CN111373158A - 具有用于控制气态介质的配量阀的喷射泵单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射泵单元(46)，所述喷射泵单元包括泵壳体(49)、具有阀壳体(2)的配量阀(1)、混合管区域(52)、抽吸通道(43)和流出区域(45)，其中，在所述泵壳体(49)中构造有形成贯通开口(80)的通孔(42)。此外，所述配量阀(1)被接收在所述贯通开口(80)中，其中，在所述贯通开口(80)中相对于所述喷射泵单元(46)的纵轴线(40)径向地构造有第一阶梯(200)和第二阶梯(202)，用于将所述配量阀(1)在所述泵壳体(9)中径向地对中和导向。

Description

具有用于控制气态介质的配量阀的喷射泵单元

技术领域

本发明涉及一种具有用于控制气态介质、尤其是氢气的配量阀的喷射泵单元，该喷射泵单元例如应用在具有燃料电池驱动装置的车辆中。

背景技术

DE 10 2010 043 618 Al说明了一种喷射泵单元，该喷射泵单元具有用于控制气态介质、尤其是氢气的配量阀，其中，所述配量阀包括阀壳体、喷射器单元、促动器和关闭元件。在阀壳体中构造有贯通开口，该贯通开口可以通过关闭元件在阀座上被释放或封闭。喷射器单元包括流入区域、抽吸区域和混合管区域，第一气态介质在压力下被供应给所述流入区域，第二介质作用在所述抽吸区域上，第一和第二气态介质的混合物从所述混合管区域流出。贯通开口布置在喷射器单元的流入区域和抽吸区域之间。

可以通过由配量阀和喷射泵的组合实现在燃料电池组件的阳极路径中优化冲洗过程。对于所参与的部件的最优的工作方式需要相对彼此的精确的几何定向。

发明内容

根据本发明的具有用于控制气态介质、尤其是氢气的配量阀的喷射泵单元具有以下优点：通过将配量阀优化地集成到喷射泵单元中实现配量阀在喷射泵单元中的精确对中并且由此实现改进的工作方式。

为此，喷射单元包括泵壳体、具有阀壳体的配量阀、混合管区域、抽吸通道和流出区域。在泵壳中构造有形成贯通开口的通孔。此外，配量阀被接收在贯通开口中，其中，在贯通开口中相对于喷射泵单元的纵轴线径向地构造有第一阶梯和第二阶梯，用于将配量阀在泵壳体中径向地对中和导向。

通过在通孔中构造第一阶梯和第二阶梯实现配量阀和喷射泵单元的泵壳体之间的同轴性的改善。因此，可以实现再循环的气态介质和来自配量阀的气态介质之间的更好的混合。

在第一有利的扩展方案中设置，配量阀包括具有贯通通道的喷嘴，其中，喷嘴借助第一阶梯和第二阶梯在喷射泵单元中同轴地布置在混合管区域之前。由此使配量阀在泵壳体内的角度误差最小化。

在本发明的另一构型中有利地设置，在配量阀中构造有流入通道，该流入通道相对于喷射泵单元的纵轴线径向地至少部分地构造在泵壳体中并且通到贯通开口中，其中，阀壳体以阶梯布置在泵壳体上并且与该阶梯优选借助螺钉元件固定连接。因此，给出以简单的结构方式将配量阀优化地集成到泵壳体中。

在有利的扩展方案中，第一阶梯轴向地朝螺钉元件的方向布置在流入通道上方，而第二阶梯轴向地朝抽吸区域的方向布置在流入通道下方。因此，实现配量阀在泵壳体中的小的角度公差。

在本发明的另一构型中有利地设置，通孔至少区段式地构造为锥形，其中，喷射泵单元的流出通道相对于喷射泵单元的纵轴线径向地在泵壳体中构造在通孔的锥形区域中。有利地，流入通道通到在配量阀内的流入区域中，其中，流入区域构造在喷射泵单元的贯通开口中。通过将配量阀集成到喷射泵单元的泵壳体中，能够将气态介质流直接引导到喷射泵单元中。由此可以实现配量阀和喷射泵单元的优化的设计。

