CN110945694B - 用于控制气态介质的配量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制气态介质、尤其氢气的配量设备(1)，该配量设备具有阀壳体(2)，在该阀壳体中构造有内部空间(50)。在该内部空间(50)中布置有加热元件(7)和能往复运动的关闭元件(13)。关闭元件(13)与阀座(12)共同作用用以打开或关闭至少一个贯通开口(17)。此外，在所述内部空间(50)中布置有双金属(15)，该双金属与所述加热元件(7)处于热接触中，其中，所述关闭元件(13)贴靠在所述双金属(15)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制气态介质、尤其氢气的配量设备，例如用于应用在具有燃料电池驱动装置的车辆中。
背景技术
DE 10 2012 204 565 A1描述了一种用于计量气态介质、尤其氢气的、呈比例阀形式的配量设备。该配量设备包括喷嘴体、关闭元件和弹性密封元件。在喷嘴体中构造有至少一个贯通开口，该贯通开口可以通过关闭元件在阀座上被释放或封闭。关闭元件可以通过电磁衔铁进行往复运动，该电磁衔铁可以由电磁体来操纵。
比例阀的特点在于，在使用它时在燃料电池的阳极路径中仅出现很小的压力波动并且可以确保安静运行。在比例阀的正常运行区域中，出现频繁的打开和关闭过程。为了优化燃料电池的阳极路径中的冲洗过程或为了实现燃料电池组件中的抽吸喷射泵的优化操作，也可能需要附加的开关过程。
发明内容
在此方面，用于控制气态介质、尤其氢气的本发明配量设备具有以下优点：该配量设备的打开和关闭过程通过主动地控制关闭元件来实现。
为此，用于控制气态介质、尤其氢气的配量设备具有阀壳体，在该阀壳体中构造有内部空间。在该内部空间中布置有加热元件和关闭元件。关闭元件与阀座共同作用用以打开或关闭至少一个贯通开口。此外，在该内部空间中布置有双金属，该双金属与加热元件处于热接触中。在此，关闭元件贴靠在双金属上。
双金属的特点在于，它们由两种不同金属构成的层制成，所述层材料锁合或形状锁合地相互连接。由于所述金属的热膨胀系数不同，因而在温度变化时双金属发生变形。
因此，双金属在关闭元件上的直接布置使得能够借助双金属的热调整主动地操控关闭元件的打开和关闭过程。由此可以调节气态介质的质量流量。此外，可以通过作用在加热元件上的加热电流以及通过气态介质的质量流量来求取配量设备内部中的介质温度。
在本发明的第一有利构型中设置，所述双金属在横截面方面构造为L形。有利地，阀壳体包括保持体和喷嘴体，其中，双金属固定在保持体的第一肩部和第二肩部之间并且平放在第二肩部上。由此，双金属能够以简单和紧凑的方式功能优化地布置在配量设备中。
在本发明的一个有利扩展方案中设置，所述加热元件包括加热线圈和线圈壳体，其中，双金属布置在线圈壳体上。有利地，在线圈壳体中布置有导热元件用于导热，并且双金属有利地至少部分接收在线圈壳体的凹槽中。由此，确保了快速且有效的操控，从而确保了双金属的热调整。这导致整个配量设备的紧凑结构和优化功能方式。
在一个有利的扩展方案中，在阀座和关闭元件之间布置有弹性密封元件。有利地，阀座构造为平座。通过将平坦的阀座与弹性密封元件结合使用以在阀座上进行密封，能够以简单的方式并在没有大的结构改变的情况下确保比例阀的密封性，使得例如氢气不会从比例阀中逸出。
在本发明构思的另一构型中，在阀壳体和关闭元件之间布置有关闭弹簧，其中，该关闭弹簧以弹簧力F将关闭元件压到双金属上。因此，关闭弹簧确保弹性密封元件座合在阀座上，使得实现配量设备的优化的密封性。因此，还确保了关闭元件直接布置在双金属上，使得可以直接通过双金属的热调整来控制关闭元件的往复运动。
