DE102007051811A1

DE102007051811A1 - Durch ein geteiltes Solenoid beheiztes Ventil

Info

Publication number: DE102007051811A1
Application number: DE200710051811
Authority: DE
Inventors: Andreas Könekamp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: US7549438B2; DE102007051811B4; US20080105838A1

Abstract

Ein beheiztes Ventil, das eine spezielle Verwendung als ein Ablassventil und/oder ein Überdruckventil und/oder ein Entlüftungsventil in einer Anodenauslasseinheit eines Brennstoffzellensystems aufweisindestens zwei Spulen. Während eines Normalbetriebs des Ventils wird Strom an beide Spulen angelegt. Während eines Aufwärmbetriebs des Ventils wird Strom nur an eine der Spulen angelegt, so dass der verringerte Widerstand einer einzelnen Spule mehr Wärme bereitstellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein ein beheiztes Ventil und insbesondere ein beheiztes Ventil, das ein geteiltes Solenoid einsetzt, bei dem nur eine der Spulen in dem Solenoid eingeschaltet wird, um eine Ventilheizung bei Gefrierzuständen bereitzustellen, wobei das Ventil eine spezielle Verwendung als ein Ventil in einer Anodenauslasseinheit eines Brennstoffzellensystems aufweist.
2. Erörterung des Standes der Technik
Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, weil er sauber ist und zur effektiven Erzeugung von Elektrizität in einer Brennstoffzelle verwendet werden kann. Eine Wasserstoffbrennstoffzelle ist eine elektrochemische Einrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen umfasst. Die Anode empfängt Wasserstoffgas und die Kathode empfängt Sauerstoff oder Luft. Das Wasserstoffgas wird an dem Anodenkatalysator dissoziiert, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen wandern durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Protonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen an dem Kathodenkatalysator, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt wandern und werden daher durch eine Last geleitet, um Arbeit zu verrichten, bevor sie an die Kathode gesandt werden.
Protonenaustauschmembranbrennstoffzellen (PEMFC) sind eine beliebte Brennstoffzelle für Fahrzeuge. Die PEMFC umfasst allgemein eine protonenleitende Membran aus einem Festpolymerelektrolyt, beispielsweise eine Perfluorsulfonsäurenmembran. Die Anode und Kathode umfassen typischerweise sauber getrennte Katalysatorpartikel, üblicherweise Platin (Pt), die von Kohlenstoffpartikeln getragen werden und mit einem Ionomer vermischt sind. Die Katalysatormischung ist auf gegenüberliegenden Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination der Anodenkatalysatormischung, der Kathodenkatalysatormischung und der Membran definieren eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ kostspielig in der Herstellung und benötigen gewisse Bedingungen für einen effektiven Betrieb.
Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug kann beispielsweise zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel empfängt ein Kathodeneingangsgas, typischerweise eine Luftströmung, die von einem Kompressor durch den Stapel gepresst wird. Der Sauerstoff wird nicht vollständig von dem Stapel verbraucht und etwas Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, welches Wasser als ein Nebenprodukt des Stapels umfassen kann. Der Brennstoffzellenstapel empfängt auch ein Wasserstoff-Anodeneingangsgas, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
Ein Brennstoffzellenstapel umfasst eine Reihe von bipolaren Platten, die zwischen den mehreren MEAs in dem Stapel angeordnet sind, bei dem die bipolaren Platten und die MEAs zwischen zwei Endplatten angeordnet sind. Die bipolaren Platten umfassen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für in dem Stapel benachbarte Brennstoffzellen. Anodengasströ mungskanäle, die es dem Anodenreaktandengas ermöglichen, an die jeweilige MEA zu strömen, sind an der Anodenseite der bipolaren Platten bereitgestellt. Kathodengasströmungskanäle, die es dem Kathodenreaktandengas ermöglichen, an die jeweilige MEA zu strömen, sind an der Kathodenseite der bipolaren Platten bereitgestellt. Eine Endplatte umfasst Anodengasströmungskanäle, und die andere Endplatte umfasst Kathodengasströmungskanäle. Die bipolaren Platten und die Endplatten sind aus einem leitfähigen Material hergestellt, beispielsweise aus Edelstahl oder einem leitfähigen Komposit. Die Endplatten leiten die Elektrizität, die von den Brennstoffzellen erzeugt wird, aus dem Stapel. Die bipolaren Platten umfassen auch Strömungskanäle, durch welche ein Kühlfluid strömt.
