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Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 11. Juli 2003 eingereichten,
vorläufigen
US-Patentanmeldung mit dem Titel „Three Way Valve Assembly" und der Seriennummer
60/486,662 , die hiermit
in vollem Umfang hier eingeführt
wird.
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Dreiwegeventile mit einer wünschenswerten
Anordnung. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Dreiwegeventile,
die direkt mit entsprechenden Strukturen, wie z. B. einem Brennstoffzellenverteiler, gekoppelt
werden können.
Zusätzlich
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zum Steuern und/oder
Regulieren eines Fluidstroms durch eine Brennstoffzelle.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Brennstoffzelle ist allgemein eine elektrochemische Vorrichtung,
die Energie, welche in Brennstoffen, wie Wasserstoff, Methanol und
dergleichen, gespeichert ist, ohne Verbrennung des Brennstoffs in
Elektrizität
umwandeln kann. Im allgemeinen umfaßt eine Brennstoffzelle eine
negative Elektrode, eine positive Elektrode und einen Separator
in einem geeigneten Behälter.
Brennstoffzellen nutzen im Betrieb chemische Reaktionen, die an
jeder Elektrode stattfinden. Im allgemeinen werden an einer Elektrode
Elektronen erzeugt und fließen
durch einen externen Kreislauf zur anderen Elektrode, um die chemischen
Reaktionen ins Gleichgewicht zu bringen. Dieser Elektronenfluß erzeugt
zwischen den beiden Elektroden eine Überspannung, die dazu verwendet werden
kann, Nutzarbeit im externen Kreislauf zu steuern. Bei gewerblichen
Ausführungen
sind üblicherweise
mehrere „Brennstoffzellen" in Reihe angeordnet
oder gestapelt, um größere Überpotentiale
zu erzeugen.
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Eine
Brennstoffzelle gleicht insofern einer Batterie, als beide allgemein
eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und Elektrolyte
aufweisen. Allerdings unterscheidet sich eine Brennstoffzelle von
einer Batterie in dem Sinne, daß der
Brennstoff in einer Brennstoffzelle ausgetauscht werden kann, ohne
die Zelle zu zerlegen, um die Zelle weiter zu betreiben. Zudem haben
Brennstoffzellen gegenüber anderen
Stromquellen mehrere Vorteile, durch die sie attraktive Alternativen
zu herkömmlichen
Energiequellen sind. Insbesondere sind Brennstoffzellen umweltfreundlich,
effizient und nutzen zweckmäßige Brennstoffquellen,
wie z. B. Wasserstoff oder Methanol.
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Wie
oben erwähnt,
kann der Brennstoff in einer Brennstoffzelle ausgetauscht werden,
ohne die Zelle zu zerlegen. Der Brennstoff in einer Brennstoffzelle
ist allgemein ein Fluid, wie z. B. Wasserstoffgas, das zur Anode
gepumpt oder gefördert
wird, während ein
Oxidiermittel, wie z. B. Luft (Sauerstoff), der Kathode zugeführt wird.
Zusätzlich
werden Reaktionsprodukte allgemein aus dem System abgezogen. Die Bereitstellung
geeigneter Reagenzien an der Anode und der Kathode, sowie das Abziehen
von Reaktionsprodukten werfen besondere Fluidströmungsprobleme auf.
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Potentielle
Verwendungen für
Brennstoffzellen gibt es in einer Reihe von gewerblichen Anwendungs-
und Industriebereichen. Beispielsweise werden Brennstoffzellen entwickelt,
die genug Energie liefern, um den Energiebedarf des Haushaltes einer einzelnen
Familie zu decken. Zudem wurden Kraftfahrzeug-Prototypen entwickelt,
die mit aus Brennstoffzellen stammender Energie fahren. Ferner können Brennstoffzellen
zum Betreiben tragbarer elektronischer Vorrichtungen, wie Computer,
Telephone, Videoprojektionssysteme und dergleichen, verwendet werden.
Angesichts der steigenden Zahl von Brennstoffzellen-Anwendungen wäre es wünschenswert,
eine Brennstoffzelle bereitzustellen, welche die zuvor erwähnten Probleme
angehen könnte.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Unter
einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Dreiwegeventil,
das eine mittlere Kammer mit einer wahlweise positionierbaren Dichtung
und einer Öffnung
zur Außenseite
des Ventils, sowie eine Bypass-Kammer mit einem Durchlaß, der die
mittlere Kammer mit der Bypass-Kammer verbindet, aufweist, wobei
die Bypass-Kammer eine Öffnung
zur Außenseite
des Ventils aufweist. Bei diesen Ausführungsformen umfaßt das Dreiwegeventil
ferner eine Durchlaufkammer mit einem Durchlaß, der die mittlere Kammer
mit der Durchlaufkammer verbindet, wobei die Durchlaufkammer eine Öffnung zur Außenseite
des Ventils aufweist, und wobei die wahlweise positionierbare Dichtung
den Fluidstrom von der mittleren Kammer zur Bypass-Kammer und zur Durchlaufkammer
reguliert. Die Öffnungen
der mittleren Kammer, der Bypass-Kammer und der Durchlaufkammer
sind jeweils ungefähr
in der gleichen Richtung ausgerichtet. Zusätzlich können die Dreiwegeventile bei
Verfahren zum Regulieren des Fluidstroms durch eine Brennstoffzelle
angewandt werden. Bei einer Ausführungsform
umfaßt
das Verfahren das Bereitstellen eines Dreiwegeventils und das Einstellen
der wahlweise positionierbaren Dichtung, um den Fluidstrom durch
das Ventil zu regulieren.
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Unter
einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Brennstoffzelle
mit einer Kathode, einer Anode, einem Elektrolyten und mindestens
einem Dreiwegeventil zum Regulieren des Fluidstroms durch die Brennstoffzelle,
das einen Ventilkörper
mit drei Öffnungen
aufweist. Bei diesen Ausführungsformen
umfaßt
die Brennstoffzelle ferner ein starres Strömungsnetzwerk, wobei das Dreiwegeventil
direkt mit dem Strömungsnetzwerk
in Eingriff steht.
