專利名稱：半被動背壓控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及背壓控制閥，并且尤其涉及燃料電池系統(tǒng)中的背壓控制閥、控制背壓的方法以及燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
固相聚合物電解質(zhì)燃料電池的典型例子具有膜電極組件，其中，在固相聚合物電解質(zhì)膜的相對側(cè)上設(shè)置陽極和陰極。每個(gè)電極組件放置在一對隔板之間以便支撐該電極組件并且形成平板單元電池，并且通常堆疊特定數(shù)量的單元電池以獲得燃料電池組。在每個(gè)單元電池中，在陽極面對的隔板的表面上形成燃料氣體流過的燃料氣體通 道；同樣地，在陰極隔板的表面上形成氧化氣體流過的氧化氣體通道。另外，在一個(gè)單元電池的隔板與接近前一單元電池的另一單元電池的隔板之間形成冷卻劑流過的冷卻劑通道。通過打開背壓控制閥向氧化氣體通道供應(yīng)氧化氣體，該背壓控制閥連在氧化氣體通道相對于燃料電池的下游端上。如果具有較小截面面積的氧化氣體通道接收供應(yīng)的大量氧化氣體，就能夠獲得高流速，并且能夠有效地排出燃料電池產(chǎn)生的水。然而，在背壓控制閥附近，氣體通道的截面面積較大。因此，通常不能獲得足夠的流速并且燃料電池釋放的產(chǎn)出水的一部分可能留下。一方面，通過背壓控制閥的打開程度來控制供應(yīng)給燃料電池的氧化氣體的流速和壓力。背壓控制閥，例如蝶形閥，連在氧化氣體通道上。通用蝶形閥基本上是對稱的以便閥兩側(cè)的壓差不會在樞軸附近形成顯著的轉(zhuǎn)矩。而且，當(dāng)應(yīng)用到背壓控制時(shí)，傳統(tǒng)的蝶形閥必須頻繁地依靠致動器來控制閥片位置和引起的壓差。萬一致動器失效，用于電子節(jié)氣門應(yīng)用的大多數(shù)通用蝶形閥關(guān)閉在固定的稍開位置以實(shí)現(xiàn)最低發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在背壓應(yīng)用中，例如在燃料電池系統(tǒng)中，期望閥在停機(jī)時(shí)關(guān)閉，即使失效也部分打開以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的最小流量。因此，期望用于背壓控制閥的另外的實(shí)施例。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種背壓控制閥。該背壓控制閥可安裝在主體中，該主體在其中限定出非對稱流體通道。該閥包括軸、非對稱閥片和偏壓裝置。該軸與該主體協(xié)作以便該軸延伸穿過該非對稱流體通道。該非對稱閥片與該非對稱流體通道內(nèi)的該軸協(xié)作，并且，該非對稱閥片包括被該軸劃分的第一閥片節(jié)段和第二閥片節(jié)段。該第一閥片節(jié)段的表面面積基本上小于該第二閥片節(jié)段的表面面積，以便該非對稱流體通道中的流體壓力通過該非對稱閥片向該軸施加轉(zhuǎn)矩。該偏壓裝置操作性地連接到該非對稱閥片，其中，該非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間可旋轉(zhuǎn)。當(dāng)處于該關(guān)閉位置時(shí)，該偏壓裝置提供關(guān)閉轉(zhuǎn)矩，該關(guān)閉轉(zhuǎn)矩大于從非對稱流體通道中的加壓流體向該軸施加的轉(zhuǎn)矩以把該非對稱閥片推到該關(guān)閉位置上。當(dāng)處于打開位置時(shí)，該加壓流體提供打開轉(zhuǎn)矩，該打開轉(zhuǎn)矩基本上大于該關(guān)閉轉(zhuǎn)矩以便把該非對稱閥片推到該打開位置上。
