Titel

Brennstoffzellensystem mit einem Ventil in einem Ventilgehäuse sowie einem

Verfahren zum Steuern eines Durchflusses eines Fluids

Stand der Technik

Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, wobei diese zwei Elektroden, welche mittels eines ionenleitenden Elektrolyten voneinander separiert sind, aufweist. Die Brennstoffzelle wandelt die Energie einer chemischen Reaktion eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel direkt in Elektrizität um. Eine Brennstoffzelle weist eine Anode und eine Kathode auf. Es existieren verschiedene Typen von Brennstoffzellen.

Ein spezieller Brennstoffzellentyp ist die Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle (PEM-FC). In einer PEM-FC grenzen an eine Polymerelektrolytmembran (PEM) zwei poröse Elektroden mit einer Katalysatorschicht an. Weiter umfasst die PEM-FC Gasdiffusionslagen, welche die PEM und die zwei porösen Elektroden mit einer Katalysatorschicht beidseitig begrenzen. Die Polymerelektrolytmembran, die beiden Elektroden mit der Katalysatorschicht und die beiden Gasdiffusionslagen bilden eine sog. Membranelektrodeneinheit (MEA). Bipolarplatten wiederum begrenzen beidseitig die MEA. Ein Brennstoffzellenstapel ist aus abwechselnd übereinander angeordneten MEA und Bipolarplatten aufgebaut. Auf einer Anodenseite einer Bipolarplatte findet eine Verteilung des Brennstoffes, insbesondere Wasserstoff, und auf einer Kathodenseite der Bipolarplatte eine Verteilung des Oxidationsmittels, insbesondere Luft/Sauerstoff, statt. Im Betrieb einer Brennstoffzelle wandern protonierte Wasserstoffmoleküle durch die Membran von der Anodenseite zur Kathodenseite. Auf Kathodenseite werden Sauerstoffmoleküle reduziert und diese verbinden sich mit den protonierten Wasserstoffmolekülen zu Wassermolekülen.

Im Ausgangszustand sind sowohl die Anode als auch die Kathode der Brennstoffzelle mit Luft befüllt. Luft kann im Ausgangszustand über die Polymerelektrolytmembran zur Anode der Brennstoffzelle strömen. Dies stellt einen sogenannten Luft/Luft- Start dar, der für die Brennstoffzelle schädlich sein kann. Zum Starten der Brennstoffzelle wird Wasserstoff in die luftgefüllte Anode geleitet. Dabei liegt kurzzeitig ein Zustand vor bei dem ein vorderer Teil der Anode mit Wasserstoff versorgt ist, während in einem hinteren Teil der Anode Luft vorliegt (H2/02-Gasfront). Dadurch können zwischen der Kathode und dem Elektrolyten hohe Potentialdifferenzen auftreten. Diese Potentialdifferenzen führen zur Kohlenstoffkorrosion in der Katalysatorschicht der Kathode. Dieser als Degradation bezeichnete Vorgang dauert solange an, wie sich die H2/02- Gasfront durch die Anode bewegt.

Um den Übertritt von Luft/Sauerstoff von der Kathode zu der Anode der Brennstoffzelle zu verringern, können Ventile in Versorgungsleitungen, insbesondere in Kathodengasversorgungsleitungen zum Versorgen der Kathode der Brennstoffzelle mit Kathodengas, des Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. Diese Ventile sollten in möglichst kurzer Zeit von einer Schließstellung in eine offene Stellung geschalten werden können, sodass die Brennstoffzelle aufgrund temporärer lokaler Unterschiede eines Gases in einer Brennstoffzelle keinen Schaden erfährt.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zeigt ein Brennstoffzellensystem mit einem Ventil in einem Ventilgehäuse gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.

Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang und dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, wobei der Brennstoffzellenstapel mehrere Brennstoffzellen aufweist. Das Brennstoffzellensystem weist weiter ein Ventilgehäuse zum fluidkommunizierenden Verbinden einer Fluidquelle mit dem Brennstoffzellenstapel, wobei in dem Ventilgehäuse ein Ventil zum Steuern eines Durchflusses eines Fluids der Fluidquelle in den oder aus dem Brennstoffzellenstapel angeordnet ist, auf. Das Ventil weist auf: a) eine Antriebseinheit, die dazu eingerichtet ist von einer Kontrolleinheit angesteuert zu werden, um einen länglichen Läufer des Ventils entlang einer Axialachse des länglichen Läufers zu bewegen, b) den länglichen Läufer mit einem ersten Läuferabschnitt und einem zweiten Läuferabschnitt, der an dem ersten Läuferabschnitt angeordnet ist, wobei der zweite Läuferabschnitt umfasst: i. einen ersten radial umlaufenden Vorsprung, ii. einen von dem ersten radial umlaufenden Vorsprung um einen Abstand beabstandeten zweiten radialen Vorsprung mit zumindest einem Durchbruch zum Durchleiten des Fluids der Fluidquelle, iii. eine zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung beweglich an dem zweiten Läuferabschnitt gelagerte Hauptventilplatte mit einem Läuferloch, wobei die Hauptventilplatte eine Dicke aufweist, welche geringer als der Abstand zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung ist.