Die MEAs sind porös und ermöglichen es daher einem Stickstoff in der Luft, den Stapel von der Kathodenseite her zu durchdringen und sich in der Anodenseite des Stapels anzusammeln, was in der Industrie als Stickstoff-Cross-Quer bezeichnet wird. Stickstoff in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels verdünnt die Wasserstoffkonzentration derart, dass, wenn die Stickstoffkonzentration über einen gewissen Prozentsatz ansteigt, beispielsweise 50 %, der Brennstoffzellenstapel instabil werden kann und ausfallen kann. In der Technik ist es bekannt, an dem Anodenabgasausgang des Brennstoffzellenstapels ein Entlüftungsventil bereitzustellen, das periodisch geöffnet wird, um den Stickstoff von der Anodenseite des Stapels zu entfernen.
Wie voranstehend erörtert wurde, ist es notwendig, das Anodenabgas aufgrund der Stickstoffansammlung in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels periodisch zu entlüften. Wenn das Anodenabgas entlüftet wird, ist jedoch auch Wasserstoff in dem Anodenabgas enthalten, der ein Verbrennungsproblem außerhalb des Brennstoffzellensystems darstellen kann. Es ist daher in der Technik bekannt, das Anodenabgas mit dem Kathodenabgas zu kombinieren, um die Konzentration von ausgestoßenem Wasserstoff unter einen brennfähigen Pegel zu verringern. In der Technik sind Steuerungsmodelle bekannt, um zu ermitteln, wie viel Wasserstoff sich in dem entlüfteten Anodenabgas befindet. Insbesondere ist diesen Algorithmen die Druckdifferenz über den Brennstoffzellenstapel und die Strömung des Gases durch die Entlüftungsventilöffnung bekannt, welche zur Ermittlung der Wasserstoffkonzentration verwendet werden können. Wenn jedoch eine wesentliche Menge an Wasser und Wasserdampf in dem Anodenabgas vorkommt, dann können die Strömungskennlinien des Gases durch das Entlüftungsventil nicht genau ermittelt werden. Daher ist es typischerweise notwendig, das Wasser und den Wasserdampf von dem Anodenabgas zu trennen, bevor es durch das Entlüftungsventil entlüftet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist ein beheiztes Ventil offenbart, das eine spezielle Verwendung als ein Ablassventil und/oder ein Überdruckventil und/oder ein Entlüftungsventil in einer Anodenauslasseinheit eines Brennstoffzellensystems aufweist. Das Ventil umfasst ein geteiltes Solenoid mit mindestens zwei Spulen. Während eines Normalbetriebs des Ventils wird Strom an beide Spulen angelegt. Während eines Aufwärmbetriebs des Ventils wird Strom nur an eine der Spulen angelegt, so dass der verringerte Widerstand einer einzelnen Spule mehr Wärme bereitstellt.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen offenbaren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vereinfachte Draufsicht auf eine Anodenauslasseinheit für ein Brennstoffzellensystem, die ein Ablassventil, ein Entlüftungsventil und ein Überdruckventil umfasst;
2 ist eine Querschnittsansicht des Entlüftungsventils, des Ablassventils oder des Überdruckventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem in 1 gezeigten System; und
3 ist eine Vorderansicht eines geteilten Solenoids, das in dem in 2 gezeigten Ventil verwendet wird.
GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die nachfolgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Ventil mit einem geteilten Solenoid gerichtet ist, welches zu Ventilbeheizungszwecken verwendet wird, ist rein beispielhafter Natur und beabsichtigt keinesfalls, die Erfindung oder deren Verwendungen oder Einsatzmöglichkeiten zu beschränken. Beispielsweise weist das Ventil der vorliegenden Erfindung eine spezielle Verwendung als ein Entlüftungsventil und/oder ein Ablassventil und/oder ein Überdruckventil in einer Anodenauslasseinheit eines Brennstoffzellensystems auf. Jedoch kann das beheizte Ventil der Erfindung andere Einsatzmöglichkeiten aufweisen, wie Fachleute feststellen werden.
