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Hintergrund
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil für eine Brennstoffzelle, und insbesondere ein Ventil für eine Brennstoffzelle, das dazu dient, ein Fluid in einem Brennstoffzellensystem zu der Außenseite oder anderen Orten des Brennstoffzellensystems abzuführen.
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(b) Beschreibung der verwandten Technik
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Im Allgemeinen ist ein Brennstoffzellensystem ein System, das elektrische Energie durch eine Zufuhr von Luftsauerstoff und Wasserstoff als Brennstoff erzeugt, wobei Wasser produziert wird.
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Ein Brennstoffzellenfahrzeug, welches mit dem Brennstoffzellensystem versehen ist, erhält Antriebsleistung unter Verwendung eines Verfahrens zum Betreiben eines Motors unter Verwendung von Elektrizität, welche erzeugt wurde durch eine Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in einem Brennstoffzellenstapel, und Wasser, welches erzeugt wird, wenn die Elektrizität erzeugt wird, zu der Außenseite abführt.
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Zu diesem Zweck ist es notwendig, einen geeigneten Druck und eine geeignete Konzentration von Wasserstoff und Sauerstoff in dem Brennstoffzellenstapel aufrechtzuerhalten, und das produzierte Wasser abzuführen, so dass das Wasser die Flusspfade in dem Brennstoffzellenstapel nicht blockiert.
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Im Allgemeinen, um eine geeignete Konzentration von Wasserstoff und Sauerstoff in dem Brennstoffzellenstapel aufrechtzuerhalten, wurde ein Verfahren zum Abführen von Gas, welches in dem Brennstoffzellenstapel zirkuliert, zu der Außenseite und zum Zuführen von neuem Wasserstoff und Luft verwendet, und ein Abführventil zum Abführen des Gas dient für diese Funktion. Zusätzlich dient ein Wasserabführventil zum Abführen von Wasser, welches von dem Inneren des Brennstoffzellenstapels zu der Außenseite oder anderen Orten des Brennstoffzellensystems abgeführt wird.
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Da der Arbeitsdruck des Brennstoffzellensystems relativ höher ist als der atmosphärische Druck, müssen das Abführventil, und das Wasserabführventil ausgebildet sein, um Druck zu widerstehen, welcher auf dem Brennstoffzellenstapel angewendet wird. Aus diesem Grund, da der Arbeitsdruck des Brennstoffzellensystems gesteigert wird, muss der Arbeitsdruck des Abführventils gesteigert werden, und eine stärkere Feder und eine stärker Magnetspule müssen auf das Abführventil angewendet werden, um eine Betriebsdruckbedingung zu erfüllen. Demzufolge gibt es ein Problem darin, dass ein Volumen und ein Gewicht des Abführventils, und der elektrische Stromverbrauch gesteigert werden.
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Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrundabschnitt offenbart sind, sind nur zur Steigerung des Verständnisses des Hintergrundes der Erfindung, und können daher Informationen beinhalten, welche nicht Stand der Technik bilden, welcher einem Fachmann in diesem Land schon bekannt ist.
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Zusammenfassung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Ventil für eine Brennstoffzelle zur Verfügung, welches mit einer Druckübertragungseinheit montiert ist, die verbunden ist zwischen einer Ventilflusspfadeinheit, welche einen Innenflusspfad zum Bewegen eines Fluids aufweist, und einer Magneteinheit zum Erzeugen einer Kraft zum Öffnen und Schließen des Innenflusspfades der Ventilflusspfadeinheit, und Druck zwischen der Ventilflusspfadeinheit und der Magneteinheit überträgt, wodurch eine Betriebslast der Magneteinheit minimiert wird durch eine Minimierung einer Druckdifferenz zwischen der Ventilflusspfadeinheit und der Magneteinheit, ungeachtet von Faktoren wie zum Beispiel Arbeitsdruck und einer Temperatur in dem Brennstoffzellensystem.