所说明的喷射泵单元优选适用于燃料电池组件中，用于控制向燃料电池的阳极区域的氢气供应。优点是在阳极路径中的小的压力波动和安静的运行。

附图说明

在附图中示出根据本发明的喷射泵单元和用于控制向燃料电池供应气体、尤其是氢气的配量阀的实施例。附图示出了：

图1以纵截面示出具有喷嘴的配量阀的实施例，

图2以纵截面示出根据本发明的具有在图1中所示的配量阀的喷射泵单元的实施例，

图3图2的喷射泵单元在贯通开口的区域中的放大局部，其中，仅示出右侧。

具有相同功能的构件用同一附图标记标明。

具体实施方式

图1以纵截面图示出配量阀1，如该配量阀被使用在根据本发明的喷射泵单元46中。配量阀1具有阀壳体2，该阀壳体具有内室3。在内室3中布置有电磁铁26，该电磁铁包括电磁线圈12、内极14和外极13。

此外，在内室3中布置有可往复运动的磁性衔铁装置25。磁性衔铁装置25包括磁性衔铁8和连接元件9，该连接元件被接收在磁性衔铁8的槽口22中并且因此与磁性衔铁8固定连接，例如通过焊缝或通过挤压。磁性衔铁8构造为插入式衔铁并且被接收在内极14中。内极14具有带有槽口棱边24的槽口21，磁性衔铁8在其往复运动时进入到该槽口中。

在内极14上在槽口34中布置有第一轴承套筒60，连接元件9在内极14的第一导向区段6上被接收并且引导在该第一轴承套筒中。此外，在阀壳体2上布置有第二轴承套筒70，连接元件9的活塞形区段23在第二导向区段7中被接收并且引导在该第二轴承套筒中。在此，连接元件9的活塞形区段23由具有高机械强度的材料制造。

此外，配量阀1包括喷嘴15，该喷嘴具有带有杯底部1510的杯形区域151和栓152。阀壳体2以背离电磁铁26的栓形端部38被接收在喷嘴15的杯形区域151中，其中，阀壳体2以面381贴靠在喷嘴15的配对面153上。在阀壳体2的栓形端部38和喷嘴15之间布置有调整元件36。

这是喷嘴15的一个可能的实施方式。替代地，喷嘴15也可以被接收在配量阀1的阀壳体2中并且与该阀壳体固定连接。

连接元件9在一端部上与关闭元件10固定连接。关闭元件10在其背离连接元件9的端部上具有弹性密封元件11。弹性密封元件11与构造在喷嘴15的杯底部1510上的阀座19共同作用，使得在将弹性密封元件11放置在阀座19上时，构造在喷嘴15中的贯通通道18关闭。阀座19在这里构造为平面座。

在内极14中构造有弹簧室30，该弹簧室构成内室3的一部分。在弹簧室30中布置关闭弹簧4，该关闭弹簧支撑在内极14和连接元件9的盘形端部5之间。关闭弹簧4对磁性衔铁装置25朝阀座19方向加载以力。

此外，内室3包括磁性衔铁室300，在该磁性衔铁室中布置有磁性衔铁8。磁性衔铁室300通过连接通道16与弹簧室30连接。磁性衔铁8在其面向关闭元件10的端部上邻接到流入区域28上，该流入区域能够通过相对于喷射泵单元46的配量阀1的纵轴线40径向地布置并且构造在阀壳体2中的流入通道17以气态介质，例如氢气充注。

阀壳体2和内极14通过磁性节流部位20磁性和机械地相互连接。有利地，所述阀壳体和所述内极可以构造为一件式。磁性节流部位20包括薄壁的圆柱形接片201和圆锥形区域2020，由此在磁性衔铁室300中构造有环形槽301。