Die Antriebseinheit kann von der Kontrollvorrichtung angesteuert werden, um durch das Bewegen des länglichen Läufers des Ventils entlang der Axialachse das Ventil in zumindest eine der folgenden Positionen zu versetzen:

1) in eine Schließposition, in welcher insbesondere der erste radial umlaufende Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte an den radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs gedrückt ist und der zweite radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte an den radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt des Ventilgehäuses gedrückt ist, sodass der Durchfluss des Fluids der Fluidquelle, insbesondere in den Brennstoffzellenstapel, unterbrochen ist,

2) in eine Druckausgleichposition, in welcher insbesondere der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs von dem ersten radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte gelöst ist, sodass durch einen Spalt zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und der Hauptventilplatte ein Durchflusses des Fluids der Fluidquelle, insbesondere in den Brennstoffzellenstapel, möglich ist und ein möglicher Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Ventils verringerbar ist,

3) in eine Öffnungsposition, in welcher insbesondere der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs von dem ersten radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte weiter gelöst ist, und wobei insbesondere der zweite radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte von dem radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt des Ventilgehäuses gelöst ist, sodass zusätzlich ein Durchfluss des Fluids der Fluidquelle, insbesondere in den Brennstoffzellenstapel, über einen von der Hauptventilplatte freigegebenen Hauptöffnungsströmungsquerschnitt möglich ist.

Das Ventil wird beim Öffnen des Ventils vorteilhafterweise von der Schließposition, über die Druckausgleichsposition in die Öffnungsposition versetzt. Das Ventil wird beim Schließen des Ventils vorteilhafterweise von der Öffnungsposition, über die Druckausgleichsposition in die Schließposition versetzt. In der Öffnungsposition hängt der Durchfluss des Fluids der Fluidquelle in den Brennstoffzellenstapel davon ab, wie weit der längliche Läufer des Ventils in eine Richtung vom dem zweiten radialen Vorsprung zu dem ersten radial umlaufenden Vorsprung entlang der Axialachse des länglichen Läufers bewegt, insbesondere angehoben, ist. Das Ventil kann folglich eine Vielzahl an Öffnungspositionen aufweisen. Eine beweglich an dem zweiten Läuferabschnitt gelagerte Hauptventilplatte weist ein axiales Spiel entlang der Axialachse des länglichen Läufers und ein radiales Spiel bezüglich des zweiten Läuferabschnitts auf. Durch ein Bewegen des länglichen Läufers entlang der Axialachse des länglichen Läufers kann sich ein Spalt zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und der Hauptventilplatte ausbilden.

Das Ventilgehäuse kann eine Eingangsanschlussöffnung zum Anschließen einer von der Fluidquelle kommenden Versorgungsleitung und eine Ausgangsanschlussöffnung zum Anschließen einer zum Brennstoffzellenstapel gehenden Versorgungsleitung umfassen. Das Ventilgehäuse kann einteilig ausgebildet sein. Das Ventilgehäuse kann auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet sein. Ein mehrteiliges Ventilgehäuse kann das Anordnen des Ventils in dem Ventilgehäuse vereinfachen. Insbesondere kann das Ventilgehäuse ein Eckventilgehäuse sein. Damit kann besonders einfach der Durchfluss eines Fluids der Fluidquelle gesteuert werden.

Es ist auch denkbar, dass das Ventilgehäuse durch eine Versorgungsleitung, bspw. eine Versorgungsleitung zum Versorgen des Brennstoffzellenstapels mit Wasserstoff oder Lufl/Sauerstoff, des Brennstoffzellensystems gebildet wird. Ist das Ventilgehäuse eine Versorgungsleitung, dann kann ein Ventil besonders einfach nachträglich in das Brennstoffzellensystem angeordnet werden.

Das Brennstoffzellensystem kann zumindest ein Ventil in einem Ventilgehäuse aufweisen. Das Ventil kann zum fluidkommunizierenden Verbinden der Fluidquelle mit dem Brennstoffzellenstapel in der Strömungsrichtung des Fluids vor dem Brennstoffzellenstapel angeordnet sein. Das Ventil kann auch in Strömungsrichtung des Fluids nach dem Brennstoffzellenstapel angeordnet sein. Es ist auch denkbar ein Ventil in Strömungsrichtung des Fluids vor dem Brennstoffzellenstapel und ein Ventil in Strömungsrichtung des Fluids nach dem Brennstoffzellenstapel anzuordnen.

