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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf auf ein System und ein Verfahren zur Verbesserung des Kathoden-Katalysatorheizen durch unabhängiges Ermöglichen Ablassen einer Flüssigkeit und Spülen eines Gases in einer Brennstoffzelle bei Kaltstarts über ein System mit einem Anodenabfluss und einem Kathodenabfluss, die durch ein Spülrohr verbunden sind, einem Sammelbehälter, der extern zum Spülrohr ist, und einem Drehbolzen mit einer geschlossenen Position, einer ersten offenen Position und einer zweiten offenen Position.
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HINTERGRUND
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Ausführungsformen dieser Erfindung beziehen sich allgemein auf Verbesserungen bei der Brennstoffzellen-Funktionsfähigkeit unter Bedingungen, bei denen feuchtigkeitsanfällige Komponenten Temperaturen ausgesetzt sind, bei denen das Wasser gefrieren kann, und insbesondere auf das effektive Verwalten des Kathoden-Katalysatorheizens (CCH) bei Kaltstarts, wenn Eis vorhanden ist. Dies stellt auch die Möglichkeit bereit, unabhängig Wasser und Gas abzulassen.
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Brennstoffzellen wandeln einen Brennstoff durch chemische Reaktion in nutzbare Elektrizität um. Ein wesentlicher Vorteil einer solchen Energieerzeugungseinrichtung ist, dass sie erreicht wird, ohne Abhängigkeit von der Verbrennung als Zwischenschritt. Als solche haben Brennstoffzellen mehrere Umweltvorteile gegenüber Verbrennungsmotoren (ICEs) und den damit verbundenen Energieerzeugungsquellen. In einer typischen Brennstoffzelle wird ein Paar von katalysierten Elektroden durch ein ionendurchlässiges Medium in Form einer polysulfonierten Membran (wie beispielsweise Nation™) getrennt, sodass eine elektrochemische Reaktion auftreten kann, wenn eine ionisierte Form eines durch eine der Elektroden (die Anode) eingeführten Reduktionsmittels (wie beispielsweise Wasserstoff, H2) das ionendurchlässige Medium durchquert und sich mit einer ionisierten Form eines Oxidationsmittels (wie beispielsweise Sauerstoff, O2), das durch die andere Elektrode eingeführt (die Kathode) wurde, kombiniert. Bei der Kombination an der Kathode, bilden der ionisierte Wasserstoff und Sauerstoff Wasser. Die Endzellen- Elektronen, die bei der Ionisierung des Wasserstoffs befreit wurden laufe in Form von Gleichstrom (DC) zur Kathode über eine externe Schaltung, die typischerweise eine Last beinhaltet. Der Fluss dieser DC Energie ist die Grundlage für die Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle.
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Der Brennstoffzellenstapel muss bei variierenden Umgebungsbedingungen laufen, einschließlich jenen, die kalt, nass oder beides sind. Wenn nichts getan wird, können solche Bedingungen ein wirksames Brennstoffzellen Starten und Herunterfahren behindern. Beispielsweise muss während des Herunterfahrens eine gewisse Menge Wasser (von dem während des Betriebs des Brennstoffzellensystems viel erzeugt worden sein kann) entfernt werden, um zu gewährleisten, dass Eisblockade von Schlüsselströmungswegen vermieden wird, und dass ein nachfolgender Start, Aufwärmen und Wegfahren auch dann noch möglich sind, nachdem das System Minustemperaturen ausgesetzt wurde. Entfernen von Wasser aus der Anodenschleife der Brennstoffzelle ist besonders schwierig, da sie nicht das hohe Gasvolumen und die Strömungsgeschwindigkeit aufweist, die die Kathodenschleife besitzt, als ein Weg, um überschüssiges Wasser zu spülen. Eine Möglichkeit, die Anodenschleifen-Wasserableitung zu erleichtern, ist, das Wasser direkt durch das ionendurchlässige Medium der verschiedenen Brennstoffzellen zur Kathode zu ziehen. Leider sind aktuelle Verfahren langsam (sie brauchen oft über eine Minute, um den Anode-Wassergehalt auf ein annehmbares Niveau zu senken). Dieser Ansatz kann auch zu einer übermäßigen Membrantrocknung führen, was sich negativ auf die Haltbarkeit der einzelnen Brennstoffzellen auswirken kann.
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Eine andere Möglichkeit, die Möglichkeit eines solchen Strömungsweg-Eisbildung zu reduzieren oder beseitigen, ist, einigem Wasserstoff zu ermöglichen, von der Anodenschleife in die Kathodenschleife eingeführt zu werden, während des Brennstoffzellensystem-Abschaltens und -Starts; Ein solcher Ansatz kann durch ein Ventil beeinflusst werden, das zwischen den Anoden- und Kathodenschleifen angeordnet wird, und dem es ermöglicht wird, so lange offen zu bleiben (möglicherweise nur für wenige Sekunden), dass es den Wasserstoffstrom fördert. Während der Abschaltung stellt das Ventil einen schnelleren Weg für Wasser bereit, die Anode zu verlassen anstatt des langsamen Verfahrens des Ziehens von Wasser durch das ionendurchlässige Medium. Während des Starts, erzeugt diese katalytische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff (zusätzlich dazu, eventuell zu helfen, die Leerlaufspannung (OCV) zu reduzieren) Wärme, die dazu verwendet werden kann, die Temperatur benachbarter Strömungswege und Komponenten zu erhöhen. Während dieser Ansatz fähiger ist, schnelles, effizientes Aufwärmen eines Brennstoffzellensystems zu fördern, das Gefrierbedingungen ausgesetzt worden ist, macht die relativ große thermische Masse des Ventils selbst, es für Eisbildung und damit verbundener Blockierung anfällig. Darüber hinaus beinhalten solche Ventile typischerweise eine Strömungsregelöffnung (in Form einer Blende), die aufgrund ihrer genau bekannten Größe verwendet wird, um präzise Messung oder Steuerfunktionen bereitzustellen. Unglücklicherweise macht die Größe und Präzision, die benötigt wird, um seine Fließregulierungsfunktion herzustellen, die Öffnung auch besonders anfällig für Eisblockaden, die dem Rest des Ventils zugeordnet sind, wie oben diskutiert.
