CN115699378A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统，其包括燃料电池以及借助抽吸接头(17)和压力接头(19)连接至燃料电池的阳极室的喷射泵调节阀单元(5)。流体地连接在燃料气体源与喷射泵(13)之间的燃料气体调节阀(15)包括具有第一密封面(79)的阀座(69)和具有第二密封面(82)的可动阀体(71)，所述阀座具有至少两个导通通道(85)。所述阀体可以借助阀体致动器(73)移动至关断位置和导通位置，其中在所述关断位置，所述第一密封面(79)和所述第二密封面(82)在共用的密封平面(E)中彼此贴靠并且相对彼此而密封，而在所述导通位置，在所述第一密封面(79)与所述第二密封面(82)之间形成行程间隙。所述第一密封面(79)和/或所述第二密封面(82)布置在凸起的密封平台(81)上。位于所述第一密封面(79)的区域中的阀座表面和/或位于所述第二密封面(82)的区域中的阀体表面的平均表面粗糙度最大为1μm。可借助喷射泵调节阀单元(5)的推进喷嘴(67)而产生的推进射流的体积流量可以借助所述阀体致动器(73)的脉冲宽度调制的冲击来进行调节。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，包括具有阳极室和阴极室的燃料电池以及借助抽吸接头和压力接头连接至所述阳极室的喷射泵调节阀单元，所述喷射泵调节阀单元用于实现阳极气体的再循环以及定量地为所述阳极室装填燃料气体，并且具有喷射泵和燃料气体调节阀，其中所述燃料气体调节阀流体地连接在燃料气体源与所述喷射泵之间。
背景技术
借助燃料电池可以产生电流，具体方式通常在于，输送至阳极室的燃料气体(例如氢气或含氢的气体混合物)与输送至阴极室的含氧气体/气体混合物(例如环境空气)在形成反应产物(例如水)的情况下发生化学反应。在此情况下，阳极室通常通过电解质膜与阴极室隔开。在化学反应期间形成的反应产物主要积聚在阴极室中。然而，由于燃料电池内部的不严密性以及非期望的副反应，冷凝水和外来气体(例如氮气)也会积聚在阳极室中并且损害燃料电池的功能。因此，通常设有技术装置(例如排出阀、冲洗阀)，以便去除阳极室中的冷凝水和外来气体。
为了确保向阳极提供充足的燃料气体(例如氢气)，通常以超化学计量的方式输送燃料气体，通过阳极室的抽吸接头吸出阳极气体并且随后通过阳极室的压力接头将其再次输送至阳极室(再循环)。在此情况下，可以通过外部(例如电)驱动的循环风机以及由加压燃料气体自身内部驱动的喷射泵来实现阳极气体的再循环。
就喷射泵而言，加压燃料气体通常通过推进喷嘴在形成推进射流的情况下进入喷射泵的混合室。由于动量交换现象，阳极气体被推进射流带走，进而被吸入并且被输送。再循环阳极气体与为此所使用的动力气体的体积流量的比率被称为再循环率。此再循环率根据燃料电池系统的工作方式而发生变化，通常随着燃料电池系统的工作点朝更低负荷的方向进一步降低而增大并且特别是在较低部分负荷下工作的过程中，可以达到10或更高的数值。
与外部驱动的循环风机相比，喷射泵无须使用(电)能量来驱动，这有利于燃料电池系统的能源效率。此外，喷射泵的特点是使用寿命长且可靠性高，因为可以省去(易故障的)运动部件。然而，喷射泵的使用通常还伴随着与部分负荷运行中燃料电池的工作相关的限制，因为喷射泵通常只有在超过一定的最小动力气体体积流量时才会发挥其泵送作用。
开篇所述类型的燃料电池系统——其中，将喷射泵用于阳极气体的再循环——多年来一直为人所知。这些燃料电池系统例如在DE 10 2011 105 054 Al和DE 10 2010 043618 Al中有所描述，但例如在EP 2 565 970 Al、US 9,029,032 B2、DE 10 2011 086 917Al、DE 10 2011 114797Al、US 2019/0148746 Al和US 2007/0248858 Al中也有所描述；这些燃料电池系统也已经在使用，包括固定应用(例如作为热电联产设备、作为离网发电机)和移动应用(例如用于汽车、船舶、飞机中)。特别是在移动应用中，尤其注重耐久性、在极端的使用和环境条件下的可靠性、部分负荷能力、低噪声排放以及高能效等要求。
