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Hintergrund
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anodenauslassventil für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein Anodenauslassventil, welches eine Überdruckverhinderungsfunktion aufweist.
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(b) Beschreibung des Stands der Technik
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Im Allgemeinen weist ein in einem Brennstoffzellenfahrzeug montiertes Brennstoffzellensystem auf: ein Brennstoffzufuhrsystem, welches Wasserstoff (Brennstoff) einem Brennstoffzellenstapel zuführt, ein Luftzufuhrsystem, welches dem Brennstoffzellenstapel Luftsauerstoff zuführt, welcher ein für eine elektrochemische Rektion erforderliches Oxidationsmittel ist, den durch Stapeln und Aneinanderkoppeln einer Mehrzahl von Einheitszellen gebildeten Brennstoffzellenstapel zum Erzeugen von Elektrizität (elektrische Energie) durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff und ein Wärme- und Wassermanagementsystem, welches durch die elektrochemische Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel erzeugte Wärme abführt und eine Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels steuert (z. B. regelt).
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Ein Betrieb des Brennstoffzufuhrsystems des Brennstoffzellensystems wird beschrieben werden. Zuerst wird, wenn Wasserstoff (Brennstoff), welcher durch einen Hochdruckregler und ein Wasserstoffzufuhrventil von einem Wasserstofftank hindurchgeleitet worden ist, in eine Anode des Brennstoffzellenstapels durch einen einen Injektionsdruck bereitstellenden Ejektor eintritt und anschließend eine Reaktion zum Erzeugen von elektrischer Energie abgeschlossen ist, ein Abführen von Wasserstoff durchgeführt, bei welchem ein Teil des Wasserstoffs zu der Anode rezirkuliert wird und der verbleibende Wasserstoff über ein Anodenauslassventil zu einer Kathode ausgelassen wird.
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Das heißt, dass ein Teil des Wasserstoffs, welcher aus dem Brennstoffzellenstapel durch Betreiben eines Wasserstoffrezirkulationsgebläses zum Zeitpunkt des Abführens von Wasserstoff ausgelassen worden ist, zu der Anode durch Hindurchleiten durch eine Wasserstoffrezirkulationsleitung rezirkuliert wird und der verbleibende Wasserstoff zu der Kathode durch Hindurchleiten durch eine Wasserstoffabführleitung durch das Anodenauslassventil ausgelassen wird.
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Ein Überdruckablassventil, welches einen Druck senkt, wenn ein Überdruck an dem Brennstoffzellenstapel anliegt, ist hier in der Wasserstoffabführleitung zusammen mit dem Anodenauslassventil montiert, wobei das Überdruckablassventil Gas durch denselben Pfad wie das Anodenauslassventil auslässt, jedoch eine andere Funktion hat und als Ergebnis davon, das Überdruckablassventil in der Wasserstoffrezirkulationsleitung getrennt von dem Anodenauslassventil montiert werden muss.
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Die in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbarten vorangehenden Informationen dienen lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, welche nicht den Stand der Technik bilden, welcher in diesem Land einem Fachmann bereits bekannt ist.
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Inhalt
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Anodenauslassventil für ein Brennstoffzellensystem bereit, welches mit einer sich entsprechend dem Auftreten eines Überdrucks selektiv bewegende Stange bereitgestellt ist und der Stange gestattet, einen Rotor eines Ventilhauptkörpers zu drehen, um das Ventil zu öffnen, wodurch gleichzeitig ein Überdruck abgebaut wird und Wasserstoff durch Verwenden eines einzigen Ventils abgeführt wird.
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In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Anodenauslassventil für ein Brennstoffzellensystem bereit, wobei das Anodenauslassventil aufweist: einen Ventilhauptkörper, welcher in einer Wasserstoffabführleitung eines Brennstoffzellenstapels montiert ist, eine Antriebswelle, welche drehbar in dem Ventilhauptkörper montiert und an ein Öffnungselement gekoppelt ist, welches selektiv eine Wasserstoffauslassöffnung öffnet (und schließt), indem die Antriebswelle gedreht wird, und einen Mechanismus, welcher mit einer Wasserstoffeinlassöffnung des Ventilhauptkörpers verbunden ist, um einen Wasserstoffeinströmpfad zu bilden, und betrieben wird, um die Antriebswelle zu drehen, wenn ein Druck von durch den Wasserstoffeinströmpfad einströmendem Wasserstoff zunimmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Antriebswelle ein Führungselement aufweisen, welches in einer seitlichen Richtung (z.B. einer radialen Richtung der Antriebswelle) vorsteht, um mit einem Endabschnitt des Mechanismus in Anlage zu stehen/treten, und eine Rotationsbahn (bzw. eine Rotationsbewegung) gemäß einem Betrieb des Mechanismus führt (oder steuert).