在一个有利的扩展方案中，在阀壳体中构造有贯通通道，通过该贯通通道可以对阀壳体充注气态介质。
所描述的配量设备优选适用在用于对向燃料电池阳极区域的氢气供应进行控制的燃料电池组件中。优点是，阳极路径中的压力波动小并且运行安静。
附图说明
在附图中示出用于对向燃料电池的气体供应、尤其氢气进行控制的本发明配量设备的实施例。在此：
图1以纵向剖视图示出具有双金属的本发明配量设备的第一实施例，其中，仅示出右半部分。
图2以纵向剖视图在双金属区域中示出本发明配量设备的第二实施例。
具体实施方式
图1以纵向剖视图示出了本发明的配量设备1的第一实施例。配量设备1具有阀壳体2，该阀壳体包括保持体3和喷嘴体4，所述保持体和喷嘴体气密地彼此连接并且借助夹紧螺母21相对彼此固定。在阀壳体2中构造有内部空间50，在内部空间中布置有具有加热线圈70和线圈壳体700的加热元件7。加热线圈70可以通过电触点8被操控，该电触点通过夹紧元件9固定在保持体3中。
在内部空间50中布置有关闭元件13，在该关闭元件上布置有弹性密封元件14，并且该弹性密封元件与该关闭元件牢固地连接。弹性密封元件14与阀座12共同作用用以打开和关闭贯通开口17。贯通开口17构造在与喷嘴体4牢固地连接的座元件11中。阀座12构造在阀座元件11的突起24上。
此外，在内部空间50中，布置有在横截面方面构造为L形的双金属15该双金属具有第一臂26和第二臂27，所述双金属固定在保持体3的第一肩部25和第二肩部19之间并且平放在第二肩部19上。在此，双金属15布置在线圈壳体700上并且相对于内部空间50密封该线圈壳体。关闭元件13具有环边18，关闭元件13借助该环边贴靠在双金属15的第一臂26上。
关闭元件13借助关闭弹簧5以力F抵着双金属15并且向阀座12的方向被挤压。在此，关闭弹簧5支承在保持体3的另一肩部22与关闭元件13的背离阀座12的端部23之间。
在保持体3中，相对于配量设备1的纵轴线40径向地构造有贯通通道10，由此可以对配量设备1的内部空间50充注气态介质，例如氢气。
配量设备1的功能方式：
在加热线圈70未通电的情况下，关闭元件13通过关闭弹簧5压抵到阀座12上，使得贯通开口17和内部空间50之间的连接被中断并且没有气体流量。
如果加热线圈70通电，那么借助加热电流在双金属15中产生温度变化，这由于双金属中的两种金属的热膨胀系数不同而导致双金属15弯曲。由此，贴靠在双金属15上的关闭元件13被抬起，由此该关闭元件从阀座12抬起，并且来自配量设备1的气体流量通过贯通开口17被释放。
关闭元件13的行程可以通过加热线圈70上的电流强度的大小来调节。加热线圈70上的电流强度越高，则关闭元件13的行程由于双金属15的较强弯曲而越大，并且配量设备1中的气体流量越高，因为关闭弹簧5的力与行程有关。如果加热线圈70上的电流强度减小，那么关闭元件13的行程也减小，因此气体流量被节流。
如果加热线圈70上的加热电流被中断，那么双金属再次呈现其原始形状，并且关闭元件13借助关闭弹簧5向贯通开口17的方向运动，使得关闭元件13再次贴靠在阀座12上并且贯通开口17被关闭。穿过配量设备1的气体流量被中断。
图2以纵向剖视图在双金属的区域中示出本发明的配量设备1的第二实施例。具有相同功能的组件用相同的附图标记标注。与第一实施例相反，双金属15在此以第二臂27被接收在线圈壳体700中的凹槽20中。在线圈壳体700中还布置有导热元件16，使得热量更快地传递到双金属上。由此，加速了双金属由温度变化引起的弯曲，从而实现了更快的打开过程。第二实施例的原理结构和功能方式相应于第一实施例的原理结构和功能方式。