此类燃料电池系统的详细方面是不同公开案的主题。例如上文述及的DE 10 2011114 797Al涉及(间歇地)加热喷射泵的推进射流喷嘴；并且DE 10 2018 200 314 Al涉及一种用于具有燃料电池驱动装置的车辆的喷射泵单元，其具有用于控制氢气或另一气体的特定的定量阀。
针对更广义的燃料电池技术(即超出在此所论及的燃料电池系统)，存在广泛的现有技术。例如，DE 10 2015 224 333 Al涉及一种在燃料电池车辆运行期间确定阳极完整性的方法，其中基于流入燃料电池的氢气流，特别是提出在车辆运行期间不会对车辆性能产生不利影响的阳极泄漏测试。并且DE 10 2010 043 614 Al公开了一种用于对向具有燃料电池驱动装置的车辆的燃料电池输送气态氢进行控制且适用于此的比例阀。
发明内容
因此，本发明的目的是提供开篇所述类型的燃料电池系统，其特征在于改进的、尤为突出的实际实用性，特别是在使用寿命、部分负荷能力以及能效方面。
本发明用以达成上述目的的解决方案在于开篇所述类型的燃料电池系统，其具有以下协同地共同作用的特征：
-所述燃料气体调节阀包括具有第一密封面的阀座和具有第二密封面的可动阀体，所述阀座具有至少两个导通通道。
-所述阀体可以借助阀体致动器移动至关断位置和导通位置，其中在关断位置中，所述第一密封面和所述第二密封面在共用的密封平面中彼此贴靠并且相对彼此而密封，而在导通位置中，在所述第一密封面与所述第二密封面之间形成行程间隙。
-所述第一密封面和/或所述第二密封面布置在凸起的密封平台上。
-位于所述第一密封面的区域中的阀座表面和/或位于所述第二密封面的区域中的阀体表面的平均表面粗糙度最大为1μm。
-可借助喷射泵调节阀单元的推进喷嘴而产生的推进射流的体积流量可以借助阀体致动器的脉冲宽度调制的冲击来进行调节。
通过阀体致动器的脉冲宽度调制的冲击，并非持续地调节推进射流的体积流量，而是间断地进行调节，使得无体积流量的关断间隔(其中阀体处于关断位置)与具有较高体积流量的导通间隔(其中阀体处于导通位置)交替出现。通过调整关断间隔和导通间隔的长度(“脉冲宽度”)，可以对更长时间段内的平均体积流量进行调节。
在此情况下，根据关断和导通间隔的顺序脉动的推进射流通过喷射泵产生相应脉动的、(通过压力接头)进入阳极室中的由再循环阳极气体和(新鲜的)燃料气体构成的混合气流以及相应脉动的从阳极室(通过抽吸接头)吸出的阳极气流。
在此情况下，通过根据本发明的特征的协同相互作用，可以使推进射流(在导通间隔期间)发生极陡地上升和下降的脉冲流变化(“脉冲冲程”)，从而实现许多令人惊讶的优点，提高了根据本发明的燃料电池系统的实际实用性。
首先，推进射流的脉冲冲程可以致使阳极气流通过抽吸管接头或多或少被同等地从阳极室瞬发地抽吸至喷射泵中。脉动式瞬发抽吸可以有助于(与更连续的吸入相比)将更大体积的阳极气体吸入喷射泵中。这样就能提高再循环率，这有利于燃料电池系统的部分负荷能力。此外，瞬发抽吸还有利于排出处于阳极室中的(非期望的)冷凝水，因为基于瞬发抽吸，冷凝水大部分被阳极气体一同带走并且无法沉积在阳极室中的表面上。在利用可能的振动和谐振现象时，这两种效果可能尤为突出。
另一方面，推进射流的脉冲冲程可以致使混合气流以类似的方式通过压力接头瞬发地流入阳极室中，从而可以促进阳极室中的气体的混合并且可以减少流体技术上的死区。上述两个方案均改善了对阳极的燃料气体供应或装载，进而有助于提高效率、能效和使用寿命。
本发明的特征及其相互作用旨在实现推进气流和混合气流的尽可能显著的脉冲流变化的——遵循由阀体致动器的脉冲宽度调制的工作而产生的重复模式的——顺序：