阀壳体2和内极14的一体式形状仅示出一个可能的实施方式，然而可以与节流部位20一样被取消。

配量阀1的工作方式如下：

在电磁线圈12未通电时，关闭元件10通过关闭弹簧4被压到阀座19上，使得流入区域28和贯通通道18之间的连接中断并且不发生气体通流。

如果电磁线圈12通电，则产生作用到磁性衔铁8上的磁力，该磁力与关闭弹簧4的关闭力反向。该磁力通过连接元件9被传递到关闭元件10上，使得过补偿关闭弹簧4的关闭力并且具有弹性密封元件11的关闭元件10从阀座19抬起。释放通过配量阀1的气体通流。

关闭元件10的行程可以通过电磁线圈12上的电流强度大小来调整。在电磁线圈12上的电流强度越大，则关闭元件10的行程越大并且配量阀1中的气体通流也越大，因为关闭弹簧4的力与行程有关。如果电磁线圈12上的电流强度减小，则关闭元件10的行程也减小并且因此使气体通流节流。

如果电磁线圈12上的电流中断，则作用到磁性衔铁8上的磁力减弱，使得借助连接元件9传递到关闭元件10上的力减小。关闭元件10朝贯通通道18的方向运动并且借助弹性密封元件11在阀座19上密封。配量阀1中的气体通流中断。

根据本发明的喷射泵单元46的配量阀1例如可以使用在燃料电池组件中。借助配量阀1可以将来自箱的氢气供应给燃料电池的阳极区域。因此，视配量阀1的电磁线圈12上的电流强度大小而定(通过该电流强度操纵关闭元件10的行程)，这样地改变贯通通道18上的通流横截面，使得连续地对供应给燃料电池的气体流进行符合需求的调整。

因此，用于控制气态介质的配量阀1具有以下优点：在此借助电子控制地适配贯通通道18的通流横截面可以在调节阳极压力的同时基本上更精确地供应第一气态介质和将氢气配量到燃料电池的阳极区域中。由此明显改善了所连接的燃料电池的运行安全性和耐久性，因为总是以超化学计量的比例供应氢气。此外，也可以防止间接损坏，例如布置在后面的催化器的损坏。

图2以纵截面示出根据本发明的具有配量阀1的喷射泵单元46的实施例。喷射泵单元46具有喷射泵壳体41，该喷射泵壳体包括配量阀1的阀壳体2和泵壳体49。喷射泵单元46具有纵轴线40，该纵轴线与配量阀1的纵轴线相同。

在泵壳体49中，相对于纵轴线40轴向地形成部分阶梯状并且部分锥形地构造的通孔42，并且相对于纵轴线40径向地形成配量阀1的抽吸通道43和流入通道17。在通孔42中形成抽吸区域44、混合管区域52和流出区域45。配量阀1与通孔42同轴地在泵壳体49中区段式地被接收在贯通开口80中。在此，阀壳体2以阶梯37布置在泵壳体49上并且与该泵壳体通过多个螺钉元件35固定连接。此外，在阀壳体2和喷嘴15上布置有密封元件53，使得阀壳体2和泵壳体49彼此密封。因此，气态介质从流入通道17仅通过贯通通道18朝抽吸区域44的方向进入。

在泵壳体49的背离配量阀1的端部区域上，相对于纵轴线40径向地在泵壳体49中构造有流出通道48，其中，通孔42在泵壳体49的背离配量阀1的端部区域上用盖50密封。

