CN114466985B - 燃料电池关闭系统 - Google Patents

燃料电池关闭系统

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池关闭阀(36)，具有阀关闭体(5)，所述阀关闭体能够通过电线圈(10)的通电以电磁的方式从第一位态运动到第二位态中，以便封闭或释放燃料电池的至少一个介质通路。为了优化燃料电池系统的运行，燃料电池关闭阀(36)包括两个永磁体(13、14)，所述阀关闭体(5)通过所述永磁体在所述电线圈(10)的无电流的状态中既能够保持在所述第一位态中也能够保持在所述第二位态中。

Description

燃料电池关闭系统
技术领域
本发明涉及一种具有阀关闭体的燃料电池关闭系统，所述阀关闭体能够通过电线圈的通电以电磁的方式从第一位态运动到第二位态中，以便封闭或释放燃料电池的至少一个介质通路。本发明还涉及一种用于操作这种燃料电池关闭阀的方法。本发明还涉及一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具有至少一个这种燃料电池关闭阀。本发明还涉及一种用于运行这种燃料电池系统的方法。
背景技术
由德国公开文献DE 10 2007 039 466 A1已知一种燃料电池控制阀，所述燃料电池控制阀具有主体，所述主体具有通过内面限定的、穿过所述内面走向的通道，所述燃料电池控制阀具有可运动部件以用于关闭所述通道。由德国公开文献DE 10 2014 204 230 A1已知燃料电池堆，所述燃料电池堆具有阴极阀，所述阴极阀为了控制通向燃料电池堆的阴极流的流动与燃料电池堆的出口作用耦合。由德国公开文献DE 10 2015 011 275 A1已知一种具有燃料电池堆的燃料电池系统，所述燃料电池堆包括阳极和阴极，其中，在阴极的排气管路中布置有截止装置。由欧洲专利文献EP 2 126 435 B1已知用于燃料电池系统的阀，所述阀具有壳体，所述壳体包括进入通道、排出通道和阀主体，所述阀主体布置在壳体中并且具有液体中间通道，所述液体中间通道提供在进入通道和排出通道之间的液体连接。由德国公开文献DE 10 2012 210 022 A1已知一种用于燃料电池系统的阀，所述阀包括具有通道的主体和移位元件，通过所述通道允许液体流动，所述移位元件布置在主体中。由德国公开文献DE 10 2010 053 632 A1已知一种用于产生在燃料电池系统中的耗尽氧气的气体的方法，其中，关闭阴极排气阀并且切断压缩机。
发明内容
本发明的任务是，优化燃料电池系统的运行。
在燃料电池关闭系统中，所述燃料电池关闭系统具有阀关闭体，所述阀关闭体能够通过电线圈的通电以电磁的方式从第一位态运动到第二位态中，以便封闭或释放燃料电池的至少一个介质通路，所述任务通过以下方式解决：燃料电池关闭阀包括两个永磁体，阀关闭体通过所述永磁体在电线圈的无电流的状态中既可以保持在第一位态中也可以保持在第二位态中。燃料电池关闭阀有利地用于，使燃料电池的阴极侧根据需要在配备有燃料电池关闭阀的燃料电池系统的运行中封闭。由此例如应防止，氧气从燃料电池的阴极的膜片上方的周围环境扩散到阳极。根据是否使用这种燃料电池关闭阀，如果是的话使用多少这种燃料电池关闭阀，预先描述的扩散过程可以持续几小时或几天。一旦空气存在于燃料电池的阳极上，在燃料电池重新启动时涉及空气/空气启动。在这里，在燃料电池中产生非常高的电势差。该电势差导致燃料电池的催化剂的严重的老化。通过要求保护的燃料电池关闭系统使在燃料电池的使用寿命期间的空气/空气启动的数量保持尽可能小。为了该目的，有利地将一个燃料电池关闭阀布置在阴极入口处并且将另一个燃料电池关闭阀布置在燃料电池的阴极出口处。燃料电池关闭阀能够在稀少出现的情况下特别有利地实现期望的空气/空气启动，在所述情况下利用高电势差，以便例如消除位于燃料电池中的催化剂的中毒。要求保护的燃料电池关闭阀简单地构造并且能成本有利地制造。燃料电池关闭阀通过两个永磁体可以有利地无电流地保持在打开和关闭的位置中。
燃料电池关闭阀的优选实施例的特征在于，阀关闭体与导向杆组合，在所述导向杆上安装有永磁体。导向杆有利地用于，使阀关闭体在两个位态之间能往复运动地导向，阀关闭体在燃料电池关闭阀的运行中可以占据所述位态。用于导向杆的相应的导向通道能够以简单的方式设置在燃料电池关闭阀的阀壳体的壳体主体中。
燃料电池关闭阀的另外的优选的实施例的特征在于，阀关闭体实施为阀盘。通过阀盘能够以简单的方式封闭或释放燃料电池的相对较大的介质通路。阀盘特别有利地安装在导向杆的端部上。根据实施方案可以有利的是，阀盘与导向杆一件式地连接。
燃料电池关闭阀的另外的优选的实施例的特征在于，阀盘配属有第一密封件和第二密封件，阀盘在第一位态中密封地贴靠在所述第一密封件上，阀盘在第二位态中密封地贴靠在所述第二密封件上。密封件例如成本有利地实施为O型环密封件。
在用于操作前面描述的燃料电池关闭阀的方法中，上面提到的任务替代地或附加地通过以下方式解决：使电线圈的电压供应转换极性，以便使燃料电池关闭阀在第一和第二位态之间转变。因此，要求保护的燃料电池关闭阀可以通过电线圈的通电任意地接通，其中，同时确保，阀关闭体在电线圈的无电流的状态中通过永磁体保持在所述阀关闭体的当前位态中。
在具有至少一个前面描述的燃料电池关闭阀的燃料电池系统中，上面提到的任务替代地或附加地通过以下方式解决：燃料电池关闭阀作为阴极阀布置在阴极路径中。阴极阀例如实施为二位三通阀。