選擇性地，該閥的該非對稱流體通道可以是車輛的燃料電池系統(tǒng)中的氧化劑通道。替代地，該閥的該非對稱流體通道可以是車輛的燃料電池系統(tǒng)排氣流中的排氣通道。該非對稱流體通道可以包括基本上卵形的形狀，并且，該非對稱閥片可以包括在大小和形狀方面基本上類似于該非對稱流體通道的基本上卵形的形狀以在它們之間限定出基本上流體密封的連接。在另一選擇中，該非對稱閥片可以在該非對稱閥片的基本上最大寬度處與該軸協(xié)作。該第一閥片節(jié)段的表面面積可以比第二閥片節(jié)段的表面面積大了約60%至約110%。該非對稱閥片可以設(shè)置在該非對稱流體通道內(nèi)以便該非對稱閥片形成約0°至約60°的座角。該非對稱閥片可以進(jìn)一步地包括設(shè)置在該非對稱閥片的外緣上的粘接彈力密封。在還有另一個(gè)選擇中，該偏壓裝置可以包括彈簧。在仍然另一選擇中，該閥可以進(jìn)一步地包括操作性地連接到該軸的致動器。該閥可以包括被動和半被動中的至少一個(gè)。在另一實(shí)施例中，公開了一種控制車輛燃料電池系統(tǒng)中的主體中的背壓的方法，該主體限定出非對稱氧化劑通道。該方法包括在該非對稱氧化劑通道中設(shè)置背壓控制閥并且使非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間旋轉(zhuǎn)。選擇性地，該方法可以進(jìn)一步地包括調(diào)整該非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間的旋轉(zhuǎn)以最優(yōu)化該非對稱氧化劑通道中的流體的流動。調(diào)整該非對稱閥片的旋轉(zhuǎn)可以包括調(diào)整第一閥片節(jié)段的表面面積與第二閥片節(jié)段的表面面積的比值。替代地，調(diào)整該非對稱閥片的旋轉(zhuǎn)可以包括調(diào)整關(guān)閉轉(zhuǎn)矩。選擇性地，該非對稱閥片可以設(shè)置在該非對稱氧化劑通道內(nèi)以便該非對稱閥片形成約0°至約60°的座角，從而，調(diào)整該非對稱閥片的旋轉(zhuǎn)包括調(diào)整該非對稱閥片在該非對稱氧化劑通道內(nèi)的座角。在另一選擇中，該背壓控制閥可以進(jìn)一步地包括操作性地連接到該軸的致動器，從而，調(diào)整該非對稱閥片的旋轉(zhuǎn)包括操作該致動器。在仍然另一選擇中，對稱閥片可以被動地或半被動地在關(guān)閉位置與打開位置之間旋轉(zhuǎn)。在還有另一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池、主體和背壓控制閥。該燃料電池包括與電解質(zhì)膜電解相通的陽極和陰極，其中，在該電解質(zhì)膜的相對側(cè)上設(shè)置該陽極和該陰極。該主體限定出與該陰極流體連通的非對稱氧化劑通道。該背壓控制閥可安裝在該主體內(nèi)。在另一選擇中，該系統(tǒng)可以進(jìn)一步地包括操作性地連接到該軸的致動器?？紤]在此后提供的附圖、詳細(xì)描述和權(quán)利要求，根據(jù)本發(fā)明的這些及其它各種實(shí)施例的這些及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見。本發(fā)明還提供了以下方案
I. 一種可安裝在主體中的背壓控制閥，所述主體在其中限定出非對稱流體通道，所述閥包括
軸，其與所述主體協(xié)作以便所述軸延伸穿過所述非對稱流體通道；
非對稱閥片，其在所述非對稱流體通道內(nèi)與所述軸協(xié)作，其中，所述非對稱閥片包括被所述軸劃分的第一閥片節(jié)段和第二閥片節(jié)段，并且其中，所述第一閥片節(jié)段的表面面積基本上小于所述第二閥片節(jié)段的表面面積，以便所述非對稱流體通道中的流體壓力通過所述非對稱閥片向所述軸施加轉(zhuǎn)矩；和
偏壓裝置，其操作性地連接到所述非對稱閥片，其中，所述非對稱閥片在關(guān)閉位置與打、開位置之間可旋轉(zhuǎn)，使得
當(dāng)處于所述關(guān)閉位置時(shí)，所述偏壓裝置提供關(guān)閉轉(zhuǎn)矩，所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩大于從所述非對稱流體通道中的加壓流體向所述軸施加的轉(zhuǎn)矩以把所述非對稱閥片推到所述關(guān)閉位置上，和