在此，通过阀体表面和阀座表面的表面质量，可以在燃料调节阀中在阀体和/或阀座不发生弹性变形的情况下实现密封。就此而言，燃料调节阀的硬密封设计是可以实现的。与“软密封”阀(即特别是具有位于阀座和/或阀体上的弹性体支承部的阀)不同，这样就能使得阀体和阀座的分离立即且直接致使阀体从阀座上抬起，从而立即且直接释放燃料气体流，而无需在阀体和阀座彼此揭离之前，对事先(即在先前关闭阀时)发生的阀体和/或阀座的弹性变形进行复位。此举促进了脉冲流瞬发变化的可实现性。
此外，阀体和阀座在密封过程中不会变形，这样降低了其材料疲劳现象相关的机械应力，进而提高其使用寿命。这有利于燃料调节阀的脉冲宽度调制的工作模式——该燃料调节阀具有数量非常多的引起密封接触的阀体运动。考虑到本发明可实现的巨大优势，即使在关断间隔期间出现与这种无变形(“硬”)密封类型相关的任何轻微的燃料泄漏流也是可以接受的。
为了实现上述硬密封，相关密封表面上的两个密封配合件(阀体或阀座)中的至少一个的平均表面粗糙度最大为1μm，优选地最大为0.25μm，特别优选地最大为0.lμm。如果两个密封配合件都具有相当硬的密封表面，特别是由于在这两个密封表面上使用相同的材料，则上述表面质量适用于两个密封配合件。而如果两个密封配合件中的一个比另一密封配合件具有更硬的密封表面，例如如果阀体具有由钢制成的阀体表面，而阀座则具有由塑料制成的阀座表面，那么在(在燃料气体调节阀启用之前)较不硬的密封表面处的表面质量略逊于更硬的密封表面处的表面质量(例如相差约一个数量级)的情况下，则是无害的。这样就能在不对功能产生不利影响的情况下，例如可以使用由填充塑料(特别是PEEK；见下文)制成的阀座，其表面质量的特征在于最大10μm、优选地最大2.5μm、特别优选地最大1μm的初始平均表面粗糙度。因为在磨合阶段，基于两个密封配合件因燃料气体调节阀的脉冲宽度控制的工作而发生的高频碰撞，有利于通过两个密封配合件中更硬的密封配合件在短时间内在较不硬的密封配合件上使密封表面变得平滑。上述“平均表面粗糙度”是根据DINEN 4287和DIN EN 4288定义和测得的平均表面粗糙度Rz。
在此情况下，可以通过借助机械的表面精细处理(例如研磨、珩磨和抛光)对阀体表面或阀座表面进行加工来实现阀体表面或阀座表面处给定的较高表面质量。用于阀体和阀座的合适的材料为特别是金属以及高度填充有矿物质、碳纤维或玻璃纤维的塑料，特别是聚醚醚酮(PEEK)、聚苯基硅氧烷(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)以及聚邻苯二甲酰胺(PPA)。
将至少一个密封面布置在相对于相关元件(阀座或阀体)的邻接端面区域而突出的凸起密封平台上也对实现推进射流的脉冲流瞬发变化有重要影响。这样就能使得在燃料气体调节阀闭合时(关断位置)，来自燃料气体源的加压燃料气体积聚在跨越位于阀座和阀体的彼此相对的端面之间的凸起密封平台的压力室中。也就是说，在阀体的关断位置中，受到压力且借此相应地压缩的燃料气体以间隔尽可能短的距离的方式直接邻接共同作用的密封面并且在燃料气体调节阀打开(将阀体移动至导通位置)时，瞬发膨胀至导通通道中。这样就能在两个密封面彼此分离时，通过立即且直接提供足够的加压燃料气体来改善瞬发的推进射流形成，以便流入至少两个通道，进而有助于形成瞬发流动。
上述效果又允许以阀体的极小冲程来操作燃料气体调节阀。就典型应用实例而言，小于0.5mm的冲程就足够了。在特别优选的实施例中，阀体的冲程小于0.3mm，例如为0.2mm。这类较小的冲程对工作性能具有积极的影响。对于燃料气体调节阀的特别有利的工作性能而言有利的是，在阀座和阀体的相对端面之间形成的压力室(见上文)的轴向延伸优选地至少是阀体行程的1.5倍，特别优选地至少是阀体行程的3倍。
本发明利用了以下认识：只有通过根据本发明的特征的相互作用，才能实现对本发明的理念具有重要意义的具有动力气体流的瞬发形成和中断的间歇推进射流。
在本发明的第一进一步方案中，第一密封面布置在凸起的密封平台上并且由至少一个环面构成，至少两个导通通道在相应导通通道出口中与所述至少一个环面连通。有利地，这些导通通道出口呈圆形、椭圆形、三角形或梯形。这样就能使得压力室在环面的内部和外部在阀体和阀座之间延伸，因此，在阀打开的过程中，燃料气体可以从两侧膨胀并流入至少两个导通通道中，此举促进了推进射流的瞬发形成。