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In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Ventil für eine Brennstoffzelle zur Verfügung, beinhaltend: eine Ventilflusspfadeinheit, welche eine Einlassöffnung zum Einströmen eines Fluids, und eine Abführöffnung zum Abführen des Fluids aufweist; eine Magneteinheit, welche installiert ist auf einem oberen Abschnitt der Ventilflusspfadeinheit, und Kraft zum Öffnen und Schließen der Abführöffnung erzeugt; eine Ventilöffnungs- und Schließeinheit, welche installiert ist, um einen Abschnitt zwischen der Magneteinheit und der Ventilflusspfadeinheit in einer luftdichten Weise zu isolieren, und die Abführöffnung unter Verwendung der Kraft der Magneteinheit öffnet und schließt; und eine Druckübertragungseinheit, welche außerhalb der Ventilflusspfadeinheit und der Magneteinheit angeordnet ist, und Druck zwischen der Ventilflusspfadeinheit und der Magneteinheit überträgt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Druckübertragungseinheit eine erste Kammereinheit beinhalten, welche verbunden ist, um in Fluidkommunikation mit der Ventilflusspfadeinheit zu sein, eine zweite Kammereinheit, welche verbunden ist, um in Fluidkommunikation mit der Magneteinheit zu sein, und eine Kammermembran, welche installiert ist, um einen Abschnitt zwischen der ersten Kammereinheit und der zweiten Kammereinheit in einer luftdichten Weise zu isolieren, und wobei die Kammermembran Druck übertragen kann durch eine elastische Verformung durch eine Druckdifferenz zwischen der ersten Kammereinheit und der zweiten Kammereinheit.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine erste hermetische Druckübertragungskammer, welche verbunden ist, um in Fluidkommunikation mit einem Verteilerflusspfad zu sein, welcher sich verzweigt von der Abführöffnung der Ventilflusspfadeinheit, in der ersten Kammereinheit ausgebildet sein, wobei eine erste Kammeröffnung, welche in Kommunikation ist mit dem Verteilerflusspfad, an einem unteren Ende der ersten Druckübertragungskammer angeordnet sein kann, wobei eine zweite hermetische Druckübertragungskammer, welche verbunden ist, um in Fluidkommunikation mit einem Fluideingang zu sein, zum Abführen der Luft in der Magneteinheit, in der zweiten Kammereinheit ausgebildet sein kann, und eine zweite Kammeröffnung, welche in Kommunikation mit dem Fluideingang ist, kann an einem oberen Ende der zweiten Druckübertragungskammer angeordnet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Kammermembran aus einem Material ausgebildet sein, welches das Fluid blockiert vom Übertragenwerden zu der zweiten Kammereinheit, während es durch die erste Kammereinheit läuft.
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Gemäß dem Ventil für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Druckübertragungseinheit, welche Druck überträgt zwischen der Magneteinheit und der Ventilflusspfadeinheit, angewendet wird zwischen der Magneteinheit und der Ventilflusspfadeinheit, ist es möglich, eine Druckdifferenz zwischen der Ventilflusspfadeinheit und der Magneteinheit zu minimieren ungeachtet von Faktoren wie zum Beispiel Arbeitsdruck und einer Temperatur in dem Brennstoffzellensystem, und als Resultat ist es möglich, die Last einer eingefügten Feder zu minimieren, um einen geschlossenen Zustand der Abgabeöffnung der Ventilflusspfadeinheit aufrechtzuerhalten (im Falle eines normal geschlossenen Ventils) oder einen geöffneten Zustand der Abgabeöffnung der Ventilflusspfadeinheit (im Fall eines normal geöffneten Ventils). Als Ergebnis ist es möglich, eine Betriebslast der Magneteinheit zum Betreiben des Ventils zu reduzieren, und daher ist es möglich, die Packungsleistung zu verbessern, und den elektrischen Energieverbrauch zu minimieren durch eine Reduzierung eines Volumens der Magneteinheit.