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Daher sind Systeme nach dem Stand der Technik dafür bekannt, Probleme mit der Eisbildung und Entfernung zu haben. Hierin werden Verfahren und Vorrichtungen zur Lösung des seit langem bestehenden Bedarfs für die Verbesserung des Kathoden-Katalysatorheizens und Bereitstellung unabhängiger Ableitung von Gas und Flüssigkeit in solchen Systemen beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verbesserung von Kathoden-Katalysatorheizung durch unabhängiges ermöglichen eines Ablassens von mindestens einer Flüssigkeit, die Wasser umfasst, und eines Spülens mindestens eines Gases in einer Brennstoffzelle bei Kaltstarts vorgestellt. Die Flüssigkeit in spezifischen Ausführungsformen kann von etwa Null bis etwa fünfzig Prozent Wasser, oder von etwa fünfzig bis etwa neunzig Prozent Wasser, oder von etwa fünfzig bis etwa einhundert Prozent Wasser beinhalten und die Flüssigkeit kann Eispartikel und Verunreinigungen in Partikel- oder flüssiger Form beinhalten. Hierin beschriebene Ausführungsformen umfassen ein Kathoden-Katalysatorheizsystem. Das System kann einen Deckel aufweisen, um Tropfen von Wasser in das System zu verhindern. Das System kann einen Anodenabfluss und einen Kathodenabfluss umfassen, die durch ein Spülrohr dazwischen gekoppelt sind, wobei das Spülrohr für das Spülen des mindestens einen Gases aus dem Anodenabfluss zum Kathodenabfluss konfiguriert ist. Das Gas kann etwa hundert Prozent Wasserstoff sein, oder kann von etwa Null bis etwa zehn, oder von etwa Null bis etwa fünfzig, oder von etwa Null bis etwa einhundert Prozent Wasserstoff sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das Gas Sauerstoff beinhalten. Spezifische Ausführungsformen beinhalten einen Sammelbehälter außerhalb des Spülrohres und sind für das Entleeren der mindestens einen Flüssigkeit, die Wasser umfasst, vom Sammelbehälter zum Kathodenabfluss konfiguriert; und einen Drehbolzen, der wiederholt bewegbar in und aus dem Spülrohr ist, wobei der Drehbolzen beweglich zwischen einer geschlossenen Position ist, die die Entleerung der mindestens einen Flüssigkeit verhindert und die Spülung des mindestens einen Gases verhindert. Der Drehbolzen kann eine erste offene Position aufweisen, um die Entleerung der mindestens einen Flüssigkeit zu ermöglichen, während das Spülen des mindestens einen Gases aus dem Spülrohr verhindert wird, und einer zweiten offenen Position, um das Ablassen des mindestens einen Flüssigkeitsablass aus dem Sammelbehälter zu ermöglichen und das Spülen des mindestens einen Gases aus dem Spülrohr zu ermöglichen. Ausführungsformen können Verfahren und Vorrichtungen für die Betätigung des Drehbolzens aus der geschlossenen Position in eine erste offene Position und die Ableitung der mindestens einen Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter zum Kathodenabfluss beinhalten.
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Ferner wird erfindungsgemäß ein System zur Verbesserung von Kathoden-Katalysatorheizung durch unabhängiges ermöglichen eines Ablassens von mindestens einer Flüssigkeit, die Wasser umfasst, und eines Spülens mindestens eines Gases in einer Brennstoffzelle bei Kaltstarts vorgestellt. Ausführungsformen solcher Systeme können ein Kathoden-Katalysatorheizsystem mit einem Spülrohr, einem Anodenabfluss und einem Kathodenabfluss, die durch ein Spülrohr dazwischen gekoppelt sind, umfassen. Das Spülrohr kann für das Spülen des mindestens einen Gases aus dem Anodenabfluss zum Kathodenabfluss konfiguriert sein. Das System kann auch einen Sammelbehälter außerhalb des Spülrohres ist und zum Ablassen der mindestens einen Flüssigkeit, die Wasser umfasst, aus dem Sammelbehälter zum Kathodenabfluss konfiguriert ist, und einen Drehbolzen umfassen. In spezifischen Ausführungsformen kann der Drehbolzen wiederholt in und aus dem Spülrohr beweglich sein. Der Drehbolzen kann zwischen einer geschlossenen Position, die das Ablassen der mindestens einen Flüssigkeit verhindert und das Spülen des mindestens einen Gases verhindert, einer ersten offenen Position, die die Entleerung der mindestens einen Flüssigkeit ermöglicht, während das Spülen des mindestens einen Gases aus dem Spülrohr verhindert wird, und einer zweiten offenen Position sein, die das Ablassen der mindestens einen Flüssigkeitsablass aus dem Sammelbehälter ermöglicht und das Spülen des mindestens einen Gases aus dem Spülrohr ermöglicht. Die Vorrichtung kann so konfiguriert sein, dass beim Schließen über die Betätigung des Drehbolzens, eine Dichtungshalterung in Eingriff kommt, um zur Gasabdichtung zu führen. Der Dichtungshalterung kann ein, zwei, oder drei oder mehr O-Ringe einschließen, die komprimieren und eine Abdichtung gegenüber dem Drehbolzen erzeugen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die folgende detaillierte Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen können am besten verstanden werden, wenn sie zusammen mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Strukturen mit gleichen Referenzzahlen bezeichnet werden und in denen:
