用于燃料电池系统的三通换向器组件的制作方法

专利名称：用于燃料电池系统的三通换向器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三通换向器组件，特别涉及一种包括该HS换向器组件的 燃料电池系统。
技术背景作为一种清洁、有效和保护环境的能源，燃料电池被提出用于各种应用。 单个燃料电池能被串联堆叠在一起形 料电池组。燃料电池组肯嫩提供足够 给电动车辆提供动力的电量。特别的，燃料电池组已被认可为使用在现代车辆 中的传统内燃机的理想铮代。一种願电池组公知为质子交换膜(PEM)燃料电池组。这种典型的PEM 燃料电池包括三个基本部件阴极、阳极和电解质膜。阴极和阳^鹏常包括磨碎的催化剂，例如铂，附着于自粒上且与离聚tr混合。电解，夹于阴极和阳极之间。多孑L扩散介质可以邻近阳极和阴极布置，其利于反应物例如氢气和 空气的传递与分布。在《顿PEM燃料电池组的车辆动力系统中，氢气媳气储存源，例如加压 氢气罐，提供给阳极。空气通过空气压缩单元提供给阴极。氢气在阳极发生电 化学反应从而产生电子和质子。电子i!5i布置于阳极和阴极之间的电路从阳极 传导至阴极。质子穿过电解质膜到达阴极，在阴极来自空气的氧发生电化学反应从而产生氧阴离子。氧阴离子和质子反应形成作为^S产物的水。电化学燃料电池反舰具有公知的、鹏范围，在该范围内反应能有效的发 生。电化学燃料电池反应是放热的，并且一般要雄料电池组在其操作Mf呈期 间保持在期望温荧范围内的温度。在燃料电池组操作的启动操作期间通常采用 补充热量，来将燃料电池组的》戯提高到期望'M范围内。例如，燃料电池组 可以与^4卩剂系统流体舰，该冷却剂系统使^i卩剂循环通过燃料电池组。冷 却剂可以利用例如电加热器加热，以提高燃料电池组的Mjg。冷却剂也可以借 助于循环通过散热器而从燃料电池组输送超量的热，散热器将热排出至环境 空气。/13页在期望加热燃料电池组时皿使围绕散热器的冷却剂换向，以及在期望冷 却燃料电池组时通过弓l导冷却齐l疏向散热器，来调节燃料电池组的M是公知 的。选择地改变冷却齐喊动的换向器组件或阀用作燃料电池系统内的温度调节器。公知的换向阀包括旋转圆盘型阀、三通球阀、三通方縫阀和Hffi蝶阀。旋 转圆盘型阀、三通球阀和三通IIS阀具有允许在阀的固定位置之间泄漏的滑动 密封，并且也可能需要不合期望的扭矩量，动。典型地，HM蝶阀具有位于阀本体内的大体平板。该平板连接到杆，该杆 将该板转向至平行或垂直于冷却剂流动的位置界限(positional limit)。当旋转至 阀的位置界限任一端时，平板被限律侄y衬蹄J流向。与其他公知的阀相比，三 通蝶阀也能利用更多期望量的扭矩致动。但是，传统的HW阀公知的表现为 在阀位置界限之间的基本上以及非线性的流动控制，这是不合期望的。因此，期望制造一种使流动可控性最大化并使& 动需綠小化的换向 器组件。期望地，换向器组件可以用作为燃料电池系统中的温度调节器。发明内容根据本发明，提供一种使流动可控性最大化^H吏,致动需求最小化，以 及可以用作为燃料电池系统中的温度调节器的换向器组件。在一个实施例中，HJl换向器组j袍括具有内表面的壳，该壳包括第一进 口、第一出口和第二出口，其中第一进口适于接收从其通过的流体；和邻^fi第 一进口布置在壳中的可活动构件，其中可活动构件选择地可定位在第一位置界 限和第二位置界限之间，由此当可活动构件在第一位置界限和第二位置界限之 间旋转时流体的回流由限流器最小化。在另一实施例中，燃料电池系统包括燃料电池组，其包括多个燃料电池 并且具有冷却剂流体进口和冷却剂流体出口；泵，所述泵与燃料电池组流体连通并且适于为燃料电池组提供冷却齐喊体；散热器，所述散热器具有散热器进 口和散热器出口，该散热器与燃料电池组和流体泵流体连通；和31换向器组 件，飾置在散鄉和燃料电池组之间，并且适于调节燃料电池组的驗，该 三通换向器组件进一步包括壳，所述壳具有与燃料电池组的冷却剂流体出口 流体魏的第一进口、与散热器出口流体 的第二进口、与燃料电池组的冷 却剂流体进口流体连通的第一出口和与散热器进口流体连通的第二出口；和可 活动构件，其邻近第一进口布置在壳内，其中该可活动构件选择地定位于第一位置界限和第二位置界限之间，从而当可活动构件在第一位置界限和第二位置界限之间旋转时冷却齐U流体的回流由限流器最小化；其中该Hil换向器组件选 择地导致下述其中之一a).7辨卩剂流体敏散热器并且流动至鹏料电池组，b). ^4,流術荒动到散热器，以及c).a)和b)的结合，以恒温地调节燃料电池组。