專利名稱：破冰陽極閥的制作方法
技術領域：
本公開涉及一種陽極閥，更具體地涉及一種燃料電池系統(tǒng)的陽極閥。
背景技術：
燃料電池系統(tǒng)是一種電化學裝置，其包括陽極和陰極并且在陽極與陰極之間有電解質。陽極接收燃料(例如氫氣)，陰極接收氧化劑(例如氧氣或空氣)。當把燃料經(jīng)由陽極回路提供至陽極的反應平面時，燃料被離子化且燃料離子經(jīng)由固體聚合物電解質膜被轉移到陰極。在此過程中產(chǎn)生電子并且電子流經(jīng)雙極板到鄰近電池或到外部電路，從而提供直流電能。當把氧化劑經(jīng)由陰極回路提供至陰極時，燃料離子、電子和氧化劑在陰極處發(fā)生反應并且生成水。利用陰極排放通道將水從燃料電池系統(tǒng)中排出。通常并不是所有的水都被從燃料電池系統(tǒng)中排出?！ねǔＴ陉枠O回路中設置閥來控制燃料的參數(shù)和各種流量，例如燃料電池系統(tǒng)內的燃料壓力和溫度。一個這種陽極閥對流向陰極的用于在低溫環(huán)境中使燃料電池系統(tǒng)升溫的燃料的流量加以控制。如果在關閉燃料電池系統(tǒng)后有水滯留在陽極回路中且燃料電池系統(tǒng)維持在低溫環(huán)境中，那么滯留在陽極閥中的水會發(fā)生凍結而形成冰。冰會在陽極閥中形成阻塞而阻礙陽極閥的正常運行。如果陽極閥不能正常運行則有可能難以再起動燃料電池系統(tǒng)，這種情況是不期望發(fā)生的。將希望生產(chǎn)一種包括可動部件的燃料電池系統(tǒng)，其阻礙冰封，其中使陽極閥到正常操作狀態(tài)所需的能量和時間被最小化。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明并與本發(fā)明一致的，用于燃料電池系統(tǒng)的陽極閥包括可動部件以阻礙冰封，其中令人驚奇地發(fā)現(xiàn)使陽極閥到正常操作狀態(tài)所需的能量和時間被最小化。在一個實施例中，用于燃料電池系統(tǒng)的閥包括閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間線性地移動，其中當可動部件在關閉位置中的時候，至少一部分可動部件放置在孔中以阻礙閥座的孔上的冰的形成。在另一個實施例中，用于燃料電池系統(tǒng)的閥包括閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間移動，可動部件包括第一端，第二端，和放置在第一端和第二端中間的軸環(huán)，第一端具有基座，其中當可動部件在關閉位置中的時候至少一部分基座放置在閥座的孔中，并且其中當可動部件在關閉位置中的時候，流密密封在軸環(huán)和閥座之間形成。在另一個實施例中，用于燃料電池系統(tǒng)的閥包括閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間線性地移動，可動部件包括第一端，第二端，和放置在第一端和第二端中間的軸環(huán)，第一端具有細長部分和大致錐形的基座，其中當可動部件在打開位置中的時候，基座置于遠離閥座的孔的位置以便不干擾流體經(jīng)過孔的流動，當可動部件在關閉位置中的時候，至少一部分基座放置在閥座的孔中以阻礙閥座的孔上的冰的形成，并且其中當可動部件在關閉位置中的時候，流密密封在軸環(huán)和閥座之間形成。本發(fā)明還提供了以下方案
I.一種用于燃料電池系統(tǒng)的閥，包括
閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；
以及