Bei einem bekannten Brennstoffzellensystemkonzept ist eine Anodenauslasseinheit bereitgestellt, die mehrere Ventile umfasst, um das Strömen des Anodenabgases aus dem Brennstoffzellenstapel zu steuern. 1 ist eine allgemeine Draufsicht auf einen Teil eines Brennstoffzellensystems 10, das einen Brennstoffzellenstapel 12 umfasst. An einer Anodenausgangsleitung 14 wird ein Anodenabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 12 ausgegeben, und an einer Kathodenabgasleitung 16 wird ein Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 12 ausgegeben. Wie voranstehend erwähnt wurde, ist Wasser ein Nebenprodukt des Brennstoffzellenstapelbetriebs. Daher wird Wasser aus dem Brennstoffzellenstapel 12 sowohl durch die Anodenabgasleitung 14 als auch die Kathodenabgasleitung 16 ausgegeben.
Das System 10 umfasst auch einen Wasserabscheider 18, der einen Pegelanzeiger aufweist. Der Wasserabscheider 18 trennt Wasser und Wasserdampf von dem Anodenabgas und sammelt es in einem Wassersumpf in dem Wasserabscheider 18. Sobald der Pegelanzeiger anzeigt, dass der Wasserpegel in dem Wassersumpf einen vorbestimmten Pegel erreicht, wird ein Ablassventil 20 geöffnet, um das gesammelte Wasser auf einer Leitung 22 abzulassen, welches mit dem Kathodenabgas auf der Leitung 16 vermischt wird. Das trockene Anodenabgas, das durch den Wasserabscheider 18 strömt, wird periodisch durch ein Entlüftungsventil 24 auf der Leitung 26 in die Kathodenabgasleitung 16 entlüftet.
Die Anodenauslasseinheit umfasst auch ein Überdruckventil 28, das geöffnet wird, um das Anodenabgas auf einer Leitung 30 an die Kathodenausgangsleitung 16 während derjenigen Zeiten abzulassen, wenn der Druck an der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 signifikant absinkt, aber das Entlüftungsventil 24 nicht geöffnet ist, weil keine Anodenabgasentlüftung befohlen ist. Beispielsweise kann der Kompressor, der den Brennstoffzellenstapel 12 mit der Kathodeneinlassluft versorgt, während des Systembetriebs plötzlich in der Drehzahl verringert oder gestoppt werden. Da während dieser Zeiten der Wasserstoff an der Anodenseite des Stapels 12 nicht verbraucht wird, besteht eine relativ große Druckdifferenz zwischen der Anodenseite und der Kathodeseite des Brennstoffzellenstapels 12, die eine Beschädigung der Membran in den Brennstoffzellen verursachen kann. Auch kann es sein, dass die Öffnung in dem Entlüftungsventil 24 nicht groß genug ist, um einen Druckablass bereitzustellen.
Wie vorstehend erörtert wurde, strömt typischerweise etwas Wasser und Wasserdampf durch die Ventile 20, 24 und 28. Daher bleibt typischerweise Wasser in den Ventilen 20, 24 und 28 zurück, das bei Zuständen unter Null gefrieren kann, wodurch es das Ventil während des nächsten Systemstarts an einem korrekten Schließen hindert. Daher ist es in der Technik bekannt, die Ventile 20, 24 und 28 bei Gefrierzuständen zu erwärmen, so dass irgendwelches in den Ventilen 20, 24 und 28 verbleibendes Wasser vor einem Betrieb des Brennstoffzellensystems geschmolzen wird. Gegenwärtig werden diese Ventiltypen typischerweise mit ungesteuerten, extern gesteuerten oder selbst regelnden Keramikheizelementen mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) erwärmt, welche außerhalb der Ventile angebracht sind. Die Heizelementkonzepte für diese Ventile weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. Beispielsweise benötigen die Heizelemente typischerweise zusätzlichen Einbauraum. Ferner ist eine relativ große Zeitspanne nötig, um das Ventil auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen, um das Eis während eines Systemstarts bei tiefer Temperatur zu entfernen, da sich die bekannten Heizelemente von dem Ventilsitz relativ weit entfernt befinden.
2 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Steuerungsventils 40 mit weggebrochenen Teilen, das für ein beliebiges der voranstehend beschriebenen Ventile 20, 24 oder 28 gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das Ventil 40 umfasst einen zylindrischen Ventilkörper 42, der typischerweise aus einem Metall, beispielsweise aus Edelstahl, hergestellt ist und ein zylindrisches Ventilgehäuse 44, das typischerweise aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt ist. Ein Strömungskanal 46 erstreckt sich durch den Ventilkörper 42 und das Ventilgehäuse 44. Eine Einlassöffnung 48 ist in dem Ventilgehäuse 44 zur Aufnahme des Fluids bereitgestellt und eine Auslassöffnung 50, durch welche das Fluid aus dem Ventil 40 austritt, ist in dem Ventilkörper 42 bereitgestellt. O-Ringe 52 und 54 dichten die Strömungskanäle außerhalb des Ventils 40 ab. Der Ventilkörper 42 umfasst einen ringförmigen Ventilsitz 58. Ein Ventilstößel 60 bewegt sich in einer Kammer 62 in dem Ventilgehäuse 44 auf und ab und umfasst einen Dichtungsabschnitt 64, der auf dem Ventilsitz 58 sitzt, wenn sich das Ventil 40 in der geschlossenen Stellung befindet.