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Mechanismus aufweisen: einen Hauptkörperabschnitt, welcher den Wasserstoffeinströmpfad bildet, eine bewegliche Einheit, welche in einem mit dem Wasserstoffeinströmpfad verbundenen Bewegungsbereich montiert ist und gleitet, wenn der Druck von entlang des Wasserstoffeinströmpfads strömendem Wasserstoff zunimmt, und eine Antriebseinheit, welche sich zusammen mit der Gleitbewegung der beweglichen Einheit bewegt, um aus dem Bewegungsbereich nach außen vorzustehen und die Antriebswelle durch eine Druckbeaufschlagung des Führungselements zu drehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Mechanismus ferner ein elastisches Element aufweisen, welches derart gekoppelt ist, dass es eine Außenumfangsfläche der Antriebseinheit umgibt, und eine elastische Kraft gemäß der Gleitbewegung der Antriebseinheit in dem Bewegungsbereich bereitstellt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die bewegliche Einheit ein O-Ring-Element aufweisen, welches bereitgestellt ist, um das Innere des Bewegungsbereichs abzudichten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Öffnungselement mit einem Endabschnitt der Antriebswelle in Gewindeeingriff stehen und die Antriebswelle kann durch einen Betrieb der Antriebseinheit gedreht werden, um das Öffnungselement nach oben oder unten (z.B. in Längsrichtung der Antriebswelle) zu bewegen und die Wasserstoffauslassöffnung zu öffnen oder zu schließen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Anodenauslassventil für ein Brennstoffzellensystem mit der sich selektiv gemäß dem Auftreten eines Überdrucks bewegenden Stange (z.B. Antriebseinheit) bereitgestellt und das Anodenauslassventil gestattet der Stange, den Rotor (z.B. die Antriebswelle) des Ventilhauptkörpers zu drehen, um das Ventil zu öffnen, wodurch gleichzeitig ein Überdruck abgebaut und Wasserstoff unter Verwendung des einzigen Anodenauslassventils abgeführt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Überdruckablassventil wegzulassen, welches separat in der bestehenden Wasserstoffabführleitung montiert ist, wodurch Kosten verringert werden können, da die Konfiguration (bzw. Funktion) des Überdruckablassventils in dem Anodenauslassventil enthalten ist.
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Andere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend diskutiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail durch Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben werden, welche in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, welche nachfolgend lediglich zu Veranschaulichungszwecken angegeben sind und sich deshalb nicht einschränkend auf die vorliegende Erfindung auswirken, wobei:
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1 eine Ansicht ist, welche ein Brennstoffzellensystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
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2 (Stand der Technik) eine Ansicht ist, welche ein Brennstoffzellensystem des Stands der Technik veranschaulicht,
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3 eine Ansicht ist, welche eine Struktur eines Anodenauslassventils des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
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4 eine Ansicht ist, welche einen Mechanismus eines Anodenauslassventils des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Normalzustand veranschaulicht,
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5 eine Ansicht ist, welche einen Betrieb des Mechanismus des Anodenauslassventils des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Normalzustand veranschaulicht,
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6 eine Ansicht ist, welche den Mechanismus des Anodenauslassventils des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Überdruckzustand veranschaulicht, und
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7 eine Ansicht ist, welche einen Betrieb des Mechanismus des Anodenauslassventils des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Überdruckzustand veranschaulicht.
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Es sollte verständlich sein, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern dass sie eine etwas vereinfachte Veranschaulichung zahlreicher bevorzugter Merkmale darstellen, welche die grundlegenden Prinzipien der Erfindung darstellen. Die speziellen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden hier offenbarten Erfindung, welche beispielsweise spezielle Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen aufweisen, werden teilweise durch die spezielle beabsichtigte Anwendung und Benutzungsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen oder auf äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den zahlreichen Figuren.