可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間線性地移動，其中當可動部件在關閉位置中的時候，可動部件的至少一部分放置在孔中以阻礙閥座的孔上的冰的形成。 2.根據(jù)方案I所述的閥，其特征在于，可動部件包括具有基座的第一端，第二端，以及在第一端和第二端中間形成的軸環(huán)。3.根據(jù)方案I所述的閥，其特征在于，其還包括與閥座一起形成的支承架以限制可動部件的傾斜和橫向運動的程度的至少一個。4.根據(jù)方案I所述的閥，其特征在于，其還包括致動器，其操作地聯(lián)接到可動部件以促進可動部件在打開位置和關閉位置之間的運動。5.根據(jù)方案4所述的閥，其特征在于，致動器是螺線管。6. 一種用于燃料電池系統(tǒng)的閥,包括
閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；
以及
可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間移動，可動部件包括第一端，第二端，和放置在第一端和第二端中間的軸環(huán)，第一端具有基座，其中當可動部件在關閉位置中的時候，基座的至少一部分放置在閥座的孔中，并且其中當可動部件在關閉位置中的時候，流密密封在軸環(huán)和閥座之間形成。7.根據(jù)方案6所述的閥，其特征在于，當可動部件在打開位置中的時候，基座位于遠離閥座的孔的位置，從而不干擾經(jīng)過孔的流體的流動。8.根據(jù)方案6所述的閥，其特征在于，基座是大致錐形的。9.根據(jù)方案6所述的閥，其特征在于，可動部件的基座由比閥殼體的閥座更軟的材料形成。10.根據(jù)方案6所述的閥，其特征在于，可動部件的第一端還包括細長部分，細長部分具有一定長度使得當可動部件在打開位置的時候，細長部分的一部分保留在閥座的孔中。11.根據(jù)方案6所述的閥，其特征在于，其還包括與閥座一起形成的支承架以限制可動部件的傾斜或橫向運動的程度。12.根據(jù)方案6所述的閥，其特征在于，可動部件的第二端的至少一部分由磁性的金屬材料形成。13.根據(jù)方案6所述的閥，其特征在于，其還包括致動器，其操作地聯(lián)接到可動部件以促進可動部件在閥殼體內的軸向運動。
14.根據(jù)方案13所述的閥，其特征在于，致動器是螺線管。15. 一種用于燃料電池系統(tǒng)的閥，包括
閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；
以及
可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間線性地移動，可動部件包括第一端，第二端，和放置在第一端和第二端中間的軸環(huán)，第一端具有細長部分和大致錐形的基座，其中當可動部件在打開位置中的時候，基座置于遠離閥座的孔的位置以便不干擾流體經(jīng)過孔的流動，當可動部件在關閉位置中的時候，基座的至少一部分放置在閥座的孔中以阻礙閥座的孔上的冰的形成，并且其中當可動部件在關閉位置中的時候，流密密封在軸環(huán)和閥座之間形成。16.根據(jù)方案15所述的閥，其特征在于，細長部分的直徑與閥座的孔的直徑成比 例以獲得經(jīng)過孔的流體的預期的有效流量因子。17.根據(jù)方案15所述的閥，其特征在于，細長部分具有一定長度使得當可動部件在打開位置的時候，細長部分的一部分保留在閥座的孔中。18.根據(jù)方案15所述的閥，其特征在于，其還包括與閥座一起形成的支承架以限制可動部件的傾斜和橫向運動的程度的至少一個。19.根據(jù)方案15所述的閥，其特征在于，可動部件的第二端的至少一部分由磁性的金屬材料形成。20.根據(jù)方案15所述的閥，其特征在于，其還包括致動器，其操作地聯(lián)接到可動部件的第二端以促進可動部件在閥殼體內的軸向運動。


基于下面的詳細說明特別是當參考下文中所描述的附圖時，本領域技術人員將容易地理解本公開的上述優(yōu)點及其它優(yōu)點。圖I是包括本發(fā)明的陽極閥的燃料電池系統(tǒng)的示意流程 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的陽極閥的示意部分剖視圖，顯示在關閉位置中的陽極閥的可動部件；