尤其优选地，至少一个环面的基准周长或基准周长之和比导通位置中的行程间隙大至少60倍，优选地至少80倍，特别优选地至少100倍。在此情况下，环面的基准周长定义为相关环面的外周长和内周长的算术平均值。这样就能在阀体相对于阀座发生特别小的相对运动之后，实现对于导通位置中的燃料气体流量而言至关重要的通流截面。运动路径的最小化同时减少了所需的致动时间和待消耗的致动能量并且对运动路径相关的组件磨损以及燃料气体调节阀的使用寿命具有特别有利的影响。
作为替代方案，在本发明的第二进一步实施例中，第一密封面可以布置在凸起的密封平台上并且由至少两个(在密封平面中未相互连接的)表面区段构成，在所述表面区段中，每个(至少一个)导通通道与一个导通通道出口连通，其中所述至少两个表面区段优选地分别呈圆形、椭圆形、三角形或梯形。这样一来，压力室就能环周地在每个表面区段外部在阀体与阀座之间延伸，因此，在阀打开的过程中，燃料气体可以从各个方向膨胀并流入相应导通通道中，此举促进了推进射流的瞬发形成。
在一种特别有利的方式中，至少两个表面区段的周长之和至少比导通位置中的行程间隙大至少150倍，优选地至少250倍，特别优选地至少350倍。借此，即在具有(相对于阀体行程)相应非常大的累积周长的情况下，可以——如上所述以类似的方式——在阀体相对于阀座发生特别小的相对运动之后，实现对于导通位置中的燃料气体流量而言至关重要的通流截面，并且以尤为突出的方式实现由此得以实现的优点。
根据本发明的燃料电池系统的另一进一步方案的特征在于，所述阀体致动器包括通量集中器和与所述阀体耦合的衔铁，其中在导通位置中，在所述衔铁与所述通量集中器之间构建有气隙。通过气隙可以防止衔铁在导通位置与通量集中器接触并且(由磁力和/或表面力引起的)“粘附”在通量集中器上，否则这至少会使阀体重新运动至关断位置变得困难和缓慢，从而对阀体运动的动态产生负面影响。
根据另一进一步方案，阀体或阀体致动器的视需要设置的衔铁在导通位置中碰撞至少一个止动元件，所述至少一个止动元件特别是以弹性和/或降噪的方式实施。这样就能——在采用先前论及的进一步方案的情况下——简单且可靠地防止通量集中器和衔铁在导通位置彼此接触。此外，通常可以在采用止动元件的适当实施方案的情况下，特别是通过止动元件的弹性和/或降噪实施方案，在到达导通位置时减少燃料气体调节阀的噪声排放，进而提高燃料电池系统的实际实用性。燃料调节阀的使用寿命也得益于这一措施。
本发明的另一进一步方案的特征在于，所述阀体可以沿运动轴移动至关断位置和导通位置，其中燃料气体可以横向于运动轴流入燃料气体调节阀并且可以沿运动轴从燃料气体调节阀流出。这样就能使得燃料气体流在流过燃料气体调节阀时仅被偏转约90度，进而可以避免与更大幅度的偏转相关的压力损失，此举有利于推进射流的瞬发形成。
根据另一进一步方案，因在燃料气体流入导通通道和推进射流从推进喷嘴逸出之间发生的摩擦效应而对推进射流的瞬发脉冲流变化产生的负面影响可以实现最小化，具体方式在于，推进喷嘴具有推进喷嘴出口，其中所述推进喷嘴出口与所述第一密封面之间的距离比燃料气体调节阀打开时的行程间隙大至多160倍，优选地至多130倍。另一方面，为了实现动力气体在推进喷嘴中的温和加速，上述距离也不能过小。优选地，该距离比燃料气体调节阀打开时的行程间隙大至少70倍，优选地大100倍。如果遵循上述设定，则会实现非常好的工作特性。
根据本发明的另一进一步方案，所述阀体可以沿运动轴移动至关断位置和导通位置，其中所述阀体在其朝向阀座的端面上具有至少一个特别是实施为盲孔或环状凹槽的凹部，所述凹部与横向于运动轴朝向所述阀体的周边延伸的至少一个流入通道流体连接。这样一来，燃料气体就能通过流入通道和凹部到达压力室并且可以在燃料气体调节阀打开时(阀体的导通位置)进一步流向导通通道。理想地，通过至少一个流入通道和凹部以及在围绕阀体的侧向环流下，实现对压力室的双重燃料气体供应。