Das Brennstoffzellensystem kann einen Aktor aufweisen. Ein Aktor kann ein Hubmagnet sein. Der Hubmagnet kann ein Gehäuse, eine Hohlspule, ein Tauchkernlager und einen im Tauchkernlager gelagerten Tauchkern aufweisen. Die Hohlspule kann die Antriebseinheit darstellen. Insbesondere kann der Tauchkern zumindest einen Teil des länglichen Läufers, insbesondere des ersten Läuferabschnitts, bilden. Durch das Anlegen einer Spannung an die Hohlspule wird ein Magnetfeld erzeugt und der Tauchkern kann entlang der Axialachse des Tauchkerns bzw. des Läufers bewegt werden. Vorteilhafterweise kann mit einem Hubmagneten das Ventil besonders schnell zwischen den Positionen versetzt werden. Dadurch kann bspw. ein Übertritt von Luft/Sauerstoff von einer Kathode einer Brennstoffzelle zu einer Anode der Brennstoffzelle besonders vorteilhaft verringert werden. Außerdem kann das Ventil besonders schnell in die Öffnungsposition versetzt werden. Der Aktor kann auch ein Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor sein, wobei der Stator zusammen mit dem Rotor die Antriebseinheit bilden können. Der Rotor kann eine Hohlwelle mit einem Innengewinde aufweisen. Der Läufer kann im ersten Läuferabschnitt ein zu dem Innengewinde der Hohlwelle korrespondierendes Außengewinde umfassen und verdrehsicher gelagert sein. Somit kann durch das Anlegen einer Spannung an den Stator der Rotor in eine Drehbewegung versetzt werden und durch das verdrehsichere Lagern der Läufer entlang der Axialachse des Läufers bewegt werden. Vorteilhafterweise kann bei einem Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Ventil ein Elektromotor mit geringem Drehmoment verwendet werden. Somit können Bauraum und Kosten gespart werden.

Der längliche Läufer kann einen Grundkörper aufweisen, wobei der zweite Läuferabschnitt zusätzlich zu dem Grundkörper den ersten radial umlaufenden Vorsprung und den zweiten radialen Vorsprung aufweist. Der längliche Läufer kann als Querschnittsfläche eine Kreisfläche, insbesondere einen Kreisring, aufweisen. Weist der längliche Läufer als Querschnittsfläche einen Kreisring auf, so kann Material und Gewicht gespart werden und die Bewegung des Läufers besonders schnell erfolgen. Ferner kann dieser besonders vorteilhaft in der Längsführung des Ventilgehäuses geführt werden. Insbesondere ist der längliche Läufer ein zylindrischer länglicher Läufer. Bei einem zylindrischen länglichen Läufer kann die Rotationsachse die Axialachse darstellen. Der längliche Läufer kann auch als Querschnittsfläche eine Vielecksfläche, insbesondere eine Vierecksfläche, aufweisen. Ein Läufer mit einem viereckigen Querschnitt kann besonders stabil sein. Der längliche Läufer kann in einer Längsführung geführt sein. Insbesondere kann das Ventilgehäuse die Längsführung aufweisen. Die Längsführung kann ein Linearlager sein. Das Linearlager kann ein Linearkugellager sein. Vorteilhafterweise ist das Linearkugellager besonders reibungsarm und ermöglicht damit ein besonders schnelles Bewegen des länglichen Läufers des Ventils entlang der Axialachse des länglichen Läufers. Das Linearlager kann auch ein Lineargleitlager sein. Vorteilhafterweise nimmt das Lineargleitlager einen besonders geringen Bauraum in Anspruch und damit kann auch der Bauraum des Ventils besonders geringgehalten werden.

Der zweite Läuferabschnitt kann an den ersten Läuferabschnitt angeordnet sein, indem der zweite Läuferabschnitt und der erste Läuferabschnitt aus einem Stück sind. Somit kann der längliche Läufer besonders stabil ausgebildet sein und dem schnellen Bewegen des länglichen Läufers standhalten.

Die Einheit aus dem zweiten Läuferabschnitt und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung kann als Querschnittsfläche eine Kreisfläche aufweisen. Eine solche Einheit ist besonders einfach herstellbar. Es ist auch denkbar, dass die Einheit aus dem zweiten Läuferabschnitt und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung eine Vielecksfläche, insbesondere eine Vierecksfläche, aufweist. Weiter kann die Erstreckung des ersten radial umlaufenden Vorsprungs bezogen auf die Axialachse des länglichen Läufers größer als die Erstreckung des zweiten Läuferabschnitts bezogen auf die Axialachse des länglichen Läufers sein. Die Einheit aus dem zweiten Läuferabschnitt und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung kann dadurch gebildet werden, dass der zweite Läuferabschnitt und der erste radial umlaufende Vorsprung einstückig ausgebildet sind. Damit ist eine besonders hohe Stabilität der Einheit gewährleistet.