在又一实施例中，燃料电池系统包括燃料电池组，其包括多顿料电池 并且具有阴极进口和阴极出口；空气JBf机，其与燃料电池组流体iiil并且适 于向其提供增压空气流；7K汽输送装置，其与空气压縮机和燃料电池组流体连 通并且适于选择地力卩湿增压空气；和Hit换向器组件，其与空气压縮机、燃料电池组中的每一个以及水汽输送装置流体,，该HM换向器组件适于调节燃料电池组的相对湿度，该三通换向器组件进一步包括壳，其具有与空气压縮机流体皿的第一进口、与水汽输送装置流体M的第一出口和与燃料电池组的阴极进口流体M的第二出口；以及可活动构件，其邻近第一进口布置在壳 内，其中该可活动构件选择地定位于第一位置界限和第二位置界限之间，从而 当可活动构件在第一位置界限和第二位置界限之间旋转时增压空气的回流由限 流器最小化；其中该Hil换向器组件选择地导致下述其中之一a)增压空气绕过水汽输送装置并且流动到燃料电池组，b)增压空气流动到水汽输送装置，以及 c》a)和b)的结合，以调节燃料电池组的湿度。


从下m本发明的各种实施例的详细说明并结合附图，本发明的上述以及其他优点对本领域技术人员来说是显而易见的，其中图i是根据本发明实施例的三通换向器组件的侧臓面亂并肠出Hii换向器组#^作的第一模式和第二模式；图2是图1中图示的三通换向器组件的侧部截面亂其中三通换向器组件 处在操作的第三模式；图3是根据本发明另一实施例的Hil换向器组件的侧繊面亂并且示出 其操作的第一模式和第二模式；图4是根据本发明另一实施例的HM换向器组件的HS阀的前部正视图；图5是图4中图示的三通陶门的侧部正视图；图6是根据发明又一实施例的HM换向器组件的侧臓面图，并且示出其 操作的第一模式和第二模式；图7是图6中的圆圈7内图示的Hffi换向器组件的密封区域的放大截面图;图8是图6中图示的三通换向器组件的侧部截面图，其中Hffl换向器组件 处在操作的第三模式；图9是具有图1至8中图示的HM换向器组件的燃料电池系统的示意图， 其中三通换向器组件适于调节燃料电池组的温度；以及图10是具有图1至8中图示的HS换向器组件的燃料电池系统的示意图， 其中Hil换向器组件适于调节燃料电池组的温度。
具体实施方式
以下详细描述和附图描述和图示了本发明的各种实施例。该描述和附图有 助于本领域技术人员會嫩制造和使用本发明，以及不旨在以任何方式限制本发 明的范围。图1、 2和3描述了根据本发明实施例的三通换向器组件10。在示出的实 施例中，三通换向器组件10包括壳12、枢轴13和可活动构件14。如所示，壳 12是具有可翻构件14布置于其中的分立部件。但是，可以理解的是，壳12 育嫩整体形成为另一部件的一部分，例如燃料电池系统的燃料电池组的端部单 元的一部分。尽管所示的外壳12和可活动构件14由聚合物材料形成，但是可 以理解壳12和可活动构件14會嫩由其他传统的材料形成，例如金属材料、复 合材料以及它们的任意组合。壳12包括第一进口18、第一出口20和第二出口22。如所示，壳12也包 括第二进口 24。第一进口 18和第二进口 24适于接收来自至少一个流体源的流 体流。尽管第一进口 18和第一出口 20形成在壳12的壁26中，以及第口 24和第二出口 22与第一进口 18和第一出口 20相对形鹏壳12的壁26中，但 是可以理解肯,根据需要选择第一进口 18、第一出口 20、第二进口 22和可选 的第二进口 24的其他构造和位置。可活动构件14在壳12的内部旋转，壳12的内部可以是例如大致圆柱形孔。 还可以使用其他合适的壳12的内部尺寸和形状。壁26的内表面30包括形自 其上的限流器32。如图1和2中所示的，限流器32具有大体三角形截面皿并 且包括第一表面34、第二表面36和第三表面38。第一表面34和第二表面36 从壁26的内表面30以大约45度(45° )角向上和向内延伸，以在第三表面38 处会合。第三表面38具有大体凹形并且适于将可活动构j牛14枢转地接收在其中。替代地，限流器32可以具有如图3中所示的大体线形微，其中第一表面 34和第二表面36关于第三表面38从壁26的内表面30以约90度(90° )角向上并横向延伸。如图1 、 2和3中所示的，枢轴13 ，沿轴线A延伸ffl5S壳12而联接到 可活动构件14。可以理解，如果需要的话，枢轴13肖滩与可活动构件14整体 形成。当扭矩施加到枢轴13时，枢轴13使可活动构件14绕轴线A旋转。