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Weitere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend diskutiert.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die oberen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben im Detail mit Bezug auf die speziellen exemplarischen Ausführungsbeispiele, welche illustriert werden in den anhängigen Figuren, welche hiernach nur zur Illustration gegeben werden, wobei diese nicht die vorliegende Erfindung beschränken und wobei:
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1 ein Konfigurationsdiagramm ist, welches ein Ventil für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 und 3 Ansichten sind zum Erklären eines Betriebszustandes einer Druckübertragungseinheit gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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4 und 5 Konfigurationsdiagramme sind, welche ein Ventil für eine Brennstoffzelle gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Es sollte verstanden werden, dass die anhängigen Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, und eine vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der Basisprinzipien der Erfindung illustrativ darstellen. Die besonderen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung sind hierin offenbart, beinhaltend, z. B. spezifische Dimensionen, Ausrichtungen, Orte und Formen, wie sie teilweise durch die beabsichtigten Anwendungen und Umgebungsbedingungen bestimmt werden. In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen durch die verschiedenen Figuren der Zeichnung auf gleiche oder gleichartige Teile der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Es soll verstanden werden, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Fahrzeug...”; oder jeder andere ähnliche Begriff, wie er hierin verwendet wird, Motofahrzeuge allgemein, wie beispielsweise Personenkraftwagen, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicles, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Industriefahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, umsteckbare Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge, die mit anderen alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffen, die aus einer andere Quelle als Erdöl stammen) betrieben werden, einschließt. Wie er hierin verwendet wird, bezeichnet ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das über zwei oder mehr Antriebsquellen verfügt, zum Beispiel ein Fahrzeug, das sowohl mit Benzin als auch mit Strom betrieben wird.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung daher in keiner Weise einschränken. Wie sie hierin verwendet werden, sollen die Singularformen „ein, eine, eines”; und „der, die, das” auch die Pluralformen umfassen, solange aus dem Kontext nicht klar etwas anderes ersichtlich ist. Weiter soll verstanden werden, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”, wenn sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente und/oder Komponenten/Bestandteile angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten/Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie er hierin verwendet wird, schließt der Begriff „und/oder” jegliche und alle Kombination eines oder mehrerer der damit verbundenen aufgelisteten Punkte ein. In der Beschreibung, sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben ist, soll das Wort ”umfassen” und Variationen wie ”umfasst” oder ”umfassend” derart verstanden werden, um die Einbeziehung der genannten Elemente zu implizieren, aber nicht den Ausschluss irgendwelcher anderer Elemente. Darüber hinaus bedeuten Begriffe wie ”Einheit”, ”-er”, ”-or”, ”Modul” und ”Block”, welche in der Spezifikation verwendet werden, Einheiten zur Verarbeitung mindestens einer Funktion und eines Betriebes, und können durch Hardwarekomponenten oder Softwarekomponenten und Kombinationen davon implementiert werden.
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Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt sein, das ausführbare Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuervorrichtung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disk(CD)-ROMS, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart-Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netz-gekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise, z. B. durch einen Telematik-Server oder einem Controller Area Network (CAN) gespeichert und ausgeführt wird.
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Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen deckt, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
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Hiernach wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in Genauigkeit mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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Mit Bezug auf 1 beinhaltet ein Ventil für eine Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Ventilflusspfadeinheit 10, welche einen Innenflusspfad aufweist, durch welchen ein Fluid rein und raus fließt, eine Magneteinheit 20, welche Kraft erzeugt zum Öffnen und Schließen des Flusspfades, und eine Ventilöffnungs- und Schließeinheit 30, welche betrieben wird durch die Kraft, um den Flusspfad zu öffnen und zu schließen. Eine Druckübertragungseinheit 40 zum Übertragen von Druck ist verbunden gelagert zwischen der Ventilflusspfadeinheit 10 und der Magneteinheit 20.
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Die Ventilflusspfadeinheit 10 ist mit einer Einlassöffnung 12, in welchen das Fluid fließt, und einer Abführöffnung 14 versehen, durch welchen das Fluid abgeführt wird. Die Einlassöffnung 12 und die Abführöffnung 14 sind miteinander verbunden, um den Innenflusspfad der Ventilflusspfadeinheit 10 zu definieren, und das Fluid, wie zum Beispiel Gas oder kondensiertes Wasser, welches abgeführt wird von einem Stapel, kann in die Einlassöffnung 12 fließen.
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Die Magneteinheit 20 erzeugt Kraft zum Öffnen und Schließen des Flusspfades oder der Abführöffnung der Ventilflusspfadeinheit 10 unter Verwendung von elektromagnetischer Kraft, welche erzeugt wird, wenn elektrische Energie angelegt wird von der Außenseite, und die Magneteinheit 20 ist ausgebildet, um verbunden zu sein mit der Ventilflusspfadeinheit 10 in einem Zustand, in welchem die Magneteinheit 10 gestapelt ist auf einem oberen Abschnitt der Ventilflusspfadeinheit 10.