- 1A zeigt ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem mit mindestens einem Brennstoffzellenstapel;
- 1 B zeigt eine schematische Darstellung der Wechselbeziehung zwischen dem Brennstoffzellenstapel und einem Antriebsstrang des Fahrzeugs von 1A;
- 1C zeigt eine repräsentative einzelne Brennstoffzelle, die verwendet wird, um den Brennstoffzellenstapel zu bilden 1 B ;
- 2 veranschaulicht das Kathoden-Katalysatorheizsystem;
- 3 veranschaulicht eine Draufsicht des Kathoden-Katalysatorheizsystems;
- 4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Kathoden-Katalysatorheizsystems entlang der Linie A-A von 3, welche den Anodenabfluss, Spülrohr, Sammelbehälter und Drehbolzen veranschaulicht;
- 5 veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht des Kathoden-Katalysatorsystems im Querschnitt, die die Drehbolzen in der geschlossenen Position veranschaulicht, sowie einen O-Ring, der mit dem Ende des Spülrohrs gekoppelt ist;
- 6 veranschaulicht die vergrößerte Ansicht des Kathoden-Katalysatorsystems im Querschnitt mit dem Drehbolzen in der ersten offenen Position; und
- 7 veranschaulicht die vergrößerte Ansicht des Kathoden-Katalysatorsystems im Querschnitt mit dem Drehbolzen in der zweiten offenen Position.
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Die in den Zeichnungen dargelegten Ausführungsformen sind veranschaulichender Natur. Außerdem werden einzelne Aspekte der Zeichnungen und die Ausführungsformen vollständiger offensichtlich und verstanden angesichts der detaillierten Beschreibung, die folgt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Hierin beschriebene Verfahren und Systeme und Teile davon können kombiniert werden, um Ausführungsformen der Erfindung zu implementieren. Hierin verwendete Wortformen können Variationen aufweisen: zum Beispiel wird ein Wort wie „Dichtung“ verwendet und bedeutet hierin, dass die Dichtung für „Abdichtung“ verwendet werden kann.
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Bezugnehmend zuerst auf 1A bis 1C, beinhaltet ein Fahrzeug 1 eine Antriebsquelle in der Form eines Brennstoffzellensystems 10 mit einem oder mehreren Brennstoffzellenstapeln 20, die mit Brennstoff aus einem oder mehreren Tanks 30 beliefert werden. In einer Form ist der Brennstoff in der Form eines auf Wasserstoff basierendem ersten Reaktanten. Der zweite Reaktant (beispielsweise eine Sauerstoff-basierte Flüssigkeit) kann aus der Umgebung geliefert werden. Einer oder beide Reaktanten können dem Brennstoffzellensystem 10 in Druckform geliefert werden, beispielsweise durch einen Kompressor, Pumpe oder vennrandtes Gerät (nicht gezeigt). Obwohl nicht gezeigt, kann eine zusätzliche Antriebsquelle, beispielsweise ein herkömmlicher Verbrennungsmotor (ICE) oder ein Batteriesatz, kann auch verwendet werden, um dem Fahrzeug 1 Hybrid-Antriebseigenschaften zu geben.
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Der Brennstoffzellenstapel 20 (1B) besteht aus zahlreichen einzelnen Brennstoffzellen 25 (1C), die wiederum jeweils aus einer Anode 25A, Kathode 25B und einer protonendurchlässigen Membran 25C bestehen. Ein erster Reaktanten-Strömungsweg 40 wirkt als eine Leitung, um eine wasserstoffhaltige Flüssigkeit zu und von allen Anoden 25A zu befördern, während ein zweiter Reaktanten-Strömungsweg 50, das gleiche mit einer sauerstoffhaltigen Flüssigkeit bei allen Kathoden 25B tut. Verteiler 60 können an gegenüberliegenden Enden des Stapels 20 angeordnet sein, um die Lieferung und Entfernung der Reaktanten durch die Leitungen 40, 50 zu koordinieren. Energieumwandlungsvorrichtungen 70 können aus einem Verbraucher aus einer oder mehreren Batterien, Kondensatoren, Stromwandlern, oder sogar einem Motor hergestellt sein, um den elektrischen Strom, der aus dem Brennstoffzellenstapel 20 kommt, in rotierende Wellenleistung zu konvertieren, die für den Betrieb eines Antriebs 80 und einem oder mehreren Antriebsgeräten (wie beispielsweise ein Rad) 90 verwendet werden kann. Die Energieumwandlungsvorrichtungen 70 sind nicht notwendig für den Betrieb des Systems 1, und können bei bestimmten Konfigurationen abgeschafft werden. Zusammen definieren die Anode 25A Kathode 25B und Membran 25C eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
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1B veranschaulicht auch das Kathoden-Katalysatorheizsystem 2, das den Reaktanten-Strömungsweg 40 mit dem Reaktanten Strömungsweg 50 koppelt, um den Gasaustausch bereitzustellen. Pfeile veranschaulichen die Wechselwirkung der Energieumwandlungsvorrichtung 70 der einzelnen Brennstoffzellen 25 und des katalytischen Heizsystems 2. Ebenfalls veranschaulicht werden die Gasströmungswege 8, 9 und 11 und einen Controller 100 für hierin beschriebene Verfahren und Vorrichtungen (wie beispielsweise für das Senden von Signalen, um den Drehbolzen nach oben oder unten zu betätigen).