在示出的实施例中，可活动构件14是M挡板阀，但是应当am据需要可以iM其他阀类型。可活动构件14可选择性地绕轴线A从图1和3中示出的第一位置 界限旋转到图1和3中虚线示出的第二位置荆艮。可活动构件14雌择地定位 于第一位置荆艮和第二位置荆艮之间，例如图2中示出的可、翻构件14的大致 中间錢。可活动构件14的第一位置荆艮到第二隨界限是在从绕轴线A大约 45度(45° )旋转到绕轴线A大约135度(135° )旋转的范围内。如图1和 3中所示的，可活动构件14的第一位置界限到第二位置界限是辦由线A的大约 90度(90° )旋转。应当働早，倉滩根据需要选择第一和第二位置界限的位置。 可活动构件14根据需要选,使流体流向第一出口 20和第二出口 22中的至少 —个o可活动构件14具有大体圆盘皿。可以理解可、，构件14肖嫩根据需要 具有任意糊犬。可活动构件14包括用来接收枢轴13的空心杆40和从可、，构 件14横向向外延伸的凸缘42。杆40的内壁可以包括大致平坦的部分44，该部 分44构造为以与枢轴13的大致平坦表面相配合，以及阻止可活动构件14绕枢 轴13旋转。可以理解的是，如果需要，枢轴13可以固定地粘结到可、g构件 14，例如通过粘结剂。阻止可活动构件14绕枢轴13旋转的其他合适方法可以 被使用，例如多边形枢轴13与匹配的多边形杆40的合作。凸缘42大致是平的并且包括第一表面46和第二表面48。第一表面46邻 近第一进口18。第二表面48布置于相反于第"^面46和第一进口 18。在图l 和2示出的实施例中，第1面48适于当可、)^]构件14 ^m—位置界限处时 邻接限流器32的第一表面34，以及当可活动构件14在第二位置界限处时邻接 限流器32的第二表面36。密封表面50形自可活动构件14的外边缘上。在可活动构件14的第一位置界限处,第一密封表面50邻體26的内表面 30，以在其之间形成大致、^^密封。该密封防止流体从第一进口18流向第二出口 22,并且會嫩对il5!Hffi换向器组件10的流体的流动实现; ^'鹏制。在 由虚线标出的可活动构件14的第二位置界限处，密封表面50邻接壁26的内表 面30，以在其之间形成大^it密封。该密封防止流体从第一进口 18流向第一 出口 20，并且倉,对M3通换向器组件10的流体的流动实现大致线性控制。 如图2中所示的，当可、翻构件14不在位置界限处时，可活动构件14允 许流体从第一进口18流向第一出口20和第二出口22。例如，当可活动构件14 在第一位置界限和第二位置界限之间旋转时，i!31最小化经过第二表面48和内 表面30的回流，图1 、 2和3中显示的限流器32防止流体控制的非线性。应当 知道，例如，在燃料电池系统中，在冷却剂流体的通常流动速度下，在三通换 向器组件10的操作期间，在第一位置界限和第二位置界限中的每一个位置界限 处的可活动构件14提供小于大约200cc/併中的流^t漏，特另哋小于大约100cc/ 併中，并且更特另哋小于大约50cc/併中的流條漏。根据需要可以选麟他合 适的渗漏容限。参考图4和5，可活动构件14也可以包括形成于其上的至少一个支肋状支 撑件58和布置于其上的弹性密封件60。该至少一个支撑件58从凸缘42延伸至 杆40，以加强可活动构件14和防止其挠曲。如所示的，弹性密封件60布置在 可活动构件14的外边缘上，以有助于在可活动构件14和壳12的壁26的内表 面30之间的，、^^密封。弹性密封件60还可有助于在可活动构件14和枢轴 13之间的烦^^密封。由弹性密封件60鹏形成的该大致鹏密封防止在可 活动构件14和内表面30，以及在可活动构件14禾啦轴13中至少一个之间的流 Wi漏。在非限制示例中，弹性密封件60是成型的橡胶。本领域駄人员应当 认识至吔可以i顿其他魏的弹性密封件60。图6、 7和8描述了本发明另一实施例，其包括类似于图1至5中示出的三 通换向器组件。关于图1至5中描述的类似结构的附图标记以带有符号撇(') 在图6、 7和8中重复。HM换向器组件10'包括壳12'、枢轴13邻可活动构件14'。如所示的，壳 12'是具有可活动构件14'布置于其中的分立部件。但是，可以 壳12'肖嫩整 体形成为另一部件的一部分，例如燃料电池系统的燃料电池组的端部单元的一 部分。尽管所示的壳12邻可活动构件14'由聚合物材料形成，但是可以理解壳 12'和可活动构件14'能够由其他传统的材料形成，例如金属材料、复合材料以及它们的任意组合。壳12'包括第一进口18'、第一出口20'和第二出口22'。