具有在阀壳体中的阀的燃料电池系统和用于控制流体的通流的方法与流程

具有在阀壳体中的阀的燃料电池系统和用于控制流体的通流的方法


背景技术：

1.燃料电池是电化学电池，其中，该燃料电池具有两个电极，这两个电极借助导离子的电解质彼此分离。燃料电池将燃料与氧化剂的化学反应能直接转化为电。燃料电池具有阳极和阴极。在此存在不同类型的燃料电池。
2.特别的燃料电池类型是聚合物电解膜燃料电池(pem-fc)。在pem-fc中，具有催化剂层的两个多孔的电极邻接于聚合物电解膜(pem)。此外，pem-fc包括气体扩散层，其在两侧限界聚合物电解膜和具有催化剂层的两个多孔的电极。聚合物电解膜、具有催化剂层的两个电极以及两个气体扩散层形成所谓的膜电极单元(mea)。双极板又在两侧限界mea。燃料电池堆叠由交替地彼此相叠的mea和双极板构造。在双极板的阳极侧上发生燃料、尤其是氢气的分配，并且在双极板的阴极侧上发生氧化剂、尤其是空气/氧气的分配。在燃料电池的运行中，质子化的氢分子从阳极侧通过膜转移至阴极侧。在阴极侧上，氧分子减少，并且该氧分子与质子化的氢分子化合成水分子。
3.在初始状态下，给燃料电池的阳极以及阴极充注空气。空气可以在初始状态下通过聚合物电解膜流到燃料电池的阳极。这构成所谓的空气/空气启动，这对于燃料电池可能是有害的。为了启动燃料电池，将氢气引入到充注空气的阳极中。在此，短暂地存在给阳极的前部分供给氢气，而在阳极的后部分中存在空气(h2/o
2-gasfront)的状态。由此可能在阴极与电解质之间出现高电位差。该高电位差导致在阴极的电解质层中的碳腐蚀。这种称为退化的过程如h2/o
2-gasfront运动通过阳极那样长地持续。
4.为了减少空气/氧气从燃料电池的阴极转移至阳极，可以在燃料电池系统的供给管路中、尤其阴极气体供给管路中使用阀，该阴极气体供给管路用于给燃料电池的阴极供给阴极气体。这些阀应当能够在尽可能短的时间内从关闭位置切换到打开位置中，使得燃料电池由于在燃料电池中的气体的暂时的局部差而不受损坏。


技术实现要素：

5.本发明示出根据权利要求1特征的具有在阀壳体中的阀的燃料电池系统以及根据权利要求11特征的方法。
6.本发明另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合根据本发明的燃料电池系统所描述的特征和细节当然也适用于结合根据本发明的方法，并且相应地反之亦可，使得相对于对各个发明方面的公开总是被相互参考或能够相互参考。
7.根据一个方面，本发明示出一种燃料电池系统，其具有燃料电池堆叠，其中，燃料电池堆叠具有多个燃料电池。此外，燃料电池系统还具有用于将流体源与燃料电池堆叠流体连通地连接的阀壳体，其中，在阀壳体中布置有用于控制流体源的流体流入或流出燃料电池堆叠的通流的阀。该阀具有：
8.a)驱动单元，其设置为用于被控制单元操控，以便使阀的长形运动件沿着该长形运动件的轴向轴线运动；
9.b)长形运动件，其具有第一运动件区段和第二运动件区段，该第二运动件区段布置在第一运动件区段上，其中，第二运动件区段包括：
10.i.第一径向环绕的突出部；
11.ii.与第一径向环绕的突出部以一间距间隔开的第二径向突出部，该第二径向突出部具有至少一个用于引导流体源的流体通过的缺口；
12.iii.在第一径向环绕的突出部与第二径向突出部之间可运动地支承在第二运动件区段上的主阀板，其具有运动件孔，其中，主阀板具有小于第一径向环绕的突出部和第二径向突出部之间的间距的厚度。
13.驱动单元可以被控制装置操控，以便通过阀的长形运动件沿着轴向轴线的运动将阀转移至如下位置中的至少一个：
14.1)关闭位置，在该关闭位置中，尤其主阀板的第一径向环绕的密封面区段被压到第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段上，并且主阀板的第二径向环绕的密封面区段被压到阀壳体的径向环绕的密封面配对区段上，使得流体源的流体、尤其是流入到燃料电池堆叠中的流体中断；