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2 veranschaulicht eine orthogonale Ansicht des Kathoden-Katalysatorheizsystems 2, und 3 veranschaulicht eine Draufsicht auf das Kathoden-Katalysatorheizsystem 2, mit einem Deckel 3 und Befestigungspunkten 4, 5, 6, 7 an einem Hauptgehäuse, sowie Gasströmungswege 8, 9. In bestimmten Ausführungsformen wird der Deckel 3 mit Nägeln, Schrauben, oder anderen in der Technik bekannten Befestigungen gekoppelt. In bestimmten Ausführungsformen werden die Ecken an dem Hauptgehäuse angebracht, wie in 3 gezeigt, und in anderen können die Befestigungszahlen von etwa 1 bis etwa 5 oder von etwa 1 bis etwa 10 gleich beabstandet oder ungleich beabstandet sein entlang der Kanten des Deckels. Dies wird in 2 gezeigt, die auch den Gasströmungsweg 11 zeigt.
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4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Kathoden-Katalysatorheizsystems 2 entlang der Linie A-A von 3, welche den Deckel 3, den Sammelbehälter 13, die Gasströmungswege 8, 9, Spülrohr 14, Drehbolzen 22, und Anodenabfluss 12 (herein auch der Anodengasabfluss) veranschaulicht. Der Anodenabfluss 12 wird durch den Bereich zwischen dem Deckel 3 und dem Sammelbehälter 13 (und seitlich zwischen den Gasströmungswegen 8 und 9) angezeigt. In bestimmten Ausführungsformen umfassen hierin bereitgestellte Verfahren die Verhinderung des Tropfens von Wasser in das Spülrohr 14 durch Platzierung des Deckels 3 auf das System 2. Die Form des Deckels stellt sicher, dass Wasser, das von der unteren Oberfläche des Deckels tropft, nicht in das Spülrohr 14 fällt. Der Deckel kann eine oder mehrere angewinkelte Oberflächen 46 aufweisen, um die Tropfen weg von der Spülrohr 14 -Öffnung zu lenken. Der Winkel reicht aus, um die Funktion zu gewährleisten, unabhängig von Betrieb oder Parken des Fahrzeugs auf typischen Steigungen.
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In 4 wird eine Ausführungsform der angewinkelten Oberfläche 46 veranschaulicht, die den Deckel 2 mit einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt zeigt, der sich vom Hauptabschnitt des Deckels 3 nach unten in Richtung der Drehbolzen 22 erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen ist die angewinkelte Oberfläche 46 ein abnehmbares und/oder wieder anbringbares Stück an dem Rest des Deckels 3. In bestimmten Ausführungsformen werden die angewinkelte Oberfläche und der Rest des Deckels 3 aus einem einzigen Stück gebildet und/oder sind nicht abnehmbar. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die angewinkelte Oberfläche 46 eine rohrförmige Struktur mit einem Durchmesser, der größer als der des Spülrohres ist. In bestimmten Ausführungsformen weist die angewinkelte Oberfläche 46 einen Winkel 47 von einer Ebene des Hauptabschnitts des Deckels 3 auf, d. h. von etwa Null bis etwa neunzig Grad. In spezifischen Ausführungsformen beträgt der Winkel 47 von etwa fünfundzwanzig bis etwa fünfundsiebzig Grad, und in anderen von etwa Null bis etwa fünfundvierzig Grad. In anderen Ausführungsformen beträgt der Winkel 47 von etwa fünfundvierzig bis etwa neunzig Grad. In bestimmten Ausführungsformen gibt es zwei oder mehrere angewinkelte Oberflächen 46 mit dem gleichen oder unterschiedlichen Winkel 47. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich die angewinkelte Oberfläche 46 von der unteren Oberfläche des Deckels 3 bis unterhalb der Spülrohrs 14 -Öffnung (in einer Richtung im wesentlichen vom Deckel 3 in Richtung des Drehbolzens 22), sodass Wasser, das von der unteren Oberfläche des Deckels tropft nicht in das Spülrohr 14 fallen kann. Die Oberfläche der angewinkelten Oberfläche 46 ist ausreichend glatt, um zu verhindern, dass sich Wassertröpfchen mit einer Oberflächenspannung über dem untersten Punkt der angewinkelten Oberfläche 46 bilden. Eine auf die angewinkelte Oberfläche 46 aufgebrachte hydrophobe Beschichtung kann für zusätzlichen Schutz hinzugefügt werden dagegen, dass sich Tröpfchen darüber bilden und in die Spülrohr 14 -Öffnung fallen.
