식회사 연료전지용 가습기
KR102132971B1 (ko) * 2020-05-21 2020-07-13 주식회사 코렌스 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈
KR102373293B1 (ko) * 2020-06-16 2022-03-15 주식회사 케이퓨얼셀 연료전지 시스템용 공기제어밸브장치
KR102441241B1 (ko) * 2020-09-21 2022-09-08 우리산업 주식회사 연료전지 차량의 열관리 모듈
CN113793951B (zh) * 2021-09-10 2023-04-28 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池系统及停机控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008069007A1 (ja) * 2006-12-07 2008-06-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 流体制御弁および燃料電池システム
WO2008132948A1 (ja) * 2007-04-18 2008-11-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池システム
CN101416341A (zh) * 2006-04-07 2009-04-22 丰田自动车株式会社 燃料电池运转系统及燃料电池运转系统中的阀的防冻方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000193127A (ja) 1998-12-24 2000-07-14 Aisin Seiki Co Ltd 一体式三方切替弁および燃料電池システム
DE19932313A1 (de) * 1999-07-10 2001-01-18 Daimler Chrysler Ag Steuervorrichtung für den Kühl- und Heizungskreislauf einer Brennkraftmaschine
JP2003148639A (ja) 2001-11-16 2003-05-21 Nikkiso Co Ltd 三方切替弁ユニット
JP2005310765A (ja) * 2004-03-26 2005-11-04 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
KR100645557B1 (ko) * 2004-10-05 2006-11-15 현대자동차주식회사 고분자 전해질 연료전지의 양극 플러딩 회복시스템 및 그방법
JP4737977B2 (ja) * 2004-11-30 2011-08-03 株式会社ケーヒン 燃料電池用弁装置
JP2006153223A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Keihin Corp 燃料電池用集積型弁装置
JP2006236831A (ja) 2005-02-25 2006-09-07 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2006269355A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2008008286A (ja) * 2006-05-30 2008-01-17 Denso Corp ベーン式の可変バルブタイミング調整機構の制御装置
JP2008020163A (ja) 2006-07-14 2008-01-31 Toyota Motor Corp 加湿装置および燃料電池システム
JP4923969B2 (ja) * 2006-11-16 2012-04-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5194443B2 (ja) 2006-12-08 2013-05-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用弁
JP5151185B2 (ja) * 2007-03-02 2013-02-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその掃気処理方法
JP5023743B2 (ja) * 2007-03-09 2012-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5144124B2 (ja) * 2007-05-17 2013-02-13 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP2009129886A (ja) * 2007-11-28 2009-06-11 Toyota Motor Corp 加湿制御装置
JP5191326B2 (ja) * 2008-09-17 2013-05-08 セイコーインスツル株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101416341A (zh) * 2006-04-07 2009-04-22 丰田自动车株式会社 燃料电池运转系统及燃料电池运转系统中的阀的防冻方法
WO2008069007A1 (ja) * 2006-12-07 2008-06-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 流体制御弁および燃料電池システム
WO2008132948A1 (ja) * 2007-04-18 2008-11-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池システム

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107148694A (zh) * 2014-10-28 2017-09-08 日产自动车株式会社 燃料电池系统
CN107148694B (zh) * 2014-10-28 2019-04-05 日产自动车株式会社 燃料电池系统
CN106169593A (zh) * 2015-05-18 2016-11-30 现代自动车株式会社 燃料电池系统
CN106169593B (zh) * 2015-05-18 2021-02-26 现代自动车株式会社 燃料电池系统
CN107093754A (zh) * 2016-02-18 2017-08-25 现代自动车株式会社 燃料电池系统用空气阀装置
CN110828859A (zh) * 2018-08-08 2020-02-21 现代自动车株式会社 燃料电池的加湿装置
CN110828859B (zh) * 2018-08-08 2023-07-21 现代自动车株式会社 燃料电池的加湿装置
CN112413182A (zh) * 2019-08-22 2021-02-26 章睿承 三动力源的复合动力控制机构
CN112413182B (zh) * 2019-08-22 2022-12-09 金德创新技术股份有限公司 三动力源的复合动力控制机构
CN110686165A (zh) * 2019-10-15 2020-01-14 西南石油大学 一种智能型天然气管道腐蚀监测装置

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