當(dāng)處于所述打開位置時(shí)，所述加壓流體提供打開轉(zhuǎn)矩，所述打開轉(zhuǎn)矩基本上大于所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩以便把所述非對稱閥片推到所述打開位置上。2.如方案I所述的閥，其中，所述非對稱流體通道是車輛燃料電池系統(tǒng)中的的氧化劑通道。 3.如方案I所述的閥，其中，所述非對稱流體通道是車輛燃料電池系統(tǒng)排氣流中的排氣通道。4.如方案I所述的閥，其中，所述非對稱流體通道包括基本上卵形的形狀，并且，所述非對稱閥片包括在大小和形狀方面基本上類似于所述非對稱流體通道的基本上卵形的形狀以在它們之間限定出基本上流體密封的連接。5.如方案I所述的閥，其中，所述非對稱閥片在所述非對稱閥片的基本上最大寬度處與所述軸協(xié)作。6.如方案I所述的閥，其中，所述第一閥片節(jié)段的表面面積比所述第二閥片節(jié)段的表面面積大了約60%至約110%。7.如方案I所述的閥，其中，所述非對稱閥片設(shè)置在所述非對稱流體通道內(nèi)以便所述非對稱閥片形成約0°至約60°的座角。8.如方案I所述的閥，其中，所述非對稱閥片進(jìn)一步地包括設(shè)置在其外緣上的粘接彈力密封。9.如方案I所述的閥，其中，所述偏壓裝置包括彈簧。10.如方案I所述的閥，進(jìn)一步地包括操作性地連接到所述軸的致動器。11.如方案I所述的閥，其中，所述閥是被動和半被動中的至少一個(gè)。12. 一種燃料電池系統(tǒng)，包括
燃料電池，其包括與電解質(zhì)膜電解相通的陽極和陰極，其中，在所述電解質(zhì)膜的相對側(cè)上設(shè)置所述陽極和所述陰極；
主體，其限定出與所述陰極流體連通的非對稱氧化劑通道；和 背壓控制閥，其與所述主體協(xié)作，其中，所述閥包括
軸，其與所述主體協(xié)作以便所述軸延伸穿過所述非對稱氧化劑通道；
非對稱閥片，其在所述非對稱氧化劑通道內(nèi)與所述軸協(xié)作，其中，所述非對稱閥片包括被所述軸劃分的第一閥片節(jié)段和第二閥片節(jié)段，并且其中，所述第一閥片節(jié)段的表面面積基本上小于所述第二閥片節(jié)段的表面面積，以便所述非對稱氧化劑通道中的流體壓力通過所述非對稱閥片向所述軸施加轉(zhuǎn)矩；和
偏壓裝置，其操作性地連接到所述非對稱閥片，其中，所述非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間可旋轉(zhuǎn)，使得
當(dāng)處于所述關(guān)閉位置時(shí)，所述偏壓裝置提供關(guān)閉轉(zhuǎn)矩，所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩大于從所述非對稱氧化劑通道中的加壓流體向所述軸施加的轉(zhuǎn)矩以把所述非對稱閥片推到所述關(guān)閉位置上,和當(dāng)處于所述打開位置時(shí)，所述加壓流體提供打開轉(zhuǎn)矩，所述打開轉(zhuǎn)矩基本上大于所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩以便把所述非對稱閥片推到所述打開位置上。13.如方案12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步地包括操作性地連接到所述軸的致動器。14. 一種控制車輛燃料電池系統(tǒng)中的主體中的背壓的方法，其中，所述主體在其中限定出非對稱氧化劑通道，所述方法包括
在所述車輛燃料電池系統(tǒng)的所述非對稱氧化劑通道中設(shè)置背壓控制閥，其中，所述背壓控制閥包括
軸，其與所述主體協(xié)作以便所述軸延伸穿過所述非對稱氧化劑通道；
非對稱閥片，其在所述非對稱氧化劑通道內(nèi)與所述軸協(xié)作，其中，所述非對稱閥片包括被所述軸劃分的第一閥片節(jié)段和第二閥片節(jié)段，并且其中，所述第一閥片節(jié)段的表面面積基本上小于所述第二閥片節(jié)段的表面面積，以便所述非對稱氧化劑通道中的流體壓力通過 所述非對稱閥片向所述軸施加轉(zhuǎn)矩；和
偏壓裝置，其操作性地連接到所述非對稱閥片，其中，所述非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間可旋轉(zhuǎn)；和
在所述關(guān)閉位置與所述打開位置之間旋轉(zhuǎn)所述非對稱閥片，使得