根据另一进一步方案，如果燃料气体调节阀包括套筒状阀壳，则可以实现具有特别紧凑的燃料气体调节阀的独创性燃料电池系统，所述阀壳容置阀座、阀体和阀体致动器。在此情况下，优选地，所述阀体可以以被阀壳导引的方式沿运动轴在关断位置与导通位置之间移动并且在阀壳的引起导引的环形接触区域内与阀壳接触。此外，优选地，在阀壳的从接触区域出发朝向阀座的区段中构建有至少一个横向于运动轴而延伸的流入孔(用于燃料气体)，在阀壳的从接触区域出发背离阀座的区段中构建有至少一个横向于运动轴而延伸的补偿开口(用于燃料气体)。通过将至少一个流入孔和至少一个补偿开口布置在阀壳中的阀体的不同侧面上，可以使得在阀体上，燃料气体在补偿开口侧和流入孔侧具有相同的压力，因此，阀体上的相应压力相互补偿(压力平衡)。压力平衡使得阀体能够沿运动轴快速且节能地移动。
尤其优选地，所述阀体具有滑环，所述阀体借助所述滑环在阀壳中被导引并且与阀壳的环形接触区域接触。在此情况下，可以通过滑环来实现阀体的“浮动支承”，使得阀体在关断位置中与阀座对齐，此举有利于实现阀体与阀座之间密封的严密性。
本发明的中心方面主要体现在喷射泵调节阀单元方面。在此背景下，申请人保留对这一孤立单元提出单独保护申请的权利。
尽管对于本领域的技术人员而言，即使不单独提及，从上下文及其技术知识背景来看本就已知，但在此应明确指出，上述进一步方案的单个特征也可以与相应进一步方案的其他单个特征分开实现，以及可以与其他进一步方案的单个特征相结合。
附图说明
下面结合附图对本发明的多个实施例进行详细说明。其中
图1为根据本发明的燃料电池系统的示意图，
图2为根据本发明的燃料电池系统的喷射泵调节阀单元的轴向剖面图，
图3为图2所示喷射泵调节阀单元的燃料气体调节阀的轴向剖面放大图，
图4a和4b为图3所示燃料气体调节阀的阀体的侧视图(图4a)以及径向剖面图(图4b)，
图5a至6b为根据本发明的燃料电池系统的阀座的两个不同实施例的相应俯视图(图5a、6a)以及轴向剖面图(图5b、6b)，以及
图7为根据本发明的燃料电池系统的另外四个不同阀座的俯视图局部。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的燃料电池系统1，其包括燃料电池3和喷射泵调节阀单元5。燃料电池3通常具有阳极室7、阴极室9以及将阳极室7与阴极室9彼此隔开的电解质膜11。
喷射泵调节阀单元5包括喷射泵13和燃料气体调节阀15，通过抽吸接头17和压力接头19连接至阳极室7，并且用于实现阳极气体的再循环以及定量地为阳极室7装填燃料气体。
为此，在燃料源25中处于高压下的燃料气体在其压力在减压器29中被降低以及燃料气体流入燃料气体调节阀15之前，首先穿过打开的关断阀27。随后，在燃料气体调节阀的调节下，燃料气体流入喷射泵13并在该处——以已知的方式——将阳极气体一同带走，通过抽吸接头17吸入阳极气体并将其与(新鲜的)燃料气体混合以形成混合气体。混合气体在穿过阳极室入口39流入燃料电池3的阳极室7之前，通过压力接头19离开喷射泵13，流经安全阀35并且流过(可选的)第一冷凝水分离器37。在阳极室入口39的区域中，借助传感器41检测混合气体的控制和操作相关的状态参数(如温度、压力、气体混合比)。通过阳极室出口43从阳极室7吸出的阳极气体穿过用于分离冷凝水的(第二)冷凝水分离器45并且流经冲洗阀47，冲洗阀能够去除积聚在阳极室中的外来气体(例如氮气)。可以通过冷凝水排出阀49排出在视需要设置的第一冷凝水分离器43或第二冷凝水分离器45中分离的冷凝水。就上述范围而言，图中示出的实施例基于本领域技术人员充分已知的现有技术，因此无需加以赘述。
图2——出于示出细节的原因部分未按比例绘示——示出根据本发明的燃料电池系统1的包括燃料调节阀15和喷射泵13的喷射泵调节阀单元5的轴向剖面图。喷射泵13具有喷射泵壳体51，在该壳体中设有抽吸接头17、压力接头19和推进射流接头53，并且该壳体形成混合室55以及扩散器区域57。由于喷射泵调节阀单元就此而言基于本领域技术人员充分已知的现有技术，故此无需加以赘述。