15.2)压力平衡位置，在该压力平衡位置中，尤其第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段与主阀板的第一径向环绕的密封面区段脱开，使得通过在第一径向环绕的突出部和主阀板之间的间隙，流体源的流体能够尤其流入到燃料电池堆叠中，并且能够减小在阀的两侧之间的可能的压力差；
16.3)打开位置，在该打开位置中，尤其第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段与主阀板的第一径向环绕的密封面区段脱开，并且其中，尤其主阀板的第二径向环绕的密封面区段与阀壳体的径向环绕的密封面配对区段脱开，使得附加地流体源的流体能够通过由主阀板释放的主开口通流横截面尤其流入到燃料电池堆叠中。
17.在阀打开时，阀有利地从关闭位置经由压力平衡位置被转移到打开位置中。在阀关闭时，阀有利地从打开位置经由压力平衡位置被转移到关闭位置中。在打开位置中，流体源的流体流入到燃料电池堆叠中取决于：阀的长形运动件沿从第二径向突出部至第一径向环绕的突出部的方向沿着长形运动件的轴向轴线运动、尤其提高的程度。因此，阀可以具有多个打开位置。
18.可运动地支承在第二运动件区段上的主阀板具有沿着长形运动件的轴向轴线的轴向间隙和相对于第二运动件区段的径向间隙。通过长形运动件沿着长形运动件的轴向轴线的运动可以在第一径向环绕的突出部与主阀板之间形成间隙。
19.阀壳体可以包括用于连接来自流体源的供给管路的输入连接开口和用于连接到达燃料电池堆叠的供给管路的输出连接开口。阀壳体可以一件式地构造。阀壳体也可以多件式地、尤其两件式地构造。多件式的阀壳体可以简化阀在阀壳体中的布置。阀壳体尤其可以是角阀壳体。由此可以特别简单地控制流体源的流体的通流。
20.也可以考虑，阀壳体由燃料电池系统的供给管路，例如用于给燃料电池堆叠供给氢气或空气/氧气的供给管路构成。如果阀壳体是供给管路，则阀可以特别简单地事后被布置到燃料电池系统中。
21.燃料电池系统可以具有在阀壳体中的至少一个阀。该阀可以为了流体源与燃料电池堆叠的流体连通的连接而沿流体的流动方向布置在燃料电池堆叠之前。该阀也可以沿流
体的流动方向布置在燃料电池堆叠之后。也可以考虑，一个阀沿流体的流动方向布置在燃料电池堆叠之前并且一个阀沿流体的流动方向布置在燃料电池堆叠之后。
22.燃料电池系统可以具有促动器。该促动器可以是电磁螺线管(hubmagnet)。该电磁螺线管可以具有壳体、空心线圈、铁芯插入式轴承和支承在该铁芯插入式轴承中的插入式铁芯。空心线圈可以是驱动单元。插入式铁芯尤其可以构成长形运动件、尤其是第一运动件区段的至少一部分。通过给空心线圈施加电压而产生磁场，并且可以使插入式铁芯沿着插入式铁芯或者说运动件的轴向轴线运动。有利地，可以利用电磁螺线管使阀特别快速地在各位置之间移动。由此例如可以特别有利地减少空气/氧气从燃料电池的阴极转移至燃料电池的阳极。此外可以使阀特别快速地转移到打开位置中。促动器也可以是具有定子和转子的电动机，其中，定子可以与转子一起形成驱动单元。转子可以具有带有内螺纹的空心轴。运动件可以在第一运动件区段中包括与空心轴的内螺纹对应的外螺纹并且抗扭地支承。因此，可以通过给定子施加电压使转子处于旋转运动中，并且通过抗扭的支承使运动件沿着运动件的轴向轴线运动。有利地可以在具有根据本发明的阀的燃料电池系统中使用具有小转矩的电动机。因此可以节省结构空间和成本。