Der zweite radiale Vorsprung kann ein separates Bauteil sein. Damit gemeint ist, dass der zweite radiale Vorsprung bspw. an die Stirnseite des länglichen Läufers zusätzlich angeordnet werden kann. Das Anordnen kann beispielsweise mittels einem Befestigungsmittel, wie einer Schraube, erfolgen. Somit kann auf einfache Weise die Hauptventilplatte zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung beweglich an dem zweiten Läuferabschnitt montiert werden. Der zweite radiale Vorsprung kann auch eine Einheit mit dem zweiten Läuferabschnitt bilden. Die Einheit aus dem zweiten Läuferabschnitt und dem zweiten radialen Vorsprung kann dadurch gebildet werden, dass der zweite Läuferabschnitt und der erste radial umlaufende Vorsprung einstückig ausgebildet sind. Damit ist eine besonders hohe Stabilität der Einheit gewährleistet. Sind der zweite Läuferabschnitt und der zweite radiale Vorsprung einstückig ausgebildet, so können der zweite Läuferabschnitt und der erste radial umlaufende Vorsprung nicht einstückig ausgebildet sein. Damit kann gewährleistet werden, dass die Hauptventilplatte zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung beweglich an dem zweiten Läuferabschnitt montiert werden kann. Der zweite radiale Vorsprung bzw. die Einheit aus dem zweiten radialen Vorsprung und dem zweiten Läuferabschnitt kann als Querschnittsfläche eine Kreisfläche aufweisen. Es ist auch denkbar, dass der zweite radiale Vorsprung bzw. die Einheit aus dem zweiten radialen Vorsprung und dem zweiten Läuferabschnitt eine Vielecksfläche, insbesondere eine Vierecksfläche, aufweist. Insbesondere kann der zweite radiale Vorsprung bzw. die Einheit aus dem zweiten radialen Vorsprung und dem zweiten Läuferabschnitt ein radial umlaufender Vorsprung mit den Durchbrüchen sein. Damit kann besonders gleichmäßig die Hauptventilplatte beim Bewegen des länglichen Läufers des Ventils in eine Richtung vom dem zweiten radialen Vorsprung zu dem ersten radial umlaufenden Vorsprung entlang der Axialachse des länglichen Läufers angehoben werden.

Die Hauptventilplatte kann als Querschnittsfläche eine Kreisfläche aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die Hauptventilplatte eine Vielecksfläche, insbesondere eine Vierecksfläche, aufweist. Insbesondere weisen die Einheit aus dem zweiten Läuferabschnitt und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung, der zweite radiale Vorsprung und die Hauptventilplatte die gleiche Querschnittsflächenform auf. Damit ist ein besonders einfaches Ventil herstellbar. Das Läuferloch der Hauptventilplatte kann ein in der Hauptventilplatte zentral angeordnetes Läuferloch sein. Ein zentral angeordnetes Läuferloch kann eine besonders vorteilhafte Beweglichkeit der Hauptventilplatte bewirken. Bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist ein möglicher Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Ventils durch ein Versetzen des Ventils von der Schließposition in die Druckausgleichsposition besonders vorteilhaft verringerbar, sodass das Ventil von der Schließposition in die Öffnungsposition besonders schnell versetzt werden kann. Folglich können bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem temporäre lokale Unterschiede eines Fluids in dem Brennstoffzellenstapel, insbesondere in den Brennstoffzellen, besonders vorteilhaft reduziert, insbesondere verhindert, werden. Die Lebensdauer der Brennstoffzellen kann somit verlängert werden.

Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem der erste radial umlaufende Vorsprung einen der Hauptventilplatte des Ventils zugewandten radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt aufweisen, wobei die Hauptventilplatte an der dem ersten radial umlaufenden Vorsprung zugewandten Seite einen ersten radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt zum Anordnen an den radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs aufweist und/oder das Ventilgehäuse einen radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt aufweist, wobei die Hauptventilplatte an der dem ersten radial umlaufenden Vorsprung abgewandten Seite einen zweiten radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt zum Anordnen an den radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt des Ventilgehäuses des Brennstoffzellensystems aufweist. Der erste radial umlaufende Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte und/oder der zweite radial umlaufende Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte und/oder der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des Ventilgehäuses und/oder der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs kann eine radial umlaufende Erhebung aufweisen. Damit kann eine besonders vorteilhafte Abdichtung bewirkt werden. Insbesondere ist die jeweilige radial umlaufende Erhebung einstückig mit der Hauptventilplatte beziehungsweise mit dem Ventilgehäuse beziehungsweise mit dem ersten radial umlaufenden Vorsprung ausgebildet. Die radial umlaufende Erhebung, beispielsweise eine umlaufende Nase oder Lippe, kann zum Beispiel als Querschnittsfläche eine Halbkreisfläche aufweisen. Weist der erste radial umlaufende Dichtflächenabschnitt und/oder der zweite radial umlaufende Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte eine radial umlaufende Erhebung auf, so ist bevorzugterweise der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des Ventilgehäuses und/oder der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs plan, wobei der umgekehrte Fall natürlich auch möglich ist. Durch eine Erhebung kann eine besonders wirksame Abdichtung erfolgen, wenn der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs und der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des Ventilgehäuses gegen den ersten bzw. den zweiten Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte drückt. Es ist auch denkbar, dass die Hauptventilplatte und/oder das Ventilgehäuse und/oder der erste radial umlaufenden Vorsprung eine radial umlaufende Nut aufweist, in welcher der erste radial umlaufende Dichtflächenabschnitt beziehungsweise der zweite radial umlaufende Dichtflächenabschnitt und/oder der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des Ventilgehäuses und/oder der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs angeordnet ist. Weiter kann der erste radial umlaufende Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte und/oder der zweite radial umlaufende Dichtflächenabschnitt der Hauptventilplatte und/oder der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des Ventilgehäuses und/oder der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt des ersten radial umlaufenden Vorsprungs eine radial umlaufende Dichtung aufweisen bzw. sein. Eine Erhebung kann eine Dichtung sein. Die Dichtung kann eine statische Dichtung sein. Die Dichtung kann eine Hart-, Weich- und Mehrstoffdichtung sein. Insbesondere ist die Hartstoffdichtung eine Metalldichtung. Metalldichtungen können vorteilhafterweise bei einem hohen Druck und/oder einer hohen Temperatur eingesetzt werden. Insbesondere ist die Weichstoffdichtung federelastisch ausgebildet. So kann die Weichstoffdichtung als Werksstoff Gummi, insbesondere ein Elastomer, oder zumindest einen Kunststoff sein. Mit einer Weichstoffdichtung kann eine besonders vorteilhafte Abdichtung erreicht werden. Somit kann sichergestellt werden, dass der Durchfluss des Fluids der Fluidquelle in den Brennstoffzellenstapel, insbesondere in der Schließposition des Ventils, besonders vorteilhaft unterbrochen ist. Mit anderen Worten kann die Leckage besonders geringgehalten werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Querschnittsfläche des Läuferlochs größer als die Querschnittsfläche des zweiten Läuferabschnitts im Bereich zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung sein, sodass sich zwischen der Hauptventilplatte und dem zweiten Läuferabschnitt im Bereich zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung ein Fluidströmungskanal bildet, wobei der Fluidströmungskanal und der zumindest eine Durchbruch fluidkommunizierend zueinander angeordnet sind, und wobei die Querschnittsfläche des Läuferlochs kleiner als die Querschnittsfläche der Einheit aus dem zweiten Läuferabschnitt und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung ist, und wobei die Erstreckung des zweiten radialen Vorsprungs bezogen auf die Axialachse des länglichen Läufers größer als die maximale radiale Erstreckung des Läuferlochs der Hauptventilplatte bezogen auf die Axialachse des länglichen Läufers ist. Dadurch kann ein Ventil mit besonders vorteilhaften Dichteigenschaften bereitgestellt werden. Weiter kann das Brennstoffzellensystem besonders vorteilhaft betrieben werden.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Erstreckung des ersten radial umlaufenden Vorsprungs bezogen auf die Axialachse des länglichen Läufers kleiner als ein Abstand eines Kontaktpunktes des Ventilgehäuse mit der Hauptventilplatte, insbesondere des radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitts des Ventilgehäuses, bezogen auf die Axialachse des länglichen Läufers ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Antriebseinheit zum Bewegen des länglichen Läufers von der Schließposition in die Druckausgleichsposition besonders wenig Kraft aufzuwenden hat, insbesondere bei einem Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Ventils. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass das Ventil in der Öffnungsposition einen großen Hauptöffnungsströmungsquerschnitt aufweist und der Brennstoffzellenstapel mit ausreichend Fluid der Fluidquelle versorgt wird. Insbesondere kann das Verhältnis von der Erstreckung des ersten radial umlaufenden Vorsprungs bezogen auf die Axialachse des länglichen Läufers zu dem Abstand des Kontaktpunktes des Ventilgehäuse mit der Hauptventilplatte, insbesondere zu dem radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitts des Ventilgehäuses, bezogen auf die Axialachse des länglichen Läufers 1:2, 1:3, 1:4 oder 1:10 sein. Damit ist ein besonders vorteilhafter Betrieb des Brennstoffzellensystems möglich.

Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem der Abstand zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung des zweiten Läuferabschnitts im Bereich zwischen 101% und 130%, insbesondere zwischen 105% und 115%, der Dicke der Hauptventilplatte liegen. Dadurch, dass die Hauptventilplatte eine Dicke aufweist, welche geringer als der Abstand zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung ist, kann sich je nach Position des Ventils zwischen der Hauptventilplatte und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und/oder zwischen der Hauptventilplatte und dem zweiten radialen Vorsprung ein Spalt ausbilden. In der Druckausgleichsposition kann sich zwischen der Hauptventilplatte und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung ein Spalt ausbilden. Je größer dieser Spalt ist, desto geringer ist der Strömungswiderstand den das Fluid der Fluidquelle beim Durchfließen erfährt und der Druckausgleich kann besonders schnell erfolgen. Ein Versetzen des Ventils in eine Öffnungsposition ist folglich besonders zügig möglich.

Mit besonderem Vorteil kann bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Querschnittsfläche des Läuferlochs in der Hauptventilplatte einen Wert zwischen 101% und 130%, insbesondere 105% und 115%, der Querschnittsfläche des zweiten Läuferabschnitts im Bereich zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Hauptventilplatte besonders beweglich an dem zweiten Läuferabschnitt gelagert ist. Weiter kann gewährleistet werden, dass das Fluid den Fluidströmungskanal zwischen der Hauptventilplatte und dem zweiten Läuferabschnitt im Bereich zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung besonders vorteilhaft durchfließen kann, insbesondere in der Druckausgleichsposition. Das Ventil kann somit besonders schnell von der Schließposition in die Öffnungsposition versetzt werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem der zweite radiale Vorsprung zwei Durchbrüche, vorzugsweise drei Durchbrüche, besonders bevorzugt vier Durchbrüche aufweisen, wobei die Durchbrüche insbesondere radialsymmetrisch angeordnet sind und/oder benachbarte Durchbrüche insbesondere gleichweit voneinander beabstandet sind. Als Durchbruch kann auch eine Aussparung verstanden werden. Weist der zweite radiale Vorsprung zwei Durchbrüche auf, so kann der zweite radiale Vorsprung die Form eines zweiflügeligen Propellers aufweisen. Weist der zweite radiale Vorsprung drei Durchbrüche auf, so kann der zweite radiale Vorsprung die Form eines dreiflügeligen Propellers aufweisen usw.. Der zweite radiale Vorsprung in Form des dreiflügeligen Propellers kann das Bewegen des Ventils in Öffnungsposition besonders gleichmäßig ermöglichen. Der zweite radiale Vorsprung kann auch als Lochplatte ausgebildet sein. Die Lochplatte kann besonders einfach hergestellt werden.

