CN110506175A - 用于控制气态介质的比例阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制气态介质、尤其氢气的比例阀(1)，其具有阀壳体(2)，其中，在阀壳体(2)中构造有内室(3)。在内室(3)中布置有具有外极(14)和内极(15)的电磁线圈(16)。此外，内极(15)构造为两部分式并且包括第一内极元件(12)和第二内极元件(18)。

Description

用于控制气态介质的比例阀

技术领域

本发明涉及一种用于控制气态介质、尤其氢气的比例阀，例如使用在具有燃料电池驱动装置的车辆中。

背景技术

在车辆研发的领域中，气态燃料、尤其氢气是对传统液态燃料的替代物。在具有燃料电池作为驱动装置的车辆中在此需要控制氢气流，其中，气体流不是如在喷射液态燃料时那样非连续地被控制，而是例如使用比例阀，所述比例阀根据所希望的驱动功率调整开口横截面。

由DE 10 2012 204 565已知一种用于控制气态介质的比例阀。该比例阀包括具有贯通开口的喷嘴体、具有弹性元件的关闭元件。通过关闭元件能够在阀座上释放和封闭所述贯通开口。弹性密封元件在阀座上密封并且具有凹槽，该凹槽具有内壁区域。该内壁区域在比例阀的关闭状态中下被加载以气态介质的压力。通过该布置实现密封元件在阀座上的改进的贴靠并且因此实现在阀座上的改进的密封性。

为了确保比例阀的有效的工作方式，在更高密封性的情况下也要求更高的磁力需求。这可能导致更大的结构空间并且因此导致整个比例阀的低效的结构形式。

发明内容

与此相反地，根据本发明的用于控制气态介质、尤其氢气的比例阀具有以下优点：尽管使用更大的磁力也可以实现尽可能小的结构空间。为此，比例阀具有阀壳体，在该阀壳体中构造有内室。在该内室中布置具有外极和内极的电磁线圈。此外，内极构造为两部分式并且包括第一内极元件和第二内极元件。

通过将内极分为第一内极元件和第二内极元件两部分可以实现，第一内极元件和第二内极元件这样地匹配比例阀中的条件，使得确保比例阀的最优的工作方式。

在本发明的第一有利构型中设置，第一内极元件和第二内极元件固定连接，例如通过压紧部。在此，可以通过第一内极元件和/或第二内极元件的阶梯状接触面实现大的面压力。此外，也可以是第一内极元件与第二内极元件焊接。通过第一内极元件和第二内极元件的连接有利于比例阀中的小结构空间。

在本发明的有利扩展方案中，第二内极元件被套筒元件包围。有利地，套筒元件由非磁性材料制成。因此，代替第二内极元件，套筒元件可以确保向外的、尤其朝向电磁线圈的密封性。

在本发明构思的另外构型中有利地设置，套筒元件与第一内极元件和/或阀壳体固定连接，例如通过焊缝。由此，第一内极元件可以优化地在内室中被定向。在此，套筒元件用作阀壳体和第一内极元件之间的间距保持装置。有利地，第二内极元件固定在套筒元件中，优选通过压紧部或焊缝。因此实现第二内极元件在比例阀中的优化定向。

在本发明的有利的扩展方案中，电磁线圈借助套筒元件相对于磁性衔铁室气密地密封，其中，内室包括磁性衔铁室。因此，套筒元件确保保护电磁线圈免受磨损。当电磁线圈与气态介质、在这里是氢气接触时，可能出现该磨损。

在本发明构思的另外构型中有利地设置，在磁性衔铁室中接收有可升降运动的、构造为插入式衔铁的磁性衔铁并且磁性衔铁的上方行程止挡构造在第二内极元件上。磁性衔铁借助电磁线圈能够升降运动，由此可以控制比例阀。

在有利的扩展方案中，第一内极元件和第二内极元件由磁性材料、优选铁钴合金制成。有利地，第二内极元件由与第一内极元件相比具有更高饱和极化的磁性材料制成。使用具有高饱和极化的磁性材料具有以下优点：在接通电磁线圈时可以提高磁力。因为这种磁性材料必须成本增加并且大规模地被加工，所以不是整个内极都由该材料制成。此外，该磁性材料并不那么强地耐受氢气，使得避免过多的使用。

在本发明的另外构型中有利地设置，在内室中布置有关闭元件，其中，关闭元件在阀座上释放或闭锁至少一个构造在阀体上的贯通开口。有利地，在关闭元件和阀座之间布置有弹性密封元件，该密封元件在阀座上密封。由此能够以简单的方式控制氢气通流。