燃料电池系统的优选的实施例的特征在于，燃料电池系统包括两个阴极路径，在所述阴极路径中分别布置有实施为二位三通阀的燃料电池关闭阀，如前面描述的那样。通过这两个二位三通阀，燃料电池的阴极侧能够以简单的方式沿相反的方向被流经。
燃料电池系统的另外的优选的实施例的特征在于，燃料电池系统包括附加的实施为二位二通阀的燃料电池关闭阀，如前面描述的那样。通过所述附加的二位二通阀，可以在燃料电池的运行中特别有利地实现在停止运行状态中与燃料电池阴极的环境空气分开的附加功能。
在用于运行前面描述的燃料电池系统的方法中，上面提到的任务替代地或附加地通过以下方式解决：在燃料电池的阴极侧上的流通方向倒转。在阴极侧上的流通方向的转变有利地用于燃料电池加湿。通过这两个有利地实施为二位三通阀的燃料电池关闭阀的要求保护的布置能够取消外部加湿装置。
本发明还涉及用于前面描述的燃料电池关闭阀的永磁体、阀关闭体、尤其是阀盘、导向杆和/或电线圈。所提到的部件必要时可以单独地处理。
本发明的另外的优点、特征和细节由下面的说明书得出，在所述说明书中参照附图详细描述不同的实施例。
附图说明
在附图中：
图1以纵剖面示出具有在第一位态中的阀关闭体的燃料电池关闭阀；
图2示出和图1相同的剖示图，具有在第二位态中的阀关闭体；和
图3示出具有两个如在图1和2中示出的燃料电池关闭阀的燃料电池系统的示意性示图。
具体实施方式
在图3中示意性示出具有燃料电池30的燃料电池系统。燃料电池30包括阳极侧31和阴极侧32。燃料电池30在阳极侧31上具有阳极入口33和阳极出口34。燃料电池30在阳极侧31上例如被供应以氢气。燃料电池30在阴极侧32上例如通过阴极入口40供应以尤其呈空气的形式的氧气。
如在图3中在燃料电池30下方看出，在阴极侧32上总共布置有三个燃料电池关闭阀36、37、38，所述燃料电池关闭阀分别通过一个圆形符号化地标明。燃料电池关闭阀36和37实施为二位三通阀。燃料电池关闭阀38实施为二位二通阀。
在图3中，通过箭头41至46和51至57标明第一阴极路径，所述第一阴极路径可以通过燃料电池关闭阀36和37产生(darstellbar)。通过第一阴极路径41至46；51至57，燃料电池30的阴极侧32可以在图3中从左向右以阴极气体流经。
在图3中，通过虚线画出的箭头61至66和71至77标明第二阴极路径，所述第二阴极路径可以通过燃料电池关闭阀36和37的相应的转换实现。通过第二阴极路径61至66；71至77使燃料电池30的阴极侧32在图3中从右向左被流经。
在图1和2中以纵剖面详细示出图3中的燃料电池关闭阀36，所述燃料电池关闭阀具有在第一位态(图1)中和在第二位态(图2)中的阀关闭体5。
燃料电池关闭阀36包括阀壳体1，所述阀壳体具有三个介质通道2至4，所述介质通道汇集在阀壳体1中。阀关闭体5实施为阀盘6。
在图1中，阀关闭体5封闭介质通道3，使得阴极气体从介质通道2达到介质通道4中，如在图3中通过箭头43和44标明的那样。在图2中，阀关闭体5封闭介质通道2，使得阴极气体可以从介质通道4流到介质通道3中，如在图3中通过虚线画出的箭头73和74标明的那样。
阀盘6安装在导向杆7的端部上。通过导向杆7使阀关闭体5在壳体主体8的导向通道9中受引导。壳体主体8与阀壳体1一件式地连接。电线圈10布置在壳体主体8中。电线圈10在壳体主体8中围绕导向杆7。
通过符号11和12在图1和2中标明，电线圈10的电压供应可以根据需要转换极性。
在导向杆7上，在限定的部位处固定有两个永磁体13和14。通过符号在图1中标明，永磁体13和14分别具有北极和南极。
此外，在阀壳体1中布置有两个密封件15、16。密封件15、16例如实施为O型环并且接收在阀壳体1的合适的环形槽中。在图1中，阀盘6密封地贴靠在密封件16上。在图2中，阀盘6密封地贴靠在密封件15上。
在图1和2中，燃料电池关闭阀36通过两个永磁体13、14以及电线圈10运动。包围铁磁芯的电线圈10的电压供应可以选择式地转换极性。由此产生吸引的或排斥的磁场，所述磁场作用到两个永磁体13、14上。
通过导向杆7在壳体主体8的导向通道9中受引导，可以通过电线圈10的转换极性使阀盘6移动到图1和2中示出的终点位置。
两个实施为二位二通的燃料电池关闭阀足够用于为了实现防止空气/空气启动(Luft/Luft Start)的功能。通过如在图1至3中示出的两个二位三通阀36、37，有利地产生以下可能性，使在燃料电池30的阴极侧32上的流通方向倒转或者说转变，如在图3中通过箭头41至46、51至57和61至66、71至77标明的那样。
在阴极侧32上的流通方向的转变例如用于产生燃料电池加湿。由此可以取消例如通过气体对气体加湿器的外部加湿。用于燃料电池加湿的在阴极侧32上的流通方向的转变主要在燃料电池车辆中出现，所述燃料电池车辆具有足够高的混动程度，因为燃料电池在阴极流通方向的转变期间不能发出或者仅能发出降低的功率。这意味着，对于短时间、例如几秒钟，驱动功率必须完全或者至少部分地来自牵引电池。
在图3中，优选实施为二位二通阀的燃料电池关闭阀38有利地用于将燃料电池30的阴极侧32在停止运行状态中与环境空气分开。为了该目的，燃料电池关闭阀38布置在阴极入口40处。燃料电池关闭阀38在阴极入口40处的布置是优选的，因为在燃料电池系统的该区域不出现产物水并且由此凝结的危险是最小的。