Vorteilhafterweise kann ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem eine den länglichen Läufer umgebende Feder zwischen einem Federanordnungsabschnitt des Ventilgehäuses und einer der Hauptventilplatte abgewandten Seite des ersten radial umlaufenden Vorsprungs aufweisen. Insbesondere umgibt die Feder zumindest einen Teil des ersten Läuferabschnitts des länglichen Läufers. Durch die Feder kann das Bewegen des länglichen Läufers in eine Richtung von dem ersten radial umlaufenden Vorsprung zu dem zweiten radialen Vorsprung entlang der Axialachse des länglichen Läufers besonders vorteilhaft unterstützt werden. Somit kann das Versetzen des Ventils von der Öffnungsposition in die Schließposition in besonders kurzer Zeit erfolgen. Die Feder kann eine Wellenfeder sein. Vorteilhafterweise benötigen Wellenfedern besonders wenig Bauraum und können gleichzeitig eine hohe Kraft erzeugen. Die Feder kann auch eine Kegelfeder oder Tonnenfeder sein. Die Windungen der Kegelfeder und der Tonnenfeder können beim Zusammendrücken ineinander fallen und somit kann das Bewegen des länglichen Läufers in eine Richtung von dem zweiten radialen Vorsprung zu dem ersten radial umlaufenden Vorsprung entlang der Axialachse des länglichen Läufers besonders einfach und weit erfolgen. Damit gemeint ist, dass in der Öffnungsposition des Ventils der von der Hauptventilplatte freigegebenen Hauptöffnungsströmungsquerschnitt besonders groß sein kann. Das Brennstoffzellensystem kann folglich besonders vorteilhaft betrieben werden. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Hauptventilplatte und/oder der zweite Läuferabschnitt zwischen der Hauptventilplatte und dem zweiten Läuferabschnitt zumindest einen Abstandshalter aufweisen. Durch den zumindest einen Abstandshalter kann die radiale Bewegung der Hauptventilplatte besonders vorteilhaft minimiert werden. Gleichzeit kann die axiale Bewegung der Hauptventilplatte erhalten werden. Der zumindest eine Abstandshalter ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Fluidströmungskanal zwischen der Hauptventilplatte und dem zweiten Läuferabschnitt im Bereich zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung möglichst wenig beeinflusst wird. Der zumindest eine Abstandshalter kann sich stiftförmig zwischen der Mantelfläche des zweiten Läuferabschnitts und der inneren Mantelfläche der Hauptventilplatte erstrecken. Insbesondere weist die Hauptventilplatte und/oder der zweite Läuferabschnitt zwischen der Hauptventilplatte und dem zweiten Läuferabschnitt drei voneinander gleich beabstandete Abstandshalter auf. Dadurch kann die radiale Bewegung der Hauptventilplatte besonders vorteilhaft minimiert werden. Vorteilhafterweise wird der zumindest eine Abstandshalter durch Kugeln gebildet. Beispielsweise kann der zweite Läuferabschnitt Kugel aufweisen und eine Art Kugelkäfig bilden. Damit kann die Hauptventilplatte besonders einfach und leichtgängig axial bewegt werden und gleichzeitig die radiale Bewegung geringgehalten werden.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem der längliche Läufer im zweiten Läuferabschnitt im Bereich zwischen der Stirnseite des länglichen Läufers und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung einen Durchflusskanal entlang der Axialachse des länglichen Läufers aufweist und dass der längliche Läufer mindestens einen mit dem Durchflusskanal fluidkommunizierend verbundenen Querkanal zu der Mantelfläche des länglichen Läufers im Bereich zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung und dem zweiten radialen Vorsprung zum Durchleiten des Fluids der Fluidquelle aufweist. Dadurch kann der Durchfluss des Fluids der Fluidquelle in den Brennstoffzellenstapel erhöht werden, insbesondere vorteilhafterweise in der Druckausgleichsposition erhöht werden, und ein zumindest teilweiser Druckausgleich besonders schnell erfolgen, sodass das Ventil besonders rasch in die Öffnungsposition versetzt werden kann. Der Durchflusskanal kann eine Bohrung sein. Auch der zumindest eine Querkanal kann eine Bohrung sein. Bohrungen sind besonders schnell und einfach realisierbar.