在有利的扩展方案中，内室包括弹簧室，在该弹簧室中布置有关闭弹簧，其中，关闭弹簧以朝阀座方向的力对关闭元件进行弹簧加载。这在电磁线圈断电时确保比例阀的密封性，使得不能发生氢气通流。

有利地，所说明的比例阀在燃料电池组件中适用于控制对燃料电池的阳极区域的氢气供应。阳极路径中的小的压力波动和安静的运行是有利的。

附图说明

在附图中示出根据本发明的用于控制对燃料电池的气体供应、尤其氢气的比例阀的实施例。在附图示中：

图1以纵截面示出根据本发明的具有两部分内极的比例阀的第一实施例，

图2以纵截面示出根据本发明的具有两部分内极的比例阀的第二实施例。

具体实施方式

图1以纵截面示出根据本发明的比例阀1的实施例。比例阀1具有阀壳体2，该阀壳体具有内室3。在内室3中布置有具有外极14和内极15的电磁线圈16。内极15包括第一内极元件12和第二内极元件18。第一内极元件12和第二内极元件18通过焊缝7相互连接。

阀壳体2、第一内极元件12和第二内极元件18限界弹簧室34，其中，弹簧室34构造为内室3的一部分。在弹簧室34中布置有关闭弹簧24，该关闭弹簧24在一侧支撑在阀壳体2上并且另一侧支撑在布置在内室3中的连接元件8的盘形端部19上。连接元件8在第二内极元件18上具有第一导向区段31并且超过弹簧室34伸入到磁性衔铁室36中。

磁性衔铁室36由第二内极元件18、阀壳体2和套筒元件20限界并且构造为内室3的一部分。套筒元件20通过焊缝7与第一内极元件12和阀壳体2固定连接，使得套筒元件20用作间距保持装置并且将磁性衔铁室36相对于电磁线圈16密封，使得没有气态介质，在这里是氢气，能够到达电磁线圈16上。此外，套筒元件20包围第二内极元件18，其中，在该内极元件18中构造有连接通道32，使得弹簧室34和磁性衔铁室36相互连接。

此外，在磁性衔铁室36中布置有构造为插入式衔铁的磁性衔铁6，所述磁性衔铁与连接元件8固定连接。第二内极元件18用作磁性衔铁6的上方行程止挡23。磁性衔铁6在阀壳体2中的导向部35中被导向。

连接元件8穿过阀壳体2的第二导向区段33伸到流入室22中，所述流入室构造为内室3的一部分。流入室22经由第二连接通道30与磁性衔铁室36连接。连接元件8以其背离关闭弹簧24的端部与关闭元件10固定连接。关闭元件10在其背离连接元件8的端部上具有弹性密封元件9。

阀壳体2包括喷嘴体4，该喷嘴体具有贯通开口25，由此，流入室22能够与流出室26连接。在喷嘴体4上构造有平坦的阀座37，该阀座与关闭元件10的弹性密封元件9共同作用，使得在具有弹性密封元件9的关闭元件10落在平坦的阀座37上时，贯通开口25被关闭。

比例阀1的阀壳体2被注塑包封件17包围以防受外部影响。为了比例阀1的氢气供应，在注塑包封件17和阀壳体2中构造有供应通道28。

比例阀1的工作方式：

在电磁线圈16不通电时，关闭元件10通过关闭弹簧24被压到阀座37上，使得流入室22和流出室26之间的连通中断并且不发生气体通流。

如果电磁线圈16被通电，则在磁性衔铁6上产生磁力，该磁力与关闭弹簧44的关闭力方向相反。该磁力通过连接元件8被传递到关闭元件10上，使得关闭弹簧24的关闭力被过抵消并且关闭元件10从阀座37抬起。从流入室22经由贯通开口25到流出室26中的气体通流被释放。

关闭元件10的行程可以通过电磁线圈16上的电流强度的大小被调整。电磁线圈16上的电流强度越高，则关闭元件10的行程越大并且比例阀1中的气体流量也越大，因为关闭弹簧24的力与行程相关。如果电磁线圈16上的电流强度减小，则关闭元件10的行程也减小并且因此气体流量被节流。

