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用于燃料电池系统的电磁止回阀的制作方法

用于燃料电池系统的电磁止回阀
1.本技术要求于2020年1月7日提交的美国临时申请62/958,289号的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
2.本发明涉及磁性止回阀。具体地，本发明涉及一种磁性止回阀，其中阀活塞被设计为具有配置为用于流体流动的中心孔。

背景技术：

3.止回阀的用途在各种管道应用和系统中是丰富的。止回阀用于限制流体，使得流体只能单向流过阀，并阻止流体向相反方向流动。这通常为上游流程提供保护，如果流程回流，上游流程可能会受到损害。
4.止回阀最常见的形式是弹簧式和旋启式止回阀；然而，止回阀的其他变体已经被使用。止回阀有助于管道系统中的压降。在常闭阀中，这部分是由于移动阀构件对流体流动施加的回程力。随着阀更完全地打开，这种回程力通常会增加：例如，在弹簧式止回阀中，弹簧压缩得越多，它对系统施加的力就越大。通过止回阀的流动路径通常也相当受限，这是压降的另一个来源。因此，即使是完全打开的阀也有助于系统中的压降。更大的压降意味着需要更多的工作来运行系统，从而导致效率降低。
5.止回阀是燃料电池系统的重要部件。止回阀通过防止回流到储罐中来帮助抑制燃料供应源的污染。止回阀还通过在燃料电池系统不运行时防止环境空气进入燃料电池系统来最大限度地减少质子交换膜的污染。