當(dāng)處于所述關(guān)閉位置時(shí)，所述偏壓裝置提供關(guān)閉轉(zhuǎn)矩，所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩大于從所述非對稱氧化劑通道中的加壓流體向所述軸施加的轉(zhuǎn)矩以把所述非對稱閥片推到所述關(guān)閉位置上,和
當(dāng)處于所述打開位置時(shí)，所述加壓流體提供打開轉(zhuǎn)矩，所述打開轉(zhuǎn)矩基本上大于所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩以便把所述非對稱閥片推到所述打開位置上。15.如方案14所述的方法，進(jìn)一步地包括調(diào)整所述非對稱閥片在所述關(guān)閉位置與所述打開位置之間的旋轉(zhuǎn)以最優(yōu)化所述非對稱流體通道中的流體的流動。16.如方案15所述的方法，其中，調(diào)整所述非對稱閥片的旋轉(zhuǎn)包括調(diào)整所述第一閥片節(jié)段的所述表面面積與所述第二閥片節(jié)段的所述表面面積的比值。17.如方案15所述的方法，其中，調(diào)整所述非對稱閥片的旋轉(zhuǎn)包括調(diào)整所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩。18.如方案15所述的方法，其中，所述非對稱閥片設(shè)置在所述非對稱氧化劑通道內(nèi)以便所述非對稱閥片形成約0°至約60°的座角，從而，調(diào)整所述非對稱閥片的旋轉(zhuǎn)包括調(diào)整所述非對稱閥片在所述非對稱氧化劑通道內(nèi)的所述座角。19.如方案15所述的方法，其中，所述背壓控制閥進(jìn)一步地包括操作性地連接到所述軸的致動器，從而，調(diào)整所述非對稱閥片的旋轉(zhuǎn)包括操作所述致動器。20.如方案14所述的方法，其中，所述非對稱閥片在所述關(guān)閉位置與所述打開位置之間被動地或半被動地旋轉(zhuǎn)。


當(dāng)結(jié)合下列附圖閱讀時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的下列詳細(xì)描述能夠得到最好地理解，附圖中相同的結(jié)構(gòu)用相同的附圖標(biāo)記表示，其中
圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的背壓控制閥的正視 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的處于關(guān)閉位置的背壓控制閥的側(cè)面剖視圖，該背壓控制閥安裝在主體內(nèi)以形成座角；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的處于打開位置的背壓控制閥的側(cè)面剖視圖，該背壓控制閥安裝在主體內(nèi)，該主體限定出非對稱流體通道；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的框圖，該燃料電池系統(tǒng)帶有安裝在非對稱氧化劑通道中的背壓控制閥；和
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的車輛，該車輛采用了安裝在燃料電池系統(tǒng)排氣流中的排氣通道中的背壓控制閥。本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到，為了解釋的簡單和清楚，圖中示出的元件沒有必要精確或按比例畫出。例如，圖中一些元件的尺寸可以相對于其它元件增大，并且移除了常規(guī)部件以助于增強(qiáng)對本發(fā)明各種實(shí)施例的理解。
具體實(shí)施方式

下列術(shù)語用于本申請中