23.长形运动件可以具有基体，其中，第二运动件区段除基体外还具有第一径向环绕的突出部和第二径向突出部。长形运动件可以具有圆形面、尤其是圆环作为横截面。如果长形运动件具有圆环作为横截面，则可以节省材料和重量，并且可以特别快速地实现运动件的运动。此外，该运动件可以特别有利地在阀壳体的纵向引导部中被引导。尤其，长形运动件是圆柱形的长形运动件。在圆柱形的长形运动件的情况下，旋转轴线可以是轴向轴线。长形运动件也可以具有多边形面、尤其是四边形面作为横截面。具有四边形横截面的运动件可以是特别稳定的。
24.长形运动件可以在纵向引导件中被引导。阀壳体尤其可以具有纵向引导件。该纵向引导件可以是线性轴承。线性轴承可以是线性球轴承。有利地，线性球轴承是特别低摩擦的并且由此能够实现阀的长形运动件沿着该长形运动件的轴向轴线的特别快速的运动。线性轴承也可以是线性滑动轴承。有利地，线性滑动轴承要求特别小的结构空间，并且由此也可以将阀的结构空间保持得特别小。
25.第二运动件区段可以布置在第一运动件区段上，其方式是：第二运动件区段和第一运动件区段由一件组成。因此，长形运动件可以特别稳定地构造并且承受住长形运动件的快速运动。
26.由第二运动件区段和第一径向环绕的突出部组成的单元可以具有圆形面作为横截面。这样的单元能够特别简单地制造。也可以考虑，由第二运动件区段和第一径向环绕的突出部组成的单元具有多边形面、尤其是四边形面。此外，第一径向环绕的突出部关于长形运动件的轴向轴线的延伸尺度可以大于第二运动件区段关于长形运动件的轴向轴线的延伸尺度。由第二运动件区段和第一径向环绕的突出部组成的单元可以通过以下方式形成：第二运动件区段和第一径向环绕的突出部一体地构造。由此确保单元的特别高的稳定性。
27.第二径向突出部可以是单独的构件。这指的是，第二径向突出部例如可以附加地布置在长形运动件的端侧上。该布置例如可以借助紧固器件如螺钉实现。由此可以以简单的方式将主阀板在第一径向环绕的突出部与第二径向突出部之间可运动地装配在第二运动件区段上。第二径向突出部也可以形成具有第二运动件区段的单元。由第二运动件区段
和第二径向突出部组成的单元可以通过以下方式形成：第二运动件区段和第一径向环绕的突出部一体地构造。由此确保单元的特别高的稳定性。如果第二运动件区段和第二径向突出部一体地构造，则第二运动件区段和第一径向环绕的突出部可以不是一体地构造。由此可以确保：主阀板可以在第一径向环绕的突出部和第二径向突出部之间可运动地装配在第二运动件区段上。第二径向突出部或由第二径向突出部和第二运动件区段组成的单元可以具有圆形面作为横截面。也可以考虑，第二径向突出部或由第二径向突出部和第二运动件区段组成的单元具有多边形面、尤其是四边形面。尤其，第二径向突出部或由第二径向突出部和第二运动件区段组成的单元可以是具有缺口的径向环绕的突出部。由此可以在阀的长形运动件沿从第二径向突出部至第一径向环绕的突出部的方向沿着长形运动件的轴向轴线运动时特别均匀地提升主阀板。
28.主阀板可以具有圆形面作为横截面。也可以考虑，主阀板具有多边形面、尤其是四边形面。尤其，由第二运动件区段和第一径向环绕的突出部组成的单元、第二径向突出部和主阀板具有相同的横截面形状。由此能够制造特别简单的阀。主阀板的运动件孔可以是在主阀板中布置在中央的运动件孔。布置在中央的运动件孔可以引起主阀板的特别有利的可运动性。
29.在根据本发明的燃料电池系统中，在阀的两侧之间的可能的压力差能够通过将阀从关闭位置转移到压力平衡位置中而特别有利地降低，使得可以将阀特别快速地从关闭位置转移到打开位置中。因此，在根据本发明的燃料电池系统中可以特别有利地减小、尤其防止在燃料电池堆叠中、尤其在燃料电池中流体的暂时的局部差异。由此可以延长燃料电池的使用寿命。