圖3是圖2所示的陽極閥的示意部分剖視圖，顯示在打開位置中的陽極閥的可動部
件；
圖4是圖2-3所示的陽極閥的示意部分剖視圖，顯示在打開位置中的陽極閥的替代的可動部件；和
圖5是圖2-4所示的陽極閥的示意部分剖視圖，顯示用于促進可動部件的對齊的支承架。
具體實施例方式下面的詳細說明和附圖描述并說明了本發(fā)明的各種實施例。這些描述和附圖的目的是使本領域技術人員能夠制作和利用本發(fā)明，并非意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在圖I中，以簡化形式大體上示出了其中可實踐本發(fā)明類型的燃料電池系統(tǒng)10。雖然顯示單個燃料電池12，燃料電池系統(tǒng)10可以具有設置成鄰近彼此以便形成堆的多個燃料電池12。燃料電池12包括電解質16，例如聚合物電解質質子交換膜，其具有兩個主表面，在其附近的是陽極14和陰極18。燃料(例如氫氣)從燃料源22以氣態(tài)形式通過陽極回路20被供給到陽極14，氧化劑(例如氧氣或空氣)從氧氣源26通過陰極回路24被提供到的陰極18。根據(jù)本發(fā)明，在低溫環(huán)境，燃料經(jīng)過陽極閥30，其由螺線管32操作，以與氧化劑混合，從而提供稀釋的燃料/氧化劑混合物到陰極18以預熱燃料電池12。通常，控制器33當車輛開動時控制螺線管32以打開閥30和控制螺線管32以關閉閥30以避免陰極18的過熱。雖然在下文描述的閥30在燃料電池系統(tǒng)10的陽極回路20中使用，應理解的是閥30如果需要的話也能夠用于陰極回路24。如圖2-5所示，閥30包括閥殼體34。閥殼體34通過進口端36被供給燃料，燃料從閥殼體34通過出口端38被排放。顯示的出口端38包括一對在其中形成的排放口 39。然而應理解的是，如果需要的話，出口端38可以具有比所示的更少的或更多的排放口 39。如圖示的，閥殼體34設置有第一密封部件41和第二密封部件43。第一密封部件41放置在閥殼體34的進口端36的外圍邊的周圍，以阻礙燃料從進口端36至出口端38的泄漏。第二密封部件43放置在閥殼體34的出口端38的外周邊的周圍，以阻礙燃料從出口端38至 大氣的泄漏。如果需要的話，能夠采用比顯示的更多的或更少的密封部件。閥座40形成于閥殼體34中。閥座40包括在其中形成的中心孔42，以允許經(jīng)過閥30的燃料的流動?？蓜硬考?4軸向可移動地放置在閥殼體34中以有選擇地打開和關閉閥30。顯示的可動部件44具有大致圓的截面形狀并且包括第一端46和第二端47。大致圓的軸環(huán)48在第一端46和第二端47中間形成。如圖2-3所示的，第一端46包括細長部分48和大致錐形的基座50。然而應理解的是，如果需要的話，第一端46可形成為沒有細長部分48，如圖4所示?；?0的直徑從細長部分48逐漸地增加至環(huán)48的第一表面52。如圖2所示的，基座50的直徑小于在閥座40中形成的孔42的直徑，當閥30被關閉的時候允許至少一部分基座50放置在孔42中。當閥30是打開的時候，如圖3所示，基座50置于遠離孔42的位置以便不干擾經(jīng)過孔42的燃料的流動。相應地，基座50不影響閥30的預期的有效流量因子(Kv)。在非限制性實施例中，基座50由比閥座40更軟的材料形成。因而，如果基座50在閥30的打開和關閉期間頻繁地接觸閥座40，基座50的磨損在閥座40的磨損之前發(fā)生。因為基座50不影響閥30的預期的有效流量因子Κν，基座50的磨損不干擾閥30的操作。當打開和關閉閥30時，基座50和細長部分48之間的過渡部53，以及鄰近孔42的閥座40的邊緣被彎曲以促進可動部件44和閥座40之間的可滑動接觸。當閥30打開的時候，細長部分48的直徑與孔42的直徑成比例以獲得閥30的預期的有效流量因子Κν。