如所示，壳12'也包 括第二进口24'。第一进口 18邻第二进口24'适于接收来自至少一个流体源的流 。尽管第一进口 18邻第一出口 20'形成在壳12怖壁26'中，以及第二进口 24'和第二出口 22'与第一进口 18'和第一出口 2(V相对地形鹏壳12'的壁26'中， 但是可以理解肯,根据需要选择第一进口18'、第一出口20'、第二进口22'和可 选择的第口24'的其他构造和位置。可、赫构件14'在壳12'的内部旋转，壳 12'的内部可以是例如大致圆柱形孔。也还可以{顿其他，的壳12'的内部尺寸 和微。如所示的，枢轴13'大致沿轴线A'延伸通过壳12'而耦合到可活动构件14'。 可以理解，如果需要，枢轴13'育嫩与可活动构件14' |1形成。当TO施加到 枢轴B'时，枢轴13'使可活动构件14'織由线A'旋转。在示出的实施例中，可活 动构件14'是 挡板阀，但是应当理解根据需要可以使用其他阀类型。可活动 构件14'可选择性地繊轴线A'从图6中示出的第一位置界P艮旋转到图6中由虚 线标出的第二位置界限。可、，构件14'也选掛也定位于第一位置界限和第二位 置界限之间，例如图8中示出的可活动构件14'的大致中间位置。可活动构件14' 的第一位置荆艮到第二錢界限是在从绕轴线A'大约45度(45° )旋转到绕轴 线A'大约135度(135° 〉旋转的范围内。可活动构件14加第一位置界限到第 二位置界限是绕轴线A'的大约90度(90° )旋转。应当理解，育,根据需要选 择第一和第二位置界限的位置。可活动构件14'根据需要选择地使流#^向第一 出口 20'和第二出口 22'中的至少一个。可活动构件14'具有大体圆盘微。可以理解可、赫构件14'肯嫩根据需要 具有任意形状。可、糊构件14'包括用来接收枢轴13'的空心杆40'、从空心杆40' 横向向外延伸的第一凸缘42邻形^i其上的限流器，例如从空心杆40'横向向 外延伸的第二凸缘64。杆40'的内壁可以包括大致平坦的部分44'，该部分44' 构造为以与枢轴13'的大致平坦的表面相配合，以及阻止可活动构件14'绕枢轴 13旋转。可以理解，如果需要，枢轴13可以固定地粘结到可、赫构件14'，例 如M粘结剂。阻止可活动构件14'绕枢轴13'旋转的其他魏方法可以被j顿， 例如多边形枢轴13'与匹配的多边形杆40'的合作。第一凸缘42'大致是平的并且包括第一表面46'和第二表面48'。第一表面46'邻近第一进口18'。第二表面48'布置于相反于第一表面46邻第一进口18'。图7 中示出的密封表面50'形鹏可活动构件14'的夕卜纖上。第二凸缘64包括密封 表面66。举例来说，密封表面66和内表面30之间的间隙从大约0.01mm至l伏约 0.5ram，特别地从大约0.05mm到大约0.4鹏，更特别地从大约O.l鹏到大约0.3,。 也可以OT其他^S的间隙。在可活动构件14'的第一位置界限处，密封表面50'邻接壁26'的内表面30'， 以在其之间形成大致、鹏密封。该密封防止流体織一进口 18'流向第二出口 22',并且肖,对M3U奂向器组件10'的流体的流动实现:^^性控制。在由 虚线标出的可活动构件14'的第二位置界限处，密封表面50'邻接壁26'的内表面 30'，以在其之间形成大致^^t密封。该密封防止流体，一进口 18'流向第一出 口 20'，并且育嫩对M5iH通换向器组件10'流体的流动进行:^a性控制。如图8中所示的，当可活动构件14'不在位置界限处时，可i赫构件14'允 许流体从第一进口 18'流向第一出口 20'和第二出口 22'。第二凸缘64的密封表面 66邻體26怖内表面30'，以在其之间形成大致舰密封。例如，当可活动构 件14'錢一位置界限和第二位置界限之间旋转时，M最小化经过第1面48' 和内表面30'的回流第二凸缘64防止流体控制的非线性。应当知道，例如，在 燃料电池系统中，在冷却齐J流体的通常流动繊下，在HM换向器组件10'的操 作期间，在第一位置界限和第二位置界限中的每一个位置界限处的可活动构件 14'提供小于大约200cc/併中的流i^f漏，特别地小于大约100cc/併中，并且更 特别地小于大约50cc^H中的流條漏。根据需要可以选择其他賴的渗漏容限。可$^构件14'也可以包括形成于其上的至少一^h支肋^bt支撑件(未示出) 和布置于其上的弹性密封件60'。该至少一个支撑件从凸缘42'延伸至杆40'以加 强可活动构件14邻防止其挠曲。