[发明专利]用于运行燃料电池系统的方法、截止阀以及燃料电池堆

说明书

本发明涉及一种用于运行燃料电池系统的方法，在所述方法中，间或地、尤其是在所述系统的停机状态中，借助受压力控制的截止阀(1)中断对燃料电池堆(20)的空气供应，所述截止阀包括能够在两个端部位置之间来回运动的且借助关闭弹簧(2)的弹簧力在密封座(3)的方向上预紧的阀元件(4)。根据本发明，在所述两个端部位置中的至少一个中，所述阀元件(4)附加地通过电磁体(5)和/或永磁体(6)的磁力而保持在相应的端部位置中，其中，所述电磁体(5)和/或所述永磁体(6)与所述阀元件(4)的磁的或能够磁化的部分(7)共同起作用。本发明还涉及一种适用于执行根据本发明的方法的截止阀(1)以及一种具有至少一个根据本发明的截止阀(1)的燃料电池堆(20)。

技术领域

本发明涉及一种用于运行燃料电池系统的方法。在所述方法中，间或地、尤其是在所述系统的停机状态(Stillstand)中，借助受压力控制的截止阀中断对燃料电池系统的燃料电池堆的空气供应。本发明还涉及一种受压力控制的、适用于执行所述方法的截止阀和一种具有根据本发明的截止阀的燃料电池堆。

背景技术

在燃料电池系统中，需要在停机状态下中断燃料电池堆与空气供应的连接的阀。由此应防止，空气或者氧气进一步到达布置在阴极和阳极之间的膜的阴极侧上。因为该氧气通过膜从阴极侧扩散到阳极侧上，并且因而在重新调试系统时导致对燃料电池系统有害的“空对空启动(Air-to-Air Start)”。

空气供应的中断能够例如借助构造为简单止回阀的阀引起。此类阀仅由施加的压力或者占多数的流动情况控制。即，它们是被动的。因而能够取消用于主动控制阀打开的执行机构，这伴随着空间和成本优势。但已经证明，设计在关闭方向上起作用之弹簧的弹簧力是困难的，该弹簧力一方面必须足够地大以便保持止回阀可靠地关闭，另一方面不应过大以便在重新调试系统时不延迟阀的打开。因为在中断空气供应之后应尽可能快地再次达到100％的空气流量，以避免燃料电池中的临时局部差异，所述临时局部差异能够导致系统的退化。

本发明研究这个任务。为了解决该任务，提出了具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求5的特征的截止阀以及具有权利要求12的特征的燃料电池堆。本发明的有利扩展方案从相应的从属权利要求中获悉。

发明内容

在所提出的用于运行燃料电池系统的方法中，间或地、尤其是在所述系统的停机状态中，借助受压力控制的截止阀中断对燃料电池堆的空气供应，所述截止阀包括能够在两个端部位置之间来回运动的且借助关闭弹簧的弹簧力在密封座的方向上预紧的阀元件。根据本发明，在所述两个端部位置中的至少一个中，所述阀元件附加地通过电磁体和/或永磁体的磁力而保持在相应的端部位置中，其中，所述电磁体和/或所述永磁体与所述阀元件的磁的或能够磁化的部分共同起作用(zusammenwirkt或者zusammenwirken)。

在所提出的方法中使用截止阀，该截止阀通过施加的压力被控制并且因而如被动阀一样表现。然而，与传统的被动阀不同，借助电磁体和/或借助永磁体能够产生附加的磁力，当截止阀的阀元件位于两个端部位置中的一个中时，该附加的磁力引起保持力。因此，弹簧力和至少一个磁力作用到阀元件上，其中，优选磁力对阀元件的作用仅是临时的、尤其是受如下时间限制的：在所述时间期间，阀元件处于一个端部位置中。

借助电磁体和/或借助永磁体产生的磁力能够在关闭方向上起作用，使得它辅助关闭弹簧。在这种情况下，关闭弹簧能够设计得更小，使得截止阀在压力上升时更快地打开。

借助电磁体和/或借助永磁体产生的磁力能够在打开方向上起作用，使得截止阀克服关闭弹簧的弹簧力地可靠地保持打开。如果例如在部分负载下流经截止阀的体积流量明显更小，使得存在关闭弹簧无意关闭阀的风险，则这尤其是有利的。

优选，在所提出的方法中，既使用电磁体又使用永磁体。优选，借助电磁体产生第一磁力，并且借助永磁体产生与第一磁力相反的第二磁力。以这种方式，在阀元件的两个端部位置中，能够将附加的保持力施加到阀元件上。