例如，如果細長部分48的直徑增加以阻礙其破裂，孔42的直徑也增加以維持預期的有效流量因子Κν。如圖示的，當可動部件44在打開位置中以維持可動部件44的對齊的時候，細長部分48的長度使得其部分保留在孔42中。如圖5所示的，支承架54可以與閥座40整體地或分離地形成。支承架54提供細長部分48的額外支撐和對齊并且限制可動部件44的傾斜或橫向運動的程度。通過限制可動部件44的傾斜或橫向運動的程度，支承架54也限制可動部件44的傾斜或橫向運動在閥30的預期的有效流量因子Kv上的效果。在非限制性實施例中，支承架54包括一對間隔開的支撐臂55，其具有放置在其之間的橫梁部件56。橫梁部件56包括在其中形成的孔57，以接收經(jīng)過其中的細長部分48。當達到最大允許的可動部件44的傾斜或橫向運動的程度的時候，細長部件48接觸孔57的內表面。第二端47從其外邊緣58至軸環(huán)48的第二表面59具有大致均勻的直徑。然而應理解的是，第一端和第二端46，47可以根據(jù)需要具有任何形狀和尺寸。例如，第二端47的至少遠端部分由磁性的金屬材料產(chǎn)生，例如不銹鋼。應理解的是，如果需要的話，整個第二端47或可動部件44可以由磁性的金屬材料形成。第二端47可操作地聯(lián)接到螺線管32以用于在圖2所示的關閉位置和圖3所示的打開位置之間有選擇地定位可動部件44。螺線管32包括螺線管殼體60，其具有置于其中的線圈62。線圈62在第二端47周圍放置。復位機構64置于第二端47和螺線管殼體60之間。復位機構64偏壓可動部件44以朝向閥殼體34的閥座40移動以關閉閥30。在非限制性實施例中，當閥30被關閉的時候，在可動部件44和閥座40之間形成流密密封。如所示的，螺線管32與電源66電連通。電源66供給電流，其通過電路徑68到螺線管32以用于使線圈62通電。開關70可以放置在電路徑68中，以允許或中斷來自電源66的電流的流動。如圖示的，開關70由燃料電池系統(tǒng)10的控制器33打開和關閉?！らy30的操作在下文被描述。當開關70被燃料電池系統(tǒng)10的控制器33打開的時候，如圖2和5所示的，從電源66的電流的流動被中斷。相應地，線圈62不通電并且復位機構64朝向閥30的閥座40偏壓可動部件44。特別地，復位機構64的彈性力克服閥30的進口端36中的燃料的壓力，維持可動部件44的關閉位置。因而，可動部件44的軸環(huán)48鄰接閥30的閥座40，在其之間形成流密密封。進一步，至少一部分基座50放置在閥座40的孔42中，占據(jù)孔42的中心部分。相應地在燃料電池系統(tǒng)10關閉之后并且當陽極回路20中剩余的水由于低溫環(huán)境而引起結冰時，冰的形成在孔42中放置的基座50的部分上和沿著基座50和閥座40之間的孔42的周邊。因而，基座50阻礙整個孔42上的冰的形成。在燃料電池系統(tǒng)10起動時，當通常期望燃料電池12的預熱的時候，開關70由控制器33關閉，如圖3所示。當開關70由控制器33關閉的時候，電流被允許從電源66流動至螺線管32。從而，線圈62通電以產(chǎn)生磁通量，其從線圈62流動到可動部件44，然后回到線圈62，產(chǎn)生磁力。磁力使可動部件44抵抗復位機構64的彈性力移向線圈62。因而，可動部件44的軸環(huán)48從閥座40移動，并且基座50置于遠離孔42的位置，因而允許經(jīng)過閥30的燃料的流動。因為基座50當閥30被關閉的時候阻礙整個孔42上的冰的形成，由于陽極回路20中剩余的水導致的已經(jīng)在細長部分48和基座50上并且沿著孔42的周邊形成的任何冰通過基座50從孔42的移動而容易地消除。因而，相比于眾所周知的采用加熱器來融化冰，閥30最小化使閥30到正常操作狀態(tài)所需的電流(即能量)和時間最小化。雖然以說明本發(fā)明為目的揭示了某些代表性實施例和細節(jié)，但是對于本領域技術人員顯而易見的是在不背離本公開范圍的情況下可以進行各種變化，本公開的范圍在所附權利要求中作進一步的說明。