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Detaillierte Beschreibung
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Es versteht sich, dass die Begriffe „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere ähnliche hier verwendete Begriffe einschließen: motorbetriebene Fahrzeuge im Allgemeinen, etwa Passagierfahrzeuge, welche ihrerseits einschließen: Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, zahlreiche kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere alternative Kraftstofffahrzeuge (z. B. Kraftstoffe, welche aus von Erdöl verschiedenen Kraftstoffquellen abgeleitet sind) einschließen. Ein hier angeführtes Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, welches zwei oder mehrere Antriebsquellen aufweist, beispielsweise sowohl kraftstoffbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
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Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und nicht, um die Erfindung einzuschränken. Die hier verwendeten Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sind dazu vorgesehen, ebenso die Pluralformen einzuschließen, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt. Es ist ferner verständlich, dass die Begriffe „aufweist“ oder/und „aufweisend“, sofern in dieser Beschreibung verwendet, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Größen, Schritte, Operationen, Elemente oder/und Komponenten angeben, jedoch nicht die Anwesenheit oder den Zusatz eines oder mehrerer anderer Merkmale, Größen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten oder/und Gruppen davon bedeuten. Der hier verwendete Begriff „oder/und“ schließt jegliche und alle Kombinationen einer oder mehrerer der zugeordneten aufgezählten Größen ein. Sofern nichts Gegenteiliges beschrieben ist, sind der Begriff „aufweisen“ und Variationen, wie etwa „aufweist“ oder „aufweisend“, in der Beschreibung derart aufzufassen, dass sie den Einschluss der aufgezählten Elemente bedeuten, nicht jedoch den Ausschluss anderer Elemente. Zudem bezeichnen die Begriffe „Einheit“ und „Modul“, welche in der Beschreibung beschrieben sind, Einheiten zum Verarbeiten wenigstens einer Funktion und Operation und können durch Hardwarekomponenten oder Softwarekomponenten und Kombinationen davon implementiert sein.
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Darüber hinaus kann die Steuerungslogik der vorliegenden Erfindung als ein nicht transitives computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt sein, welches ausführbare Programmanweisungen enthält, welche von einem Prozessor, einer Steuerungseinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele computerlesbarer Medien weisen auf, sind jedoch nicht beschränkt auf: ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppy Discs, Flash-Laufwerke, Smartcards und optische Datenspeicherungsvorrichtungen. Das computerlesbare Medium kann ebenso in einem Netzwerk verteilt sein, welches mit Computersystemen verbunden ist, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematic-Server oder ein Controller Area Network (CRN).
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Nachfolgend wird im Detail auf zahlreiche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von welchen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und nachfolgend beschrieben sind. Während die Erfindung zusammen mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden wird, ist es verständlich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, die Erfindung auf lediglich die beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken, sondern ebenso zahlreiche Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche vom Geist und Umfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abgedeckt sind.
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Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung und Verfahren zum Erreichen der Vorteile und Merkmale werden durch Bezugnahme auf die beispielhaften Ausführungsformen, welche im Detail nachfolgend zusammen mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben sind, ersichtlich werden.
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beispielhaften, nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf unterschiedliche andere Arten ausgeführt werden. Die vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen sind lediglich der Vollständigkeit halber angegeben und sind dargelegt, um den Umfang der Erfindung einem Fachmann des technischen Gebiets, in welchem die vorliegende Erfindung angesiedelt ist, verständlich zu machen, wobei die vorliegende Erfindung lediglich durch den Umfang der Ansprüche definiert ist.
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In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung kann eine detaillierte Erklärung von allgemein bekannten Technologien ausgelassen werden, um unnötige Unklarheiten des Gegenstands der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
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1 ist eine Ansicht, welche ein Brennstoffzellensystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und 2 (Stand der Technik) ist eine Ansicht, welche ein Brennstoffzellensystem des Stands der Technik veranschaulicht.
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Im Allgemeinen weist ein in einem Brennstoffzellenfahrzeug montiertes und in 2 gezeigtes Brennstoffzellensystem auf: ein Brennstoffzufuhrsystem, welches Wasserstoff (Brennstoff) einem Brennstoffzellenstapel 1 zuführt, ein Luftzufuhrsystem, welches durch einen Luftkompressor 30 dem Brennstoffzellenstapel 1 Luftsauerstoff zuführt, welcher ein für eine elektrochemische Reaktion erforderliches Oxidationsmittel ist, und den durch Stapeln und Aneinanderkoppeln einer Mehrzahl von Einheitszellen gebildeten Brennstoffzellenstapel 1 zum Erzeugen von elektrischer Energie (Elektrizität) durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff.