Gemäß der Erfindung umfasst das Ventil 40 ein geteiltes elektromagnetisches Solenoid 70, das nachfolgend genau beschrieben ist, welches aktiviert wird, um den Ventilstößel 60 anzuheben, um den Strömungskanal 46 auf eine Weise zu öffnen, die in der Technik wohl verstanden ist. Das Ventil 40 ist ein normalerweise geschlossenes Ventil, insofern, als der Dichtungsabschnitt 64 durch Federn 72 auf dem Ventilsitz 58 sitzt, wenn das Solenoid 70 nicht eingeschaltet ist. Beispielsweise sind die Federn 72 zwischen einem ringförmigen Rand 74 des Stößels 60 und einem magnetischen Stück 76 derart angeordnet, dass der Dichtungsabschnitt 64 gegen den Ventilsitz 58 gedrückt wird, wenn das Ventil 40 nicht eingeschaltet ist. Bei alternativen Ausführungsformen kann das Ventil 40 ein normalerweise geöffnetes Ventil sein, bei dem die Federn 72 umkonfiguriert sind, wie von Fachleuten wohl verstanden wird und das Solenoid 70 eingeschaltet wird, um den Dichtungsabschnitt 64 gegen den Ventilsitz 58 zu drücken.
3 ist eine Seitenansicht des geteilten Solenoids 70, das aus dem Ventil 40 entfernt ist. Das geteilte Solenoid 70 umfasst eine obere Spule 80 und eine untere Spule 82. Ein Anschluss 84 ist mit einem Ende der oberen Spule 80 elektrisch gekoppelt und ein Anschluss 86 ist mit einem entgegengesetzten Ende der unteren Spule 82 elektrisch gekoppelt. Ein Anschluss 88 ist mit gemeinsam verbundenen Enden der oberen Spule 80 und der unteren Spule 82 elektrisch gekoppelt.
Während eines Normalbetriebs des Ventils 40 ist der Anschluss 88 nicht angeschlossen und eine Versorgungsspannung wird an die Anschlüsse 84 und 86 angelegt, um die Spulen 80 und 82 einzuschalten und das Ventil 40 zu betätigen. Bei einem Ventilaufwärmbetrieb während eines Gefrierzustands ist der Anschluss 84 nicht angeschlossen und die Versorgungsspannung wird nur an den Anschlüssen 86 und 88 an die untere Spule 82 angelegt. Mit der gleichen Versorgungsspannung und dem halben Widerstand, der durch die halbe Länge des Solenoids 70 bereitgestellt wird, wird der Strom verdoppelt, was den doppelten Wärmebetrag bereitstellt. Auf diese Weise wird der Stößel 60 und der Ventilsitz 58 mit mehr Wärme versorgt, um das Eis, das sich in dem Ventil 40 befinden kann, schneller zu schmelzen.
Bei dieser Ausführungsform ist der Anschluss 88 auf halbem Weg zwischen den Anschlüssen 84 und 86 gezeigt, bei der die Länge der Spulen 80 und 82 gleich ist. Bei alternativen Ausführungsformen kann es jedoch wünschenswert sein, die untere Spule 82 zu verkürzen oder zu verlängern, um weniger oder mehr Erwärmung bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform ist die untere Spule 82 kürzer als die obere Spule 80, um noch mehr Erwärmung für ein Solenoid mit derselben Leistung bereitzustellen. Auch können in dem Solenoid 70 mehr als zwei Spulen vorgese hen sein, wobei mehr Anschlüsse vorgesehen sind, um die Kombination von Spulen mit verschiedenen Erwärmungspegeln auf die gleiche Weise zu betreiben, wie hierin erörtert ist.
