CN111094816A - 用于控制气态介质的配量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制气态介质、尤其氢气的配量装置(1)，其具有阀壳体(2)，在所述阀壳体中构造内室(18)。在内室(18)中布置有带有弹性密封元件(12)的可进行行程运动的衔铁(10)，所述弹性密封元件与阀座(14)共同作用，用于打开或关闭至少一个通路开口(3)。此外，在衔铁(10)上布置有框架元件(11)并且该框架元件与所述衔铁固定连接，其中，所述弹性密封元件(12)这样被接收在框架元件(11)的槽口(27)中，使得弹性密封元件(12)的热膨胀和框架元件(11)的热膨胀在接触面(30)上相同。框架元件(11)相对于配量装置(1)在纵轴线(15)的径向方向(20)上具有比相对于配量装置(1)的纵轴线(15)在轴向方向(21)上更高的热膨胀系数。

Description

用于控制气态介质的配量装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制气态介质、尤其是氢气的配量装置，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 Al描述了一种在此构造为比例阀的配量装置，其用于控制气态介质、尤其是氢气，其中，该比例阀包括喷嘴体、关闭元件和弹性密封元件。在喷嘴体中构造至少一个通路开口，该通路开口可以通过阀座上的关闭元件被释放或封闭。在此，弹性密封元件在阀座上密封。
然而，在配量装置中出现的温度变化对弹性密封元件的变形具有影响。由此，可能损害配量装置的打开过程，因为不再能够精确地调节关闭元件的行程运动。
发明内容
与之相关地，用于控制气态介质、尤其氢气的本发明配量装置具有以下优点：尽管存在弹性密封元件的温度依赖性，仍实现配量装置的优化功能方式。
为此，用于控制气态介质、尤其氢气的配量装置具有阀壳体，在该阀壳体中构造内室。在内室中布置有带有弹性密封元件的可进行行程运动的衔铁，该密封元件与阀座共同作用，用于打开或关闭至少一个通路开口。此外，在衔铁上布置有框架元件并且该框架元件与衔铁固定连接，其中，弹性密封元件被这样接收在框架元件的槽口中，使得弹性密封元件的热膨胀和框架元件的热膨胀在接触面上相同，其中，框架元件关于配量装置的纵轴线在径向方向上具有比关于配量装置的纵轴线在轴向方向上更高的热膨胀系数。
由此，通过轴向和径向热膨胀的叠加实现了弹性密封元件的轴向膨胀的减小，使得在弹性密封元件的行程方向上不会进行改变。因此尽管存在弹性密封元件的热膨胀，仍可以精确调节配量装置的打开行程，由此确保符合需求地对到燃料电池的阳极区域中的气态介质进行调节。
在第一有利扩展方案中设置，框架元件由碳纤维增强的塑料制成。由此，弹性密封元件可以以简单的方式被接收在框架元件中并且在接触面上匹配于框架元件的热膨胀。
在本发明的另一构型中有利地设置，衔铁可借助电磁体进行行程运动并且借助关闭弹簧向阀座的方向被施加力。有利地，关闭弹簧布置在阀壳体与衔铁之间并且被接收在电磁体的槽口中。由此，关闭弹簧可以以简单的结构方式布置在配量装置中。
在一个有利的扩展方案中，阀座作为平阀座构造在阀壳体凸起上。通过结合弹性密封元件使用平坦的阀座，可以以简单的方式无需大的结构改变地确保配量装置的密封性，使得例如没有氢气能够从配量装置中流出。
在本发明的另一构型中有利地设置，在阀壳体中构造有通路通道，通过该通路通道内室可以被充注以气态介质。
所述的配量装置优选适用于燃料电池组件中，用于控制向燃料电池阳极区域的氢气供应。优点是阳极路径中的压力波动小并且运行安静。
附图说明
在附图中示出用于控制向燃料电池的气体供应、尤其氢气的本发明配量装置的实施例。附图：
图1以纵截面图示出具有框架元件的本发明配量装置的实施例，
图2以横截面图示出来自图1的框架元件，其中，仅示出右半部分。
具体实施方式
图1以纵截面图示出本发明的配量装置1的实施例。配量装置2具有阀壳体2，在该阀壳体中构造有内室18。在内部空间18中布置有电磁体50，该电磁体包括具有电磁线圈壳体6的电磁线圈5并包括磁芯7。
此外，在内室18中布置有可行程运动的衔铁10，在该衔铁上布置有框架元件11并且该框架元件与衔铁固定连接。在框架元件11中，在槽口27中布置有弹性密封元件12。弹性密封元件12与阀座14共同作用，用于打开和关闭通路开口3。在此，密封座14在阀壳体2的凸起16上构造为平阀座。
相对于配量装置1的纵轴线15在径向上，在阀壳体2中构造有通路通道4，由此配量装置1的内室18可以被充注以气态介质、例如氢气。气态介质可以通过通路开口3从配量装置1向燃料电池组件的阳极区域方向流出。
在阀壳体2与衔铁10之间在磁芯7的槽口9中布置有关闭弹簧8，该关闭弹簧向阀座14的方向对衔铁10施加力，使得在配量装置1处于关闭位置时弹性密封元件12被压靠在阀座14上。在此，衔铁10例如可以通过阀壳体2在配量装置1中被导向，使得关于密封座14的倾斜最小化。
配量装置1的功能方式如下：
在电磁线圈5未通电的情况下，弹性密封元件12通过关闭弹簧8被压到阀座14上，使得没有气态介质从配量装置1向通路开口3的方向流出。
如果对电磁线圈5通电，则产生作用到衔铁10上的磁力，该磁力与关闭弹簧8的关闭力方向相反并且过度补偿该关闭力。弹性密封件12从阀座14抬起。通过配量装置1的气体流量被释放。
衔铁10的行程可以通过电磁线圈5上的电流强度的高低来调节。电磁线圈5上的电流强度越高，衔铁10的行程则越大并且配量装置1中的气体流量也越大，因为关闭弹簧8的力与行程相关。如果电磁线圈5上的电流强度减小，则衔铁10的行程也减小，因此气体流量被节流。
如果电磁线圈5上的电流中断，则作用到衔铁10上的磁力被减小。弹性密封元件12向阀座14的方向运动并且在阀座上再次密封。配量装置1中的气体流量被中断。
在配量装置1中出现的温度变化导致弹性密封元件12上的热膨胀。由此影响衔铁10的行程，这会导致不精确的行程调节。通过使用接收有弹性密封元件12的框架元件11可以补偿这些热膨胀。
图2以横截面图示出图1的本发明配量装置1的实施例中的框架元件11，其中，仅示出了右半部分。弹性密封元件12布置在框架元件11的槽口27中。在此，弹性密封元件12在接触面30上与框架元件11固定连接。
此外，框架元件11相对于配量装置1的纵轴线15在径向方向20上具有比在轴向方向21上更高的热膨胀系数。通过弹性密封元件12与框架元件11经由接触面30的固定连接，弹性密封元件12在径向方向24上具有与框架元件11相同的热膨胀。然而，如果弹性密封元件12相对于配量装置1的纵轴线15在轴向方向25上具有比在径向方向24上更高的热膨胀系数，则通过接触面30并通过弹性密封元件12的由此产生的轴向和径向热膨胀叠加引起弹性密封元件12关于纵轴线15在轴向方向25上的热膨胀减小。
本发明的配量装置1例如可以在燃料电池组件中使用。借助于配量装置1可以将来自罐中的氢气供应给燃料电池的阳极区域。因而，根据配量装置1的电磁线圈5上的、操纵弹性密封元件12的行程所借助的电流强度的高低而定，这样改变通路开口3的流动横截面，使得连续地、符合需求地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装置1具有以下优点：在此，可以借助于在调节阳极压力同时电子受控地匹配通路开口3的流动横截面明显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配量。由此明显改善了所附接的燃料电池的运行可靠性和耐久性，因为总是以超化学计量的份额供应氢气。此外，也可以防止后续损坏，例如防止布置在下游的催化器损坏。