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5, 6, und 7 veranschaulichen eine vergrößerte Ansicht des Kathoden-Katalysatorsystems 2 im Querschnitt, welche den Drehbolzen 22 und Schulter 23, sowie O-Ring 17, der mit dem Ende des Spülrohres 14 gekoppelt ist, und das Lumen 16 des Spülrohrs 14 Für Gasbewegung in Richtung der Drehbolzen 22 . Ebenfalls veranschaulicht ist der Sammelbehälter 13, ein Beispiel für eine Eisbildung 26, Dichtungshalter 31, und untere Dichtung 19, den Flüssigkeitsablass vom Sammelbehälter 13 zum Kathodenabfluss 45, die durch den Bereich um den unteren Teil des Drehbolzens 22 angedeutet wird (Und in bestimmten Ausführungsformen den unteren Teil des Drehbolzens 22 umgibt), verhindert. In spezifischen Ausführungsformen, ist der Kathodenabfluss 45 der Bereich auf oder unter dem Niveau der Schulter 23 des Drehbolzens 22 wenn der Drehbolzen 22 in der geschlossenen Position ist. Die Flüssigkeitsablass ist mindestens teilweise durch die untere Dichtung 19 abdichtbar. Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter 13 zum Kathodenabfluss 45 wird in 6 und 7 bei 27 gezeigt und die Strömungsrichtung des Gases wird in 7 bei 28, 29 gezeigt. 5 veranschaulicht die Drehbolzen in der geschlossenen Position, 6 veranschaulicht die Drehbolzen in der ersten offenen Position, und 7 veranschaulicht die Drehbolzen 22 in der zweiten offenen Position. In spezifischen Ausführungsformen ist der O-Ring 17 eine obere Dichtung, mindestens eine obere Dichtung oder ein O-Ring-System mit einer oberen Dichtung oder oberen Dichtungen, die gasundurchlässig sind. Der O-Ring 17 kann verformbar sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der Drehbolzen 22 vollständig in die obere Dichtung an die Stelle des in 5 gezeigten O-Rings 17 gleiten, wobei die obere Dichtung den Drehbolzen umgibt. In anderen Ausführungsformen enthält der Drehbolzen 22 die obere Dichtung um ihn, die gegen die Wände des Spülrohrs 14 bei Kompression verformt und dichtet, wenn der Drehbolzen 22 in das Spülrohr 14 betätigt. In spezifischen Ausführungsformen ist das Spülrohr 14 bis zu 0,5 Zoll im Durchmesser. 5-7 veranschaulichen auch das wesentliche vertikale Montageteil 33 und das im Wesentlichen horizontale Montageteil 35. 7 beinhaltet auch Winkel 37, 38 und 39, 41 des Drehbolzens 22, der so geformt ist, um die Gas- und Flüssigkeitsabdichtung zu schaffen, wie in Verbindung mit hierin beschriebenen Teilen beschrieben. In bestimmten Ausführungsformen umfassen hierin bereitgestellte Verfahren die Betätigung des Drehbolzens 22 von der ersten offenen Position in die zweite offene Position, und das Entfernen von recyceltem Wasserstoff durch Spülen des mindestens einen Gases. In bestimmten Fällen ist das gespülte Gas Wasserstoff. In anderen Fällen ist das Gas Sauerstoff. In noch anderen Fällen ist das Gas mindestens ein Prozentsatz von Wasserstoff oder Sauerstoff, oder beiden. In noch anderen Fällen ist das Gas mindestens ein Prozentsatz von Wasserstoff oder Stickstoff, oder beiden.
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Genauer hinsichtlich der oberen Dichtung, wie zuvor angegeben, kann die obere Dichtung gasundurchlässig sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der O-Ring 17 mit dem Spülrohr 14 gekoppelt werden und an den Drehbolzen 22 stoßen, wenn er in der geschlossenen Position ist, somit einen Punkt zwischen einer Oberfläche von jedem der wenigstens einen O-Ringe 17 und einer Oberfläche des Drehbolzens 22 bildend, wobei der Punkt gasundurchlässig ist, wenn der Drehbolzen 22 in der geschlossenen Position ist und wenn der Drehbolzen 22 in der ersten offenen Position ist. In spezifischen Ausführungsformen werden 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 oder mehr O-Ringe 17 verwendet und können gleichmäßig beabstandet sein. Die O-Ringe können separaten sein von oder mit STAT-O-SEAL® Produkten, wie beispielsweise einem O-Ring, verwendet werden. In spezifischen Ausführungsformen umgibt die obere Dichtung die Unterseite des Lumen 16 des Spülrohrs 14 in welches der Drehbolzen 22 eintritt, somit vollständig den Drehbolzen 22 umgebend und abdichtend, sodass eine gasundurchlässige Barriere geschaffen wird, in der die obere Dichtung an dem Drehbolzen 22 anliegt, sobald die Aufwärtsbewegung anhält; in einem solchen Fall kann der Drehbolzen 22 einen Abschnitt mit gleichem Durchmesser aufweisen oder kann einen Durchmesser aufweisen, sodass ein unterer Abschnitt des Drehbolzens 22 breiter ist, und wenn der Drehbolzen 22 sich in Position bewegt (nach oben in das Spülrohr 14 betätigt), es an die obere Dichtung (die in spezifischen Ausführungsformen ein O-Ring sein kann) 17 kraftschlüssig ist, was es gegen eine Wand des Spülrohres 14 drückt entweder in einer nach oben oder nach außen (lateral) gerichteten Richtung oder beides, um die Abdichtung zu bewirken. Die obere Dichtung, wie ein O-Ring 17, kann an der Unterseite des Spülrohres 14 oder in dem Spülrohr 14 angeordnet sein oder es kann eine oder mehrere obere Dichtungen (wie beispielsweise O-Ringe, jedoch nicht darauf beschränkt) 17 im Inneren des Spülrohres 14 und eine oder mehrere Dichtungen außerhalb des Spülrohrs 14, aber mit dem unteren Ende des Spülrohres 14 gekoppelt, geben. Der Dichtungshalter 31 kann konfiguriert werden, um mit dem Spülrohr selbst oder mit dem im Wesentlichen vertikalen Montageteil 33 gekoppelt zu werden, das seitlich vom Spülrohr 14 angeordnet wird, oder mit beiden. Das im wesentlichen vertikale Montageteil 33 kann mit dem Spülrohr 14 gekoppelt werden.