30.有利地，在根据本发明的燃料电池系统中，第一径向环绕的突出部可以具有面向阀的主阀板的径向环绕的密封面配对区段，其中，主阀板在面向第一径向环绕的突出部的一侧上具有用于布置到第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段上的第一径向环绕的密封面区段；和/或阀壳体具有径向环绕的密封面配对区段，其中，主阀板在背离第一径向环绕的突出部的一侧上具有用于布置到燃料电池系统的阀壳体的径向环绕的密封面配对区段上的第二径向环绕的密封面区段。主阀板的第一径向环绕的密封面区段和/或主阀板的第二径向环绕的密封面区段和/或阀壳体的径向环绕的密封面配对区段和/或第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段可以具有径向环绕的隆起部。由此可以引起特别有利的密封。尤其，相应的径向环绕的隆起部与主阀板或与阀壳体或与第一径向环绕的突出部一体地构造。径向环绕的隆起部，例如环绕的凸起或唇部例如可以具有半圆形面作为横截面。如果主阀板的第一径向环绕的密封面区段和/或第二径向环绕的密封面区段具有径向环绕的隆起部，则优选地，阀壳体的径向环绕的密封面配对区段和/或第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段是平面的，其中，相反的情况自然也是可行的。如果第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段和阀壳体的径向环绕的密封面配对区段压抵着主阀板的第一或第二密封面区段，则通过隆起部可以实现特别有效的密封。也可以考虑，主阀板和/或阀壳体和/或第一径向环绕的突出部具有径向环绕的槽，在该槽中布置有第一径向环绕的密封面区段或第二径向环绕的密封面区段和/或阀壳体的径向环绕的密封面配对区段和/或第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段。此外，主阀板的第一径向环绕的密封面区段和/或主阀板的第二径向环绕的密封面区段和/或
阀壳体的径向环绕的密封面配对区段和/或第一径向环绕的突出部的径向环绕的密封面配对区段可以具有径向环绕的密封件或者是径向环绕的密封件。隆起部可以是密封件。密封件可以是静态密封件。密封件可以是硬密封件、软密封件和多种材料密封件。尤其，硬材料密封件是金属密封件。金属密封件有利地可以在高压和/或高温的情况下使用。尤其，软材料密封件弹簧弹性地构造。因此，软材料密封件作为材料可以是橡胶、尤其是弹性体或至少一种塑料。利用软材料密封件可以实现特别有利的密封。因此可以确保流体源的流体流入到燃料电池堆叠中、尤其在阀的关闭位置中是特别有利地中断的。换言之，可以将泄漏保持得特别小。
31.根据另一优选实施方式，在根据本发明的燃料电池系统中，运动件孔的横截面可以大于第二运动件区段在第一径向环绕的突出部和第二径向突出部之间的区域中的横截面，使得在主阀板与第二运动件区段之间、在第一径向环绕的突出部和第二径向突出部之间的区域中形成流体流动通道，其中，该流体流动通道与至少一个缺口相互间流体连通地布置，并且其中，运动件孔的横截面小于由第二运动件区段和第一径向环绕的突出部组成的单元的横截面，并且其中，第二径向突出部关于长形运动件的轴向轴线的延伸尺度大于主阀板的运动件孔关于长形运动件的轴向轴线的最大径向延伸尺度。由此可以提供具有特别有利的密封特性的阀。此外可以特别有利地运行燃料电池系统。
32.可以有利的是，在根据本发明的燃料电池系统中，第一径向环绕的突出部关于长形运动件的轴向轴线的延伸尺度小于阀壳体与主阀板的接触点、尤其是阀壳体的径向环绕的密封面配对区段相对于长形运动件的轴向轴线的间距。由此可以确保驱动单元为了使长形运动件从关闭位置运动到压力平衡位置中仅须耗费特别小的力，尤其在阀的两侧之间存在压力差的情况下。同时可以确保阀在打开位置中具有大的主开口通流横截面并且给燃料电池堆叠供给以流体源的足够流体。尤其，第一径向环绕的突出部关于长形运动件的轴向轴线的延伸尺度与阀壳体和主阀板的接触点、尤其是与阀壳体的径向环绕的密封面配对区段相对于长形运动件的轴向轴线的间距的比可以是1:2、1:3、1:4或1:10。由此能够实现燃料电池系统的特别有利的运行。