權利要求
1.一種用于燃料電池系統(tǒng)的閥，包括 閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；以及 可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間線性地移動，其中當可動部件在關閉位置中的時候，可動部件的至少一部分放置在孔中以阻礙閥座的孔上的冰的形成。
2.根據(jù)權利要求I所述的閥，其特征在于，可動部件包括具有基座的第一端，第二端，以及在第一端和第二端中間形成的軸環(huán)。
3.根據(jù)權利要求I所述的閥，其特征在于，其還包括與閥座一起形成的支承架以限制可動部件的傾斜和橫向運動的程度的至少一個。
4.根據(jù)權利要求I所述的閥，其特征在于，其還包括致動器，其操作地聯(lián)接到可動部件以促進可動部件在打開位置和關閉位置之間的運動。
5.根據(jù)權利要求4所述的閥，其特征在于，致動器是螺線管。
6.一種用于燃料電池系統(tǒng)的閥，包括 閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；以及 可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間移動，可動部件包括第一端，第二端，和放置在第一端和第二端中間的軸環(huán)，第一端具有基座，其中當可動部件在關閉位置中的時候，基座的至少一部分放置在閥座的孔中，并且其中當可動部件在關閉位置中的時候，流密密封在軸環(huán)和閥座之間形成。
7.根據(jù)權利要求6所述的閥，其特征在于，當可動部件在打開位置中的時候，基座位于遠離閥座的孔的位置，從而不干擾經(jīng)過孔的流體的流動。
8.根據(jù)權利要求6所述的閥，其特征在于，基座是大致錐形的。
9.根據(jù)權利要求6所述的閥，其特征在于，可動部件的基座由比閥殼體的閥座更軟的材料形成。
10.一種用于燃料電池系統(tǒng)的閥，包括 閥殼體，其包括在其中形成的閥座，閥座具有在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體；以及 可動部件，其放置在閥殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間線性地移動，可動部件包括第一端，第二端，和放置在第一端和第二端中間的軸環(huán)，第一端具有細長部分和大致錐形的基座，其中當可動部件在打開位置中的時候，基座置于遠離閥座的孔的位置以便不干擾流體經(jīng)過孔的流動，當可動部件在關閉位置中的時候，基座的至少一部分放置在閥座的孔中以阻礙閥座的孔上的冰的形成，并且其中當可動部件在關閉位置中的時候，流密密封在軸環(huán)和閥座之間形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及破冰陽極閥。具體地，一種用于燃料電池系統(tǒng)的閥包括閥殼體，其具有在其中形成的閥座。閥座包括在其中形成的孔以允許流體流經(jīng)閥殼體?？蓜硬考胖迷陂y殼體中并且可在打開位置和關閉位置之間移動?？蓜硬考ǖ谝欢耍渚哂屑氶L部分和大致錐形的基座。當可動部件在關閉位置中的時候，基座的至少一部分放置在閥座的孔中以阻礙閥座的孔上的冰的形成。
文檔編號F16K1/32GK102867973SQ20121023104
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權日2011年7月5日
發(fā)明者B.J.克林格曼, A.羅加恩, J.K.利里, S.E.萊爾納, M.J.馬勒 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司