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In Bezug auf die untere Dichtung 19 liegt in bestimmten Ausführungsformen die untere Dichtung 19 an dem Drehbolzen 22 an einer Oberfläche des Drehbolzens 22 an, wenn der Drehbolzen 22 in der geschlossenen Position ist, und somit einen Bereich zwischen einer Oberfläche der unteren Dichtung 19 und der Oberfläche des Drehbolzens 22 formt, wobei der Bereich undurchlässig für eine Bewegung der Flüssigkeit ist. Die untere Dichtung kann die Bewegung der Flüssigkeit vom Sammelbehälter 13 zum Kathodenabfluss 45 verhindern. In bestimmten Ausführungsformen ist die untere Dichtung 19 eine zwei oder mehr einer STAT-O-SEALO. In spezifischen Ausführungsformen werden 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 oder mehr Dichtungen verwendet, um die Abdichtung bereitzustellen. In spezifischen Ausführungsformen können eine oder mehrere der unteren Dichtung 19 ein oder mehrere O-Ringe umfassen, der ein synthetischer Gummi-O-Ring sein kann, der mit einer Scheibe, beispielsweise einer Aluminiumscheibe, mechanisch verriegelt ist; in spezifischen Ausführungsformen, wenn er angezogen ist, kann der O-Ring zusammengedrückt werden, wodurch die Dichtflächen um einen Schraubenschaft gebildet werden, wobei der O-Ring in spezifischen Ausführungsformen eine positive Dichtung bildet. In spezifischen Ausführungsformen kann die positive Dichtung über einen Temperaturbereich von etwa negativ 85 Grad bis etwa positiv 450 Grad Fahrenheit funktionieren. In bestimmten Ausführungsformen kann die untere Dichtung 19 glatt sein oder Nuten aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Kupfer- oder Aluminium-Dichtungsscheibe mit oder anstelle eines O-Rings verwendet werden. In spezifischen Ausführungsformen kann der Drehbolzen 22 von einer der offenen Position in die geschlossene Position betätigt werden, und die Schulter 23 des Drehbolzens 22 kann nach oben betätigt werden, wodurch sie einen O-Ring zusammendrückt, wodurch eine flüssigkeitsundurchdringliche Dichtung gebildet wird.
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Bezüglich der Betätigung des Drehbolzens 22 kann der Drehbolzen 22 von etwa 1 bis etwa 9 Millimeter als Gesamtdistanz der Bewegung von der geschlossenen Position in die erste offene Position und dann in die zweite offene Position betätigt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Drehbolzen 22 von etwa 1 bis etwa 4 Millimeter betätigt werden, und in anderen von etwa 1 bis 2 Millimeter betätigt werden. In bestimmten Ausführungsformen bewegt sich der Drehbolzen 22 um etwa 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 mm Distanz bei Betätigung. In spezifischen Ausführungsformen kann die Betätigungsdistanz von der geschlossenen Position in die erste offene Position etwa ein Drittel der Gesamtdistanz von der geschlossenen Position in die zweite offene Position sein; in anderen kann es etwa bis zur Hälfte der Distanz oder etwa ein Drittel bis zu einer Hälfte der Distanz sein.
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In bestimmten Ausführungsformen kann der Drehbolzen 22 im wesentlichen linear betätigt werden, um sich zwischen der geschlossenen Position, der ersten offenen Position und/oder der zweiten offenen Position zu bewegen. Der Drehbolzen 22 kann entweder aus der geschlossenen Position in die erste offene Position (sodass Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter in warmen Bedingungen abläuft) oder aus der ersten offenen Position in die zweite offene Position, betätigt werden, um gasförmigen Wasserstoff für das Kathoden-Katalysatorheizen (CCH) zu entfernen, im Fall, dass bis zu etwa fünfzig Kubikzentimetern Eis im Sammelbehälter 13 den unteren Strömungsweg 27 blockieren. Der Drehbolzen 22 kann wiederholt zwischen beliebigen der hierin beschriebenen Positionen betätigt/verschoben werden. Der Drehbolzen 22 kann aus der geschlossenen Position in die erste offene Position und von der ersten offenen Position in die zweite offene Position betätigt werden, sodass Gas sich durch das Lumen des Spülrohres bewegt, wodurch der Drehbolzen 22 und/oder der Sammelbehälter 13 erwärmt wird, was Eis im Sammelbehälter 13 schmilzt und/oder an dem Drehbolzen 22 befestigtes Eis schmilzt, was zum Ablassen von der mindestens einen Flüssigkeit, die aus dem geschmolzenen Eis resultiert, führt.
