[发明专利]用于燃料电池系统的三通换向器组件

说明书

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三通换向器组件的 燃料电池系统。

背景技术

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成燃料电池组。燃料电池组能够提供足够 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替代。

一种燃料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。阴极和阳极通常包括磨 碎的催化剂，例如铂，附着于碳颗粒上且与离聚物混合。电解质膜夹于阴极和 阳极之间。多孔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。

在使用PEM燃料电池组的车辆动力系统中，氢气从氢气储存源，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。电子通过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反应产物的水。

电化学燃料电池反应还具有公知的温度范围，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，并且一般要让燃料电池组在其操作过程期 间保持在期望温度范围内的温度。在燃料电池组操作的启动操作期间通常采用 补充热量，来将燃料电池组的温度提高到期望温度范围内。例如，燃料电池组 可以与冷却剂系统流体连通，该冷却剂系统使冷却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温度。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走过量的热，散热器将热排出至环境 空气。

在期望加热燃料电池组时通过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引导冷却剂流向散热器，来调节燃料电池组的温度是公知 的。选择地改变冷却剂流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、三通旋塞阀和三通蝶阀。旋 转圆盘型阀、三通球阀和三通旋塞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来致动。

典型地，三通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，平板被限制至冷却剂流向。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，传统的三通蝶阀公知的表现为 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扭矩致动需求最小化的换向 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并使扭矩致动需求最小化，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，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；和邻近第 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。