技术实现要素：

6.本发明涉及磁性止回阀的改进设计。在一个实施例中，本发明涉及一种磁性止回阀，包括：壳体，该壳体包括阀座和活塞腔；其中阀座包括：(1)从壳体径向延伸的至少一个叉齿，至少一个叉齿连接到中心板，其中至少一个叉齿包括至少一个磁体；(2)在中心板与壳体之间的至少一段环形空间；其中在阀座下游的活塞腔包括圆柱形空间，该圆柱形空间配置为容纳沿壳体的轴线滑动的活塞；其中活塞(1)是具有中心孔的环形形状，该中心孔配置为允许流体流动并且尺寸设计成与中心板形成密封；(2)包括被至少一个叉齿中的至少一个磁体吸引的材料。
7.在另一个实施例中，本发明涉及一种常闭磁性止回阀，包括：具有环形形状和中心孔的活塞，其中活塞包括磁性材料；和阀座，其中阀座具有中心板，该中心板形成对活塞的中心孔的连续密封；并且其中该中心板通过至少一个叉齿连接到壳体，其中至少一个叉齿包含至少一个磁体。
8.在再一个实施例中，本发明涉及一种磁性止回阀，包括阀座和活塞；其中活塞包括磁性金属；并且其中阀座包括通过至少两个叉齿连接到壳体的中心板，每个叉齿独立地包括至少一个磁体；其中磁性止回阀配置为提供流体流动，包括穿过阀座和穿过活塞中心的
单个中心孔的环形路径。
9.在又一个实施例中，本发明涉及一种包括磁性止回阀的燃料电池，包括具有环形流动路径、中心板和至少两个叉齿的阀座，每个叉齿独立地包括至少一个磁体，其中至少两个叉齿将中心板连接到壳体；在阀座下游的活塞腔，该活塞腔包括具有环形形状的活塞，活塞的环形厚度至少对应于阀座的环形流动路径的厚度，以及穿过活塞的中心孔的流动路径，其中活塞包括磁性材料；以及在中心板与活塞之间的接触面；其中止回阀包括在没有通过止回阀的流动的情况下足以关闭止回阀的磁力。
10.本发明的止回阀包括环形形状的滑动活塞。该活塞具有中心孔，当阀处于打开状态时，流体流过该中心孔。活塞装有磁性材料。
11.本发明的止回阀还包括阀座。当阀关闭时，阀座与活塞形成连续密封。阀座内装有中心板，该中心板通过至少一个叉齿(比如，至少两个叉齿到至少八个叉齿)连接到阀的壳体。在某些实施例中，存在至少三个叉齿。
12.根据本发明的叉齿，每个叉齿独立地包括至少一个磁体，吸引活塞中的磁性材料以关闭阀。阀座包含在中心板和壳体之间的环形空间的段，当阀打开时，该段允许流体流过阀座。
13.根据本发明的流动模式允许通过阀的高流速同时最小化压降。当阀打开并且流体流动时，这种设计还可以最大限度地减少系统中存在的回程力。磁力应刚好足以使活塞在关闭时返回阀座。因此，当阀处于打开状态时，阀对流过系统的流体施加最小的力，从而降低压降并提高效率。
附图说明
14.根据本发明的磁性止回阀在图1-4中描绘。
15.图1从径向角度示出了阀的局部剖视图。
16.图2从径向视角示出了阀的横截面，阀包括阀座和活塞腔内的活塞。
17.图3以轴向角度示出了阀座的横截面图。
18.图4从轴向角度示出了壳体的横截面。
具体实施方式
19.图1以局部剖视图示出了止回阀20。该图的下半部分示出了外面的壳体10，而上半部分示出了阀的工作部分。该阀包括阀座11、活塞腔12和活塞13。图1示出了中心孔19和活塞18内的磁性材料。
20.图2更详细地示出了止回阀20的功能部件。阀座11包括至少一个磁体14和至少一个开放的环形空间15。阀座11还包括中心板16，当阀关闭时该中心板阻止流动。与阀座11相对的是活塞腔12。活塞13设置在活塞腔12内，活塞13沿阀的轴线滑动。活塞13是具有中心孔19的环形形状，当阀打开时流体流过该中心孔。活塞13的尺寸设计成当阀关闭时与中心板16形成密封，防止反向流动。活塞包含磁性材料18，该磁性材料被阀座11的叉齿17中的磁体14吸引。磁吸引力刚好强到足以在没有流体流过阀时关闭阀。低磁吸引力和活塞13的中心孔19的结果是通过具有低压降的阀的高流速。