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Die
Erfindung bezieht sich unter einem weiteren Aspekt auf eine Brennstoffzelle
mit einer Kathode, einer Anode, einem mit der Anode und der Kathode
in Kontakt stehenden Elektrolyten und mit mindestens einem Dreiwegeventil,
das einen Ventilkörper mit
einer mittleren Kammer, einer Bypass-Kammer, einer Durchlaufkammer,
einem ersten Durchlaß,
der die mittlere Kammer mit der Bypass-Kammer verbindet, einem zweiten
Durchlaß,
der die mittlere Kammer mit der Durchlaufkammer verbindet, wobei
jede Kammer eine Bohrung aufweist, die eine Öffnung zur Außenseite
des Ventilkörpers
bildet, und mit einer wahlweise positionierbaren Dichtung aufweist,
die den ersten Durchlaß oder
den zweiten Durchlaß abdichten
kann. Bei diesen Ausführungsformen
kann die Brennstoffzelle ferner ein Strömungsnetzwerk mit einer festen
Struktur aufweisen, die eine Fluidströmungsbahn zur Anode oder zur
Kathode umfaßt,
wobei die Öffnungen
des Dreiwegeventils jeweils in direktem Eingriff mit der Verteilerstruktur
stehen.
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Unter
einem noch weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Dreiwegeventil
mit einem Ventilkörper,
der eine erste Kammer, eine zweite Kammer und eine dritte Kammer
aufweist, wobei jede Kammer eine Bohrung umfaßt, die eine Öffnung zur Außenseite
des Ventilkörpers
bildet, wobei die erste Kammer und die zweite Kammer über einen
ersten Durchlaß,
die zweite Kammer und die dritte Kammer über einen zweiten Durchlaß miteinander
verbunden sind, wobei die Öffnungen
aus der ersten Kammer, der zweiten Kammer und der dritten Kammer
ungefähr
in der gleichen Richtung ausgerichtet sind. Bei diesen Ausführungsformen
kann das Dreiwegeventil ferner eine wahlweise positionierbare Dichtung,
die in der zweiten Kammer angeordnet ist und ein Dichtelement aufweist,
das zum Eingriff mit dem ersten Durchlaß oder dem zweiten Durchlaß eingerichtet
ist, wobei die wahlweise positionierbare Dichtung eine erste Stellung,
in der die Dichtung am ersten Durchlaß anliegt, um den ersten Durchlaß abzudichten, und
eine zweite Stellung aufweist, in der die Dichtung am zweiten Durchlaß anliegt,
um den zweiten Durchlaß abzudichten,
und eine Steuereinrichtung umfassen, die an die wahlweise positionierbare
Dichtung angeschlossen ist, um die Stellung der wahlweise positionierbaren
Dichtung zu steuern.
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Unter
noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zur Regulierung eines Fluidstroms durch eine Brennstoffzelle, wobei die
Brennstoffzelle ein starres Strömungsnetzwerk und
ein mit dem Strömungsnetzwerk
verbundenes Dreiwegeventil umfaßt,
wobei das Dreiwegeventil mit einem Ventilkörper, der eine mittlere Kammer,
eine Bypass-Kammer
mit einem ersten Durchlaß,
der die Bypass-Kammer mit der mittleren Kammer verbindet, und eine
Durchlaufkammer umfaßt,
die einen zweiten Durchlaß aufweist,
welcher die mittlere Kammer mit der Durchlaufkammer verbindet, wobei
jede Kammer eine Bohrung aufweist, die eine Öffnung zur Außenseite
des Ventilkörpers
bildet, und mit einer wahlweise positionierbaren Dichtung versehen
ist, die den Fluidstrom durch das Dreiwegeventil regulieren kann.
Bei diesen Ausführungsformen
kann das Verfahren das Einstellen der wahlweise positionierbaren Dichtung
umfassen, um den Fluß eines
angefeuchteten Brennstoff-Luft-Gemisches
zu einer Anode der Brennstoffzelle zu regulieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Perspektivdarstellung einer Ausführungsform eines Dreiwegeventils;
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2 zeigt
eine Unteransicht des Dreiwegeventils aus 1, die eine
in einer mittleren Kammer angeordnete, wahlweise positionierbare
Dichtung darstellt;
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3 ist
eine Seitenansicht des Dreiwegeventils aus 1;
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4 zeigt
eine Querschnittsdarstellung des Dreiwegeventils aus 2 entlang
der Linie A-A in 2;
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5 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Dreiwegeventils aus 1,
welche die Bauteile des Ventils und des Elektromagneten zeigt;
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6 zeigt
eine Perspektivansicht, die ein direkt an einem Fluidströmungsnetzwerk
angebrachtes Dreiwegeventil darstellt;
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7 ist
eine Draufsicht auf das Fluidströmungsnetzwerk
aus 6;
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8 zeigt
eine Schnittdarstellung des Fluidnetzwerks aus 6,
dergestalt, daß die
Strömungsbahnen
unter der oberen Fläche
gezeigt sind, und
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9 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Dreiwegeventil zeigt, welches
den Fluidstrom zu einem Brennstoffzellenstapel reguliert.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Verbesserte
Dreiwegeventile weisen drei Öffnungen,
die so ausgerichtet sind, daß sie
direkt mit einer entsprechenden Reihe von Anschlüssen verbunden sind, und eine
wahlweise positionierbare Dichtung auf, die den Fluidstrom innerhalb
des Ventils reguliert und/oder ausrichtet. Verbesserte Brennstoffzellen
umfassen eine Vielzahl von Strömungskanälen, die
mit mindestens einem verbesserten Dreiwegeventil verbunden sind,
das zum Regulieren des Fluidstroms durch die Brennstoffzelle geeignet
ist. Allgemein umfassen die Strömungskanäle eine
Reihe von Anschlüssen,
wobei das Dreiwegeventil so gestaltet ist, daß es direkt in bzw. außer Eingriff
mit der Reihe von Anschlüssen
tritt, um einen Verteiler, z. B. ohne Verwendung zusätzlicher
Anschlüsse,
wie z. B. Rohre und/oder Schläuche,
zu bilden. Aufgrund der Tatsache, daß das Dreiwegeventil direkt
in bzw. außer
Eingriff mit der Reihe von Anschlüssen gebracht werden kann,
können
potentielle Leckagestellen im Brennstoffzellen-Leitungssystem verringert werden.
Bei einigen Ausführungsformen
umfaßt
das Dreiwegeventil eine mittlere Kammer mit einer wahlweise positionierbaren
Dichtung, eine Bypass-Kammer und eine Durchlaufkammer. Allgemein
kann die wahlweise positionierbare Dichtung eine Dichtung wahlweise
am Anschluß oder
am Durchlaß,
der die mittlere Kammer mit der Bypass-Kammer oder mit der Durchlaufkammer
verbindet, bilden. Die wahlweise positionierbare Dichtung kann den
Fluidstrom von der mittleren Kammer zur Bypass-Kammer und zur Durchlaufkammer
regulieren. Bei einer Ausführungsform
kann die wahlweise positionierbare Dichtung beispielsweise mit einem
Elektromagneten betätigt werden,
der betätigbar
mit der wahlweise positionierbaren Dichtung gekoppelt ist.