如所示的，弹性密封件60'布置在可活动构件 14'的外職上，以有助于在可活动构件14邻壳12'的壁26'的内表面30'之间的 大致M^t密封。弹性密封件60'还可有助于在可活动构件14邻枢轴13'之间的大 致鹏密封。由弹性密封件60'鹏形成的该大欽鹏密封防止在可、翻构件14' 和内表面30'、以及在可活动构件14邻枢轴13'中至少一个之间的流條漏。可 以理解，弹性密封件60'也可以布置在第二凸缘64的夕卜边缘上，以有助于綠 二凸缘64和壳12怖壁26'的内表面30'之间的^im^密封。在非限制性示例中， 弹性密封件60'是成型的赚。本领域技术人员应当认识至吔可以4顿其他合适的弹性密封件60'。如图9中示出的，本发明进一步包括具有HiI换向器组件布置于其中的第 "^燃料电池系统100。关于图1至8中描述的类似结构的附图新己以带有符号撇 (")在图9中重复。第一燃料电池系统100包括燃料电池组102、流体泵104和散热器106。燃 料电池组102包括多个燃料电池并且具有冷却齐l爐口 108和7转P剂出口 110，用 于循环冷却齐IJ流体(例如水)ilit所述^4P齐i腿口 108和mP剂出口 110以达 到调节燃料电池组102的温度的目的。示例性的燃料电、鹏且100在本申请人的 正在审査的U.S.申请No.11/874,317的申请中被描述，feiaM参考全部并A^ 文。流体泵104与燃料电池组102流体iiffl，并且适于为燃料电池组102提供 7衬P齐喊体的流动。^^'J来说，流体泵104可以是辨蹄孫统的一部分，该冷 却剂系统具有，例如，冷却剂罐(未显示)以容纳经过冷却齐孫统至鹏料电池 组102往返循环的冷却剂流体。泵104与散热器106流体连通。散热器106具 有散热器进口 H2和散热器出口 114。散热器106还与燃料电池组102流体)iil， 并且适于将来自流动通过燃料电池组102的7賴蹄J流体的过量的热排出至iJ环境 空气。在具体图示性实施例中，HM换向器组件IO"布置在燃料电池组102和散 繊106之间，并SiS于恒温地调节燃料电池组102。 3t换向器组件IO"的第 —进口 18"与燃料电池组102的冷却剂出口 110流体连通。H31换向器组件10〃 的第口 24"与散热器出口 114流体魏。Hil换向器组件IO"的第一 出口 20〃 与燃料电池组102的y衬P剂进口 108流体,。三通换向器组件IO"的第二出口 22〃与散热器迸口 m流体魏。第一燃料电池系统100可以进一步包括致动器116。致动器116连接到三 通换向器组件IO,可活动构件M〃。致动器116适于在期望时使可活动构件14〃 绕轴线A"旋转。致动器116可以包括步进电机，例如，构造^t择地并且精确 地旋转可,构件14"到，一位置界限到第二位置界限中的任意需要的位置。 在另一实施例中，致动器116与H3I换向器组件10",形成。其他M的致动 器116也可以被使用。第一燃料电池系统100还可以包括控制器118。控制器118与HM换向器组件10"电气M。控讳幡118选择地控制可活动构件14"在3I换向器组件10〃 内的位置，从而恒温地调节燃料电池组102。在具体实施例中，控制器118与致 动器116电气连通，并皿择地控制致动器116以使可活动构件14"旋转到需要 的位置。应当理解，燃料电池系统100可以包括与控制器118电气M的至少一个 传繊120。传繊120提供燃料电池组102的状态反馈，控制器118接收并且 处理该反馈以用于控制Hil换向器组件IO"为目的。对燃料电池组102状态的反 馈可以连续监测，以响应于"实时"状态而指令Hffi换向器组件10"。作为非限 制性示例，传感器120可以是鹏传麟。鄉崃说，、驗传麟可以在辨卩 剂流体迸入燃料电池组102之前、在燃料电池组102处和7衬卩齐l硫体离开燃料 电池组102之后中的至少之一监测7似卩齐U流体的、鹏。用于利用传繊120监 测,的第一燃料电池系统100内的其^jg合位置也可以被使用。该至少一个传感器120也可以提供与具有第一燃料电池系统100的电动车 辆(未显示)的瞬时状态相关的反馈。作为非限律敝示例，该至少一个传感器 120可以响应于电动，的"开节气门"状态。M少一个传感器120可以提供 糊状态的反馈给控制器118。控带藤118例如S^顿合适的算法纖学关系 可以预测与汽车状态相关的燃料电池组102的鹏变化。控翁勝118控制三通 换向器组件IO"以恒温地调节燃料电池组102，以及在温度的预期变tt^前保持 燃料电池组102的M在需要的范围内。