此外，如在图3中以放大图示出的那样，在泵壳体49中，在泵壳体49的贯通开口80中相对于纵轴线40径向地构造有第一阶梯200和第二阶梯202，在所述阀壳体中，配量阀1以阀壳体2被接收在泵壳体49中。因此，配量阀1的阀壳体2可以在泵壳体49中径向地被导向并且相应地在通孔42中定向，以便能够保证配量阀15的喷嘴15朝混合管区域52的精确且角度准确地定向。在此，第一阶梯200径向地朝电磁铁26的方向布置在流入通道17上方，而第二阶梯202朝抽吸区域44的方向布置在流入通道17下方。在配量阀1和第一阶梯200之间并且在配量阀1和第二阶梯202之间分别形成距离，使得配量阀1不放置在第一阶梯200和/或第二阶梯202上。

喷射泵单元46的工作方式：

在配量阀1的阀座19打开或部分打开时，气态介质从配量阀1的供应通道17经由阀座19流到喷嘴15中的贯通通道18中，在这里氢气从箱流到喷嘴15中的贯通通道18中。该氢气在从喷嘴15流出并进入到抽吸区域44中的通孔42中之后遇到气态介质，该气态介质已经被供应给燃料电池，但没有被消耗，并且通过抽吸通道43被引回到喷射泵单元46中。被引回的气体介质主要包括氢气，但也包括水蒸气和氮气。在混合管区域52中，通过气态介质的动量交换从抽吸区域44吸入质量流并且将其朝流出区域45的方向和因此朝燃料电池的阳极区域的方向输送。视通孔42的几何形状和配量阀1并且从而喷嘴15的插入角度而定，可以对供应给燃料电池的气体流进行符合需求的调整。

Claims (7)

1.一种喷射泵单元(46)，所述喷射泵单元包括泵壳体(49)、具有阀壳体(2)的配量阀(1)、混合管区域(52)、抽吸通道(43)和流出区域(45)，其中，在所述泵壳体(49)中构造有形成贯通开口(80)的通孔(42)，其特征在于，所述配量阀(1)被接收在所述贯通开口(80)中并且在所述贯通开口(80)中相对于所述喷射泵单元(46)的纵轴线(40)径向地构造有第一阶梯(200)和第二阶梯(202)，用于将所述配量阀(1)在所述泵壳体(9)中径向地对中和导向。

2.根据权利要求1所述的喷射泵单元(46)，其特征在于，所述配量阀(1)包括具有贯通通道(18)的喷嘴(15)，其中，所述喷嘴(15)借助所述第一阶梯(200)和所述第二阶梯(202)在所述喷射泵单元(46)中同轴地布置在所述混合管区域(52)之前。

3.根据权利要求1或2的喷射泵单元(46)，其特征在于，在所述配量阀(1)中构造有流入通道(17)，所述流入通道(17)相对于所述喷射泵单元(46)的纵轴线(40)径向地至少部分地构造在所述泵壳体(49)中并且通到所述贯通开口(80)中，其中，阀壳体(2)以阶梯(37)布置在所述泵壳体(49)上并且优选借助螺钉元件(35)与该泵壳体固定连接。

4.根据权利要求3所述的喷射泵单元(46)，其特征在于，所述第一阶梯(200)轴向地朝所述螺钉元件(35)的方向布置在所述流入通道(17)上方，而所述第二阶梯(202)轴向地朝所述抽吸区域(44)的方向布置在所述流入通道(17)下方。

5.根据前述权利要求中任一项所述的喷射泵单元(46)，其特征在于，所述通孔(42)至少区段式地构造为锥形，其中，所述喷射泵单元(46)的流出通道(48)相对于所述喷射泵单元(46)的纵轴线(40)径向地在所述泵壳体(49)中构造在所述通孔(42)的锥形区域中。

6.根据权利要求3或4所述的喷射泵单元(46)，其特征在于，所述流入通道(17)通到在所述配量阀(1)内的流入区域(28)中，其中，所述流入区域(28)构造在所述喷射泵单元(46)的贯通开口(80)中。

7.具有根据前述权利要求中任一项所述的喷射泵单元(46)的燃料电池组件，所述喷射泵单元用于控制向燃料电池供应氢气。

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