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Die Magneteinheit 20 ist mit einem Gehäuse 26 versehen, welches eine Spule 24 beherbergt, welche angeordnet ist an einer Außendurchmesserseite einer Hülse 22, welche gekoppelt ist zu dem oberen Abschnitt der Ventilflusspfadeinheit 10 in einem Zustand, in welchem die Hülse 22 angeordnet ist in einem Zentrum des Gehäuses 26, und ein Kern 28, welcher installiert ist in der Hülse 22, ist fixiert durch eine Durchdringung eines oberen Abschnittes des Gehäuses 26, und elektromagnetische Kraft wird erzeugt durch elektrische Energie, welche auf die Spule 24 angewendet wird.
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Insbesondere beinhaltet der Kern 38 einen Körperabschnitt 28a, welcher positioniert ist in der Hülse, und einen Schaftabschnitt 28b, welcher ausgebildet ist, um beweglich zu sein innerhalb des Körperabschnitts 28a, und den oberen Abschnitt des Gehäuses 26 durchdringt.
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Schraubengewinde (nicht dargestellt) sind vorzugsweise an einem äußeren Umfang des Schaftabschnittes 28b ausgebildet, und eine Mutter ist befestigt an dem äußeren Umfang des Schaftabschnittes 28b, der den oberen Abschnitt des Gehäuses 26 durchdringt in einem Zustand, in welchem der Körperabschnitt 28a in der Hülse 22 positioniert ist, und als Resultat kann der Kern 28 fixiert gekoppelt sein zu dem oberen Abschnitt des Gehäuses 26.
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Ein Fluideinlass 28c, welcher dient, um Innenluft zu der Außenseite abzuführen, wenn sich Luft ausdehnt aufgrund einer Steigerung der Temperatur der Magneteinheit 20, ist ausgebildet in dem Kern 28, und erstreckt sich in einer Längsrichtung des Kerns 28.
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Die Ventilöffnungs- und Schließeinheit 30 ist installiert, um einen Abschnitt zwischen der Magneteinheit 20 und der Ventilflusspfadeinheit 10 in einer luftdichten Weise zu isolieren, und öffnet und schließt die Abführöffnung 14 der Ventilflusspfadeinheit 10, welche betrieben wird durch die Kraft von der Magneteinheit 20. Die Ventilöffnungs- und Schließeinheit 30 beinhaltet einen Kolben 32, welcher angeordnet ist an einer unteren Seite des Kerns 28, und gelagert ist, um vertikal beweglich zu sein in der Hülse 22 mit einem Federbauteil 34, welches dazwischen eingefügt ist, und ein Ventilstab 36 ist gekoppelt zu einem unteren Endabschnitt des Kolbens 32 mittels eines O-Rings oder ähnlichem.
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Eine Membran 38 ist an einem unteren Endabschnitt des Ventilstabs 36 installiert, und die Membran 38 ist ausgebildet, um einen Abschnitt zwischen der Hülse 22 und der Ventilflusspfadeinheit 10 in einer luftdichten Weise zu isolieren, und dient, um die Abführöffnung 14 der Ventilflusspfadeinheit 10 zu öffnen und zu schließen, während sie sich zusammen mit dem Ventilstab 36 bewegt.
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Die Membran 38 ist ausgebildet in der Form eines dünnen Films unter Verwendung eines Materials wie zum Beispiel Gummi, Plastik, oder metallische Platten, um Luftdichtheit in dem Ventil für eine Brennstoffzelle aufrechtzuerhalten, und Druck zu übertragen.
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Die Druckübertragungseinheit 40 ist außerhalb der Ventilflusspfadeinheit 10 und der Magneteinheit 20 angeordnet, und dient, um Druck zwischen der Ventilflusspfadeinheit 10 und der Magneteinheit 20 zu übertragen. Die Druckübertragungseinheit 40 beinhaltet eine Kammermembran 42, und eine erste Kammereinheit 44 und eine zweite Kammereinheit 46, welche isoliert sind in einer luftdichten Weise durch die Kammermembran 42.
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Die erste Kammereinheit 44 ist versehen mit einer ersten hermetischen Druckübertragungskammer 45, welche in Fluidkommunikation mit einem Verteilerflusspfad 16 ist, welcher sich verteilt von der Abgabeöffnung 14 der Ventilflusspfadeinheit 10, und die erste Kammereinheit 44 ist verbunden mit der Ventilflusspfadeinheit 10, um Druck zu übertragen.