21.图3示出了本发明的一个实施例中的阀座11的构造。有从壳体10延伸以连接到中
心板16的三个叉齿17。这三个叉齿17中的每一个都包含磁体14，当没有流体流动时，磁体14提供关闭阀的力。图3还示出了在壳体10、中心板16和叉齿17之间的环形空间15，当阀打开时流体在环形空间15中流动。
22.图4示出了阀的外部壳体10。
23.在第一实施例中，止回阀20包括壳体10，壳体10容置阀组件。阀中有两个主要部分：阀座11和活塞腔12。阀座11是固定的。阀座11包括一个中心板16，中心板16通过一个或多个叉齿17连接到壳体10。这允许在中心板16和壳体10之间的环形空间15，在环形空间15中流体可以流过阀座11。叉齿17中的每一个还装有磁体14，当没有流体流动时，磁体14提供驱动力以保持止回阀20关闭。活塞腔12位于阀座11的下游。活塞腔12为容置活塞13的圆柱形空间。活塞13可以沿壳体11的轴线来回滑动。活塞13具有环形形状，具有中心孔19。当止回阀20打开时，流体流过该中心孔19。活塞13包含装在阀座11的叉齿17中的磁性材料18。当没有流动时，磁吸引力关闭止回阀20。当止回阀20关闭时，活塞13和中心板16之间形成连续密封，以防止任何回流。
24.在第二实施例中，止回阀20是常闭的。止回阀20包括具有中心孔19和磁性材料18的具有环形形状的活塞13。止回阀20还包括阀座11，阀座11包括与中心孔19形成连续密封的中心板16。中心板16通过至少一个叉齿17连接到阀壳体10。将中心板16连接到壳体10的任何叉齿17也包含磁体14。
25.在第三实施例中，磁性止回阀20包含阀座11和活塞13。活塞13包括磁性材料18。阀座11包含中心板16，中心板16通过至少两个叉齿17连接到阀壳体10。通过阀的流体路径被引导穿过在阀壳体10和中心板16之间的环形空间15，然后穿过活塞13中的中心孔19。
26.在本发明的第四实施例中，止回阀20配置为燃料电池系统。阀座11具有环形流动路径，该环形流动路径由中心板16和将中心板16连接到阀壳体10的一组叉齿17设置。每个叉齿17都包含磁体14。此外，有位于阀座11的下游的活塞腔12。该活塞腔12包含具有环形形状的活塞13，其中活塞的环形宽度至少对应于通过阀座的环形流动路径的厚度。流动路径穿过活塞19的中心孔。在中心板16和活塞13之间具有接触表面21。活塞13包括磁性材料18，该磁性材料18被叉齿17中的磁体14吸引。当没有流动时，磁吸引力刚好足以关闭止回阀20。
27.在本发明的第五实施例中，止回阀20包括阀座11，其中有连接到壳体10和中心板16的三个叉齿17。在三个叉齿17的每一个中都有磁体14。阀座还包括环形空间15的三段，以允许流体流过阀座11。这些环形空间15由壳体10、叉齿17和中心板16限定。止回阀20还包括活塞腔12，活塞腔12内装有活塞13。活塞13在活塞腔12内轴向滑动。活塞13内装有封装的钢环18。活塞13是具有中心孔19的环形形状。当止回阀20打开时，流体流过该中心孔19。当流体不流动时关闭止回阀20的就是钢环18和磁体14之间的吸引力。磁吸引力应该刚好强到足以在没有流体流动时关闭阀。在中心板16与活塞13之间具有接触面21，使得在止回阀20关闭时防止回流。
28.上述实施例中的任一个还可以包括以下要素。阀可以放置在作为车辆的一部分的燃料电池中。阀可以放置在燃料电池阴极侧的排气管线中。阀可以放置在燃料电池的氢气供应管线上。阀可以包括在中心板和活塞的中心孔之间形成密封的垫圈材料。阀是常闭的。阀可以是注塑成型的。活塞中的磁性材料可以是封装在硅胶中的钢环。当阀完全打开时，磁吸引力最弱。