Mit besonderem Vorteil kann bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem das Ventilgehäuse und/oder der längliche Läufer einen Anschlag zum Festlegen einer Endposition des länglichen Läufers in einer Öffnungsposition des Ventils aufweisen. Durch das Festlegen einer Endposition kann besonders einfach verhindert werden, dass die Antriebseinheit überlastet wird. Außerdem kann verhindert werden, dass das Ventil beschädigt wird. Der Anschlag kann durch die Längsführung gebildet werden. Weiter kann der Anschlag einstückig mit dem Ventilgehäuse und/oder dem länglichen Läufer ausgebildet sein. Der Anschlag kann auch einstückig mit dem Ventilgehäuse und ferner hülsenartig um den Läufer ausgebildet sein. Damit kann der Läufer die Führung durch die Längsführung besonders vorteilhaft unterstützen. Es ist auch denkbar, dass der erste radial umlaufende Vorsprung den Anschlag an der der Hauptventilplatte abgewandten Seite aufweist und in der Endposition gegen das Ventilgehäuse drückt. Ein solcher Anschlag kann besonders einfach mit dem ersten radial umlaufenden Vorsprung ausgebildet werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern des Durchflusses eines Fluids einer Fluidquelle in den oder aus dem Brennstoffzellenstapel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, das Verfahren, ausgehend von einer Schließposition des Ventils, aufweisend die folgenden Schritte: a) Ansteuern der Antriebseinheit durch die Kontrolleinheit zum Aufbringen einer Antriebskraft auf den länglichen Läufer durch die Antriebseinheit, b) Ansteuern der Antriebseinheit durch die Kontrolleinheit zum Erhöhen der Antriebskraft bis diese größer als eine der Antriebskraft entgegenwirkende erste Schließkraft des ersten radial umlaufenden Vorsprungs ist, sodass der Läufer von der Schließposition in eine Druckausgleichsposition versetzt wird, c) Ansteuern der Antriebseinheit durch die Kontrolleinheit zum Erhöhen der Antriebskraft bis diese größer als eine der Antriebskraft entgegenwirkende Schließkraft der Hauptventilplatte zusammen mit einer entgegenwirkenden zweiten Schließkraft des ersten radial umlaufenden Vorsprungs ist, sodass das Ventil von der Druckausgleichsposition in eine Öffnungsposition versetzt wird, d) Ansteuern der Antriebseinheit durch die Kontrolleinheit zum Halten der Antriebskraft, um das Ventil in dieser Öffnungsposition zu halten oder Erhöhen der Antriebskraft, um das Ventil in eine weitere Öffnungsposition zu versetzen und den Durchfluss des Fluids der Fluidquelle in den oder aus dem Brennstoffzellenstapel zu erhöhen, e) Ansteuern der Antriebseinheit durch die Kontrolleinheit um das Ventil von der Öffnungsposition oder der weiteren Öffnungsposition über die Druckausgleichsposition zurück in die Schließposition zu versetzen.

Als Schließkraft kann eine Kraft aufgrund eines Druckunterschiedes auf den beiden Seiten des Ventils verstanden werden. Als Schließkraft kann auch eine Kraft verstanden werden, die durch ein mechanisches Bauteil, wie einer Feder, aufgebracht wird. Mehrere Kräfte können sich auch zu einer Schließkraft addieren. Damit gemeint ist, dass beispielsweise auf den ersten radial umlaufenden Vorsprung des Läufers einerseits eine Schließkraft aufgrund eines Druckunterschiedes auf den beiden Seiten des Ventils ausgeübt werden kann, und andererseits zusätzlich eine Schließkraft aufgrund einer Feder auf den ersten radial umlaufenden Vorsprung ausgeübt werden kann. Folglich ist zum Beispiel in dem Schritt b) eine Antriebskraft aufzubringen, welche größer als die Schließkraft aufgrund des Druckunterschiedes zusammen mit der Schließkraft aufgrund der Feder ist, um den Läufer von der Schließposition in eine Druckausgleichsposition zu versetzen.

Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.

Es zeigen schematisch:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Ventils in einem Ventilgehäuse, wobei das Ventil in die Schließposition versetzt ist,

Fig. 2 einen Querschnitt eines Ventils in einem Ventilgehäuse, wobei das Ventil in die Druckausgleichsposition versetzt ist,

Fig. 3 einen Querschnitt eines Ventils in einem Ventilgehäuse, wobei das Ventil in die Öffnungsposition versetzt ist,

Fig. 4 einen Querschnitt eines Ventils in einem Ventilgehäuse, wobei das Ventil in die Druckausgleichsposition versetzt ist,

Fig. 5 einen Querschnitt eines Ventils in einem Ventilgehäuse, wobei das Ventil in die Schließposition versetzt ist,

Fig. 6 ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem, und

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Verfahren.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.

In den Figuren 1 bis 3 ist jeweils ein Querschnitt durch ein Ventil 10 in einem Ventilgehäuse 50 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 200 gezeigt. In Figur 1 ist das Ventil in einer Schließposition, in Figur 2 in einer Druckausgleichsposition und in Figur 3 in einer Öffnungsposition gezeigt.