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Die
Dreiwegeventile gemäß der vorliegenden
Offenbarung sind allgemein direkt, ohne das Erfordernis von Adaptern,
wie Rohren und/oder Schläuchen,
mit einer Reihe von Anschlüssen
verbindbar. Bei manchen Ausführungsformen
sind alle drei Kammern des Dreiwegeventils so ausgerichtet, daß die Öffnungen
entlang einer gemeinsamen Ebene liegen. Bei anderen Ausführungsformen
sind die Kammern so ausgerichtet, daß die Öffnungen in unterschiedlichen
Ebenen liegen; bei diesen Ausführungsformen
kann das Dreiwegeventil jedoch noch immer mit einer entsprechenden
Reihe von Anschlüssen verbunden
werden, um einen Strom von der mittleren Kammer in die beiden anderen
Kammer zuzulassen. Bei einer Ausführungsform reguliert eine wahlweise positionierbare
Dichtung einen Fluidstrom durch das Dreiwegeventil, indem sie den
Fluidstrom zu einer der Kammern blockiert. Insbesondere kann die
wahlweise positionierbare Dichtung so positioniert sein, daß sie die
Bypass-Kammer gegenüber
der mittleren Kammer verschließt,
oder daß sie
die Durchlaufkammer gegenüber
der mittleren Kammer verschließt, oder
daß sie
einen Strom von der mittleren Kammer in die beiden anderen Kammern
mit teilweiser Blockierung des Stroms zu einer oder beiden Seiten
hin zuläßt.
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Wie
zuvor beschrieben, umfassen die hier beschriebenen, verbesserten
Ventile drei zueinander ausgerichtete Kammern, jeweils mit einem
Durchlaß, der
die Kammer mit benachbarten Kammern verbindet, und einer Öffnung zur
Außenseite
des Ventils. Die Form der Kammern beeinflußt die Eigenschaften des resultierenden
Stroms durch das Ventil. Die Ausrichtung der Öffnungen in die Kammern sorgt
für einen
Eingriff zwischen Ventil und Anschlüssen, die mit entsprechenden
Strömungskanälen verbunden
sind. Im allgemeinen sind die Kammern in ungefähr der gleichen Richtung ausgerichtet,
und auch die Öffnungen
in jede Kammer von der Außenseite
des Ventils her sind in ungefähr
der gleichen Richtung ausgerichtet. Während diese ungefähren Beziehungen
eine verbesserte Befestigung des Ventils ergeben, kann auch eine
gewisse Variation toleriert werden, ohne die verbesserte Eigenschaft
des Ventils zu verlieren. Insbesondere ist es die Ausrichtung der
drei Öffnungen
in die jeweiligen Kammern, welche die Befestigungseigenschaften
des Ventils beeinflußt.
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Bei
manchen Ausführungsformen
sind die Öffnungen
in die jeweiligen Kammern coplanar ausgebildet. Bei anderen Ausführungsformen
sind die Öffnungen
in die jeweiligen Kammern eben und entlang parallel verlaufender
Ebenen so ausgebildet, daß zumindest
eine der Öffnungen
unterhalb einer oder beiden der anderen Öffnungen verläuft. Allgemeiner
kann die nach außen
laufende Normale einer der Öffnungen,
wenngleich die Öffnungen
ungefähr in
der gleichen Richtung ausgerichtet sind, unter einem Winkel zu einer
oder mehreren der anderen beiden Öffnungen verlaufen. Der Zweckmäßigkeit
halber können
die Winkel auf die nach außen
laufende Normale der Ebene entlang der mittleren Öffnung bezogen
werden. Der Winkel der nach außen
laufenden Normalen der Ebene der anderen beiden Öffnungen beträgt allgemein
weniger als etwa 75 Grad, bei anderen Ausführungsformen weniger als etwa
50 Grad, bei weiteren Ausführungsformen
weniger als etwa 30 Grad und bei zusätzlichen Ausführungsformen
etwa 5 Grad bis etwa 25 Grad. Für
einen Durchschnittsfachmann ist ersichtlich, daß zusätzliche Winkelbereiche innerhalb
dieser expliziten Bereiche in Betracht gezogen werden und innerhalb
der vorliegenden Offenbarung liegen. Bei manchen Ausführungsformen
können
eine oder mehrere Öffnungen
nicht eben, sondern z. B. gewellt ausgebildet sein. Bei den unebenen
Ausführungsformen
kann die nach außen laufende
Normale mit einer Ebene festgelegt werden, die ungefähr durch
das Mittel von Wellen oder dergleichen verläuft. Ungefähr ausgerichtet impliziert
in der vorliegenden Verwendung bezüglich der Öffnungen der Kammern, daß das Dreiwegeventil
mit einer einzigen Bewegung auf einem festen Verteiler angeordnet
und zur Verwendung befestigt werden kann.
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Es
sei nun auf die 1 bis 3 Bezug
genommen, wobei das Dreiwegeventil 100 gemäß einer Ausführungsform
einen Ventilkörper 101 mit
einer mittleren Kammer 102, einer Bypass-Kammer 104 und
einer Durchlaufkammer 106 umfaßt. Jede Kammer 102, 104, 106 umfaßt allgemein
jeweils Öffnungen 108, 110, 112,
die mit einer geeigneten Reihe von Anschlüssen, z. B. an einer Brennstoffzelle
oder einem Brennstoffzellen-Strömungsnetzwerk,
verbindbar sind. Bei manchen Ausführungsformen können die Öffnungen
kreisförmig
sein, während
die Öffnungen
bei anderen Ausführungsformen
eine ovale Form, eine rechteckige Form oder dergleichen aufweisen
können.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, haben
die Öffnungen
eine ovale Form. Für
einen Durchschnittsfachmann ist ersichtlich, daß weitere Formen für die Öffnungen
in Betracht kommen und innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung
liegen.
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Bei
einer Ausführungsform,
die in den 1 bis 3 gezeigt
ist, sind die Öffnungen 108, 110, 112 alle
in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet, um einen direkten Anschluß an eine
Reihe von Anschlüssen
zu erleichtern. Bei manchen Ausführungsformen
ist die Fläche
jeder Öffnung
gleich, während die
Fläche
der Öffnungen
bei anderen Ausführungsformen
unterschiedlich sein kann. Die Größe jeder Kammer und die Fläche der Öffnungen
wird allgemein von der beabsichtigten Anwendung und den zugehörigen Fluidströmungsgeschwindigkeiten
und Druckabfallsbestimmungen abhängen.
