CN111911709B - 阀门 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种阀门。阀门(70)被配置于燃料电池系统(10)的反应气体系统装置(17)。阀门(70)具有壳体(74)和杆状的加热器(120)，其中，所述壳体(74)在其内部具有能供水流动的流路(72)；所述杆状的加热器(120)被插入壳体(74)。在流路(72)的规定位置设置有流路截面面积小的孔口(96a)。加热器(120)从阀门(70)的螺线管(76)侧起沿壳体(74)的轴向倾斜，且其顶端部(122a)接近孔口(96a)。据此，阀门能实现小型化，即使在设置空间小的燃料电池系统中也能够简单地配置，并且能够不依赖于流路形状而对孔口周边进行加热。

Description

阀门
技术领域
本发明涉及一种被设置于燃料电池系统的反应气体系统装置中的阀门。
背景技术
燃料电池系统通过从反应气体系统装置(阳极气体系统装置，阴极气体系统装置)向燃料电池堆(fuel cell stack)供给阳极气体和阴极气体，来使燃料电池堆内的发电单元(power generation cell)进行发电。
燃料电池系统的阳极气体系统装置具有阀门(排水阀：purge valve)，该阀门用于排出从燃料电池堆排出的阳极废气(anode off gas)所含有的水(参照日本发明专利公开公报特开2008-270151号)。若在低温环境下燃料电池系统中的水发生冻结，则这种阀门内部的流路有可能会堵塞。因此，日本发明专利公开公报特开2008-270151号所公开的阀门中设置有用于进行解冻的加热器。
发明内容
另外，在低温环境下，阀门的流路中流路截面面积小的孔口(orifice)最易堵塞。因此，优选为加热器对孔口的周边进行加热。然而，若单纯地在孔口附近设置加热器，则会产生孔口周边的壳体变粗，壳体或加热器与设置空间有限的燃料电池系统的其他结构相干涉，或者阀门内的流路形状大幅受限等不良情况。
本发明与适用于上述的燃料电池系统的阀门相关，其目的在于，提供一种能够实现小型化且不依赖于流路形状而良好地进行孔口的冻结抑制或者解冻的阀门。
为了实现上述目的，本发明的一技术方案是一种阀门，其被配置于燃料电池系统的反应气体系统装置，该阀门具有壳体和杆状的加热器，其中，所述壳体在其内部具有能供液体流动的流路；所述杆状的加热器被插入所述壳体中，在所述流路的规定位置设置有流路截面面积小的孔口，所述加热器从所述阀门的螺线管(solenoid)侧起沿所述壳体的轴向倾斜，且其顶端部(前端部)接近所述孔口。
上述阀门的加热器的顶端部接近孔口，据此，在低温环境下能够由加热器迅速地对孔口的周边进行加热，而能够良好地进行孔口的冻结抑制或者解冻。并且，加热器从螺线管侧起沿壳体的轴向倾斜，因此，能够不加粗壳体而另外以避开流路的方式来设置加热器。因此，阀门能实现小型化，即使在设置空间小的燃料电池系统中也能够简单地配置，并且能够不依赖于流路形状而对孔口周边进行加热。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是概略表示本发明一实施方式所涉及的燃料电池系统的整体结构的框图。
图2是从基端侧来观察图1的阀门的概略说明图。
图3是图2的III-III剖视图。
图4是从基端侧来观察变形例所涉及的阀门的概略说明图。
具体实施方式
下面，列举优选的实施方式且参照附图对本发明详细地进行说明。
如图1所示，本发明一实施方式所涉及的阀门70适用于燃料电池车辆11(燃料电池机动车：以下简称为车辆11)所搭载的燃料电池系统10的反应气体系统装置17，用于切换反应气体的排出和排出停止，其中所述反应气体含有在反应气体系统装置17中产生的水。燃料电池系统10具有燃料电池堆12、阳极系统装置14、阴极系统装置16、冷却装置18和控制装置20(ECU)。
燃料电池堆12具有多个发电单元22，多个所述发电单元22通过从阳极系统装置14供给的阳极气体(氢气等燃料气体)和从阴极系统装置16供给的阴极气体(空气等氧化剂气体)的电化学反应来发电。即，阳极系统装置14是用于使阳极气体流通的一反应气体系统装置17，阴极系统装置16是用于使阴极气体流通的另一反应气体系统装置17。