33.有利地，在根据本发明的燃料电池系统中，在第二运动件区段的第一径向环绕的突出部与第二径向突出部之间的间距可以位于主阀板厚度的101％至130％之间、尤其在105％至115％之间的范围内。通过主阀板具有小于在第一径向环绕的突出部与第二运动件区段的第二径向突出部之间的间距的厚度，可以根据阀的位置在主阀板与第一径向环绕的突出部和/或第二径向突出部之间形成间隙。在压力平衡位置中，可以在主阀板与第一径向环绕的突出部之间形成间隙。该间隙越大，则流体源的流体在流经时经受的流动阻力越小，并且可以特别快速地实现压力平衡。阀转移到打开位置中因此能够特别顺利。
34.特别有利地，在根据本发明的燃料电池系统中，主阀板中的运动件孔的横截面可以具有第二运动件区段在第一径向环绕的突出部与第二径向突出部之间的区域中的横截面的101％至130％之间、尤其在105％至115％之间的值。由此可以确保主阀板特别是可运动地支承在第二运动件区段上。此外可以确保：流体可以特别有利地流过在主阀板和第二运动件区段之间、在第一径向环绕的突出部和第二径向突出部之间区域中的流体流动通道，尤其在压力平衡位置中。因此可以使阀特别快速地从关闭位置转移到打开位置中。
35.根据另一优选实施方式，在根据本发明的燃料电池系统中，第二径向突出部可以
具有两个缺口、优选地三个缺口、特别优选地四个缺口，其中，这些缺口尤其径向对称地布置，和/或相邻的缺口尤其等距地彼此间隔开。作为缺口也可以理解为空隙。如果第二径向突出部具有两个缺口，则该第二径向突出部可以具有双翼螺旋桨的形状。如果第二径向突出部具有三个缺口，则第二径向突出部可以具有三翼螺旋桨的形状等。呈三翼螺旋桨的形状的第二径向突出部能够特别均匀地实现阀运动到打开位置。第二径向突出部也可以构造为孔板。孔板能够特别简单地制造。
36.有利地，根据本发明的燃料电池系统可以在阀壳体的弹簧布置区段与第一径向环绕的突出部的背离主阀板的一侧之间具有围绕着长形运动件的弹簧。尤其，该弹簧围绕长形运动件的第一运动件区段的至少一部分。通过弹簧可以特别有利地辅助长形运动件沿从第一径向环绕的突出部至第二径向突出部的方向沿着长形运动件的轴向轴线的运动。因此可以在特别短的时间内实现阀从打开位置转移到关闭位置中。弹簧可以是波形弹簧。有利地，波形弹簧需要特别小的结构空间并且同时可以产生大的力。弹簧也可以是锥形弹簧或桶形弹簧。锥形弹簧和桶形弹簧的绕组可以在挤压在一起的情况下落入彼此间，并且因此可以特别简单和很大程度上地实现长形运动件沿从第二径向突出部至第一径向环绕的突出部的方向沿着长形运动件的轴向轴线的运动。这指的是，在阀的打开位置中，由主阀板释放的主开口通流横截面可以特别大。因此可以特别有利地运行燃料电池系统。
37.根据另一优选实施方式，在根据本发明的燃料电池系统中，主阀板和/或第二运动件区段可以在主阀板与第二运动件区段之间具有至少一个间隔保持件。通过至少一个间隔保持件可以特别有利地使主阀板的径向运动最小化。同时可以获得主阀板的轴向运动。至少一个间隔保持件尤其如此构造，使得尽可能小地影响在主阀板与第二运动件区段之间、在第一径向环绕的突出部与第二径向突出部之间区域中的流体流动通道。至少一个间隔保持件可以在第二运动件区段的周面与主阀板的内周面之间销状地延伸。尤其，主阀板和/或第二运动件区段在主阀板与第二运动件区段之间具有三个彼此相同间隔开的间隔保持件。由此可以特别有利地使主阀板的径向运动最小化。有利地，至少一个间隔保持件通过球构成。例如，第二运动件区段可以具有球并且形成一种球保持架由此可以使主阀板特别简单且平稳运转地轴向运动，并且同时可以将径向运动保持得小。