在背壓控制閥的背景下，本文使用的術(shù)語"被動的"和/或"被動地"指的是沒有活動部件的基本上固定的閥，其用作控制背壓，主要?dú)w因于其幾何構(gòu)型。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，背壓控制閥是被動的，因?yàn)?，它用作?dú)立于任何致動機(jī)構(gòu)(例如致動器)打開和/或關(guān)閉背壓控制閥而控制背壓。在背壓控制閥的背景下，本文使用的術(shù)語〃半被動的〃和/或〃半被動地〃指的是基本上固定的閥，其用作控制背壓，主要?dú)w因于其幾何構(gòu)型，但是，其在某些情況下可以依靠致動機(jī)構(gòu)打開和/或關(guān)閉背壓控制閥。例如，半被動背壓控制閥如果卡在和/或凍在關(guān)閉和/或打開位置就可以操作性地連接到致動器以打開和/或關(guān)閉背壓控制閥。在另一例子中，半被動背壓控制閥可以操作性地連接到致動器以打開和/或關(guān)閉背壓控制閥從而在操作期間增強(qiáng)和/或穩(wěn)定背壓控制。背壓控制閥。本發(fā)明的實(shí)施例涉及背壓控制閥和控制背壓的方法和燃料電池系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種背壓控制閥。參照圖I和2，背壓控制閥10可安裝在主體12中，該主體在其中限定出非對稱流體通道14。閥10包括與主體12協(xié)作的軸30、與軸30協(xié)作的非對稱閥片50和操作性地連接到非對稱閥片50的偏壓裝置70。參照圖4和5，本發(fā)明的背壓控制閥10可以用在車輛燃料電池系統(tǒng)110中。在一個(gè)實(shí)施例中，非對稱流體通道14可以包括車輛310的燃料電池系統(tǒng)110中的氧化劑通道14。下面描述車輛燃料電池系統(tǒng)110。替代地，在另一實(shí)施例中，非對稱流體通道14可以包括車輛310的燃料電池系統(tǒng)排氣流210中的排氣通道。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，燃料電池系統(tǒng)排氣流210中的背壓控制閥10可以緊密耦合到燃料電池系統(tǒng)110。這樣，背壓控制閥10可以是熱集成的以避免在零下環(huán)境溫度的情況下的結(jié)冰。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的是，排氣流210可以包括但不限于多個(gè)管子212、催化轉(zhuǎn)化器(未示出)和/或消聲器(未示出)。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，多個(gè)管子212限定出排氣通道。典型的排氣系統(tǒng)210從車輛310的前部附近的發(fā)動機(jī)室(未示出)延伸到車輛310的后部或后部附近的位置處。然而，背壓控制閥10的應(yīng)用不應(yīng)當(dāng)限于本文公開的那些系統(tǒng)，而是可以用在閥10操作控制背壓的任何系統(tǒng)中。
在一個(gè)實(shí)施例中，非對稱流體通道14的截面形狀可以包括基本上卵形的形狀。然而，非對稱流體通道14的截面形狀不應(yīng)當(dāng)限于基本上卵形的，而是可以包括閥10可安裝在主體12內(nèi)以在它們之間限定出基本上流體密封連接的任何形狀。再次參照圖I和2，軸30可以與主體12協(xié)作以便軸30延伸穿過非對稱流體通道
14。在一個(gè)實(shí)施例中，軸30可以可旋轉(zhuǎn)地安裝到主體12上以便軸30可以隨非對稱閥片50旋轉(zhuǎn)，其中，非對稱流體通道14中的流體壓力通過該非對稱閥片向軸30施加轉(zhuǎn)矩。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，軸30可安裝成基本上對應(yīng)于主體12的位置以便閥10設(shè)置在主體12內(nèi)控制背壓。軸30可以用任何適當(dāng)?shù)陌惭b裝置16安裝到主體12上，包括但不限于軸承、螺栓、花鍵、螺釘、螺母、支架、夾子和/或焊接。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，軸30用密封軸承可安裝到主體12上。密封軸承可以阻止加壓流體從非對稱流體通道14泄露。另外，把密封軸承接近于非對稱流體通道14放置可以最小化能夠截留在軸30與其與主體12的安裝座之間的流體量，這能夠在流體凍結(jié)時(shí)引起軸30卡在主體12內(nèi)。在另一實(shí)施例中，軸30可以包括基本上圓柱形的形狀。