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Immer noch in Bezug auf die Betätigung des Drehbolzens 22, bildet sich in spezifischen Ausführungsformen Eis im Sammelbehälter 13 und/oder um den Drehbolzen 22, wodurch Widerstand zur Drehbolzen 22 -Bewegung hinzugefügt wird oder sogar der Drehbolzen 22 an der Stelle der geschlossenen Position gehalten wird. In bestimmten Fällen beinhaltet die Betätigung des Drehbolzens 22 die lineare Bewegung des Drehbolzens 22 trotz Eis, wodurch genügend Betätigungskraft, um das Eis auseinander zu brechen und die Drehbolzen 22 - Bewegung zu ermöglichen, bereitgestellt wird. In anderen, hat ein Motor (beispielsweise eine Ausführungsform mit dem Motor an der Unterseite des Drehbolzens gekoppelt) Schwierigkeiten, den Drehbolzen zu bewegen oder ist nicht fähig, den Drehbolzen 22 wegen des Eises zu betätigen, und die Erwärmung des Sammelbehälters 13 und/oder des Drehbolzen 22 ist notwendig. Der Motor kann ein Schrittmotor oder anderer in der Technik bekannter Motor sein und kann einen Elektromagneten beinhalten, und der Drehbolzen kann an einer Welle, wie beispielsweise einer Eisen-/Stahlwelle, befestigt werden, sodass die Bewegung im Wesentlichen linear bereitgestellt werden kann. Als solches besteht ein Bedarf, den Drehbolzen 22 aus der geschlossenen Position in die erste offene Position und in die zweite offene Position zu bewegen. Dies ermöglicht es Gas, wie Wasserstoff, sich das Lumen 16 des Spülrohrs 14 herab zu bewegen, wodurch Systemteile, wie der Sammelbehälter 13 und/oder der Drehbolzen 22, gewärmt wird/werden, und das Eis schmilzt, um den Ablass der Flüssigkeit zu ermöglichen. In bestimmten Ausführungsformen muss, damit das Gas strömt und das System erwärmt, eder Drehbolzen 22 aus der geschlossenen Position freibrechen. Als Solches kann die Kraft auf den Drehbolzen 22 in einer linearen Richtung nach oben in Richtung des Deckels (nicht gezeigt) 3 vor der Bewegung des Drehbolzens von der geschlossenen Position in die erste offene Position bereitgestellt werden; solche Kraft kann bei einem Kaltstart bereitgestellt werden, sogar wenn der Drehbolzen 22 bereits in der geschlossenen Position ist, mit oder ohne darauf gebildetem Eis. Wenn Eis vorhanden ist, kann die nach oben gerichtete auf den Drehbolzen 22 aufgebrachte Kraft einen selektiven Eingriff zwischen dem Drehbolzen 22 und der unteren Dichtung 19 und/oder dem O-Ring/oberen Dichtung 17 bereitstellen, sodass Eis dazwischen physikalisch vollständig oder teilweise aufgebrochen oder von der Anwendung der Kraft geschmolzen wird. Die Bewegung in spezifischen Ausführungsformen reicht aus, um tatsächlich die obere Dichtung 17 und/oder die untere Dichtung 19 zu komprimieren, jedoch ist der Abstand den sich der Drehbolzen nach oben bewegt ein kleiner Bruchteil der Gesamtdistanz, die sich der Drehbolzen zwischen den geschlossenen und offenen Positionen bewegt; Dies gewährleistet die Integrität der Dichtungen 17, 19. Als solche beträgt die Zeit, mit vorhandenem Eis und der nach oben gerichteten auf den Drehbolzen 22 bereitgestellten Kraft, um den Drehbolzen 22 nach unten aus der geschlossenen Position bei einem Kaltstart zu bewegen, etwa zwei Sekunden oder weniger. In spezifischen Ausführungsformen, wird Software (beispielsweise auf einer Steuerung 100 ausgebildet), die mit dem Drehbolzen 22 gekoppelt ist, konfiguriert, um Signale zu senden, um den Drehbolzen bei einem Kaltstart nach oben zu betätigen, selbst wenn der Drehbolzen 22 in der geschlossenen Position ist, sendet dann ein Signal, um den Drehbolzen 22 aus der geschlossenen Position in die erste offene Position und/oder die zweite offene Position zu betätigen. In bestimmten Ausführungsformen weist die Steuerung Einstellungen auf und kann Signale für die Drehbolzenpositionen von geschlossen, erster offenen, zweiter offenen, wie hierin beschrieben, senden; sie kann auch für „oberhalb der geschlossenen Position“ eine Einstellung aufweisen, sodass Signale zu dieser vierten Position gesendet werden können, wenn Eis vorhanden ist.
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Verfahren und Systeme in Übereinstimmung mit der Erfindung können durch die computergestützte Steuerung 100 (Auch bezeichnet als eine Steuerung, eine Steuervorrichtung, eine programmierbare Steuervorrichtung oder elektronische Steuereinheit) durchgeführt werden, die zur Ausführung von Anweisungen, die in einem oder mehreren Programmmodulen organisiert sind, die aus dedizierten Hardware-Geräten und entsprechender Software hergestellt sind, in der Lage ist. Anweisungen für die Implementierung jeder der Systemmanipulationsfunktionen in Übereinstimmung mit der Erfindung (wie zum Beispiel die Bewegung des Drehbolzens nach oben oder unten zwischen den hierin beschriebenen Positionen, die Öffnung oder Schließung von Ventilen, das An- oder Ausschalten von Pumpen oder Kompressoren (sowie die Beschleunigung oder Verlangsamung derselben) und das Übermitteln von erfassten Daten und Diagnosefunktionsinformationen) können fühlbar in jeder geeignet konfigurierten Ausführungsformen der verschiedenen Geräte oder Komponenten ausgebildet sein, die die Steuerung 100 ausmachen, einschließlich dem auf einem Speicherabschnitt davon resident platziert sein.
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In einer bevorzugten Form, wird die Steuerung 100 als automatische Datenverarbeitungsausrüstung konfiguriert, wie die mit einem digitalen Computer verbundene. In einem solchen Fall beinhaltet sie eine oder mehrere von einem Eingabe, einem Ausgabe, einer Verarbeitungseinheit (oft bezeichnet als eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)) und Speicher, der vorübergehend oder dauerhaft einen solchen Code, ein Programm oder Algorithmus in dem Speicher der Steuerung speichern kann, sodass die in dem Code enthaltenen Anweisungen von der Verarbeitungseinheit basierend auf Eingabedaten bearbeitet werden, sodass durch den Code und die Verarbeitungseinheit erzeugte Ausgabedaten über den Ausgabe zu einem anderen Programm oder einen Benutzer übermittelt werden können. Als solche wird die Steuerung 100 besonders angepasst, um mindestens einen Teil der Datenerfassung, Manipulation oder verwandter Rechenfunktionen durchzuführen, die benötigt werden, um prompte, effiziente Bewegung des Drehbolzens und Kontrolle von Flüssigkeit und Gas bereitzustellen.