技术特征：

1.一种磁性止回阀，包括：壳体，该壳体包括阀座和活塞腔；其中阀座包括(1)从壳体径向延伸的至少一个叉齿，至少一个叉齿连接到中心板；其中至少一个叉齿包括至少一个磁体；和(2)在中心板与壳体之间的至少一段环形空间；其中在阀座下游的活塞腔包括圆柱形空间，该圆柱形空间配置为容纳沿壳体的轴线滑动的活塞；其中活塞(1)是具有中心孔的环形形状，该中心孔配置为允许流体流动并且尺寸设计成与中心板形成密封；和(2)包括被至少一个叉齿中的至少一个磁体吸引的材料。2.根据权利要求1所述的磁性止回阀，其特征在于，所述磁性止回阀放置在燃料电池阴极侧的排气管线中。3.根据权利要求1所述的磁性止回阀，其特征在于，所述磁性止回阀放置在燃料电池下游的氢气供应的供应管线中。4.根据权利要求1所述的磁性止回阀，其特征在于，所述磁性止回阀是常闭的。5.根据权利要求1所述的磁性止回阀，其特征在于，所述磁性止回阀是注塑成型的。6.根据权利要求1所述的磁性止回阀，其特征在于，被活塞中的至少一个磁体吸引的材料包括封装在聚氯乙烯外壳中的钢环。7.根据权利要求1所述的磁性止回阀，其特征在于，当阀完全打开时，磁吸引力最弱。8.根据权利要求1所述的磁性止回阀，其特征在于，所述阀座包括从壳体径向延伸的至少两个叉齿，并且其中每个叉齿独立地包括至少一个磁体。9.根据权利要求1所述的磁性止回阀，其特征在于，所述阀座包括从壳体径向延伸的至少三个叉齿。10.一种常闭磁性止回阀，包括：具有环形形状和中心孔的活塞，其中活塞包括磁性材料；阀座，其中阀座具有中心板，该中心板形成对活塞的中心孔的连续密封；并且其中中心板通过至少一个叉齿连接到壳体，其中至少一个叉齿包含至少一个磁体。11.根据权利要求10所述的常闭磁性止回阀，其特征在于，磁性止回阀是注塑成型的。12.根据权利要求10所述的常闭磁性止回阀，其特征在于，被活塞中的至少一个磁体吸引的材料包括封装在硅胶外壳中的钢环。13.根据权利要求10所述的常闭磁性止回阀，其特征在于，当磁性止回阀完全打开时，磁吸引力最弱。14.根据权利要求10所述的常闭磁性止回阀，其特征在于，磁性止回阀放置在燃料电池阴极侧的排气管线中。15.根据权利要求10所述的常闭磁性止回阀，其特征在于，磁性止回阀放置在燃料电池阳极侧的供应管线中。16.根据权利要求10所述的常闭磁性止回阀，其特征在于，中心板通过至少两个叉齿连
接到壳体，并且其中每个叉齿独立地包括至少一个磁体。17.根据权利要求16所述的常闭磁性止回阀，其特征在于，中心板通过至少三个叉齿连接到壳体。18.一种磁性止回阀，包括：阀座和活塞；其中活塞包括磁性金属；并且其中阀座包括通过至少两个叉齿连接到壳体的中心板，每个叉齿独立地包括至少一个磁体；其中磁性止回阀配置为提供流体流动，包括穿过阀座和穿过活塞中心的单个中心孔的环形路径。19.根据权利要求18所述的磁性止回阀，其特征在于，阀放置在燃料电池阴极侧的排气管线中。20.根据权利要求18所述的磁性止回阀，其特征在于，阀放置在燃料电池下游的氢气供应的供应管线中。21.根据权利要求18所述的磁性止回阀，其特征在于，阀是常闭的。22.根据权利要求18所述的磁性止回阀，其特征在于，阀是注塑成型的。23.根据权利要求18所述的磁性止回阀，其特征在于，活塞中的磁性金属包括封装在硅胶外壳中的钢环。24.根据权利要求18所述的磁性止回阀，其特征在于，当阀完全打开时，磁吸引力最弱。25.根据权利要求18所述的磁性止回阀，其特征在于，阀座包括通过至少三个叉齿连接到壳体的中心板，每个叉齿独立地包括至少一个磁体。26.一种包括磁性止回阀的燃料电池，包括：具有环形流动路径、中心板和至少两个叉齿的阀座，每个叉齿独立地包括至少一个磁体，其中至少两个叉齿将中心板连接到壳体；在阀座下游的活塞腔，该活塞腔包括具有环形形状的活塞，活塞的环形厚度至少对应于阀座的环形流动路径的厚度，以及穿过活塞的中心孔的流动路径，其中活塞包括磁性材料；在中心板与活塞之间的接触面；其中止回阀包括在没有通过止回阀的流动的情况下足以关闭止回阀的磁力。27.根据权利要求26所述的燃料电池，其特征在于，磁性止回阀包括在配置为容纳活塞的壳体上的第二接触表面。28.根据权利要求26所述的燃料电池，其特征在于，在中心板和活塞之间的接触表面包括垫圈材料。29.根据权利要求26所述的燃料电池，其特征在于，磁性止回阀包括具有环形流动路径、中心板和至少三个叉齿的阀座，每个叉齿独立地包括至少一个磁体，其中至少三个叉齿将中心板连接到壳体。

技术总结

止回阀包括阀座和可移动的阀构件或活塞。允许流体流动或流体被阻止流动的就是活塞的运动。本发明提供了包含环形活塞(13)的磁性止回阀(20)，该环形活塞配置为使得流体流过活塞中的中心孔(19)。燃料电池系统包括与质子交换膜(REM)接触的阴极回路。REM对可能存在于环境空气中的污染物的污染很敏感。本发明公开的磁性止回阀装置防止空气通过阴极回路的排气侧回流。该阀也用于阴极的入口侧。该阀也用于阴极的入口侧。该阀也用于阴极的入口侧。