Solche Parameter können
von einem Durchschnittsfachmann bestimmt werden.
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Es
sei nun auf die 1 bis 4 Bezug
genommen, wobei die Kammern 102, 104, 106 bei manchen
Ausführungsformen
ferner Flansche 127 und Dichtelemente 128 aufweisen
können,
die eine Abdichtung der Kammern gegenüber einer geeigneten Reihe
von Anschlüssen,
wie z. B. einem Brennstoffzellen-Strömungsnetzwerk, bewirken und
eine Fluidleckage verhindern. Die Flansche 127 springen benachbart
den Öffnungen 108, 110, 112 nach
außen vor,
um Lippen 129 zu hinterlassen. Die Dichtelemente 128 sitzen über die
Lippen 129 an den Flanschen 127. Die Dichtelemente 128 können aus
jedem Dichtmaterial, das zur Verwendung bei Brennstoffzellenanwendungen
geeignet ist, einschließlich
z. B. aus Polymeren, synthetischen Elastomeren, Naturgummis und
dergleichen, sowie aus Kombinationen davon bestehen, die in dem
jeweiligen Fluidstrom inert sind. Bei einer Ausführungsform können die
Dichtelemente 118 aus einem peroxidgehärteten Ethylen-Propylendien-Monomer
(EPDM) bestehen.
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Zusätzlich umfaßt der Ventilkörper 101 bei manchen
Ausführungsformen
Befestigungsabschnitte 130, die allgemein mit Befestigungslöchern 132 zum
Befestigen des Dreiwegeventils 100 an einer geeigneten
Reihe von Anschlüssen über ein
mechanisches Befestigungsmittel, wie z. B. eine Schraube oder dergleichen,
versehen sind. Statt dieser Befestigungsmittel und Befestigungslöcher 132 können auch
andere Befestigungsmittel, wie eine Klemme und geeignete Flansche
oder dergleichen, eingesetzt werden. Wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, sind bei einer Ausführungsform
zwei Befestigungsabschnitte 130 zwischen der Durchlaufkammer 106 und der
mittleren Kammer 102 und zwei Befestigungsabschnitte 130 zwischen
der mittleren Kammer 102 und der Bypass-Kammer 104 vorgesehen.
Bei einer Ausführungsform
umfassen die Befestigungsabschnitte 130 im wesentlichen
ebene Abschnitte, die zwischen zwei benachbarten Kammern des Ventils 100 ausgebildet
sind. Die Befestigungsabschnitte 130 bestehen allgemein
aus dem gleichen Material wie die Kammern des Dreiwegeventils 100 und
können,
z. B. mittels Spritzguß,
einstückig
mit den Kammern ausgebildet sein. Im allgemeinen kann der Ventilkörper 101 als
eine einstückige
Einheit ausgebildet sein, welche die drei Kammern 102, 104, 106 und
die oben beschriebenen Öffnungen
und Anschlüsse
umfaßt.
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Das
Dreiwegeventil 100 umfaßt ferner einen Durchlaß 114 zwischen
der Durchlaufkammer 106 und der mittleren Kammer 102 und
einen Durchlaß 116 zwischen
der mittleren Kammer 102 und der Bypass-Kammer 104.
Die Durchlässe 114, 116 gestatten
das Fließen
von Fluiden, die durch die Öffnung 108 in
die mittlere Kammer 102 einströmen, zu einem und/oder beiden
der Anschlüsse 104, 106 hin.
Es sei nun auf 4 Bezug genommen, wobei bei
manchen Ausführungsformen
der Ventilsitz 119 am Durchlaß 116 und der Ventilsitz 121 am
Durchlaß 114 ausgebildet
sein kann. Es sei nun auf 2 Bezug genommen,
wobei die mittlere Kammer 102 bei manchen Ausführungsformen
eine wahlweise positionierbare Dichtung 118 aufweist, die
entweder den Durchlaß 114 oder
den Durchlaß 116 teilweise
oder vollständig
blockieren kann. Wie nachfolgend beschrieben, kann die wahlweise
positionierbare Dichtung 118 den Fluidstrom von der mittleren
Kammer 102 zum Durchlaß 114 oder 116 hin
regulieren, wodurch letztlich der Fluidstrom von der mittleren Kammer 102 zur
Bypass-Kammer 104 und zur Durchlaufkammer 106 hin
reguliert wird.
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Es
sei nun auf 2 Bezug genommen, wobei bei
einem Ausführungsbeispiel
die wahlweise positionierbare Dichtung 118 eine erste,
zum Abdichten des Durchlasses 116 eingerichtete Fläche 140 und eine
zweite, zum Abdichten des Durchlasses 114 eingerichtete
Fläche 142 aufweist.
Bei Ausführungsformen,
die mit Ventilsitzen 119, 121 arbeiten, kann die erste
Fläche 140 zum
Eingriff mit dem Ventilsitz 119 und die zweite Fläche 142 zum
Eingriff mit dem Ventilsitz 121 eingerichtet sein, was
das Abdichten des Durchlasses 114 und des Durchlasses 116 erleichtern
kann. Die wahlweise positionierbare Dichtung 118 kann ein
einzelnes Element oder eine aus einer Vielzahl von Bauteilen zusammengesetzte
Struktur sein. Bei manchen Ausführungsformen
können
die erste Fläche 140 und
die zweite Fläche 142 gleich groß sein, während die
erste Fläche 140 und
die zweite Fläche 142 bei
anderen Ausführungsformen unterschiedlich
groß sein
können.
Allgemein werden Größe und Form
der wahlweise positionierbaren Dichtung 118 von Größe und Form
der Durchlässe 114, 116 abhängen. Bei
Ausführungsformen,
bei denen die Dichtung 118 eine Vielzahl von Bauteilen
umfaßt,
kann eine wahlweise positionierbare Dichtung 118 ferner
einen Abstandshalter 144 zwischen der ersten Fläche 140 und
der zweiten Fläche 142 umfassen.