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Ein Betrieb des Brennstoffzellensystems wird nachfolgend beschrieben werden. Wenn Wasserstoff (Brennstoff), welcher durch einen Hochdruckregler und ein Wasserstoffzufuhrventil von einem Wasserstofftank hindurchgeleitet worden ist, in eine Anode des Brennstoffzellenstapels 1 durch einen Injektionsdruck bereitstellenden Ejektor 20 eintritt und anschließend eine Reaktion zum Erzeugen von elektrischer Energie abgeschlossen ist, wird ein Abführen von Wasserstoff durchgeführt, bei welchem ein Teil des Wasserstoffs zu der Anode rezirkuliert und der verbleibende Wasserstoff zu einer Kathode über ein Anodenauslassventil 10 ausgelassen wird.
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Das bedeutet, dass ein Teil des Wasserstoffs, welcher von dem Brennstoffzellenstapel 1 durch Betreiben eines Wasserstoffrezirkulationsgebläses zum Zeitpunkt des Abführens von Wasserstoffs ausgelassen worden ist, zu der Anode durch Hindurchleiten durch eine Wasserstoffrezirkulationsleitung L2 rezirkuliert wird und der verbleibende Wasserstoff zu der Kathode durch Hindurchleiten durch eine Wasserstoffabführleitung L1 durch das Anodenauslassventil 10 ausgelassen wird.
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Wie in 2 gezeigt, ist ein Überdruckablassventil 12, welches einen Druck absenkt, wenn ein Überdruck an dem Brennstoffzellenstapel 1 anliegt, in der Wasserstoffabführleitung L1 zusammen mit dem Anodenauslassventil 10 montiert und das Überdruckablassventil 12 lässt Gas durch denselben Pfad wie das Anodenauslassventil 10 ab, weist jedoch eine unterschiedliche Funktion auf und als Ergebnis davon muss das Überdruckablassventil 12 in der Wasserstoffabführleitung L1 separat von dem Anodenauslassventil 10 montiert werden.
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Mit anderen Worten verwendet das Brennstoffzellenfahrzeug Wasserstoffbrennstoff und führt Wasserstoff nach dem Absenken des Drucks von Hochdruck(700 bar)-Wasserstoff dem Brennstoffzellenstapel 1 zu. Typischerweise beträgt ein Arbeitsdruck des Brennstoffzellenstapels 1 3 bar oder weniger.
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Im Falle einer Anomalie einer Druckeinstellungsfunktion baut sich ein Druck in dem Brennstoffzellenstapel 1 auf, welcher höher als ein Druck in einem Normalzustand ist. In diesem Fall kann der Brennstoffzellenstapel 1 permanent beschädigt werden, so dass daher ein Überdruckablassventil 12 an dem Brennstoffzellenfahrzeug bereitgestellt werden muss, um eine Beschädigung des Brennstoffzellenstapels 1 zu verhindern.
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Jedoch können in einem Fall, in welchem das Anodenauslassventil 10 und das Überdruckablassventil 12, welche Wasserstoff durch denselben Pfad auslassen, wie in 1 gezeigt, in ein einzelnes Ventil integriert sind, Vorteile, wie etwa eine Kostenverringerung und eine verbesserte Montageeffizienz, erzielt werden.
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Daher ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine Funktion des Überdruckablassventils 12 in das Anodenauslassventil 10 integriert, so dass es möglich ist, das Überdruckablassventil 12, welches typischerweise und separat in der Wasserstoffabführleitung L1 montiert ist, wegzulassen, wodurch Kosten verringert werden.
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3 ist eine Ansicht, welche eine Struktur eines Anodenauslassventils des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, 4 ist eine Ansicht, welche einen Mechanismus des Anodenauslassventils des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem Normalzustand veranschaulicht, und 5 ist eine Ansicht, welche einen Betrieb des Mechanismus des Anodenauslassventils des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Normalzustand veranschaulicht.
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Wie in 3 gezeigt, weist das Anodenauslassventil 10 für ein Brennstoffzellensystem einen Ventilhauptkörper 100, eine Antriebswelle 200 und einen Mechanismus 300 auf.
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Der Ventilhauptkörper 100 ist in der Wasserstoffrezirkulationsleitung L2 des Brennstoffzellenstapels 1 montiert.
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Die Antriebswelle 200 ist drehbar in dem Ventilhauptkörper 100 montiert und an ein Öffnungselement 210 gekoppelt, welches selektiv eine Wasserstoffauslassöffnung 100b durch Drehen öffnet (bzw. schließt).