多个发电单元22以电极面呈竖起姿势的状态沿车辆11的车宽方向层叠。另外，多个发电单元22也可以沿车辆11的前后方向或重力方向层叠。
发电单元22由膜电极组件24(以下称为“MEA24”)和夹持MEA24的2个隔板(separator)26构成。MEA24具有电解质膜28(例如，固体高分子电解质膜(阳离子交换膜))、设置于电解质膜28的一表面的阳极电极30和设置于电解质膜28的另一表面的阴极电极32。2个隔板26中的一隔板26在与阳极电极30相对的表面上形成有用于使阳极气体流动的阳极流路34。2个隔板26中的另一隔板26在与阴极电极32相对的表面上形成有用于使阴极气体流动的阴极流路36。另外，2个隔板26彼此相对的表面上形成有用于使冷却剂流动的冷却剂流路38。
并且，燃料电池堆12具有多个连通孔(未图示)，多个所述连通孔使阳极气体、阴极气体和冷却剂沿发电单元22的层叠方向流动，且沿阳极流路34、阴极流路36和冷却剂流路38流通。各连通孔与连接于燃料电池堆12的阳极系统装置14、阴极系统装置16和冷却装置18的配管相连通。
阴极系统装置16具有：阴极供给管40，其向燃料电池堆12供给阴极气体；和阴极排出管42，其排出在燃料电池堆12中发电使用过的阴极废气。另外，冷却装置18具有向燃料电池堆12供给冷却剂的冷却剂供给管44和从燃料电池堆12排出冷却剂的冷却剂排出管46来作为配管。
阳极系统装置14具有：阳极供给管48，其向燃料电池堆12供给阳极气体；和阳极排出管50，其排出在燃料电池堆12中发电使用过的阳极废气。另外，在阳极供给管48与阳极排出管50之间连接有旁通管52，该旁通管52用于使阳极排出管50的阳极废气所含有的氢气(阳极气体)返回阳极供给管48。
阳极系统装置14从阳极供给管48的上游朝向下游依次具有罐54、喷射器(injector)56、引射器(ejector)58和压力传感器59来作为用于向燃料电池堆12供给阳极气体的设备。罐54连接于阳极供给管48的一端，将所储存的阳极气体(高压氢气)向阳极供给管48供给。喷射器56通过规定的喷出压力将在阳极供给管48中从上游侧供给的阳极气体以规定的流量向下游侧喷出。引射器58通过负压一边从旁通管52抽吸阳极气体一边向下游侧的燃料电池堆12供给阳极气体，其中所述负压通过从喷射器56喷出的阳极气体的流动而产生。压力传感器59检测向燃料电池堆12供给的阳极气体的压力。
另一方面，在阳极系统装置14的阳极排出管50上设置有气液分离装置60和用于检测阳极废气的温度的温度传感器62。在从燃料电池堆12排出的阳极废气中包含通过燃料电池堆12发电产生的水、发电未使用的未反应的氢气(阳极气体)和从阴极侧透过电解质膜28的氮气。气液分离装置60将阳极废气所包含的气体和液态水分离。
如图2所示，气液分离装置60具有连接于阳极排出管50的规定形状的外壳64(结构体)。在外壳64内设置有与阳极排出管50内的流动路径50a(参照图1)连通的内部空间66。内部空间66包括重力方向上侧的气体腔66a和重力方向下侧的储水腔66b。旁通管52的一端与气液分离装置60的气体腔66a以连通的方式连接。
并且，在气液分离装置60上设置有阀门70(排水阀、排气阀)，该阀门70用于将从阳极废气中分离出的水和反应气体向排水管68排出。在本实施方式中，阀门70构成为被固定在气液分离装置60的外壳64的重力方向下侧位置的单元。阀门70在内部具有与储水腔66b连通的流路72。另外，阀门70并不限定于一体地安装于气液分离装置60的阀门，例如也可以设置于与气液分离装置60连接的排水管68(参照图1)。另外，本发明的阀门70还能够适用于燃料电池系统10的反应气体系统装置17的流路中使用的其他阀门。
如图2和图3所示，阀门70具有壳体74、螺线管76、柱塞(plunger)78和阀主体80。另外，壳体74被分割为：固定用壳体82，其用于将阀门70固定于气液分离装置60；螺线管用壳体84，其收装螺线管76；和柱塞用壳体86，其收装柱塞78。另外，壳体74的结构并不限定于本实施方式，例如也可以构成为3个壳体82、84、86一体成型，还可以相反地构成为4个以上的分割结构。