此外，可以借助加热线圈70的加热电流并借助气态介质的质量流来确定特征曲线族，由此可以求取配量设备1中的介质温度。
双金属15的机械应力保留在弹性范围内、通常低于20MPa的范围内，并且温度不超过热膨胀系数的大约200℃的线性范围，使得双金属的弯曲支持配量设备1的优化功能方式。
本发明的配量设备1例如可以使用在燃料电池组件中。借助配量设备1可以将来自罐中的氢气供应给燃料电池的阳极区域。从而，根据配量设备1的用于操纵关闭元件13的行程的加热线圈70上的电流强度的大小而定来这样改变贯通开口17的流动横截面，使得根据需要连续调节供应给燃料电池的气体流动。
因此，用于控制气态介质的配量设备1具有以下优点：在此可以在同时调节阳极压力时通过以电子控制的方式匹配贯通开口17的流动横截面更精确地进行第一气态介质的供应和氢气到燃料电池的阳极区域中的计量。可以更精确地完成。由此，明显改善了所附接的燃料电池的运行安全性和耐用性，因为总是以超过化学计量的份额来供应氢气。此外，还可以防止后续损失，例如防止下游的催化器损坏。
Claims (9)
1.一种用于控制气态介质的配量设备（1），该配量设备具有阀壳体（2），在该阀壳体中构造有内部空间（50），该配量设备具有布置在该内部空间中的加热元件（7）和能往复运动的关闭元件（13），该关闭元件与阀座（12）共同作用用以打开或关闭至少一个贯通开口（17），其中，在所述内部空间（50）中布置有双金属（15），该双金属与所述加热元件（7）处于热接触中，其中，所述关闭元件（13）贴靠在所述双金属（15）上，其特征在于，所述加热元件（7）包括加热线圈（70）和线圈壳体（700），其中，所述双金属（15）布置在所述线圈壳体（700）上，其中，在所述线圈壳体（700）中布置有导热元件（16），用于在所述加热线圈（70）与所述双金属（15）之间进行热传递，并且所述双金属（15）至少部分地接收在所述线圈壳体（700）的凹槽（20）中。
2.根据权利要求1所述的配量设备（1），其特征在于，所述双金属（15）在横截面方面构造为L形。
3.根据权利要求1或2所述的配量设备（1），其特征在于，所述阀壳体（2）包括保持体（3）和喷嘴体（4），其中，所述双金属（15）固定在所述保持体（3）的第一肩部（25）和第二肩部（19）之间并且平放在所述第二肩部（19）上。
4.根据权利要求1或2所述的配量设备（1），其特征在于，在所述阀座（12）和所述关闭元件（13）之间布置有弹性密封元件（14）。
5.根据权利要求1或2所述的配量设备（1），其特征在于，所述阀座（12）构造为平座。
6.根据权利要求1或2所述的配量设备（1），其特征在于，在所述阀壳体（2）和所述关闭元件（13）之间布置有关闭弹簧（5），其中，所述关闭弹簧（5）以弹簧力F将所述关闭元件（13）在该关闭元件的环边（18）处压到所述双金属（15）上。
7.根据权利要求1或2所述的配量设备（1），其特征在于，在所述阀壳体（2）中构造有贯通通道（10），通过该贯通通道能够对所述阀壳体（2）充注气态介质。
8.根据权利要求1所述的配量设备（1），其特征在于，所述气态介质是氢气。
9.一种燃料电池组件，该燃料电池组件具有用于控制对燃料电池的氢气供应的根据上述权利要求之一所述的配量设备（1）。
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