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Die zweite Kammereinheit 46 ist mit einer zweiten hermetischen Druckübertragungskammer 47 versehen, welche in Fluidkommunikation mit dem Fluideinlass 28c der Magneteinheit 20 ist, und die zweite Kammereinheit 46 ist mit der Magneteinheit 20 verbunden, um Druck zu übertragen.
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Die erste Druckübertragungskammer 45 stellt einen Raum zur Verfügung, in welchen Fluiddruck übertragen werden kann zu und von der Ventilflusspfadeinheit 10, und eine erste Kammeröffnung 45a, welche in Kommunikation mit dem Verteilerflusspfad 16 ist, ist an einem unteren Ende der ersten Druckübertragungskammer 45 angeordnet. Da die erste Kammeröffnung 45a an dem unteren Ende der ersten Druckübertragungskammer 45 angeordnet ist, ist es möglich um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in der ersten Druckübertragungskammer 45a gesammelt wird, und unvermeidbar gesammelte Feuchtigkeit kann abgeführt werden durch die Abführöffnung 14 durch Gravitation oder Gasdruck.
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Die zweite Druckübertragungskammer 45 stellt einen Raum zur Verfügung, in welchem Luftdruck übertragen werden kann zu und von der Magneteinheit 20, und eine zweite Kammeröffnung 47a, welche in Kommunikation mit dem Fluideinlass 28c der Magneteinheit 20 ist, ist an einem oberen Ende der zweiten Druckübertragungskammer 47 angeordnet.
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Die Kammermembran 42 ist installiert, um einen Abschnitt zwischen der ersten Kammereinheit 44 und der zweiten Kammereinheit 46 in einer luftdichten Weise zu isolieren, und überträgt Druck durch elastisch verformt werden durch eine Druckdifferenz zwischen der ersten Kammereinheit 44 und der zweiten Kammereinheit 46.
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Insbesondere, wie dargestellt in 2, wenn der Druck in der ersten Kammereinheit 44 geringer als der Druck in der zweiten Kammer 46 ist, wird die Kammermembran 42 deformiert durch gedrückt werden zu der ersten Kammereinheit 44, und als Resultat, wird die erste Druckübertragungskammer 45 zusammengezogen und die zweite Druckübertragungskammer 47 wird ausgedehnt. Ferner, wie dargestellt in 3, wenn der Druck in der ersten Kammereinheit 44 höher als der Druck in der zweiten Kammereinheit 46 ist, wird die Kammermembran 42 deformiert durch gedrückt werden zu der zweiten Kammereinheit 46, und als Resultat, wird die erste Druckübertragungskammer 45 ausgedehnt, und die zweite Druckübertragungskammer 47 wird relativ zusammengezogen.
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Wenn eine Druckdifferenz zwischen der ersten Druckübertragungskammer 45 und der zweiten Druckübertragungskammer 47 auftritt, wie oben beschrieben, überträgt die Kammermembran 42 Druck durch elastisch verformt werden, und als Resultat haben die erste und zweite Druckübertragungskammern 45 und 47 den gleichen oder ähnliche Drücke.
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In diesem Fall kann die Kammermembran 42 ausgebildet sein aus einem Material, welches das Fluid in der ersten Druckübertragungskammer 45 blockieren kann vom Übertragen werden während es durch die zweite Druckübertragungskammer 47 läuft, wodurch Feuchtigkeit oder Gas in der Ventilflusspfadeinheit 10 blockiert wird vom Übertragen werden zu der Magneteinheit 20.
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Zum Beispiel kann die Kammermembran 42 aus einem Material ausgebildet sein in der Form eines dünnen Films, so wie zum Beispiel Gummi, Plastik oder metallische Platten.
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Mit der Druckübertragungseinheit 40, welche wie oben beschrieben ausgebildet ist, kann das Ventil für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung eine Druckdifferenz zwischen der Ventilflusspfadeinheit und der Magneteinheit 20 minimieren, und als Resultat haben die Ventilflusspfadeinheit 1 und die Magneteinheit 20 immer fast den gleichen Innendruck.