然而，軸30的形狀不應(yīng)當(dāng)限于基本上圓柱形，而是可以包括軸30可安裝在主體12內(nèi)的任何形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，軸30可以包括金屬、塑料、聚合物和/或·復(fù)合材料。在更多實(shí)施例中，軸30可以包括玻璃填充的塑料。非對稱閥片50可以在非對稱流體通道14內(nèi)與軸30協(xié)作。在一個(gè)實(shí)施例中，非對稱閥片50可以與軸30協(xié)作以便非對稱閥片50可以隨軸30旋轉(zhuǎn)，其中，非對稱流體通道14中的流體壓力通過非對稱閥片50向軸30施加轉(zhuǎn)矩。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，非對稱閥片50可以與軸30協(xié)作，其中，非對稱閥片50集成到、固定到和/或牢固地連接到軸30上。非對稱閥片50可以用任何適當(dāng)?shù)倪B接裝置集成到、固定到和/或牢固地連接到軸30，包括但不限于螺栓、花鍵、螺釘、鉚釘、螺母、支架、夾子和/或焊接。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，非對稱閥片50可以用螺釘和/或鉚釘固定到和/或牢固地連接到軸30。替代地，非對稱閥片50可以集成到軸30上。非對稱閥片50可以包括金屬和/或復(fù)合材料。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，非對稱閥片50可以包括鋁。非對稱閥片50可以包括基本上卵形的形狀。非對稱閥片50的基本上卵形的形狀允許非對稱流體通道中的流體壓力通過非對稱閥片50向軸30施加轉(zhuǎn)矩。然而，非對稱閥片50的形狀不應(yīng)當(dāng)限于基本上卵形的，而是可以包括允許加壓流體通過非對稱閥片50向軸施加轉(zhuǎn)矩的任何非對稱形狀。非對稱閥片50的形狀在大小和形狀方面也應(yīng)當(dāng)基本上類似于非對稱流體通道14的的形狀的大小和形狀以在它們之間限定出基本上流體密封的連接。非對稱閥片50可以包括被軸30劃分的第一閥片節(jié)段52和第二閥片節(jié)段54。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，第一閥片節(jié)段52的表面面積可以基本上小于第二閥片節(jié)段54的表面面積以在非對稱閥片50兩側(cè)提供壓差。這樣，加壓流體通過非對稱閥片50向軸30施加轉(zhuǎn)矩。在一個(gè)實(shí)施例中，非對稱閥片50可以在非對稱閥片50的基本上最大寬度處(用雙向箭頭w示出)與軸30協(xié)作。然而，非對稱閥片50與軸30的連接不應(yīng)當(dāng)限于非對稱閥片50的基本上最大寬度，而是可以在任何位置與軸30協(xié)作，其中，第一閥片節(jié)段52的表面面積可以基本上小于第二閥片節(jié)段54的表面面積以便非對稱流體通道中的流體壓力通過非對稱閥片50向軸30施加轉(zhuǎn)矩。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一閥片節(jié)段52的表面面積可以比第二閥片節(jié)段54的表面面積大了約60%至約110%、或約60%至約100%、或約70%至約90%、或約80%至約90%。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，第一閥片節(jié)段52的表面面積可以比第二閥片節(jié)段54的表面面積大了約90%o在另一實(shí)施例中，第一閥片節(jié)段的表面面積可以是非對稱閥片50的總表面的約60%至約95%。然而應(yīng)當(dāng)注意，此處，為了背壓控制閥10安裝在限定出類似尺寸的非對稱流體通道14的主體12中，提供非對稱閥片50的尺寸。因此，為了更大尺寸的非對稱流體通道14，非對稱閥片50的尺寸可以更大；同樣地，為了更小尺寸的非對稱流體通道14，非對稱閥片50的尺寸可以更小。在這個(gè)特殊實(shí)施例中，可以選擇第一閥片節(jié)段52的表面面積和第二閥片節(jié)段54的表面面積以便相對于背壓調(diào)整加壓流體通過非對稱流體通道14的流動。