固定用壳体82形成为筒体88，该筒体88具有能供气液分离装置60的液态水(和一部分气体)流动的流路72。筒体88被插入安装孔64a中，该安装孔64a形成在气液分离装置60的外壳64的重力方向下侧。在筒体88的外周面形成有多个(在图示例中为2个)沿周向环绕的槽部88a，在各槽部88a中安装有O形环90，在将筒体88插入气液分离装置60的安装孔64a中的状态下，该O形环90对构成安装孔64a的内壁与筒体88之间进行密封。
另外，在从安装孔64a露出的筒体88上，为了将阀门70安装于外壳64而连接设置有凸缘部92，该凸缘部92相对于筒体88的轴向向正交方向突出且呈环形环绕。凸缘部92的重力方向上侧从筒体88突出，在突出部分设置有用于插入固定用的螺栓94的孔部92a。螺栓94穿过壳体74的孔部92a，与在气液分离装置60的外壳64上形成的螺纹孔64b旋合，据此将阀门70固定于气液分离装置60。
阀门70(固定用壳体82)的流路72包括：流入路径96，其沿筒体88的轴向呈直线状延伸；和阀腔98，其与流入路径96连通，并且收装阀主体80；和流出路径100，其与阀腔98连通，并且向与流入路径96不同的方向延伸。在本实施方式中，流出路径100从阀腔98向重力方向下侧倾斜。
并且，阀门70在流入路径96上在从阀腔98向上游侧略微离开的位置具有孔口96a。孔口96a是在流路72中流路截面面积(直径)最小的部位。例如，通过在固定用壳体82的流入路径96上设置用于形成小径的孔的环形部件97来构成孔口96a。
螺线管用壳体84形成为与固定用壳体82的基端面接触，且覆盖柱塞用壳体86的周围的筒形。在螺线管用壳体84内埋设有构成为筒形的螺线管76。构成螺线管76的线圈与在螺线管用壳体84的侧部连接设置的螺线管用连接器102的端子102a电气连接。螺线管用连接器102构成为从螺线管用壳体84的外周面向径向外侧突出的筒形，未图示的电源插头插入其中。螺线管76根据来自外部的电功率供给产生磁作用力来使柱塞78进退。
柱塞用壳体86具有气缸形状，被插入于固定用壳体82内和螺线管用壳体84内。柱塞用壳体86的基端被封闭框104封闭且被定位固定。
在柱塞用壳体86的内侧且靠顶端的位置形成有收装空间86a，该收装空间86a用于对柱塞78以可滑动的方式进行收装。收装空间86a在柱塞用壳体86的顶端敞开，使柱塞78的头部108露出。在柱塞用壳体86的顶端组装有内侧突出部件106，该内侧突出部件106与固定用壳体82协作来夹紧阀主体80，并且规定柱塞78的移动极限。
柱塞78形成为沿轴心方向具有上述的头部108和主体部110的圆柱形，阀主体80的开闭部118与头部108相接合。柱塞78根据螺线管76的磁作用力在收装空间86a内进退，使开闭部118沿轴向位移。另外，在柱塞78(主体部110)的基端侧设置有调整柱塞78的后退的位移量的止挡部112，并且设置有对柱塞78向顶端方向施力的弹簧114。
阀主体80适用橡胶等弹性部件。阀主体80以可移动的方式配置在阀腔98内，伴随着移动而对流入路径96和阀腔98的分界部分(固定用壳体82的环形的凸部82a)进行开闭。阀主体80具有：外周侧的薄壁部116，其被固定于壳体74；和开闭部118，其在内周侧形成为厚壁，切换流路72的阻断和开通。
例如，阀主体80在螺线管76的通电停止状态下通过开闭部118与阀腔98的凸部82a接触来阻断流路72。另一方面，阀主体80在螺线管76的通电状态下通过柱塞78向基端方向位移而离开阀腔98的凸部82a来敞开流路72。即，阀主体80构成为在燃料电池系统10动作停止时使流路72闭合的常闭型。另外，阀主体80也可以构成为在燃料电池系统10动作停止时使流路72敞开的常开型。
在此，燃料电池系统10在低温环境下有时在流路72中流通的水会发生冻结。尤其是，设置在流路72上的孔口96a在低温环境下易于堵塞流路72。因此，本实施方式所涉及的阀门70具有对孔口96a的周边(附近)进行加热的2个(一对)加热器120。
一对加热器120构成为杆状，被设置为，从阀门70的螺线管76侧起沿壳体74的轴向倾斜，且其顶端部(发热部分)122a接近孔口96a。另外，各加热器120在壳体74的重力方向上侧沿宽度方向排列，在与流出路径100分离的位置在阀腔98的外侧延伸。并且，各加热器120以其轴心的延长线在孔口96a的中心处相交的方式来设置。