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Mit anderen Worten, in dem Fall des Ventils für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung sind die erste Kammereinheit 44 und die zweite Kammereinheit 46 der Druckübertragungseinheit 40 im Druckgleichgewicht, so dass eine Druckdifferenz zwischen der Ventilflusspfadeinheit 10, welche in Kommunikation mit der ersten Kammereinheit 44 ist, und der Magneteinheit 20, welche in Kommunikation mit der zweiten Kammereinheit 46 ist, minimiert ist, ungeachtet von Faktoren wie zum Beispiel Arbeitsdruck und einer Temperatur in dem Brennstoff zellensystem.
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Insbesondere ist der Druck der Ventilflusspfadeinrichtung 10 höher als der Druck in der Magneteinheit 20, wenn das Brennstoffzellensystem anfangs betrieben wird unter einer Druckbedingung, jedoch wird Druck übertragen, da die Kammermembran 42 deformiert wird durch gedrückt werden zu der zweiten Kammereinheit 46, und als Resultat wird der Druck in der Ventilflusspfadeinheit 10 relativ verringert, und der Druck in der Magneteinheit 20 wird relativ gesteigert, so dass eine Druckdifferenz reduziert wird.
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Wenn eine Temperatur der Magneteinheit 20 gesteigert wird, dehnt sich Luft aus aufgrund der Änderung in der Temperatur, so dass der Druck in der Magneteinheit 20 höher als der Druck in der Ventilflusspfadeinheit 10 wird. In diesem Fall wird der Druck übertragen, da die Kammermembran 42 deformiert wird durch gedrückt werden zu der ersten Kammereinheit 44, und als Resultat wird der Druck in der Ventilflusspfadeinheit 10 relativ gesteigert, und der Druck in der Magneteinheit 20 wird relativ verringert, so dass eine Druckdifferenz reduziert wird.
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Da die Druckübertragungseinheit 40 ausgebildet ist zwischen der Magneteinheit 20 und der Ventilflusspfadeinheit 10, wie oben beschrieben, ist es möglich, eine Druckdifferenz zwischen der Magneteinheit 20 und der Ventilflusspfadeinheit 10 zu minimieren, welche bewirkt wird durch einen Faktor wie zum Beispiel einen Arbeitsdruck und einer Temperatur in dem Brennstoffzellensystem, und als ein Resultat ist es möglich, eine Last des Federbauteils 34 zu minimieren, um einen geschlossen Zustand der Ventilöffnungs- und Schließeinheit 30 (in dem Fall eines normal geschlossenen Ventils) oder einem geöffneten Zustand der Ventilöffnungs- und Schließeinheit 30 (in dem Fall eines normal geöffneten Ventils) aufrechtzuerhalten. Als Resultat wird die magnetische Kraft, welche benötigt wird, um die Ventilöffnungs- und Schließeinheit 30 zu betreiben, minimiert, so dass es möglich ist, ein Volumen der Magneteinheit 20 und die elektrische Energieaufnahme zu minimieren. Zusätzlich wird eine Last, welche aufgebracht wird auf die Ventilöffnungs- und Schließeinheit 30 relativ reduziert, so dass eine Lebensdauer davon gesteigert werden kann, und der Arbeitsdruckbereich des Ventils für eine Brennstoffzelle kann gesteigert werden.
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Das Ventil für eine Brennstoffzelle kann verwendet werden als ein Gasabführventil zum Abführen von Gas, welches in dem Stapel zirkuliert, oder als ein Wasserabführventil zum Abführen von Wasser (kondensiertes Wasser), welches abgeführt wird von dem Stapel zu der Außenseite oder zum Zuführen des Wassers zu anderen Orten des Brennstoffzellensystems.