因此，可以選擇第一閥片節(jié)段52的表面面積和第二閥片節(jié)段54的表面面積以便控制背壓。參照圖2，在另一實(shí)施例中，非對稱閥片50可以設(shè)置在非對稱流體通道14內(nèi)以便非對稱閥片50形成約0°至約15°、或約15°至約30°、或約30°至約60°的座角0。在一個(gè)特殊實(shí)施例中，非對稱閥片50可以設(shè)置在非對稱流體通道14內(nèi)以便非對稱閥片50 形成約45°的座角0?？梢哉{(diào)整非對稱閥片50形成的座角0以增大和/或減小非對稱閥片50的非對稱性。例如，更大的座角0可以增大非對稱閥片50的非對稱性，而更小的座角Q可以減小非對稱閥片50的非對稱性。下面在表I中提供非對稱閥片50的尺寸和座角0的示范性例子。復(fù)I
權(quán)利要求
1.一種可安裝在主體中的背壓控制閥，所述主體在其中限定出非對稱流體通道，所述閥包括 軸，其與所述主體協(xié)作以便所述軸延伸穿過所述非對稱流體通道； 非對稱閥片，其在所述非對稱流體通道內(nèi)與所述軸協(xié)作，其中，所述非對稱閥片包括被所述軸劃分的第一閥片節(jié)段和第二閥片節(jié)段，并且其中，所述第一閥片節(jié)段的表面面積基本上小于所述第二閥片節(jié)段的表面面積，以便所述非對稱流體通道中的流體壓力通過所述非對稱閥片向所述軸施加轉(zhuǎn)矩；和 偏壓裝置，其操作性地連接到所述非對稱閥片，其中，所述非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間可旋轉(zhuǎn)，使得 當(dāng)處于所述關(guān)閉位置時(shí)，所述偏壓裝置提供關(guān)閉轉(zhuǎn)矩，所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩大于從所述非對稱流體通道中的加壓流體向所述軸施加的轉(zhuǎn)矩以把所述非對稱閥片推到所述關(guān)閉位置上， 和 當(dāng)處于所述打開位置時(shí)，所述加壓流體提供打開轉(zhuǎn)矩，所述打開轉(zhuǎn)矩基本上大于所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩以便把所述非對稱閥片推到所述打開位置上。
2.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述非對稱流體通道是車輛燃料電池系統(tǒng)中的的氧化劑通道。
3.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述非對稱流體通道是車輛燃料電池系統(tǒng)排氣流中的排氣通道。
4.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述非對稱流體通道包括基本上卵形的形狀，并且，所述非對稱閥片包括在大小和形狀方面基本上類似于所述非對稱流體通道的基本上卵形的形狀以在它們之間限定出基本上流體密封的連接。
5.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述非對稱閥片在所述非對稱閥片的基本上最大寬度處與所述軸協(xié)作。
6.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述第一閥片節(jié)段的表面面積比所述第二閥片節(jié)段的表面面積大了約60%至約110%。
7.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述非對稱閥片設(shè)置在所述非對稱流體通道內(nèi)以便所述非對稱閥片形成約0°至約60°的座角。
8.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述非對稱閥片進(jìn)一步地包括設(shè)置在其外緣上的粘接彈力密封。