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Vorzugsweise ist eine Torsionsfeder 40 an einer Außenumfangsfläche der Antriebswelle 200 montiert und die Torsionsfeder 40 stellt eine elastische Rückstellkraft an die Antriebswelle 200 bereit, so dass die Antriebswelle 200 in eine Anfangsposition zurückkehren kann, wenn sich einströmender Wasserstoff in einem Normalzustand befindet, falls sich die Antriebswelle 200 durch einen Betrieb des Mechanismus 300 dreht.
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Wie in 4 gezeigt, weist die Antriebswelle 200 ein Führungselement 220 auf, welches in einer seitlichen Richtung (z.B. in einer radialen Richtung der Antriebswelle 200) derart vorsteht, dass es mit einem Endabschnitt des Mechanismus 300 in Anlage tritt/steht, und eine Rotationsbahn (bzw. Rotationsbewegung) gemäß einem Betrieb des Mechanismus 300 führt (steuert).
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Das bedeutet, dass das Anodenauslassventil 10 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform den Mechanismus 300 aufweist, welcher mit einer Wasserstoffeinlassöffnung 100a des Ventilhauptkörpers 100 verbunden ist und einen Wasserstoffeinströmpfad 300a bildet, und dass der Mechanismus 300 arbeitet, wenn ein Druck von durch den Wasserstoffeinströmpfad 300a einströmendem Wasserstoff zunimmt, wodurch die Antriebswelle 200 gedreht wird.
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Zu diesem Zweck weist der Mechanismus 300, wie in 5 gezeigt, einen Hauptkörperabschnitt 310, eine bewegliche Einheit 320 und eine Antriebseinheit 330 auf.
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Der Hauptkörperabschnitt 310 ist in dem Ventilhauptkörper 100 montiert, weist eine vorgegebene Länge auf und ist mit der Wasserstoffeinlassöffnung 100a verbunden, um den Wasserstoffeinströmpfad 300a in dem Hauptkörperabschnitt 310 zu bilden.
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Die bewegliche Einheit 320 ist in einem mit dem Wasserstoffeinströmpfad 300a verbundenen Bewegungsbereich A montiert und kann in dem Bewegungsbereich A gleiten, wenn ein Druck von entlang des Wasserstoffeinströmpfads 300a strömendem Wasserstoff zunimmt.
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Die bewegliche Einheit 320 kann ein O-Ring-Element 320a aufweisen, um ein Inneres des Bewegungsbereichs A abzudichten, so dass entlang des Wasserstoffeinströmpfads 300a strömender Wasserstoff nicht in den Bewegungsbereich A hineinströmt (bzw. nicht aus dem Bewegungsbereich A hinausströmt).
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Daher ist es möglich, zu verhindern, dass Wasserstoff aus dem Bewegungsbereich A nach außen abgelassen wird, da die bewegliche Einheit 320 eine Dichtigkeit gegenüber Luft bzw. Gasen, insbesondere Wasserstoff, in dem Bewegungsbereich A aufrechterhalten kann, so dass entlang des Wasserstoffeinströmpfads 300a strömender Wasserstoff nicht in den Bewegungsbereich A hineinströmt (bzw. nicht aus dem Bewegungsbereich A hinausströmt).
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Die Antriebseinheit 330 weist eine vorgegebene Länge auf, ist an die bewegliche Einheit 320 gekoppelt und gleitet zusammen mit der Gleitbewegung der beweglichen Einheit 320, so dass ein Endabschnitt der Antriebseinheit 330 selektiv aus dem Bewegungsbereich A nach außen vorsteht, wodurch durch eine Druckbeaufschlagung des Führungselements 220 die Antriebswelle 200 gedreht wird.
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Der Mechanismus 300 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann ferner ein elastisches Element 340 aufweisen, welches derart gekoppelt ist, dass es eine Außenumfangsfläche der Antriebseinheit 330 umgibt, und welches eine elastische Kraft gemäß der Gleitbewegung der Antriebseinheit 330 in dem Bewegungsbereich A bereitstellt.
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Das bedeutet, dass das elastische Element 340 dazu dient, Anfangspositionen der beweglichen Einheit 320 und der Antriebseinheit 330 in dem Bewegungsbereich A zu führen (bzw. wiederherzustellen). Wenn Wasserstoff im Normalzustand durch den Wasserstoffeinströmpfad 300a, wie in 5 gezeigt, einströmt, ist ein Druck des einströmenden Wasserstoffs kleiner als eine elastische Kraft des elastischen Elements 340, so dass die bewegliche Einheit 320 und die Antriebseinheit 330 nicht gleiten können und die Antriebswelle 200 nicht gedreht werden kann, wobei als ein Ergebnis davon, die Wasserstoffauslassöffnung 100b des Anodenauslassventils 10 blockiert bleibt.