在操作中，Hffi换向器组件IO"选择地促使:a).7賴卩齐臓体绕过散热器106， b).m口剂流体流向散热器106，和c).a)和b)的结合，以恒温地调节燃料电池组 102。對列来说，在燃料电池组102操作的启动操作期间，M31防止来自冷却剂 流体的热经过散繊106排出，以及使辨卩齐硫体再循环至燃料电池组102,三活动^件;4"至图i、、 3和6中示出的第二^:置界限处，可以促:賴卩剂流体绕过散繊。可活动构件14"旋转至第一位置界限可以与壳12〃形成大致^M密封, 从而促使冷却剂流体从第一出口18"，经过Hil换向器组件10"，流出第一出口 20"，绕过散热器106，并且到燃料电M^且102。操作在这种方式下的Hffi换向 器组件IO"处于"绕过散热器模式"。由于燃料电池组102内的电化学反应是放 热的，所以当辦卿疏体循环经过燃料电池组102时，冷却齐lj流体的^g逐渐增加。冷却剂流体兩盾环舰燃料电池组102，鼓燃料电池组102的纟驢处 于需要的温度范围内为止。在31换向器组件10〃的进~^操作期间，HM换向器组件lO"防ihM料电 池组102的过热。HS换向器组件10"可以促傲衬P剂流体流向散热器106，在 散热器106任何过量的热被，^M料电池系统100中排出。鄉ij来说，可活 动构件14"可以旋转至图1、 3和6中由虚线标出的第二位置界限处。旋转至第 二位置界限处的可活动构件14〃可以与外壳12"形成烦、鹏密封，从而促使冷 却齐喊体，一出口18",经i!HM换向器组件10"，流出第二出口22"，并流 向散热器106。操作在这种方式下的三通换向器组件10〃处于"散热,式"。在实现燃料电池组102的期望、,后，辨卩齐顿体的第一部分可以被促使 流向散热器106。7甜蹄硫体的第二部分可以同时被促使绕过散热器106并且流 向燃料电池组102。具有不同温度的冷却剂流体的第一和第二部分被结合并且循 环至燃料电池组102,从而将燃料电池组102的^JS保持在期望范围内。根据本发明的第二燃料电池系统200在图10中示出。关于图1至8中描述 的类似结构的附图标记以带有符号撇('")在图10中重复。第二燃料电池系统200使用HM换向器组件IO'"来调节燃料电池组102'"的 相对湿度。第二燃料电池系统200包括具有第一进口18"'、第一出口20"'和第二 出口 22'"的Hil换向器组件10"'。第二燃料电池系统200进一步包括本领域公知 的燃料电池组102"'、空气压縮l几202、和加湿器^7乂汽输送(WVT)装置204。 燃料电池组102"'具有多个燃料电池、阴l腿口 206和阴极出口 208。空气臓 机202与燃料电池组102"'流体连通，并且适于为燃料电池组102"'提供增压空气 流。WVT装置204与空气压縮机202和燃料电池组102"琉体连通。WVT装置 204适于选择地加湿提供给燃料电池组102'"的增压空气。举例来说，WVT装置 204可以从离开阴极出口 208的阴极废气流输;i^K分给增压空气。也可使用用于 加湿增压空气的其他合适方法。Hil换向器组件IO'"布置为与空气压縮机202、燃料电池组102"'中的每一 个和WVT装置204 3^il。第一进口 18'"与空气压縮机202流体舰。第一出口 20"'与燃料电池系统102"'流体翻。第二出口 22"'与WVT縫204流体3gffi。 HM换向器组件IO'"适于选择地促使a)增压空气鄉WVT装置204并且流向 燃料电池组102"'， b)增压空气流向WVT装置204，以及c)a)和b)的结合，从而在进一步实施例中，第二燃料电池系统200包括致动器116"'、控制器118'" 以及至少一个湿度传感器120'"。致动器116"'连接到Hil换向器组件IO'"的可活 动构件14"'。致动器116"'选择地使可活动构件14"'绕轴线A"'爐一體界限旋 转到第二位置界限，以及到第一位置界限与第二位置界限之间的期望位置。控 律螺118'"与致动器116"'电气,。控库職118"'选择地控律何、翻构件14'"的位 置，以调节燃料电池组102'"的湿度。该至少一个M传繊120"'与控律iJ器电气 魏，并且提供增压空气相对纟鹏的反馈给控制器118'"以用于控制Hil换向器 组件10'"的目的。在操作中，当可活动构件14'"位于第一位置界限处时，三通换向器组件10"' 可以将来自空气压縮机202的增压空气传,WVT装置204。