Claims (7)

1.一种用于控制气态介质、尤其氢气的配量装置(1)，具有在内部构造有内室(18)的阀壳体(2)并具有布置在该内室中的能进行行程运动的衔铁(10)和布置在该衔铁上的弹性密封元件(12)，所述弹性密封元件与阀座(14)共同作用，用于打开或关闭至少一个通路开口(3)，其特征在于，在所述衔铁(10)上布置有框架元件(11)，并且所述框架元件与该衔铁固定连接，其中，所述弹性密封元件(12)这样被接收在所述框架元件(11)的槽口(27)中，使得所述弹性密封元件(12)的热膨胀和所述框架元件(11)的热膨胀在接触面(30)上相同，其中，所述框架元件(11)相对于所述配量装置(1)的纵轴线(15)在径向方向(20)上具有比相对于所述配量装置(1)的纵轴线(15)在轴向方向(21)上更高的热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的配量装置(1)，其特征在于，所述框架元件由碳纤维增强的塑料制成。
3.根据上述权利要求之一所述的配量装置(1)，其特征在于，所述衔铁(10)能够借助电磁体(50)进行行程运动并且借助关闭弹簧(8)向所述阀座(14)的方向被施加力。
4.根据权利要求3所述的配量装置(1)，其特征在于，所述关闭弹簧(8)布置在所述阀壳体(2)和所述衔铁(10)之间并且被接收在所述电磁体(50)的槽口(9)中。
5.根据上述权利要求之一所述的配量装置(1)，其特征在于，所述阀座(14)作为平阀座构造在所述阀壳体(2)的凸起(16)上。
6.根据上述权利要求之一所述的配量装置(1)，其特征在于，在所述阀壳体(2)中构造有通路通道(4)，通过所述通路通道，所述内室(18)能够被充注以气态介质。
7.一种燃料电池组件，具有用于控制向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装置(1)。
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