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Die 4 und 5 sind Ansichten, welche ein Ventil für eine Brennstoffzelle gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Das Ventil für eine Brennstoffzelle, welches in den 4 und 5 dargestellt ist, hat dieselbe Struktur wie das Ventil für eine Brennstoffzelle gemäß der vorher genannten beispielhaften Ausführungsform, außer dass der Verteilerflusspfad 16, welcher sich verzweigt von der Abführöffnung 14, ausgelassen ist, und stattdessen die erste Kammeröffnung 45 in Kommunikation mit einer Luftflussleitung des Brennstoffzellensystems ist. Mit Bezug auf 4 kann Druck von Luft, welche abgeführt wird von dem Brennstoffzellenstapel 50 und zugeführt wird zu einem Luftbefeuchter 52, das heißt Luftdruck, nachdem die Luft abgeführt wurde von dem Brennstoffzellenstapel 50 und bevor die Luft in den Luftbefeuchter 52 fließt, kann verwendet werden als Referenzdruck für die erste Kammereinheit 44, wobei Druck von Luft, welche abgeführt wurde von dem Luftbefeuchter 52 zu der Außenseite, das heißt, Druck von Luft, welche zugeführt wird durch einen Luftkompressor 54, und dann abgeführt wird zu der Außenseite, während sie durch den Luftbefeuchter 52 läuft, kann verwendet werden als der Referenzdruck für die erste Kammereinheit 44, oder Druck von Luft, welche zugeführt wird von dem Luftbefeuchter 52 zu dem Stapel 50, das heißt Luftdruck nachdem die Luft befeuchtet wurde durch Durchlaufen des Luftbefeuchters 52, und bevor die Luft in den Stapel 50 fließt, kann verwendet werden als der Referenzdruck für die erste Kammereinheit 44.
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Zu diesem Zweck ist die erste Kammeröffnung 45 verbunden, um in Fluidkommunikation mit einer Luftflussleitung zwischen einem hinteren Ende (einer Luftabführöffnung) 5a des Stapels 50 und einem vorderen Ende (einer Einlassseite) 52a des Luftbefeuchters 52 zu sein, einer Luftflussleitung an einem hinteren Ende (einer Auslassseite zum Abführen der Luft zu der Außenseite) 52b des Luftbefeuchters 52, welcher verbunden ist zu der Außenseite, oder einer Luftflussleitung zwischen einem hinteren Ende (einer Auslassseite zum Abführen von Luft zu dem Stapel) 52c des Luftbefeuchters 52 und einem vorderen Ende (einer Lufteinlassöffnung) 5b des Stapels 50. In diesem Fall ist die Einlassöffnung 12 der Ventilflusspfadeinheit 10 verbunden zu derselben Luftflussleitung, die den Referenzdruck der ersten Kammeröffnung 45a zur Verfügung stellt. Insbesondere wird Druck, welcher identisch ist zu dem Referenzdruck für die erste Kammereinheit 44, zugeführt zu der Einlassöffnung 12 der Ventilflusspfadeinheit 10. Das heißt, Luftdruck nachdem die Luft abgeführt wurde von dem Brennstoffzellenstapel 50, und bevor die Luft in dem Luftbefeuchter 52 fließt, Druck von Luft, welche abgeführt wurde zu der Außenseite, während sie durch den Luftbefeuchter 52 läuft, oder Luftdruck, nachdem die Luft durch den Luftbefeuchter 52 läuft, und bevor die Luft in den Stapel 52 fließt, kann verwendet werden als der Druck, welcher zugeführt wird zu der Einlassöffnung 12.
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Die Luft, welche abgeführt wurde von dem Stapel 50, und zu dem Luftbefeuchter 52 zugeführt wurde, und die Luft, welche abgeführt wurde zu der Außenseite während sie durch den Luftbefeuchter 52 fließt, sind trocken, und die Luft, welche durch den Luftbefeuchter 52 fließt, und zu dem Stapel 50 zugeführt wird, ist feuchte Luft.
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Mit Bezug auf 5 kann Druck von Luft, welche zugeführt wird zu dem Luftbefeuchter 52 durch den Luftkompressor 54, das heißt Luftdruck, nachdem die Luft abgeführt wurde von dem Luftkompressor 54, und bevor die Luft in den Luftbefeuchter 52 fließt, verwendet werden als der Referenzdruck für die erste Kammereinheit 44.
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In dieser Hinsicht ist die erste Kammeröffnung 45 verbunden, um in Fluidkommunikation mit einer Luftflussleitung zwischen dem hinteren Ende 54a des Luftkompressors 54 und dem vorderen Ende 52a des Luftbefeuchters 52 zu sein, und in diesem Fall ist die Einlassöffnung 12 der Ventilflusspfadeinheit 10 verbunden mit derselben Luftflussleitung, die den Referenzdruck zu der ersten Kammeröffnung 45a liefert.