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6 ist eine Ansicht, welche den Mechanismus 300 des Anodenauslassventils 10 des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Überdruckzustand veranschaulicht, und 7 ist eine Ansicht, welche einen Betrieb des Mechanismus 300 des Anodenauslassventils 10 des Brennstoffzellensystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Überdruckzustand veranschaulicht.
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Wie in den 6 und 7 gezeigt, bewegt der Mechanismus 300 die bewegliche Einheit 320, wenn ein Druck von durch den Wasserstoffeinströmpfad 300a einströmendem Wasserstoff zunimmt, und kann daher die Antriebswelle 200 drehen, indem er der Antriebseinheit 330 gestattet, das Führungselement 220 mit Druck zu beaufschlagen.
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Da die Struktur des Mechanismus 300 zum Durchführen des vorangehenden Betriebs im Detail durch Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschrieben worden ist, wird eine Beschreibung davon in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weggelassen werden.
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Ein Betrieb zum Drehen der Antriebswelle 200 gemäß der beispielhaften vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben werden. Wenn Hochdruckwasserstoff durch den Wasserstoffeinströmpfad 300a einströmt, wird die bewegliche Einheit 320 durch einen Überdruck des Wasserstoffs mit Druck beaufschlagt und gleitet in dem Bewegungsbereich A.
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Daher gleitet die Antriebseinheit 330 ebenso in dem Bewegungsbereich A und ein Endabschnitt der Antriebseinheit 330 steht aus dem Bewegungsbereich A nach außen vor und beaufschlagt das Führungselement 220 mit Druck.
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Wenn das Führungselement 220 gedreht wird, indem es von der Antriebseinheit 330, wie vorangehend beschrieben, mit Druck beaufschlagt wird, wird die Antriebswelle 200 ebenso gedreht und das Öffnungselement 210, welches mit dem Endabschnitt der Antriebswelle 200 in Gewindeeingriff steht, wird nach oben oder nach unten (z.B. in Längsrichtung der Antriebswelle 200) bewegt.
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Bezugnehmend auf 3 bedeutet das, dass das Öffnungselement 210 mit dem Endabschnitt der Antriebswelle 200 in Gewindeeingriff steht und falls die Antriebswelle 200 gedreht wird, wird das Öffnungselement 210 nach oben oder nach unten durch die Drehung der Antriebswelle 200 bewegt, wodurch die Wasserstoffauslassöffnung 100b des Anodenauslassventils 10 geöffnet oder geschlossen wird.
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Wenn aus dem Brennstoffzellenstapel 1 ausgelassener Wasserstoff entlang der Wasserstoffrezirkulationsleitung L2 aufgrund eines Überdrucks rezirkuliert wird, gleiten daher gemäß der vorliegenden Erfindung die bewegliche Einheit 320 und die Antriebseinheit 330 durch den Überdruck, wodurch sich die Antriebswelle 200 dreht, um die Wasserstoffauslassöffnung 100b des Anodenauslassventils 10 zu öffnen, so dass ein Betrieb zum Abbauen eines Überdrucks und ein Betrieb zum Durchführen eines Abführens von Wasserstoff gleichzeitig durch das einzige Anodenauslassventil 10 durchgeführt werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Anodenauslassventil für ein Brennstoffzellensystem mit der sich selektiv gemäß dem Auftreten eines Überdrucks bewegenden Stange (z.B. der Antriebseinheit 330) bereitgestellt und das Anodenauslassventil 10 gestattet der Stange, den Rotor (z.B. die Antriebswelle 200) des Ventilhauptkörpers 100 zu drehen, um das Ventil zu öffnen, wodurch gleichzeitig ein Überdruck abgebaut und ein Ablassen von Wasserstoff durch Verwenden des einzigen Anodenauslassventils 10 durchgeführt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, da die Konfiguration (bzw. Funktion) des Überdruckablassventils in dem Anodenauslassventil 10 enthalten ist, ein separat in einer bestehenden Wasserstoffrezirkulationsleitung montiertes Überdruckablassventil wegzulassen, wodurch Kosten verringert werden.
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Die Erfindung ist im Detail durch Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon beschrieben worden. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und vom Geist der Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist.