9.一種燃料電池系統(tǒng)，包括 燃料電池，其包括與電解質(zhì)膜電解相通的陽極和陰極，其中，在所述電解質(zhì)膜的相對側(cè)上設(shè)置所述陽極和所述陰極； 主體，其限定出與所述陰極流體連通的非對稱氧化劑通道；和 背壓控制閥，其與所述主體協(xié)作，其中，所述閥包括 軸，其與所述主體協(xié)作以便所述軸延伸穿過所述非對稱氧化劑通道； 非對稱閥片，其在所述非對稱氧化劑通道內(nèi)與所述軸協(xié)作，其中，所述非對稱閥片包括被所述軸劃分的第一閥片節(jié)段和第二閥片節(jié)段，并且其中，所述第一閥片節(jié)段的表面面積基本上小于所述第二閥片節(jié)段的表面面積，以便所述非對稱氧化劑通道中的流體壓力通過所述非對稱閥片向所述軸施加轉(zhuǎn)矩；和偏壓裝置，其操作性地連接到所述非對稱閥片，其中，所述非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間可旋轉(zhuǎn)，使得 當(dāng)處于所述關(guān)閉位置時(shí)，所述偏壓裝置提供關(guān)閉轉(zhuǎn)矩，所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩大于從所述非對稱氧化劑通道中的加壓流體向所述軸施加的轉(zhuǎn)矩以把所述非對稱閥片推到所述關(guān)閉位置上,和 當(dāng)處于所述打開位置時(shí)，所述加壓流體提供打開轉(zhuǎn)矩，所述打開轉(zhuǎn)矩基本上大于所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩以便把所述非對稱閥片推到所述打開位置上。
10.一種控制車輛燃料電池系統(tǒng)中的主體中的背壓的方法，其中，所述主體在其中限定出非對稱氧化劑通道，所述方法包括 在所述車輛燃料電池系統(tǒng)的所述非對稱氧化劑通道中設(shè)置背壓控制閥，其中，所述背壓控制閥包括 軸，其與所述主體協(xié)作以便所述軸延伸穿過所述非對稱氧化劑通道； 非對稱閥片，其在所述非對稱氧化劑通道內(nèi)與所述軸協(xié)作，其中，所述非對稱閥片包括被所述軸劃分的第一閥片節(jié)段和第二閥片節(jié)段，并且其中，所述第一閥片節(jié)段的表面面積基本上小于所述第二閥片節(jié)段的表面面積，以便所述非對稱氧化劑通道中的流體壓力通過所述非對稱閥片向所述軸施加轉(zhuǎn)矩；和 偏壓裝置，其操作性地連接到所述非對稱閥片，其中，所述非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間可旋轉(zhuǎn)；和 在所述關(guān)閉位置與所述打開位置之間旋轉(zhuǎn)所述非對稱閥片，使得 當(dāng)處于所述關(guān)閉位置時(shí)，所述偏壓裝置提供關(guān)閉轉(zhuǎn)矩，所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩大于從所述非對稱氧化劑通道中的加壓流體向所述軸施加的轉(zhuǎn)矩以把所述非對稱閥片推到所述關(guān)閉位置上,和 當(dāng)處于所述打開位置時(shí)，所述加壓流體提供打開轉(zhuǎn)矩，所述打開轉(zhuǎn)矩基本上大于所述關(guān)閉轉(zhuǎn)矩以便把所述非對稱閥片推到所述打開位置上。
全文摘要
本發(fā)明涉及半被動背壓控制閥。具體地，背壓控制閥、控制背壓的方法和燃料電池系統(tǒng)。在一個(gè)形式中，該背壓控制閥可安裝在主體中，該主體限定出非對稱流體通道。該背壓控制閥可以包括與該主體協(xié)作的軸、與該軸協(xié)作的非對稱閥片和操作性地連接到所述非對稱閥片的偏壓裝置，其中，該非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間可旋轉(zhuǎn)。在另一個(gè)形式中，一種控制背壓的方法可以包括設(shè)置包括非對稱閥片的背壓控制閥和使該非對稱閥片在關(guān)閉位置與打開位置之間旋轉(zhuǎn)。在又一另外形式中，一種燃料電池系統(tǒng)可以包括燃料電池、限定出非對稱氧化劑通道的主體和可安裝在該主體中的背壓控制閥。
文檔編號H01M8/04GK102751519SQ20121011408
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者G.W.斯卡拉 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司