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Mit anderen Worten wird Druck, welcher identisch zu dem Referenzdruck ist für die erste Kammereinheit 44, zugeführt zu der Einlassöffnung 12 der Ventilflusspfadeinheit 10, und insbesondere kann Luftdruck, nachdem die Luft zugeführt wurde durch den Luftkompressor 54, und bevor die Luft in den Luftbefeuchter 52 fließt, verwendet werden als der Druck, der zugeführt wird zu der Einlassöffnung 12.
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Wie oben beschrieben, da die Luftflussleitung zum Ermöglichen, dass Luft in das Brennstoffzellensystem fließt, in Kommunikation mit der ersten Kammeröffnung 45a ist, und der Druck von Luft, welche zugeführt wird durch die Luftflussleitung verwendet wird als der Referenzdruck für die erste Kammereinheit 44 können die folgenden Effekte erwartet werden.
- 1. In einem Fall, in welchem die erste Kammeröffnung 45a verbunden ist, um in Fluidkommunikation mit der Luftflussleitung zwischen dem hinteren Ende (die Luftabführöffnung) 50a des Stapels und dem vorderen Ende (der Einlassseite) 52a des Luftbefeuchters, der Luftflussleitung an dem hinteren Ende (der Auslassseite zum Abführen von Luft zu der Außenseite) 52b des Luftbefeuchters, welcher zu der Außenseite verbunden ist, oder der Luftflussleitung zwischen dem hinteren Ende (der Auslassseite zum Abführen der Luft zu dem Stapel) 52c des Luftbefeuchters und dem vorderen Ende (eine Lufteinlassöffnung) 50b des Stapels zu sein, wie dargestellt in 4, wenn das Brennstoffzellensystem betrieben wird unter einer Druckbedingung, wird die Kammermembran 42 deformiert durch gedrückt werden zu der zweiten Kammereinheit 45 durch den Referenzdruck in Kommunikation mit der ersten Kammereinheit 44, so dass der Druck in der Magneteinheit 20 relativ gesteigert wird, und eine Druckdifferenz vom Anfangsdruck in der Ventilflusspfadeinheit 10 reduziert werden kann, und wenn der Druck in der Magneteinheit 20 höher wird als der Druck in der Ventilflusspfadeinheit 10, wird die Kammermembran 42 deformiert durch gedrückt werden zu der ersten Kammereinheit 44, so dass der Druck in der Magneteinheit 20 relativ verringert wird, und eine Differenz des Drucks in der Ventilflusspfadeinheit 10 reduziert werden kann.
- 2. In einem Fall, in welchem die erste Kammeröffnung 45a verbunden ist, um in Fluidkommunikation mit der Luftfließleitung zwischen dem hinteren Ende (Auslassseite) 54a des Luftkompressors und dem vorderen Ende (Einlassseite) 52a des Luftbefeuchters zu sein, wie dargestellt in 5, ist die erste Kammeröffnung 45a in Kommunikation mit der Luftflussleitung des Brennstoffzellensystems, welches den höchsten Luftdruck unter den Luftflussleitungen aufweist, und als Ergebnis ist es möglich, den Betrag an Druck, welcher übertragen wird durch die Kammermembran 42, zu minimieren.
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In einem Fall, in dem die erste Kammeröffnung 54 verbunden ist, um in Fluidkommunikation mit einer Wasserstoffflussleitung zu sein, zum Ermöglichen, dass Wasserstoff in das Brennstoffzellensystem fließt, kann die Druckübertragungseinheit 40 in einer Brennstoffzuführeinrichtung beinhaltet sein, so dass es möglich ist, eine Steigerung im Volumen des Ventils für ein Brennstoffzellensystem zu verhindern, was bewirkt werden kann, wenn die Druckübertragungseinheit 40 hinzugefügt wird, und die Leckage von Wasserstoff zu der Außenseite des Ventils minimieren, da die Abführöffnung 14 der Ventilflusspfadeinheit 10 dichter geschlossen ist, wenn hoher Druck aufgewendet wird auf die Wasserstoffflussleitung.
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Die Erfindung wurde in Genauigkeit mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben. Dennoch sollte es von Fachmännern geschätzt werden, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung wegzutreten, wobei der Bereich davon in den beigefügten Patentansprüchen und deren Äquivalenten definiert wird.