Bei manchen Ausführungsformen
kann die wahlweise positionierbare Dichtung zylindrisch symmetrisch
sowie um eine Mittelebene symmetrisch sein, die senkrecht zur Zylinderachse
verläuft,
während
die wahlweise positionierbare Dichtung bei anderen Ausführungsformen
geringere Symmetriegrade aufweisen kann. Bei manchen Ausführungsformen
kann die wahlweise positionierbare Dichtung 118 ferner
getrennte Dichtelemente aufweisen, die eine Fluidleckage in den
abgedichteten Durchlaß 118 verhindern
und am Abstandshalter 144 an der ersten Fläche 140,
der zweiten Fläche 142,
oder an beiden angebracht sind. Bei anderen Ausführungsformen können getrennte
Dichtelemente entlang der Innenränder
der Durchlässe 114, 116 so
angeordnet sein, daß die
wahlweise positionierbare Dichtung 118 an den Dichtelementen
anliegen kann, wenn die wahlweise positionierbare Dichtung so positioniert
ist, daß sie
einen der Durchlässe
blockiert. Bei einer Ausführungsform
kann das Dichtelement eine Polymerdeckschicht oder -beschichtung
sein, die einen Fluidstrom um die wahlweise positionierbare Dichtung 118 herum
verhindert. Wenn der Abstandshalter 144 kein geeignetes
Dichtmaterial umfaßt,
können
daher die Dichtelemente entlang der Flächen 140, 142 eine
gewünschte
Dichtung bilden.
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Die
erste Fläche 140 und
die zweite Fläche 142 der
wahlweise positionierbaren Dichtung 118 können allgemein
aus jedem Material bestehen, das zur Verwendung bei Fluidtransfer-Anwendungen geeignet
und inert gegenüber
dem zu transferierenden Fluid ist. Zu geeigneten Materialien zählen Metalle, Metallegierungen,
Polymere und Kombinationen davon. Geeignete Polymere umfassen z.
B. Polyethylen, Polypropylen, Poly(tetrafluorethylen), Polyurethane,
Poly(vinylidenfluorid) (PVDF), sowie Mischungen und Copolymere davon.
Bei einer Ausführungsform
können
die erste und die zweite Fläche 140, 142 des
wahlweise positionierbaren Elementes 118 aus einem peroxidgehärteten EPDM
bestehen, während der
Abstandshalter 144 aus PVDF bestehen kann. Wenn ein Metall
zur Bildung der wahlweise positionierbaren Dichtung verwendet wird,
kann ein getrenntes Dichtelement, wie z. B. eine oben beschriebene
Polymerbeschichtung, allgemein an der (den) Metalloberfläche(n) angebracht
werden, um die Durchlässe
abzudichten. Geeignete Polymerbeschichtungen, die für die Dichtelemente
verwendet werden können,
umfassen Elastomere, Naturgummis, Polyurethane und dergleichen sowie
Kombinationen davon. Bei manchen Ausführungsformen bestehen die erste
Fläche 140 und
die zweite Fläche 142 aus
dem gleichen Material, während
die erste Fläche 140 und
die zweite Fläche 142 bei
anderen Ausführungsformen
aus unterschiedlichen Materialien bestehen können.
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Bei
manchen Ausführungsformen
kann das Ventil 100 ferner eine Kopplungsstruktur 120 aufweisen,
die eine Schnittstelle mit einem Elektromagneten 122 bilden
kann. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung entlang der
Linie A-A in 2. Wie in 4 gezeigt
ist, verbinden die Durchlässe 114, 116 die
Durchlaufkammer 106 mit der mittleren Kammer 102 bzw.
die mittlere Kammer 102 mit der Bypass-Kammer 104.
Die wahlweise positionierbare Dichtung 118 kann an einem
Membranschaft 126 angebracht sein, der ferner über eine
Verbindungsstange 126 an einem Elektromagnet-Tauchanker 188 angebracht
ist. Es sei nun auf 5 Bezug genommen, in der eine
Perspektivdarstellung des Dreiwegeventils 100 gezeigt ist,
wobei die einzelnen Bauteile des Solenoidsystems in einer Explosionsdarstellung
gezeigt sind. Bei einer Ausführungsform
umfaßt
die Kopplungsstruktur 120 Nuten 180, die eine
Schnittstelle mit einer entsprechenden Struktur an der Innenfläche der äußeren Kappe 124 bilden
können, wodurch
die äußere Kappe 124 an
der Kopplungsstruktur 120 befestigt werden kann. Die äußere Kappe 124 bewirkt
die Befestigung des Elektromagnetenn 122 an der Kopplungsstruktur 120.
Wie zuvor beschrieben, kann die wahlweise positionierbare Dichtung 118 am
Membranschaft 126 angebracht sein, der bei manchen Ausführungsformen
ein Hohlrohr sein kann, das zur Aufnahme einer Verbindungsstange 182 eingerichtet
ist. Zusätzlich
läuft die
Verbindungsstange 182 über
ein Membranloch 185 allgemein durch eine Membran 186 hindurch
und ist durch eine Öffnung
im Elektromagnet-Tauchanker 188, die zur Aufnahme der Verbindungsstange 182 eingerichtet
ist, am Elektromagnet-Tauchanker 188 angebracht. Die Verbindungsstange 182 dient
somit dazu, den Membranschaft 126 und die wahlweise positionierbare
Dichtung 118 mit dem Elektromagnet-Tauchanker 188 zu
verbinden. Bei manchen Ausführungsformen
kann der Elektromagnet-Tauchanker 188 an einer Druckfeder 190 und
die Druckfeder 190 am Elektromagneten 122 angebracht
sein.
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Bei
einer Ausführungsform
kann ein O-Ring 184 dazu verwendet werden, die Verbindungsstange 182 mit
dem Membranschaft 126 zu verbinden. Für einen Durchschnittsfachmann
ist ersichtlich, daß zusätzliche
Strukturen zum Verbinden der Verbindungsstange mit dem Membranschaft
in Betracht kommen und innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung
liegen. Wie 5 zeigt, ist die Membran 186 bei
einer Ausführungsform
eine zwischen dem Membranschaft 182 und dem Elektromagnet-Tauchanker 188 angeordnete,
kreisförmige Scheibe
und dient allgemein als Dichtung zwischen der Kopplungsstruktur 120 des
Bypass-Anschlusses 104 und dem Elektromagneten 122. 4 zeigt
die Membran 186 so angeordnet, daß sie eine Dichtung zwischen
der Öffnung
in der Kopplungsstruktur 120 und dem Elektromagneten 122 bildet.
Zudem kann die Membran 186 auch, auf die Position des Elektromagneten 122 bezogen,
von einer konkaven Position zu einer konvexen Position hin sowie
in dazwischen liegende Positionen verformt werden. Der Elektromagnet 122 umfaßt ferner
elektrische Anschlüsse 192, welche
Elektrizität
zum Bestromen des Elektromagneten 122 bereitstellen, und
Anschlüsse
an eine Zentralverarbeitungseinheit, die zur Steuerung der Funktion
des Elektromagneten 122 während der Benutzung des Ventils 100 ausgelegt
ist. Der Zentralprozessor kann nur das Ventil, den gesamten Fluidstrom des
integrierten Systems (wie z. B. einer Brennstoffzelle) und/oder
alle Funktionen des integrierten Systems (wie die Temperatursteuerung
und die elektrische Schnittstelle) steuern.