在壳体74(固定用壳体82)上形成有一对用于设置各加热器120的设置用孔部83，各设置用孔部83与固定用壳体82的基端面的插入口83a连通。因此，能够在壳体74上容易地成型各设置用孔部83。通过在组装阀门70时，将加热器120从插入口83a向设置用孔部83的顶端方向插入，加热器120的顶端部122a被配置在接近孔口96a的位置。
各加热器120构成为筒式，具有：长形的杆部122；连结部件124，其被安装在杆部122的基端；和线束126，其从连结部件124的基端插入，且与杆部122电气连接。
杆部122具有接近上述的小径的孔即孔口96a(环形部件97)的顶端部122a。顶端部122a相对于孔口96a的“接近”是指，相对于加热器120(杆部122)的延伸部分，顶端部122a至少位于径向内侧，并且不露出到流路72处。
另外，杆部122的轴线和壳体74的轴向所成的倾斜角度θ优选为被设定为45°以下。据此，杆部122不会与壳体74的轴向较大地分离，而促进壳体74的小径化。另外，在顶端部122a最接近孔口96a的内侧点与构成孔口96a的内面之间的最小距离Di取决于阀门70的尺寸，但例如可以设置在1mm～几cm的范围、或者孔口96a的直径
Figure BDA0002484607930000081
的0.5～3倍的范围。
另一方面，杆部122的基端部从固定用壳体82的基端面向基端方向倾斜突出。并且，本实施方式所涉及的加热器120构成为，杆部122的顶端部122a被加热，另一方面，抑制比顶端部122a靠基端侧的延伸部分的加热。另外，加热器120也可以构成为，在杆部122的全长范围内被均匀地加热。
加热器120的连结部件124形成为在内侧具有中空部124a的有底筒形，通过将杆部122的基端侧插入于连结部件124来由连结部件124覆盖线束126与杆部122的连接部位。在底部的中央形成有供线束126穿过的通孔124b。连结部件124和杆部122通过焊接、粘结、旋合等适宜的手段来牢固地固定。
另外，壳体74和连结部件124构成用于安装加热器120的安装机构128。例如，作为安装机构128，列举在固定用壳体82的构成设置用孔部83的内表面具有内螺纹部(未图示)，另一方面，在连结部件124的外周面具有能与内螺纹部旋合的外螺纹部(未图示)。另外，安装机构128也可以是焊接、粘结等其他手段。
在连结部件124中，从固定用壳体82的基端突出的部分(加热器120的基端部)与外壳64分离(与外壳64非接触)。
线束126的一端连接于杆部122，另一方面，另一端连接于未图示的配电部(或者控制装置20)。线束126通过在控制装置20的控制下被从配电部供给电功率来对杆部122进行加热。各加热器120构成为，例如在供给50W左右的电功率下进行加热。
返回图1，燃料电池系统10的控制装置20由具有处理器、存储器、输入输出接口的计算机构成，对包括阀门70的阳极系统装置14、阴极系统装置16和冷却装置18的动作进行控制。另外，在控制装置20上以可通信的方式连接有温度传感器62、温度传感器130和压力传感器59等，其中，温度传感器62被设置于阳极排出管50；温度传感器130被设置于车辆11的适宜的部位；压力传感器59被设置于阳极供给管48。控制装置20即使在车辆11的驾驶停止时也继续动作，根据温度传感器62、130、压力传感器59的检测信号来监视阀门70的状态，由此控制一对加热器120的动作。
本实施方式所涉及的阀门70基本上如以上那样构成，下面对其动作进行说明。
燃料电池系统10在控制装置20的控制下，从阳极系统装置14的阳极供给管48向燃料电池堆12供给阳极气体，从阴极系统装置16的阴极供给管40向燃料电池堆12供给阴极气体。据此，在燃料电池堆12内，向各发电单元22的阳极电极30供给阳极气体，另一方面，向各发电单元22的阴极电极32供给阴极气体，各发电单元22进行发电。另外，控制装置20在燃料电池堆12发电时使冷却装置18进行动作来使冷却剂循环，进行燃料电池堆12的冷却。