燃料气体调节阀15包括套筒状阀壳59、阀座69、阀体71以及阀体致动器73并且插入容置燃料气体调节阀15的、紧邻喷射泵壳体51的阀容置部61中。阀壳59借助两个O型圈62相对于阀容置部61而密封。在此情况下，尽管在图中并未示出，阀容置部61和喷射泵壳体51也可以采用一体式实施方案。
在阀容置部61中设有燃料气体接头63，燃料气体源25通过燃料气体接头与在阀容置部61与阀壳59之间形成的燃料环隙65流体连接。(在实践中，出于图示原因而在剖面平面中示出的燃料气体接头63优选地并非如此定向，而是垂直于剖面平面且垂直于抽吸接头17而定向。)
阀壳59在喷射泵侧邻接通过推进射流接头53伸入喷射泵13的混合室55中的推进喷嘴67。其中，推进喷嘴67具有推进喷嘴出口67’。随后，通过燃料气体接头63流入燃料环隙65中并且在燃料调节阀15打开时穿过燃料调节阀的燃料气体通过产生推进射流的推进喷嘴67流入喷射泵13的混合室55中。在该处，推进射流将通过抽吸接头17吸入的阳极气体一同带走并且与阳极气体一同进入扩散器区域57。可借助喷射泵调节阀单元5的推进喷嘴67产生的推进射流的体积流量可以借助阀体致动器73的脉冲宽度调制的冲击来进行控制。作为图中所示实施例的替代方案，推进喷嘴67也可以与阀壳59或喷射泵壳体51一体成型。
图3——同样出于示出细节的原因部分未按比例绘示——示出图2所示喷射泵调节阀单元5的燃料气体调节阀15(连同拧入阀壳59中的推进喷嘴67)的轴向剖面放大图。阀体71、阀体致动器73、止动元件74和阀盖75容置在套筒状阀壳59中。
借助O型圈77相对于阀壳59而密封的、由高填充PEEK制成的阀座69在其朝向阀体71的端面上具有第一密封面79。在此情况下，第一密封面79布置在相对于端面90的邻接区域而突出的凸起密封平台81上并且由八个呈圆形的表面区段83(其中在图3中仅示出两个)构成。在每个表面区段83中，每个导通通道85均与一个导通通道出口87连通。阀座表面在第一密封面79的区域中的(原始的、即在燃料气体调节阀启用之前测得的)平均表面粗糙度Rz约为2.5μm。
由钢制成的阀体71包括滑环89并且在其朝向阀座69的端面91上具有第二密封面82以及实施为盲孔93的凹部95，该凹部与六个朝向阀体71的周边延伸的流入通道96流体连接(也参见图4a和4b)。在第二密封面82的区域中，阀体表面的平均表面粗糙度约为0.25μm。
阀体致动器73包括电磁体M、通量集中器97以及与阀体71耦合的衔铁99。通量集中器97借助O型圈101相对于阀壳59而密封。电磁体M通过两个接触点103与电缆105连接，该电缆被向外导引穿过透过阀盖75的喷嘴107。
借助阀体致动器73以及支撑在阀体71和止动元件74上的弹簧108，由衔铁99和阀体71构成的单元可以沿运动轴A移动至关断位置和导通位置，其中在(图3所示)关断位置中，第一密封面79和第二密封面82在共用的密封平面E中彼此贴靠并且相对彼此而密封，而在(未示出的)导通位置中，从阀座69上抬起的阀体71抵靠止动元件74，并且在第一密封面79与第二密封面81之间形成行程间隙。在此情况下，借助滑环89导引阀体71穿过阀壳59，并且阀体在阀壳59的环形接触区域K内与阀壳59接触。
阀壳59具有八个流入孔109、八个补偿开口111以及一个流出孔113，其中在图3中仅能看到两个流入孔109和两个补偿开口111。流入孔109以横向于运动轴A而延伸的方式构建在阀壳59的从接触区域K出发朝向阀座69的区段中，而补偿开口111则以横向于运动轴A而延伸的方式构建在阀壳59的从接触区域K出发背离阀座69的区段中。
如果燃料气体调节阀15被闭合，即阀体71处于关断位置，燃料气体则可以积聚在压力室D中，该压力室以跨越位于阀座69和阀体71的彼此相对的端面90、91之间的凸起密封平台81的方式延伸。在此情况下，可以通过流入通道96以及构建为盲孔93的凹部95，在围绕阀体71的侧向环流下，为压力室D供应燃料气体。因此，在阀体71的关断位置，受到压力且借此相应地压缩的燃料气体以间隔尽可能短的距离的方式直接邻接共同作用的密封面79、82并且在燃料气体调节阀15打开时，可以膨胀至导通通道85中，以便随后通过流出孔113从燃料调节阀15沿运动轴A流出。