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Wie
nachfolgend im einzelnen beschrieben, kann das Elektromagnet-System
die wahlweise positionierbare Dichtung 118 so betätigen, daß die wahlweise
positionierbare Dichtung 118 den Durchlaß 114 oder
den Durchlaß 116 vollständig abdichtend positioniert
werden kann. Bei einer Ausführungsform kann
der Elektromagnet 122 die wahlweise positionierbare Dichtung 118 so
aufweiten, daß sie
an den Innenrändern
und/oder am Ventilsitz 121 des Durchlasses 114 anliegt,
wodurch der Durchlaß 114 abgedichtet
werden kann. Bei einer anderen Bauweise kann der Elektromagnet 122 die
wahlweise positionierbare Dichtung 118 so zurückziehen,
daß die wahlweise
positionierbare Dichtung 118 am Innenrand und/oder am Ventilsitz 119 des
Durchlasses 116 anliegt, wodurch der Durchlaß 116 abgedichtet
werden kann. Alternativ dazu kann die wahlweise positionierbare
Dichtung 118 zwischen dem Durchlässen 114 und 116 angeordnet
sein und den Durchlaß 114 oder
den Durchlaß 116 teilweise
verdecken, wodurch ein Prozentsatz des gesamten Fluids sowohl durch den
Durchlaß 114 als
auch durch den Durchlaß 116 fließen kann.
Im Betrieb ist die wahlweise positionierbare Dichtung 118 bei
einer in 4 gezeigten Bauweise so angeordnet,
daß der
Durchlaß 114 vollständig blockiert
oder abgedichtet ist. Wenn der Durchlaß 114 durch die wahlweise
positionierbare Dichtung 118 vollständig abgedichtet ist, wird
z. B. durch die Öffnung 108 in
die mittlere Kammer 102 fließendes Fluid durch den Durchlaß 116 in
die Bypass-Kammer 104 geleitet und tritt durch die Öffnung 110 aus
dem Dreiwegeventil 100 aus. Umgekehrt wird, wenn der Durchlaß 116 von
der wahlweise positionierbaren Dichtung 118 vollständig abgedichtet
ist, in die mittlere Kammer 102 fließendes Fluid durch den Durchlaß 114 in
die Durchlaßkammer 106 und
zur Öffnung 112 hinaus
geleitet. Zum Betätigen
des wahlweise positionierbaren Elementes 118 während des
Betriebs des Dreiwegeventils 100 kann der Elektromagnet 122 den
Elektromagnet-Tauchanker 188 vor- und zurückbewegen,
wodurch sich die Membran 186 zwischen der konvexen und
der konkaven Position oder dazwischenliegenden Positionen bewegen
kann. Wie oben beschrieben, verbindet die Verbindungsstange 182 den
Membranschaft 126 über
die Membran 186 mechanisch mit dem Elektromagnet-Tauchanker 188. Somit
werden, wenn sich der Elektromagnet-Tauchanker 188 vorbewegt
und die Membran 186 verformt, auch die Verbindungsstange
und der Membranschaft vorbewegt, wodurch letztlich die selektiv
positionierbare Dichtung 118 in zu einer zur Wahl des gewünschten
Flusses geeigneten Position hin betätigt wird.
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Die
Kammern, die Kopplungsstruktur, des Elektromagnet-Gehäuse, der
Membranschaft, der Elektromagnet-Tauchanker und die äußere Kappe können aus
jedem Polymermaterial bestehen, das zur Verwendung für Brennstoffzellen-Anwendungen geeignet
ist. Geeignete Polymere umfassen z. B. Polyethylen, ultrahochmolekulargewichtiges
Polyethylen (UHMWPE), Poly(vinylchlorid), Polycarbonate, Poly(tetrafluorethylen),
Polyurethane, Polypropylen, PVDF, sowie Mischungen und Copolymere
davon. Das Polymer sollte so gewählt
sein, daß es
gegenüber
den durch das Ventil fließenden
Fluiden chemisch beständig
ist und unter normalen Betriebstemperaturen und -drücken nicht
abgebaut wird. Die Membran 186 kann aus jeder polymeren
oder elastomeren Zusammensetzung mit einer Elastizität bestehen,
die ausreicht, damit die Membran von einer konvexen Position in
eine konkave Position übergehen kann.
Geeignete Elastomere umfassen z. B. Naturgummis, synthetische Gummis
und dergleichen, sowie Kombinationen davon. Bei einer Ausführungsform
umfaßt
die Membran ein peroxidgehärtetes EPDM
mit einer Polyestergewebeverstärkung.
Bei manchen Ausführungsformen
kann die Verbindungsstange aus einem Metall, wie z. B. Stahl, bestehen, während bei
anderen Ausführungsformen
die Verbindungsstange ein Polymermaterial sein kann. Bei manchen
Ausführungsformen
können
die O-Ringe aus einem peroxidgehärteten
EPDM bestehen. Die Druckfeder kann bei einer Ausführungsform
aus einer zinkbeschichteten Saite bestehen, wobei auch andere Metall-Druckfedern
eingesetzt werden können.
Verschiedene Elektromagnete und Elektromagnetspulen sind kommerziell
erhältlich.
Beispielsweise wird eine geeignete, kommerziell erhältliche
Elektromagnetspule von Saia Burgess (Vandalia, OH) vertrieben. Zwar
sind Elektromagnete zweckmäßig, doch
es können
auch andere Arten von Motoren, wie ein Schrittmotor, zum Betätigen der
Dichtung 118 verwendet werden. Im allgemeinen werden die
Bauteile des Dreiwegeventils so gefertigt und montiert, daß sie die
vollständige
Struktur bilden. Wie oben erwähnt,
kann der Ventilkörper,
z. B. durch Spritzgießen,
einstückig
als eine einzige Struktur gebildet werden. Die entsprechenden Bauteile
des Elektromagnet-Systems können über die
Kopplungsstruktur montiert und in den Ventilkörper eingesetzt werden. Bei
einer Ausführungsform
kann die wahlweise positionierbare Dichtung durch die Öffnung in
die mittlere Kammer eingesetzt und am Elektromagnet-System angebracht
werden. Die äußere Kappe
kann mit der Kopplungsstruktur verbunden werden, um das Elektromagnetsystem
am Ventilkörper
zu befestigen.