燃料电池堆12在发电时向阳极系统装置14的阳极排出管50排出阳极废气，向阴极系统装置16的阴极排出管42排出阴极废气。被排出到阳极排出管50的阳极废气流入下游侧的气液分离装置60，在气液分离装置60内分离为氢气和水。然后，气液分离装置60中的氢气基于引射器58的抽吸而向旁通管52流动，被供给至阳极供给管48。
另外，控制装置20在发电时的合适的时间，向阀门70的螺线管76供给电功率，使阀门70内的流路72敞开，据此使氢气、水蒸气、氮气等反应气体与气液分离装置60的水一起向排水管68排出。
并且，在伴随着车辆11停车而停止了燃料电池系统10的动作时和燃料电池系统10起动时，控制装置20监视阀门70的状态。即，在周边变为低温环境下时，燃料电池系统10中从气液分离装置60流出到阀门70的流路72中的水会发生冻结。尤其是，在流路72内孔口96a的形成部位，流路72细，因此易于伴随着冻结而堵塞流路72。因此，控制装置20对阀门70的流路72中的冻结的发生进行判定、或者预测冻结的发生而由阀门70的加热器120进行加热。
例如，控制装置20在燃料电池系统10的动作停止时，通过压力传感器59来检测阳极供给管48内的阳极气体的压力，在阳极气体的检测压力达到规定的压力阈值以上的情况下，开始加热器120的电功率供给。这是因为，在压力在压力阈值以上的情况下预测到阀门70的流路72会由于冻结而被堵塞。
或者，根据温度传感器62(或者温度传感器130)的检测温度和时间计测，当判定为检测温度成为预先设定的温度阈值(例如0℃)以下、且在温度阈值以下的状态经过了规定时间时，控制装置20开始加热器120的电功率供给。这样，通过对温度阈值以下的状态经过规定时间的情况进行监视，能够预测冻结的发生。
在冻结发生和预测到冻结的发生的情况下，控制装置20通过向阀门70的一对加热器120进行电功率供给来对阀门70进行加热。如图3所示，各加热器120的顶端部122a位于接近孔口96a的位置，通过加热使孔口96a附近的壳体74升温。因此，例如在孔口96a由于冻结而堵塞的情况下，能够立即进行孔口96a的解冻，使阀门70内的流路72成为可流通状态。另外，例如在孔口96a即将冻结的情况下，通过对孔口96a的周边部进行加热，能够抑制冻结。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，还能按照发明的主旨进行各种改变。例如，本发明的加热器120的结构可以适用于阳极系统装置14的其他阀门，另外，也可以适用于在阴极系统装置16(反应气体系统装置17)中设置的阀门。
阀门70的加热器120的设置和设置数量并不特别地限定，例如可以构成为仅具有1个加热器120，也可以构成为具有3个以上的加热器120。另外，加热器120也可以设置在螺线管用连接器102的相反侧的侧方。或者，加热器120也可以设置在壳体74(固定用壳体82)的重力方向下侧。
并且，例如如图4所示的变形例那样，也可以为：阀门70A在重力方向上侧具有加热器120，并且在隔着阀主体80的重力方向下侧具有加热器120。在图4中，加热器120在重力方向上侧设置有1个，另一方面在重力方向下侧设置有一对(2个)。这样配置的各加热器120能够对孔口96a的周向大致均匀地进行加热，由此能够迅速地使孔口96a解冻。
下面记载根据上述的实施方式能掌握的技术思想和效果。
一种阀门70、70A，其被设置于燃料电池系统10的反应气体系统装置17，具有壳体74和杆状的加热器120，其中，所述壳体74在其内部具有能供液体流动的流路72；所述杆状的加热器120被插入壳体74中，在流路72的规定位置设置有流路截面面积小的孔口96a，加热器120从阀门70、70A的螺线管76侧起沿壳体74的轴向倾斜，且其顶端部122a接近孔口96a。
上述的阀门70、70A通过加热器120的顶端部122a接近孔口96a，能够在低温环境下通过加热器120对孔口96a的周边迅速地进行加热，而良好地进行孔口96a的冻结抑制或者解冻。并且，加热器120从螺线管76侧起沿壳体74的轴向倾斜，因此，能够不加粗壳体74，另外以避开流路72的方式来配置加热器120。因此，阀门70、70A能实现小型化，即使在设置空间小的燃料电池系统10中也能够简单配置，并且能够提高流路形状的自由度。