38.可以有利的是，在根据本发明的燃料电池系统中，长形运动件在第二运动件区段中在该长形运动件的端侧与第一径向环绕的突出部之间的区域中具有沿着长形运动件的轴向轴线的通流通道，并且长形运动件在第一径向环绕的突出部与第二径向突出部之间的区域中具有至长形运动件的周面的至少一个与通流通道流体连通地连接的横向通道，用于引导流体源的流体通过。由此可以提高、尤其有利地在压力平衡位置中提高流体源的流体到燃料电池堆叠中的通流，并且可以特别快速地实现至少部分的压力平衡，使得可以使阀特别快速地转移到打开位置中。通流通道可以是孔。至少一个横向通道也可以是孔。孔能够特别快速和简单地实现。
39.有利地，在根据本发明的燃料电池系统中，阀壳体和/或长形运动件可以具有用于确定长形运动件在阀的打开位置中的最终位置的止挡。通过确定最终位置可以特别简单地防止使驱动单元过载。此外可以防止损坏阀。止挡可以通过纵向引导件构成。此外，止挡可以与阀壳体和/或长形运动件一体地构造。止挡也可以与阀壳体一体地并且此外绕着运动件套筒状地构造。由此，运动件可以通过纵向引导件特别有利地辅助引导。也可以考虑，第
一径向环绕的突出部在背离主阀板的一侧上具有止挡并且在最终位置中压抵着阀壳体。这样的止挡可以与第一径向环绕的突出部特别简单地构造。
40.根据第二方面，本发明示出一种用于控制流体源的流体流入或流出根据本发明的燃料电池系统的燃料电池堆叠的通流的方法，该方法从阀的关闭位置出发具有如下步骤：
41.a)通过控制单元操控驱动单元，用于通过驱动单元施加驱动力到长形运动件上；
42.b)通过控制单元操控驱动单元，用于提高驱动力直至该驱动力大于反作用于该驱动力的第一径向环绕的突出部的第一关闭力，使得运动件从关闭位置转移到压力平衡位置中；
43.c)通过控制单元操控驱动单元，用于提高驱动力直至该驱动力大于反作用于该驱动力的主阀板的关闭力连同第一径向环绕的突出部的反作用的第二关闭力，使得阀从压力平衡位置转移到打开位置中；
44.d)通过控制单元操控驱动单元，用于保持驱动力以便将阀保持在该打开位置中，或者用于提高驱动力以便使阀转移到另一打开位置中并且提高流体源的流体流入或流出燃料电池堆叠的通流；
45.e)通过控制单元操控驱动单元，用于使阀从打开位置或另一打开位置经由压力平衡位置返回到关闭位置中。
46.作为关闭力可以理解为由于在阀的两侧上的压力差而引起的力。作为关闭力也可以理解为如下力：该力通过机械构件如弹簧施加。更多的力也可以累加为关闭力。这指的是，例如一方面由于在阀的两侧上的压力差引起的关闭力可以被施加到运动件的第一径向环绕的突出部上，而另一方面附加地由于弹簧引起的关闭力可以被施加到第一径向环绕的突出部上。因此，例如在步骤b)中施加驱动力，该驱动力大于由于压力差引起的关闭力连同由于弹簧引起的关闭力，以便使运动件从关闭位置转移到压力平衡位置中。
47.根据本发明的第二方面的方法具有与已经对于根据本发明的第一方面的燃料电池系统所描述的优点相同的优点。
附图说明
48.另外的改进本发明的措施由对于本发明的一些实施例的如下描述得出，这些实施例在附图中示意性地示出。所有由权利要求、说明书或附图得到的特征和/或优点包含结构设计上的细节、空间布置和方法步骤可以不但自身而且以不同的组合对于本发明是重要的。在此应注意的是，附图仅具有描述的特点且不应考虑为以任何形式限制本发明。
49.在此示意性地示出：
50.图1在阀壳体中的阀的横截面，其中，所述阀处于关闭位置中；
51.图2在阀壳体中的阀的横截面，其中，所述阀处于压力平衡位置中；
52.图3在阀壳体中的阀的横截面，其中，所述阀处于打开位置中；
53.图4在阀壳体中的阀的横截面，其中，所述阀处于压力平衡位置中；
54.图5在阀壳体中的阀的横截面，其中，所述阀处于关闭位置中；
55.图6根据本发明的燃料电池系统；和
56.图7根据本发明的方法。
57.在下面的附图中，对于不同实施例的相同的技术特征也使用相同的附图标记。