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Bei
einer Ausführungsform
sind die Dreiwegeventile der vorliegenden Offenbarung zur Verwendung
für Brennstoffzellen-Anwendungen
geeignet. Wie zuvor beschrieben, umfaßt eine Brennstoffzelle allgemein
eine Anode, eine Kathode, einen Separator, um die Anode und die
Kathode elektrisch voneinander zu trennen, und einen Elektrolyten,
wie z. B. KOH, in einem geeigneten Behälter. Bei einer Wasserstoff-Brennstoffzelle
werden der Anode Wasserstoffgas und der Kathode Luft (Sauerstoff)
zugeführt. Bei
diesen Ausführungsformen
wird Wasserstoffgas an der Anode ionisiert, die Elektronen freisetzt
und Protonen (H
+-Ionen) erzeugt. Die Elektronen
werden über
eine Anode mit externem Kreislauf der Kathode zugeführt, an
der die Elektronen an der Reduktion des molekularen Sauerstoffs
zur Bildung von Wasser beteiligt sind. Somit benötigt eine Wasserstoff-Brennstoffzelle
allgemein ein System, das zur Versorgung der Kathoden mit Sauerstoff
(Luft) und der Anoden mit Wasserstoff in der Lage ist. Beispiele
für Brennstoffzellensysteme
sind im
US-Patent 6,451,467 von
Peschke
u. a. mit dem Titel „Flow
Control Subsystem for A Fuell Cell System" und im
US-Patent 5,648,182 von
Hara
u. a. mit dem Titel „Fuel
Cell Power Generation System" beschrieben,
die hiermit durch Bezugnahme eingeführt werden.
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Bei
einer Ausführungsform,
die in 6 gezeigt ist, kann mindestens ein Dreiwegeventil 100 unmittelbar
an einem Fluidströmungsnetzwerk 220 angebracht
werden. Das Fluidströmungsnetzwerk
kann zudem allgemein an einem Abschnitt einer Brennstoffzelle 222 angebracht
sein. Wie in 6 gezeigt, ist das Dreiwegeventil
direkt mit dem Fluidströmungsnetzwerk 220 gekoppelt,
so daß zusätzliche Schläuche und/oder
Rohre nicht notwendig sind. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Brennstoffzellensystem
zwei Dreiwegeventile umfassen, die mit jedem Fluidströmungsnetzwerk
verbunden sind. Eines der Dreiwegeventile kann dazu verwendet werden,
den Luftstrom oder den Strom eines anderen geeigneten gasförmigen Oxidationsmittels,
wie Brom, zu regulieren und/oder auszurichten, und das andere Dreiwegeventil
kann zum Regulieren und/oder Ausrichten des Stroms eines befeuchteten Brennstoffs,
wie z. B. eines Gemisches aus befeuchtetem Wasserstoff, verwendet
werden. Wie in 6 gezeigt, ist das Dreiwegeventil 100 direkt
an ein einstückiges
Fluidströmungsnetzwerk
angeschlossen; bei anderen Ausführungsformen
kann das Dreiwegeventil 100 jedoch direkt an ein Fluidströmungsnetzwerk
angeschlossen sein, das eine Vielzahl von zueinander ausgerichteten
Strömungssegmenten
umfaßt.
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Es
sei nun auf die 7 und 8 Bezug genommen,
die jeweils eine Draufsicht bzw. eine Schnittdarstellung des Strömungsnetzwerks 220 zeigen.
Bei manchen Ausführungsformen
kann das Fluidströmungsnetzwerk 220 einen
ersten Anschluß 230,
einen zweiten Anschluß 232 und
einen dritten Anschluß 234 umfassen,
die jeweils mit der Durchlaufkammer 106, mit der mittleren
Kammer 102 und mit der Bypass-Kammer 104 des Dreiwegeventils 100 gekoppelt
werden können.
Der erste Anschluß 230,
der zweite Anschluß 232 und
der dritte Anschluß 234 sind
in 6 mit dem Dreiwegeventil 100 gekoppelt
gezeigt. Wie in den 7 und 8 gezeigt, kann
ein Anoden-Brennstoffzufuhreinlaß 236 mit einer Anoden-Brennstoffleitung 238 verbunden
sein, die in den Anschluß 232 münden kann,
der eine Strömungsbahn
vom Einlaß 236 zur
mittleren Kammer 102 des Dreiwegeventils 100 bilden
kann. Der Anschluß 230,
der mit der Durchlaufkammer 106 des Dreiwegeventils 100 verbindbar
ist, kann mit der Zuführleitung 240 verbunden
sein, die ferner mit der (den) Anode(n) der Brennstoffzelle verbunden
sein kann, um eine Brennstoff-Strömungsbahn vom Durchlaufanschluß 106 zu
den Anoden eines Brennstoffzellenstapels zu bilden. Zusätzlich kann
der Anschluß 234,
der mit der Bypass-Kammer 104 des Dreiwegeventils 100 verbindbar
ist, mit einer Bypass-Leitung 241 verbunden sein, die eine
Strömungsbahn
von der Kammer 104 des Dreiwegeventils 100 zu
einem Anoden-Bypass-System
bildet. Das Strömungsnetzwerk 220 kann
auch einen Kathoden-Zuführeinlaß 244 umfassen,
der mit einer Kathoden-Zuführleitung 246 verbunden
ist, die ferner mit der (den) Kathode(n) eines Brennstoffzellenstapels verbunden
sein kann, um eine Strömungsbahn
vom Einlaß 244 zu
den Kathoden zu bilden. Die Kathoden des Brennstoffzellenstapels
können
auch mit der Kathoden-Auslaßleitung 245 verbunden
sein. Bei manchen Ausführungsformen
kann das Strömungsnetzwerk 220 ferner
einen Kühlmitteleinlaß 248 umfassen,
der mit einer Kühlmittel-Leitung 250 verbunden sein
kann. Die Kühlmittel-Einlaßleitung 250 kann
ferner mit dem Brennstoffzellenstapel so verbunden sein, daß Kühlmittel,
das durch den Kühlmitteleinlaß 248 eingeführt wird,
durch die Kühlmittel-Leitung 250 in
einen Brennstoffzellenstapel fließen kann. Wie in den 6 bis 8 gezeigt,
sind das Strömungsnetzwerk 220 und
das Dreiwegeventil 100 so ausgelegt, daß die Kammern 102, 104, 106 am
Dreiwegeventil 100 mit den Anschlüssen 230, 232 bzw. 234 des
Strömungsnetzwerks 220 direkt,
d. h. ohne Verwendung zusätzlicher
Schläuche
und/oder Rohre, in Eingriff treten können.