当可活动构件 14"'位于第二位置界限处时，三通换向器组件IO"'也可以鄉WVT縫204并 且将来自空气压縮机202的增压空气#^燃料电池组102"'。当可活动构件14"' 处于第一和第二位置界限之间的位置处时，增压空气可以被加湿至期望水平并 且传趟燃料电池组102"'。燃料电池组102'"的相对湿度从而被调节。本领域普通技术人员应当同样理解，此处描述的HS换向器组件10、 10'、 10"、 10'"可以代替本领域目前使用并且公知的任何H3I阀而用于燃料电池系统 中。意夕卜发现，具有可活动构件14、 14'、 14"、 14'"的H31换向器组件10、 10'、 10"、 lO"'没有与公知的Hm可活动构件相关的控制问题。特别的，与公知的H3t 可、赫构件相比，可、駒构件14、 14'、 14"、 14"'产生流條动与可活动构件14、 14'、 14"、 14"'位置之间更加线性的关系。流條动与可活动构件14、 14'、 14"、 14"'位置之间更加线性的关系可能部分地由于形成在壳12的内表面30上柳艮流 器32或者形鹏可活动构件14、 14'、 14"、 14"'上的第二凸缘64。在第一和第二位置界限中每一处的大致^it密封在例如冷却剂流体渗漏可 导致燃料电池组102 、鍵的低鹏加时的^^F境鹏下特另批于公知的阀。在 第一和第二位置界限中每一处的大致液封密封还在冷却剂流体渗漏可导致燃料 电池组102不合期望的过热的高MJt环境下优于公知的阀。此外，致动三通换向器组件IO、 10'、 10"、 10"所需的扭矩量与^柳本领域 公知的三通可活动构件大致相同。当连接到Jd^描述的致动器116、 116'"时，三通换向器组件10、 10'、 10"、 IO"'倉辦执行为用于燃料电池组102的至少一个电 温度调节器，以及执行为用于燃料电池组102'"的相外湿度调节器。此处描述的HS换向器组件10、 10'、 10"、 10'"的〗顿允许斷戈常规的换向 器组件和常规的电 ，调节器两者而用于控制燃料电池组102、 102'"的,。因 此，HM换向器组件IO、 10'、 10"、 IO'I赚料电池系统IOO、 200简化，以及减 少了它的制造成本。虽然为了图示本发明的目的示出某些代表性实施例和细节，但是，对本领 域技术人员来说是显而易见的是，在不偏离进一步由所附权利要求描述的本公 开范围的情况下，可以作出各种改变。
权利要求
1、一种三通换向器组件，包括具有内表面的壳，该壳包括第一进口、第一出口和第二出口，其中第一进口适于接收从其通过的流体；和布置在壳中邻近第一进口的可活动构件，其中可活动构件选择地定位于第一位置界限和第二位置界限之间，并且从而当可活动构件在第一位置界限和第二位置界限之间旋转时流体的回流由限流器最小化。
2、 根据权利要求1的H31换向器组件，其中可活动构件选择地促使流, 向第一出口和第二出口中的至少一个。
3、 根据权利要求1的三通换向器组件，其中限流器形成在壳的内表面上。
4、 根据权利要求3的Hffl换向器组件，其中限流，有大致三角形 面 皿和大，性，M面,中之一。
5、 根据权利要求3的HM换向器组件，其中可活动构件在第一位置界限和 第二位置界P艮邻接限流器。
6、 根据权利要求1的Hffl换向器组件，其中P艮流器形鹏可活动构件上。
7、 根据权禾腰求6的H3I换向器组件，其中限流器是形鹏可活动构件上 从可、翻构件横向向外延伸的的凸缘。
8、 根据权利要求1的Hil换向器组件，其中形自可活动构件上的密封表 面在第一位置界限和第二位置界限处邻接壳的内表面，以在其之间形成大致液 封密封。
9、 根据权利要求1的HM换向器组件，其中可活动构ft^括弹性密封件。
10、 根据权利要求1的HM换向器组件，其中^括适于接收从其Mil的 流体的第二进口。
11、根据权利要求的Hii换向器组件，还包括布置^lil壳并且连接到可活动构件的枢轴，其中当担矩施加到所述枢轴0 轴使可活动构件绕轴线旋 转。
12、根据权利要求n的HM换向器组件，其中可、，1^#^括用于接收枢 轴的至少一个孔，该至少一个孔具有M平坦的部分，所述部分构造成接收枢 轴的，平坦的表面和阻止可活动构件绕枢轴的旋转。