Es kann der Wunsch bestehen, eine Erwärmung durch das Solenoid 70 wie voranstehend erörtert bereitzustellen, ohne dass das Solenoid 70 den Stößel 60 bewegen muss. Daher wird gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung eine Versorgungsspannung an den Anschluss 88 angelegt, und die Anschlüsse 84 und 86 werden geerdet. Alternativ kann die Versorgungsspannung an die Anschlüsse 84 und 86 angelegt werden und der Anschluss 88 kann geerdet werden. Bei diesen beiden elektrischen Konfigurationen ist der Strom, der durch die obere Spule 80 und die untere Spule 82 fließt, gleich, aber mit entgegengesetzter Richtung. Die durch die Ströme induzierten Kräfte neutralisieren einander und der Stößel 60 bewegt sich nicht. Im Vergleich mit der Normalbetriebsart wird der Strom verdoppelt, der durch jede Spule 80 und 82 fließt, was eine insgesamte Erhöhung der Heizleistung um den Faktor 4 bereitstellt.
Das Ventil 40 muss so konzipiert sein, dass die von dem Solenoid 70 erzeugte Wärme den Ventilsitz 58 erreichen kann. Daher kann der Ventilstößel 60 aus einem thermisch leitfähigen Material, wie z.B. Edelstahl, hergestellt sein, das Ventilgehäuse 44 kann aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt sein, oder beide können aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt sein.
Die voranstehende Erörterung offenbart und beschreibt rein beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Aus dieser Erörterung und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen wird ein Fachmann leicht erkennen, dass darin verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Ventil, das umfasst: einen Ventilkörper, der einen Ventilsitz umfasst; einen Ventilstößel, der ein Dichtungsende aufweist, das nahe bei dem Ventilsitz angeordnet ist und der dazu dient, zum Öffnen und Schließen des Ventils bewegt zu werden; und ein geteiltes Solenoid, das eine erste Spule und eine zweite Spule umfasst, wobei das Solenoid eingeschaltet wird, um den Ventilstößel zu bewegen, wobei das geteilte Solenoid einen ersten Anschluss, der mit einem Ende der ersten Spule gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der mit einem Ende der zweiten Spule gekoppelt ist und einen dritten Anschluss umfasst, der mit den beiden anderen Enden der ersten und zweiten Spule gekoppelt ist, wobei das Solenoid in einer Normalbetriebsart, bei der eine Versorgungsspannung an den ersten und zweiten Anschluss angelegt ist und der dritte Anschluss nicht angeschlossen ist, und in einer ersten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspannung an den zweiten und dritten Anschluss angelegt ist und der erste Anschluss nicht angeschlossen ist, um Wärme zu erzeugen, die den Ventilsitz erwärmt.
Ventil nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Spule annähernd die gleiche Länge aufweisen, so dass sich der dritte Anschluss auf halbem Weg zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss befindet.
Ventil nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Spule unterschiedliche Längen aufweisen.
Ventil nach Anspruch 3, wobei die zweite Spule eine kürzere Länge als die erste Spule aufweist.
Ventil nach Anspruch 1, wobei sich die zweite Spule näher an dem Dichtungsende des Ventilstößels befindet als die erste Spule.
Ventil nach Anspruch 1, das ferner ein Ventilgehäuse umfasst, das an den Ventilkörper montiert ist, wobei der Ventilstößel in dem Ventilgehäuse angeordnet ist und das Ventilgehäuse aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt ist.
Ventil nach Anspruch 1, wobei der Ventilstößel aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt ist.
Ventil nach Anspruch 1, das ferner eine Feder umfasst, wobei das Ventil ein normalerweise geschlossenes Ventil ist, bei dem die Feder das Dichtungsende des Stößels gegen den Ventilsitz positioniert, wenn das Solenoid nicht eingeschaltet ist.
Ventil nach Anspruch 1, wobei das Solenoid in einer zweiten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspannung an den dritten Anschluss angelegt ist und der erste und zweite Anschluss geerdet sind, um Wärme zu erzeugen, die den Ventilsitz erwärmt, ohne den Stößel zu bewegen.
Ventil nach Anspruch 1, wobei das Solenoid in einer zweiten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspan nung an den ersten und zweiten Anschluss angelegt ist und der dritte Anschluss geerdet ist, um Wärme zu erzeugen, die den Ventilsitz erwärmt, ohne das Solenoid zu bewegen.
Ventil nach Anspruch 1, wobei das Ventil Teil einer Anodenauslasseinheit eines Brennstoffzellensystems ist.
Ventil nach Anspruch 11, wobei das Ventil aus der Gruppe gewählt ist, die aus Anodenabgasentlüftungsventilen, Anodenabgasüberdruckventilen und Anodenabgasablassventilen besteht.