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Bei
Gebrauch kann ein Anoden-Brennstoff, wie z. B. befeuchtetes Wasserstoffgas,
in einen Anoden-Brennstoff-Zuführeinlaß 236 eingeführt werden und
durch die Leitung 238 in die mittlere Kammer 102 des
Dreiwegeventils fließen.
Sobald sich das Gas in der mittleren Kammer 102 befindet,
kann die wahlweise positionierbare Dichtung 118 den Fluidstrom zur
Durchlaufkammer 106 oder zur Bypass-Kammer 104 leiten.
Zudem kann die wahlweise positionierbare Dichtung 118 bei
manchen Ausführungsformen den
Strom des Brennstoffs oder anderer Fluide so regulieren, daß ein Teil
des Stroms in die Durchlaufkammer 106 und ein weiterer
Teil des Stroms in die Bypass-Kammer 104 strömt. Brennstoff
oder andere Fluide, die in die Durchlaufkammer 106 geleitet
werden, können
durch den Anschluß 230 in
die Zuführleitung 240 fließen und
beispielsweise zu den Anoden eines Brennstoffzellenstapels geleitet
werden. Zusätzlich
kann in die Bypass-Kammer 102 geleiteter Brennstoff durch
den Anschluß 234 in
die Bypass-Leitung 241 fließen, wo der Brennstoff zu einem Bypass-System
geleitet werden kann. Zudem kann ein Oxidationsmittel, wie z. B.
Luft (Sauerstoff) durch den Einlaß 244 in das Strömungsnetzwerk 220 eingeführt werden
und durch die Zuführleitung 246 zu den
Kathoden eines Brennstoffzellenstapels fließen. Bei einer Ausführungsform
kann die wahlweise positionierbare Dichtung 118 so angeordnet
sein, daß sie den
Fluidstrom in die Durchlaufkammer 106 während der Inbetriebnahme und/oder
während
einer Notabschaltung einer Brennstoffzelle blockiert, wodurch der
Brennstoffstrom zu den Anoden des Brennstoffzellenstapels verringert
oder unterbunden werden kann. Zudem kann die wahlweise positionierbare Dichtung 118 während des
normalen Dauerbetriebszustands einer Brennstoffzelle so angeordnet
werden, daß sie
den Strom zur Bypass-Kammer 104 blockiert.
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9 zeigt
ein schematisches Diagramm des Dreiwegeventils 100, das
den Fluidstrom zum Brennstoffzellenstapel 300 reguliert.
Wie in 9 gezeigt ist, kann dem Dreiwegeventil 100 ein
Fluid, wie z. B. ein Wasserstoff-Brennstoff oder Luft (Sauerstoff) über die
Eingangsleitung 302 zugeführt werden. Während des
Normalbetriebes kann das Dreiwegeventil 100 den Fluidstrom
von der Leitung 302 zur Leitung 304 lenken, die
mit dem Brennstoffzellenstapel 300 verbunden ist. Während der
Inbetriebnahme und/oder einer Notabschaltung der Brennstoffzelle
kann das Dreiwegeventil 100 den Fluidstrom von der Leitung 302 zur
Leitung 306 lenken, die mit einer Speichereinheit 308 verbunden
sein kann. Zudem kann die Speichereinheit 308 mit einer
Leitung 310 versehen sein, die gegebenenfalls mit einem
Auslaßsystem
verbunden sein kann. Beispielsweise kann die Leitung 310 bei
Ausführungsformen,
bei denen der Luftstrom (Sauerstoffstrom) über das Ventil 100 reguliert
wird, mit einem Auslaßsystem
verbunden sein, das den in der Speichereinheit 308 gespeicherten
Sauerstoff zur umgebenden Atmosphäre hin entlüftet. Wie oben beschrieben,
kann ein Brennstoffzellensystem ein erstes Dreiwegeventil zum Regulieren des
Fluidstroms zum Brennstoffzellenstapel und ein zweites Dreiwegeventil
zum Regulieren des Oxidationsmittelstroms zum Brennstoffzellenstapel
umfassen. Es können
auch zusätzliche
Dreiwegeventile eingesetzt werden, um den aus dem Brennstoffzellenstapel
austretenden Endgasstrom zu regulieren.
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Die
obigen Ausführungsformen
sollen veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Unter die Ansprüche fallen
noch zusätzliche
Ausführungsformen.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf besondere
Ausführungsformen
beschrieben, doch für
den Fachmann ist ersichtlich, daß Änderungen in Form und Detail
vorgenommen werden können,
ohne vom Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Verbesserte
Dreiwegeventile weisen drei Öffnungen,
die so ausgerichtet sind, daß sie
direkt mit einer entsprechenden Reihe von Anschlüssen verbunden sind, und eine
wahlweise positionierbare Dichtung auf, die den Fluidstrom innerhalb
des Ventils reguliert. Verbesserte Brennstoffzellen umfassen eine
Vielzahl von Strömungskanälen, die
mit mindestens einem verbesserten Dreiwegeventil verbunden sind,
das zum Regulieren des Fluidstroms durch die Brennstoffzelle geeignet
ist. Allgemein umfassen die Strömungskanäle eine
Reihe von Anschlüssen,
wobei das Dreiwegeventil so gestaltet ist, daß es direkt in bzw. außer Eingriff
mit der Reihe von Anschlüssen tritt,
um einen Verteiler ohne Verwendung von zusätzlichen Anschlüssen, wie
z. B. von Rohre und/oder Schläuchen,
zu bilden. Aufgrund der Tatsache, daß das Dreiwegeventil direkt
in bzw. außer
Eingriff mit der Reihe von Anschlüssen gebracht werden kann, können potentielle
Leckagestellen im Brennstoffzellen-Leitungssystem verringert werden.
Bei einigen Ausführungsformen
umfaßt
das Dreiwegeventil eine mittlere Kammer mit einer wahlweise positionierbaren
Dichtung, eine Bypass-Kammer und eine Durchlaufkammer. Allgemein
kann die wahlweise positionierbare Dichtung eine Dichtung wahlweise
am Anschluß oder
Durchlaß,
der die mittlere Kammer mit der Bypass-Kammer oder mit der Durchlaufkammer verbindet,
bilden. Die wahlweise positionierbare Dichtung kann den Fluidstrom
von der mittleren Kammer zur Bypass-Kammer und zur Durchlaufkammer regulieren.