图5a、5b以及图6a、6b分别为根据本发明的燃料电池系统1的另外两个实施例的阀座69A、69B的俯视图以及轴向剖面图。
图5a和图5b所示同样由高填充PEEK制成的阀座69A具有第一密封面79A，第一密封面布置在相对于邻接的端面区域90A而突出的凸起密封平台81A上。在此情况下，密封面79A由24个呈圆形的表面区段83A构成，这些表面区段沿两个同心圆Kl、K2布置。在每个表面区段83A中，每个导通通道85A均与一个导通通道出口87A连通。阀座表面79’A在第一密封面79A的区域中的原始平均表面粗糙度为2.5μm。
而图6a和图6b所示同样由高填充PEEK制成的阀座69B具有第一密封面79B，第一密封面布置在相对于邻接的端面区域90B而突出的凸起密封平台81B上并且由环面84B构成。在环面84B中，十个导通通道85B与十个呈圆形的(沿假想圆K3布置的)的导通通道出口87B连通。阀座表面79’B在第一密封面79B的区域中的原始平均表面粗糙度为2.5μm。
图7示出根据本发明的燃料电池系统1的其他实施例的四个不同阀座69C、69D、69E和69F的俯视图的局部。其中，阀座69C至69F分别具有第一密封面79C至79F，其布置在凸起的密封平台81C至81F上。在此，密封面79A至79F分别由多个表面区段83C至83F构成，其中这些表面区段实施为长条形表面区段83C、椭圆形表面区段83D、三角形表面区段83E或梯形表面区段83F。在每个表面区段83A至83F中，每个导通通道均与一个导通通道出口87C至87F连通。

Claims (15)

1.一种燃料电池系统(1)，包括具有阳极室(7)和阴极室(9)的燃料电池(3)以及借助抽吸接头(17)和压力接头(19)连接至所述阳极室(7)的喷射泵调节阀单元(5)，所述喷射泵调节阀单元用于实现阳极气体的再循环以及定量地为所述阳极室(7)供给燃料气体并且具有喷射泵(13)和燃料气体调节阀(15)，其中所述燃料气体调节阀(15)流体地连接在燃料气体源(25)与所述喷射泵(13)之间，所述燃料电池系统具有以下特征：
所述燃料气体调节阀(15)包括具有第一密封面(79)的阀座(69)和具有第二密封面(82)的可动阀体(71)，所述阀座具有至少两个导通通道(85)；
所述阀体(71)能够借助阀体致动器(73)移动至关断位置和导通位置，其中在所述关断位置，所述第一密封面(79)和所述第二密封面(82)在共用的密封平面(E)中彼此贴靠并且相对彼此而密封，
而在所述导通位置，在所述第一密封面(79)与所述第二密封面(82)之间形成行程间隙；
所述第一密封面(79)和/或所述第二密封面(82)布置在凸起密封平台(81)上；
位于所述第一密封面(79)的区域中的阀座表面和/或位于所述第二密封面(82)的区域中的阀体表面的平均表面粗糙度最大为1μm；
借助喷射泵调节阀单元(5)的推进喷嘴(67)而产生的推进射流的体积流量能够借助所述阀体致动器(73)的脉冲宽度调制的冲击来进行调节。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述第一密封面(79)布置在所述凸起密封平台(81)上并且由至少一个环面(84B)构成，至少两个导通通道(85B)在相应导通通道出口(87B)中与所述至少一个环面连通。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述导通通道出口(87)呈圆形、椭圆形、三角形或梯形。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述至少一个环面(84B)的基准周长或基准周长之和比所述导通位置中的行程间隙大至少60倍，优选地至少80倍，特别优选地至少100倍。