另外，流路72包括流入路径96、阀腔98和流出路径100，其中，所述流入路径96具有孔口96a，并且以与轴向平行的方式延伸；所述阀腔98与流入路径96连通，通过阀主体80进行开闭；所述流出路径100从阀腔98向与流入路径96不同的方向延伸，加热器120避开流出路径100，并且在阀腔98的外侧延伸。据此，阀门70、70A能够一边可靠地确保液体的流路72，一边使加热器120延伸到孔口96a。
另外，阀门70、70A被固定于使液体沿流路72流通的结构体(外壳64)，加热器120的基端部在与结构体分离的位置露出。据此，能够抑制结构体干涉加热器120，向加热器120进行电功率供给。
另外，加热器120在壳体74中设置有多个。据此，阀门70、70A能够在更短的时间将孔口96a的周边加热。
另外，被配置在壳体74的重力方向下侧的加热器120的数量比被配置在壳体74的重力方向上侧的加热器120的数量多。即，阀门70A基本上被设置在结构体(外壳64)的重力方向下侧，因此，在重力方向下侧较多地设置的加热器120易于避免与结构体相干涉而延伸到孔口96a。
另外，加热器120的轴线与壳体74的轴向所构成的倾斜角度θ在45°以下。据此，加热器120以更大程度地沿壳体74的轴向的方式来设置，因此能够进一步促进阀门70、70A的小型化。
另外，阀门70、70A是排出在反应气体系统装置17中产生的水的排水阀(放水阀)。据此，当反应气体系统装置17的水流入阀门70、70A的流路72时，能够通过加热器120的加热来迅速地进行冻结抑制或者解冻。

Claims (7)

1.一种阀门(70、70A)，其被配置于燃料电池系统(10)的反应气体系统装置(17)，
其特征在于，
具有壳体(74)和杆状的加热器(120)，其中，
所述壳体(74)在其内部具有能供液体流动的流路(72)；
所述杆状的加热器(120)被插入所述壳体(74)中，
在所述流路的规定位置设置有流路截面面积小的孔口(96a)，
所述加热器从所述阀门的螺线管(76)侧起沿所述壳体的轴向倾斜，且其顶端部(122a)接近所述孔口。
2.根据权利要求1所述的阀门，其特征在于，
所述流路包括流入路径(96)、阀腔(98)和流出路径(100)，其中，
所述流入路径(96)具有所述孔口，并且以与所述轴向平行的方式延伸；
所述阀腔(98)与所述流入路径连通，且通过阀主体(80)进行开闭；
所述流出路径(100)从所述阀腔向与所述流入路径不同的方向延伸，
所述加热器避开所述流出路径，并且在所述阀腔的外侧延伸。
3.根据权利要求1所述的阀门，其特征在于，
所述阀门被固定于使所述液体沿所述流路流通的结构体(64)，
所述加热器的基端部在与所述结构体分离的位置露出。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的阀门，其特征在于，
所述加热器在所述壳体中被设置有多个。
5.根据权利要求4所述的阀门，其特征在于，
被配置在所述壳体的重力方向下侧的所述加热器的数量比被配置在所述壳体的重力方向上侧的所述加热器的数量多。
6.根据权利要求1所述的阀门，其特征在于，
所述加热器的轴线与所述壳体的轴向所形成的倾斜角度在45°以下。
7.根据权利要求1所述的阀门，其特征在于，
所述阀门是排水阀，该排水阀用于排出在所述反应气体系统装置中产生的水。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114023996B (zh) * 2021-10-28 2023-10-20 三一汽车制造有限公司 燃料电池系统及其控制方法和控制装置、车辆和介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1745265A (zh) * 2002-12-23 2006-03-08 盖瑞·韦恩·尤戴尔 清洁管路加热阀
JP2007182682A (ja) * 2006-01-04 2007-07-19 Mitsubishi Rayon Eng Co Ltd 給水蛇口、及び、無菌水供給装置