13、 一种燃料电池系统，包括燃料电池组，所述燃料电池组包括多个燃料电池并且具有y賴瞎l硫体进口和;l嘲剂流体出口；泵，所述泵与燃料电池组流体M和适于为其提m4赠喊体；散热器，所述散热器具有散热器进口和散热器出口，该散热器与燃料电池 组和流体泵流体iiil;和Hil换向器组件，所述HS换向器组件布置在散繊和燃料电、鹏之间， 并且适于调节燃料电池组的温度，该HM换向器组件进一步包括..壳，所述壳具有与燃料电池组的7^,硫体出口流体舰的第一进口、与散热器出口流体连通的第二进口、与燃料电池组的冷却剂流体进口流体3^I的第一出口和与散热器进口流体3SI的第二出口；和可活动构件，所述可活动构件布置在壳内邻近第一进口，其中该可活动构件选择地定位于第一位置界限和第二位置界限之间，并且从而当可活动构件在第一位置界限和第二位置界限之间旋转时 H口剂流体的回流由限流器最小化；其中该三通换向器组件选择地促使下述其中之一a)7转I3齐硫体鄉散热 器并且流向燃料电池组，b).冷却剂流体流向散皿，以及c).a)和b)的结合，以 便恒温地调节燃料电池组。
14、 根据权利要求13的ii料电池系统，进一步包,接到三通换向器组件 的可活动构件的致动器，该致动器选择地使可活动构件绕轴线从第一位置界限 旋转到第二位置界限。
15、 根据权禾腰求14的燃料电池系统，其中致动器就可活动构4帷置提供精确控制的步进电机。
16、 根据权利要求14的燃料电池系统，进一步包括与致动器电气,的控 制滕，该控制器选择地控制可活动构件的位置，以恒温地调节燃料电池组。
17、 根据权利要求16的燃料电池系统，进一步包括至少一个传感器，所述 至少一个传感器与控第'藤电气连通并且向控制，供冷却剂流^M度和燃料电 池组状态两者之一的反馈。
18、 根据权利要求13的燃料电池系统，其中i)可活动构件的密封表面鄉一位置界限处与壳形成大致、 密封，这促使冷却剂流体绕过散热器并且流向燃料电池组；ii)可活动构件的密封表面在第二^S界限处与壳形成大致^M密封，这促使7賴卩剂流條流向燃料电池组之前流向散繊；和iii)錢一位置界 限和第二位置界限之间的位置处的可活动构件促使冷却剂流体的第一部分绕过 散热器并且流向燃料电池组，以及辦蹄J流体的第二部分流向燃料电池组。
19、 一种燃料电池系统，包括燃料电池组，所述燃料电池组包括多个燃料电池并且具有阴f腿口和阴极 出口； ，空气压縮机，所述空气jra机与燃料电池组流体3iit,并且适于向其提供增压空气流；ZK汽输送装置，所述水汽输送装置与空气压縮机和燃料电池组流体连通， 并且适于选择地加湿增压空气；和HM换向器组件，所述Hil换向器组件与空气压缩机、燃料电池组中的每一个以及水汽输送装置流体连通，该H31换向器组件适于调节燃料电池组的相赠鹏，该H3I换向器组件进一步包括壳，所述壳具有与空气压^m流体鄉的第一进口、与燃料电池组的阴极进口流体连通的第一出口和与水^I^装置流体3^I的第二出口，和可g构件，所述可活动构件布置在壳内邻近第一进口，其中该可活 动构件选 定位于第一位置界限和第二位置界限之间，并且从而当可活 动构件在第一位置界限和第二位置界限之间旋转时增压空气的回流由限流器最小化；其中该三通换向器组件选择地促使下述其中之一a).增压空气绕M7K汽输皿置并且流向燃料电池组、b).填充增压空气流向水汽输送装置，以及c).a)和 b)的结合，以调节燃料电池组的MS。
20、 根据权利要求19的燃料电池系统，进一步包括致动器，所述致动器连接到HM换向器组件的可糊构件，该致动器选择 地使可活动构件绕轴线i^一位置界限旋转到第二位置界限；控制器，所述控制器与致动器电气顿，该控制器选择地控制可活动构件 的位置，以调节Jt料电池组的湿度；和至少一个湿度传感器，所述至少一个湿度传感器与控制器电连通，并且向 所鹏制器提供增压空气鹏的反馈。
全文摘要
提供一种具有可活动构件的三通换向器组件。该三通换向器组件包括具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口的壳。第一进口和第二进口适于接收流体。布置于外壳内邻近第一进口的可活动构件可绕轴线从第一位置界限旋转到第二位置界限，以及选择性地置于其之间。还提供一种具有用于调节燃料电池组的温度和湿度的三通换向器组件的燃料电池系统。
文档编号H01M8/04GK101608700SQ20091015958
公开日2009年12月23日 申请日期2009年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者B·安德里斯-肖特, T·P·米格利奥尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司