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述第一密封面(79)布置在所述凸起密封平台(81)上并且由至少两个表面区段(83)构成，在所述表面区段中，每个导通通道(85)均与一个导通通道出口(87)连通。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述至少两个表面区段(83)呈圆形、椭圆形、三角形或梯形。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述至少两个表面区段(83)的周长之和至少比导通位置中的行程间隙大至少150倍，优选地至少250倍，特别优选地至少350倍。
8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述阀体致动器(73)包括通量集中器(97)和与所述阀体(71)耦合的衔铁(99)，其中在所述导通位置，在所述衔铁(99)与所述通量集中器(97)之间形成有气隙。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述阀体(71)或所述阀体致动器(73)的视需要设置的衔铁(99)在所述导通位置中碰撞至少一个止动元件(74)，所述至少一个止动元件特别是以弹性和/或降噪的方式实施。
10.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述阀体(71)能够沿运动轴(A)移动至所述关断位置和所述导通位置，所述燃料气体能够横向于所述运动轴流入所述燃料气体调节阀(15)以及沿所述运动轴(A)从所述燃料气体调节阀(15)流出。
11.根据权利要求2至7中任一项所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述推进喷嘴(67)具有推进喷嘴出口(67’)，其中所述推进喷嘴出口(67’)与所述第一密封面(79)之间的距离比燃料气体调节阀打开时的行程间隙大至多160倍，优选地至多130倍。
12.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述阀体(71)能够沿运动轴(A)移动至所述关断位置和所述导通位置，其中所述阀体(71)在其朝向所述阀座(69)的端面(91)上具有至少一个凹部(95)，特别是实施为盲孔(93)或环状凹槽，所述凹部与横向于所述运动轴(A)朝向所述阀体(71)的周边延伸的至少一个流入通道(96)流体连接。
13.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述燃料电池调节阀(15)包括套筒状阀壳(59)，所述阀壳容置所述阀座(69)、所述阀体(71)和所述阀体致动器(73)。
14.根据权利要求13所述的燃料电池系统(1)，其特征在于，所述阀体(71)能够以被所述阀壳(59)导引的方式沿运动轴(A)移动至所述关断位置和所述导通位置并且在所述阀壳(59)的环形接触区域(K)内与所述阀壳(59)接触，
其中在所述阀壳(59)的从所述接触区域(K)出发朝向所述阀座(69)的区段中形成有横向于所述运动轴(A)而延伸的至少一个流入孔(109)，在所述阀壳(59)的从所述接触区域(K)出发背离所述阀座(69)的区段中形成有横向于所述运动轴(A)而延伸的至少一个补偿开口(111)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述密封平台(81)相对于所述阀体(71)或所述阀座(69)的邻接相关密封面(79、82)的端面部分的轴向抬升以及在阀座(69)和阀体(71)的彼此相对的端面(90、91)之间形成的压力室(D)的轴向高度至少是所述阀体行程的1.5倍，优选地至少是所述阀体行程的3倍。
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