CN102272503A (zh) * 2008-11-26 2011-12-07 盖瑞·尤戴尔 水排放装置
CN203162329U (zh) * 2013-03-15 2013-08-28 吴倚微 防冻阀门
CN204985994U (zh) * 2015-09-12 2016-01-20 泰州市龙瑞阀业有限公司 一种新型球阀

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3062979B2 (ja) * 1992-09-17 2000-07-12 株式会社オゼ 電磁弁
US6082119A (en) * 1999-02-16 2000-07-04 General Pneumatics Corp. Commandably actuated cryostat
US6960401B2 (en) * 2001-07-25 2005-11-01 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell purging method and apparatus
JP4379205B2 (ja) * 2004-05-27 2009-12-09 トヨタ自動車株式会社 電磁弁制御装置
JP2007087718A (ja) * 2005-09-21 2007-04-05 Toyota Motor Corp 気液分離器、および、この気液分離器を備える燃料電池システム
JP5396704B2 (ja) 2007-03-22 2014-01-22 日産自動車株式会社 燃料電池用バルブ及びこれを用いた燃料電池システム
JP2009299770A (ja) * 2008-06-12 2009-12-24 Keihin Corp 弁装置
KR101047299B1 (ko) * 2010-11-09 2011-07-07 주식회사 유니크 연료전지 차량용 워터트랩 밸브
CN203322449U (zh) * 2013-07-04 2013-12-04 瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司 一种防冻电控放水阀
DE102013223765A1 (de) * 2013-11-21 2015-05-21 Robert Bosch Gmbh Elektrisch schaltbares Hydraulikbauteil
KR101603513B1 (ko) * 2014-03-28 2016-03-16 주식회사 유니크 퍼지 밸브
JP6038101B2 (ja) * 2014-11-12 2016-12-07 リンナイ株式会社 配管接続具
JP6145445B2 (ja) * 2014-12-22 2017-06-14 株式会社ブイテックス ゲートバルブ
DE102016211826A1 (de) * 2016-06-30 2018-01-04 Continental Automotive Gmbh Dosiervorrichtung zum Dosieren einer Reduktionsmittelflüssigkeit und Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1745265A (zh) * 2002-12-23 2006-03-08 盖瑞·韦恩·尤戴尔 清洁管路加热阀
JP2007182682A (ja) * 2006-01-04 2007-07-19 Mitsubishi Rayon Eng Co Ltd 給水蛇口、及び、無菌水供給装置
CN102272503A (zh) * 2008-11-26 2011-12-07 盖瑞·尤戴尔 水排放装置
CN203162329U (zh) * 2013-03-15 2013-08-28 吴倚微 防冻阀门
CN204985994U (zh) * 2015-09-12 2016-01-20 泰州市龙瑞阀业有限公司 一种新型球阀

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