Ventil für eine Anodenauslasseinheit eines Brennstoffzellensystems, wobei das Ventil umfasst: ein Ventilgehäuse, das eine Ventilgehäusekammer umfasst; einen Ventilstößel, der in der Ventilgehäusekammer angeordnet ist und ein Dichtungsende aufweist; einen Ventilkörper, der einen Ventilsitz umfasst, welcher eine dort hindurchgehende Öffnung aufweist, so dass die Ventilgehäusekammer und ein Strömungskanal in dem Ventilkörper in einer Fluidverbindung miteinander stehen, wobei das Dichtungsende des Ventilstößels auf dem Ventilsitz sitzt, um den Strömungskanal zu schließen; eine Feder, die in der Ventilgehäusekammer angeordnet ist und dazu dient, das Ventil in einer normalerweise geöffneten oder einer normalerweise geschlossenen Stellung zu halten; und ein geteiltes Solenoid mit einer ersten Spule und einer zweiten Spule, wobei das Solenoid eingeschaltet wird, um den Ventilstößel zu bewegen, wobei das geteilte Solenoid einen ersten Anschluss, der mit einem Ende der ersten Spule gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der mit einem Ende der zweiten Spule gekoppelt ist und ei nen dritten Anschluss umfasst, der mit den beiden anderen Enden der ersten und zweiten Spule gekoppelt ist, wobei das geteilte Solenoid in einer Normalbetriebsart, bei der eine Versorgungsspannung an den ersten und den zweiten Anschluss angelegt ist und der dritte Anschluss nicht angeschlossen ist, und in einer ersten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspannung an den zweiten und dritten Anschluss angelegt ist und der erste Anschluss nicht angeschlossen ist, um Wärme zu erzeugen, die den Ventilsitz erwärmt, wobei das Ventilgehäuse und/oder der Ventilstößel aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt ist bzw. sind.
Ventil nach Anspruch 13, wobei die erste und die zweite Spule annähernd die gleiche Länge aufweisen, so dass sich der dritte Anschluss auf halbem Weg zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss befindet.
Ventil nach Anspruch 13, wobei die erste und die zweite Spule unterschiedliche Längen aufweisen.
Ventil nach Anspruch 15, wobei die zweite Spule eine kürzere Länge als die erste Spule aufweist.
Ventil nach Anspruch 13, wobei sich die zweite Spule näher an dem Dichtungsende des Ventilstößels befindet als die erste Spule.
Ventil nach Anspruch 13, wobei das Solenoid in einer zweiten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspannung an den dritten Anschluss angelegt ist und der erste und der zweite Anschluss geerdet sind, um Wärme zu erzeugen, die den Ventilsitz erwärmt, ohne den Stößel zu bewegen.
Ventil nach Anspruch 13, wobei das Solenoid in einer zweiten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspannung an den ersten und den zweiten Anschluss angelegt ist und der dritte Anschluss geerdet ist, um Wärme zu erzeugen, die den Ventilsitz erwärmt, ohne das Solenoid zu bewegen.
Ventil, das ein geteiltes Solenoid mit einer ersten Spule und einer zweiten Spule umfasst, wobei das geteilte Solenoid einen ersten Anschluss, der mit einem Ende der ersten Spule gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der mit einem Ende der zweiten Spule gekoppelt ist und einen dritten Anschluss umfasst, der mit den beiden anderen Enden der ersten und zweiten Spule gekoppelt ist, wobei das Solenoid in einer Normalbetriebsart, bei der eine Versorgungsspannung an den ersten und zweiten Anschluss angelegt ist und der dritte Anschluss nicht angeschlossen ist, und in einer ersten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspannung an den zweiten und dritten Anschluss angelegt ist und der erste Anschluss nicht angeschlossen ist, um Wärme zu erzeugen.
Ventil nach Anspruch 20, wobei das Solenoid in einer zweiten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspannung an den dritten Anschluss angelegt ist und der erste und der zweite Anschluss geerdet sind, um Wärme zu erzeugen, die den Ventilsitz erwärmt, ohne den Stößel zu bewegen.
Ventil nach Anspruch 20, wobei das Solenoid in einer zweiten Erwärmungsbetriebsart betrieben wird, bei der die Versorgungsspan nung an den ersten und den zweiten Anschluss angelegt ist und der dritte Anschluss geerdet ist, um Wärme zu erzeugen, die den Ventilsitz erwärmt, ohne das Solenoid zu bewegen.