具体实施方式
58.在图1至3中分别示出在根据本发明的燃料电池系统200的一个实施例的阀壳体50中的阀10的横截面。在图1中示出在关闭位置中的阀，在图2中示出在压力平衡位置中的阀，而在图3中示出在打开位置中的阀。
59.如图1所公开的那样，阀10布置在阀壳体50中，其中，壳体具有输入连接开口x和输出连接开口y。阀10和阀壳体50形成所谓的角阀。在图1中，阀处于关闭位置中。驱动单元12例如可以在燃料电池系统200关闭时被控制单元操控，并且阀10可以通过运动件20沿从第一径向环绕的突出部31至第二径向突出部36的方向沿着该运动件20的轴向轴线a的运动从打开位置转移到关闭位置中。在关闭位置中，流体源102的流体从输入连接开口x流至输出连接开口y的通流大部分地、尤其是完全中断。运动件20包括第一运动件区段21和第二运动件区段22，其中，第一运动件区段21在运动件引导部52中被引导，其中，第二运动件区段22除基体之外还具有第一径向环绕的突出部31和第二径向突出部36。第一径向环绕的突出部31的径向环绕的密封面配对区段32(其在此构造为隆起部)在关闭位置中压抵着主阀板60的第一径向环绕的密封面区段64。第二径向环绕的密封面区段65又压抵着壳体50的径向环绕的密封面配对区段51。径向环绕的密封面配对区段51同样构造为隆起部。通过径向环绕的区段31、32、51、64和65可以确保在阀的关闭位置中的特别有利的密封效果。
60.在图2中，阀处于在压力平衡位置中。阀10可以从如图1所示的关闭位置转移到压力平衡位置中，其方式是：驱动单元12使运动件20沿从第二径向突出部36至第一径向环绕的突出部31的方向沿着该运动件20的轴向轴线a运动。该运动可以特别简单地实现，因为第一径向环绕的突出部31关于长形运动件20的轴向轴线a的延伸尺度小于阀壳体50的径向环绕的密封面配对区段51相对于长形运动件20的轴向轴线a的间距d2。因此，径向环绕的密封面配对区段32与第一径向环绕的密封面区段64脱开，并且在第一径向环绕的突出部31和主阀板60之间形成间隙。该间隙可以形成，因为主阀板60的厚度t小于第一径向环绕的突出部31与第二径向突出部36之间的间距d1。有利地，现在流体可以从输入连接开口x、通过间隙、经由流体流动通道c(其在可运动地支承的主阀板60与第二运动件区段22之间、在第一径向环绕的突出部31与第二径向突出部36之间的区域中形成)并且经由第二径向突出部中的缺口39流至输出连接开口y。示意性地，流体的通流以s表示。由此能够特别简单地实现在阀10的两侧之间的第一压力平衡。因此现在可以简化地、即以小的力提升主阀板60，并且可以使阀10转移到打开位置中。这例如在从流体源102至燃料电池系统200的燃料电池堆叠100的阴极气体路径中可以是有利的，在该阴极气体路径中，在输入连接开口x上存在处于压力下的空气，并且在输出连接开口y上存在较低的压力，例如环境压力。
61.在图3中，阀10处于打开位置中。阀10可以从如图2所示的压力平衡位置转移到打开位置中，其方式是：驱动单元12使运动件20继续沿从第二径向突出部36至第一径向环绕的突出部31的方向沿着该运动件20的轴向轴线a运动、尤其是提升。通过之前的压力平衡，主阀板60的提升可以以较小的力实现，如同驱动单元必须提升仅具有一个主阀板、而没有压力平衡的运动件那样。主阀板60的第二径向环绕的密封面区段65从阀壳体50的径向环绕的密封面配对区段51脱开，使得附加地流体源102的流体的通流s，例如流入到燃料电池堆叠100中能够从输入连接开口x通过由主阀板60释放的主开口通流横截面至输出连接开口y实现。