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In einer bestimmten Form kann der computerlesbare Programmcode, der die Algorithmen und Formel enthält, die erforderlich sind, um die oben beschriebenen Erfassungs- und Steuerfunktionen auszuführen, in geeignete Teile des Steuerungs 100 -Speichers geladen werden. Solch computerlesbarer Programmcode kann auch als Teil eines Herstellungsartikels gebildet werden, sodass die in dem Code enthaltenen Anweisungen auf einer magnetisch lesbaren oder optisch lesbaren Platte oder einem anderen verwandten nicht vorübergehenden, maschinenlesbaren Medium, beispielsweise Flash-Speichervorrichtungen, CDs, DVDs, EEPROMs, Disketten oder andere derartige Medien, die in der Lage sind, maschinenausführbare Befehle und Datenstrukturen zu speichern, angeordnet sind. Auf ein solches Medium kann von der Steuerung 100 oder einer anderen elektronischen Vorrichtung mit einer Verarbeitungseinheit, die verwendet wird, um Anweisungen des computerlesbaren Programmcodes zu interpretieren, zugegriffen werden. Zusammen definieren der Prozessor und jeder Programmcode, der konfiguriert ist, durch den Prozessor ausgeführt zu werden, ein Mittel, um eine oder mehrere der hierin erläuterten Steuerfunktionen auszuführen. Wie vom Fachmann auf dem Computergebiet verstehen wird, kann die Steuerung 100 zusätzliche Chips- ätze beinhalten, sowie einen Bus und zugehörige Verkabelung zu Übermittlung von Daten und zugehörigen Informationen zwischen ihrer Verarbeitungseinheit und anderen internen Geräten (wie Eingabe, Ausgabe und Speichervorrichtungen) und externen Geräten.
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Der Drehbolzen 22 kann konfiguriert werden, um geformt zu werden, um einen Abschnitt von mindestens einer ersten Breite, die im Wesentlichen linear im Spülrohr 14 verlängerbar ist, einen Abschnitt, der konfiguriert ist, mindestens mit der oberen Dichtung (wie beispielsweise einem O-Ring) 17, die mit dem Spülrohr 14 verbunden ist, einzugreifen, um einen Punkt, der undurchlässig für das mindestens eine Gas ist zu schaffen, aufzuweisen, und wobei der Drehbolzen 22 einen zweiten Abschnitt von mindestens einer zweiten Breite aufweist, wobei die mindestens einer zweite Breite breiter ist als ein Durchmesser des Spülrohres 14.
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Der Drehbolzen 22 kann so konfiguriert sein, dass er eine Schulter 23 aufweist, die konfiguriert ist, um an der unteren Dichtung 19 anzuliegen. In bestimmten Ausführungsformen kann die untere Dichtung 19 unter dem Sammelbehälter 13 mit der Vorrichtung gekoppelt werden. Der Drehbolzen 22 kann Null, eine, zwei oder drei Schultern aufweisen; Alternativ kann er von etwa Null bis etwa fünf oder von etwa fünf bis etwa zehn Schultern aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann sich die Schulter 23 seitlich vom Drehbolzen 22 erstrecken und sie kann nach oben oder unten geneigt sein, um in die untere Dichtung 19 zu fassen. Die Schulter 23 kann sich seitlich vom Hauptkörper des Drehbolzens 22 erstrecken, mit einer nach unten gerichteten Neigung (in Richtung der Unterseite des Drehbolzens 22). In bestimmten Ausführungsformen kann der Drehbolzen 22 aus einem einzigen Stück gebildet werden, in bestimmten Ausführungsformen könnte die Schulter 23 jedoch reversibel mit den Hauptkörper des Drehbolzens 22 koppelbar sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der Drehbolzen 22, wenn in die geschlossene Position betätigt, mit einem oder mehreren im Wesentlichen horizontalen Montageteilen 35 eingreifen; in bestimmten Ausführungsformen kann das horizontale Montageteil 35 geformt sein, um eine Seite zu haben, um die Form des Drehbolzens 22 an dem Eingriffspunkt zu spiegeln und formschlüssig gegeneinander zu sein. In spezifischen Ausführungsformen beträgt der Winkel 41 (Veranschaulicht in 7) zwischen der Längsachse des Drehbolzens (eine Linie, die im wesentlichen nach oben durch das Spülrohr führt) etwa neunzig Grad zu einer Linie quer über den Boden jeder Verlängerung des Vorsprungs. In bestimmten Ausführungsformen kann der Winkel 41 von etwa Null bis etwa neunzig Grad betragen, und in anderen Ausführungsformen von etwa Null bis etwa fünfundvierzig Grad oder von etwa Null bis zu etwa einhundertzwanzig Grad. Andere in 7 gezeigte Winkel beinhalten Winkel 37, 38, und 39 . In bestimmten Ausführungsformen kann der Winkel 37 größer als etwa einhundertachtzig Grad sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der Winkel 38 kleiner als etwa einhundertachtzig Grad sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der Winkel 39 von etwa Null bis etwa einhundzwanzig Grad betragen. Der Drehbolzen 22 bei Winkel 39 kann auch in der Form gekrümmt sein.