如果电磁线圈16上的电流中断，则磁性衔铁6上的磁力减小，使得借助连接元件8作用到关闭元件上的力减小。关闭元件10朝贯通开口25的方向运动并且借助弹性密封元件9在阀座37上密封。比例阀1的气体通流中断。

替代地，流入室22可以与供应通道28一起和流出室26互换，使得在比例阀1中进行逆向通流。

图2以纵截面示出根据本发明的比例阀1的另一实施例。与图1相比，在该实施例中，第二内极元件18具有阶梯状接触面38，第二内极元件18借助该接触面被压到第一内极元件12中。

图2中所示的实施例的其余结构和工作方式相应于图1的实施例。

在图1和图2的实施例中，磁性衔铁6、第一内极元件12和第二内极元件18由磁性材料、例如铁素体钢如FeCo17或FeCo50制成。第二内极元件18由与第一内极元件12相比具有更高饱和极化的磁性材料制成。因此，可以在使用具有高饱和极化的磁性材料的情况下实现磁力的增加，而不在电磁线圈16上进行改变。

替代地，代替第一内极元件12和第二内极元件18的焊接，第二内极元件18也可以夹紧在套筒元件20中。

根据本发明的比例阀1例如可以在燃料电池组件中使用。借助比例阀1可以给燃料电池的阳极区域供应来自箱的氢气。视比例阀1的电磁线圈16上的电流强度的大小而定，通过所述电流强度操纵关闭元件10的行程，从而这样地改变贯通开口25的通流横截面，使得连续地进行根据需求调整供应给燃料电池的气体流。

因此，用于控制气态介质的比例阀1具有以下优点：在此借助对贯通开口25的通流横截面的电子控制的匹配在调节阳极压力的同时可以显著更精确地进行第一气态介质的供应和到燃料电池阳极中的氢气配量。由此明显改善连接的燃料电池的运行可靠性和耐久性，因为氢气总是以超化学计量的比例被供应。此外也可以防止后续损坏，例如后置的催化器的损坏。

Claims (14)

1.一种用于控制气态介质、尤其氢气的比例阀(1)，所述比例阀具有阀壳体(2)，其中，在所述阀壳体(2)中构造有内室(3)，其中，在所述内室(3)中布置有具有外极(14)和内极(15)的电磁线圈(16)，其特征在于，所述内极(15)构造为两部分式并且包括第一内极元件(12)和第二内极元件(18)。

2.根据权利要求1所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述第一内极元件(12)和所述第二内极元件(18)相互固定连接，例如通过压紧部或焊缝(7)。

3.根据权利要求1或2所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述第二内极元件(18)被套筒元件(20)包围。

4.根据权利要求3所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述套筒元件(20)由非磁性材料制成。

5.根据权利要求3或4所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述套筒元件(20)与所述第一内极元件(12)和/或所述阀壳体(2)固定连接，例如通过焊缝(7)。

6.根据权利要求3、4或5所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述第二内极元件(18)固定在所述套筒元件(20)中，优选通过压紧部或焊缝。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述电磁线圈(16)借助所述套筒元件(20)相对于磁性衔铁室(36)气密地密封，其中，所述内室(3)包括所述磁性衔铁室(36)。

8.根据权利要求7所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，在所述磁性衔铁室(36)中接收有能够升降运动的、构造为插入式衔铁的磁性衔铁(6)，并且，所述磁性衔铁(6)的上方行程止挡构造在所述第二内极元件(18)上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述第一内极元件(12)和所述第二内极元件(18)由磁性材料、优选铁钴合金制成。

10.根据权利要求9所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述第二内极元件(18)由与所述第一内极元件(12)相比具有更高饱和极化的磁性材料制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，在所述内室(3)中布置有关闭元件(10)，其中，所述关闭元件(10)在阀座(37)上释放或闭锁至少一个构造在所述阀体(2)上的贯通开口(25)。

12.根据权利要求11所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，在所述关闭元件(10)和所述阀座(37)之间布置有弹性的密封元件(9)，所述密封元件(9)在阀座(37)上密封。

13.根据权利要求11或12所述的用于控制气态介质的比例阀(1)，其特征在于，所述内室(3)包括弹簧室(34)，在所述弹簧室(34)中布置有关闭弹簧(24)，其中，所述关闭弹簧(24)以朝所述阀座(37)方向的力对所述关闭元件(10)进行弹簧加载。

14.一种燃料电池组件(100)，所述燃料电池组件具有根据前述权利要求中任一项所述的比例阀(1)，用于控制对燃料电池的氢气供应。