62.在图4中示出在根据本发明的燃料电池系统200的另一实施例的阀壳体50中的阀10的横截面。出于清晰性的原因仅示出阀10和阀壳体50的一部分。对于其余未示出的组件，如例如驱动单元12参照图1至3。在图4中，阀处于压力平衡位置中。长形运动件20在第二运动件区段22中在该长形运动件20的端侧与第一径向环绕的突出部31之间的区域中附加地具有沿着该长形运动件20的轴向轴线a的通流通道28。在此，长形运动件还包括多个彼此相叠且彼此间隔开的、与通流通道28流体连通地连接的横向通道29。通流通道28与横向通道29的组合简化了进一步地引导流体源102的流体通过。通过这些通流通道和横向通道可以减小流体经受的流动阻力。由此，压力平衡可以借助流体的通流s特别快速地发生，并且可以使阀10特别快速地转移到打开位置中。此外，在图4中示出止挡55，其确定阀在打开位置中的最终位置。止挡55在此与阀壳体50一体地构造并且构成纵向引导部52的一部分。此外，在图4中示出围绕长形运动件20的第一运动件区段21的至少一部分的弹簧14。通过弹簧14可以实现长形运动件20的运动，并且因此可以在特别短的时间内实现阀10从打开位置返回到关闭位置中。此外，通过弹簧14可以保证在阀关闭位置中的特别有利的密封效果。
63.在图5中示出在根据本发明的燃料电池系统200的另一实施例的阀壳体50中的阀10的横截面。主阀板60在图5中具有在该主阀板60的内周面上的第一销状的间隔保持件67和与第一销状的间隔保持件67对置的第二销状的间隔保持件67。通过两个间隔保持件67可以特别有利地使主阀板60的径向运动最小化。同时可以获得主阀板60的轴向运动。通过两个销状的间隔保持件67仅略微影响在主阀板60与第二运动件区段22之间的、在第一径向环绕的突出部31与第二径向突出部36之间的区域中的流体流动通道c，使得此外在压力平衡位置中的压力平衡是可能的。在图5中，第二径向突出部36是单独的构件。第二径向突出部36、尤其是盘形的第二径向突出部36借助螺钉37布置在长形运动件20的端侧上。
64.图6示出根据本发明的燃料电池系统200，其具有流体源102、布置在燃料电池堆叠100之前的在阀壳体50a中的阀10a、布置在燃料电池堆叠100之后的在阀壳体50b中的阀10b和控制单元70，控制单元70可以操控阀10a和10b的驱动单元12。阀10a和10b优选地布置在燃料电池系统200的阴极气体路径中。借助布置在阴极气体路径中、即在空气流(空气/氧气)中的阀10a和10b可以减少、尤其防止例如通过空气/空气启动引起的损坏。
65.图7示出根据本发明的方法。阀10在此在开始时位于关闭位置中。在步骤301中，通过控制单元70操控驱动单元12，并且施加驱动力到长形运动件上。在步骤302中，通过控制单元70如此操控驱动单元，使得提高驱动力直至该驱动力大于第一径向环绕的突出部31的反作用的关闭力。如果驱动力大于该关闭力，则将阀10从关闭位置转移到、尤其提升到压力平衡位置中。在压力平衡位置中，现在可以发生在阀10的两侧之间的至少部分、尤其完全的压力平衡。阀10的两侧可以理解为输入连接开口x的区域和输出连接开口y的区域。在步骤303中，现在通过控制单元70如此操控驱动单元12，使得如此提高驱动力直至该驱动力大于反作用于该驱动力的主阀板60的关闭力连同第一径向环绕的突出部31的反作用的第二关闭力。如果是这种情况，则将阀10从压力平衡位置转移到、尤其提升到第一打开位置中。在步骤304中，通过控制单元70如此操控驱动单元，使得或者保持驱动力并且阀10保留在第一打开位置中，或者提高驱动力并且可以使阀10转移到、尤其提升到另一打开位置、尤其是第二打开位置中并且可以提高流体的通流。驱动单元12借助控制单元70的操控由此允许控制流体源102的流体流入或流出燃料电池堆叠100的通流。在步骤305中，通过控制单元70如此
操控驱动单元12，使得阀10从打开位置或者说第一打开位置经由压力平衡位置返回到关闭位置中。例如，驱动力可以减小到零，并且围绕长形运动件20的弹簧14使阀10返回到关闭位置中。