Claims (8)

1.一种燃料电池关闭阀(36；37；38)，具有阀关闭体(5)，所述阀关闭体能够通过电线圈(10)的通电以电磁的方式从第一位态运动到第二位态中，以便封闭或释放燃料电池(30)的至少一个介质通路，其特征在于，所述燃料电池关闭阀(36；37；38)包括两个永磁体(13、14)，所述阀关闭体(5)通过所述永磁体在所述电线圈(10)的无电流的状态中能够保持在所述第一位态中或者能够保持在所述第二位态中，所述阀关闭体(5)与导向杆(7)组合，在所述导向杆上安装有所述永磁体(13、14)，其中，所述导向杆(7)在壳体主体(8)的导向通道(9)中受引导，所述壳体主体(8)与阀壳体(1)一件式地连接并且布置在所述阀壳体(1)的介质通道中，所述电线圈(10)布置在所述壳体主体(8)中，所述电线圈(10)在所述壳体主体(8)中围绕所述导向杆(7)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池关闭阀，其特征在于，所述阀关闭体(5)实施为阀盘(6)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池关闭阀，其特征在于，所述阀盘(6)配属有第一密封件(16)和第二密封件(15)，所述阀盘(6)在所述第一位态中密封地贴靠在所述第一密封件上，所述阀盘(6)在所述第二位态中密封地贴靠在所述第二密封件上。
4.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池关闭阀(36)的方法，其特征在于，使所述电线圈(10)的电压供应转换极性，以便使所述燃料电池关闭阀(36)在所述第一位态和所述第二位态之间转变。
5.一种具有根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池关闭阀(36；37；38)的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池关闭阀(36；37；38)作为阴极阀布置在阴极路径(41-46、51-57；61-66、71-77)中。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统(26)包括两个阴极路径(41-46、51-57；61-66、71-77)，在所述阴极路径中分别布置各一个实施为二位三通阀的燃料电池关闭阀(36、37)。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括附加的实施为二位二通阀的燃料电池关闭阀(38)。
8.一种用于运行根据权利要求6或7所述的燃料电池系统的方法，其特征在于，使在燃料电池(30)的阴极侧(32)上的流通方向倒转。
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