Wie Figur 1 offenbart, ist das Ventil 10 in dem Ventilgehäuse 50 angeordnet, wobei das Gehäuse eine Eingangsanschlussöffnung X und eine Ausgangsanschlussöffnung Y aufweist. Das Ventil 10 und das Ventilgehäuse 50 bilden ein sogenanntes Eckventil. In Figur 1 ist das Ventil in die Schließposition versetzt. Eine Antriebseinheit 12 kann, beispielsweise beim Abschalten des Brennstoffzellensystems 200, von einer Kontrolleinheit angesteuert werden und durch ein Bewegen des Läufers 20 in einer Richtung von dem ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 zu dem zweiten radialen Vorsprung 36 entlang der Axialachse A des Läufers 20 das Ventil 10 von der Öffnungsposition in die Schließposition versetzen. In der Schließposition ist ein Durchfluss eines Fluids einer Fluidquelle 102 von der Eingangsanschlussöffnung X zu der Ausgangsanschlussöffnung Y größtenteils, insbesondere komplett, unterbrochen. Der Läufer 20 umfasst einen ersten Läuferabschnitt 21, der in einer Läuferführung 52 geführt ist, und einen zweiten Läuferabschnitt 22, wobei der zweite Läuferabschnitt 22 zusätzlich zu dem Grundkörper einen ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 und einen zweiten radialen Vorsprung 36 aufweist.

Ein radial umlaufender Dichtflächengegenabschnitt 32, welcher hier als eine Erhebung ausgebildet ist, des ersten radial umlaufenden Vorsprungs 31 drückt in der Schließposition gegen den ersten radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt 64 der Hauptventilplatte 60. Ein zweiter radial umlaufender Dichtflächenabschnitt 65 drückt wiederum gegen einen radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt 51 des Gehäuses 50. Der

Dichtflächengegenabschnitt 51 ist ebenfalls als Erhebung ausgebildet. Durch die radial umlaufenden Abschnitte 31,32, 51, 64 und 65 kann eine besonders vorteilhafte dichtende Wirkung in der Schließposition des Ventils sichergestellt werden.

In Figur 2 ist das Ventil in die Druckausgleichsposition versetzt. Von der Schließposition, wie in Figur 1 dargestellt, kann das Ventil 10 in die Druckausgleichsposition versetzt werden, indem die Antriebseinheit 12 den Läufer 20 in einer Richtung von dem zweiten radialen Vorsprung 36 zu dem ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 entlang der Axialachse A des Läufers 20 bewegt. Dieses Bewegen kann besonders einfach erfolgen, da die Erstreckung des ersten radial umlaufenden Vorsprungs 31 bezogen auf die Axialachse A des länglichen Läufers 20 kleiner als ein Abstand D2 des radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitts 51 des Ventilgehäuses 50 bezogen auf die Axialachse A des länglichen Läufers 20 ist. Folglich löst sich der radial umlaufende Dichtflächengegenabschnitt 32 von dem ersten radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt 64 und ein Spalt zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 und der Hauptventilplatte 64 bildet sich. Dieser Spalt kann sich bilden, da die Dicke T der Hauptventilplatte 64 geringer ist als der Abstand Dl zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 und dem zweiten radialen Vorsprung 36. Vorteilhafterweise kann nun das Fluid von der Eingangsanschlussöffnung X über den Spalt, über einen Fluidströmungskanal C, der sich zwischen der beweglich gelagerten Hauptventilplatte 60 und dem zweiten Läuferabschnitt 22 im Bereich zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 und dem zweiten radialen Vorsprung 36 bildet, und über Durchbrüche 39 in dem zweiten radialen Vorsprung zu der Ausgangsanschlussöffnung Y strömen. Schematisch ist der Durchfluss des Fluids mit S gekennzeichnet. Damit kann ein erster Druckausgleich zwischen den beiden Seiten des Ventil 10 besonders einfach ermöglicht werden. Folglich kann die Hauptventilplatte 60 nun vereinfacht, d. h. mit geringer Kraft, angehoben und das Ventil 10 in die Öffnungsstellung versetzt werden. Dies kann beispielsweise in einem Kathodengaspfad von einer Fluidquelle 102 hin zu einem Brennstoffzellenstapel 100 des Brennstoffzellensystems 200 vorteilhaft sein, bei welchem an dem Eingangsanschluss X unter Druck stehende Luft anliegt und am Ausgangsanschluss Y ein niedrigerer Druck, bspw. Umgebungsdruck, herrscht.

In Figur 3 ist das Ventil 10 in die Öffnungsposition versetzt. Von der Druckausgleichsposition, wie in Figur 2 dargestellt, kann das Ventil 10 in die Öffnungsposition versetzt werden, indem die Antriebseinheit 12 den Läufer 20 weiter in einer Richtung von dem zweiten radialen Vorsprung 36 zu dem ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 entlang der Axialachse A des Läufers 20 bewegt, insbesondere anhebt. Durch den vorangegangenen Druckausgleich kann das Anheben der Hauptventilplatte 60 mit einer geringeren Kraft erfolgen, als wenn eine Antriebseinheit einen Läufer mit nur einer Hauptventilplatte, d. h. ohne Druckausgleich, anheben müsste. Der zweite radial umlaufenden Dichtflächenabschnitt 65 der Hauptventilplatte 60 ist von dem radial umlaufenden Dichtflächengegenabschnitt 51 des Ventilgehäuses 50 gelöst, sodass zusätzlich ein Durchfluss S des Fluids der Fluidquelle 102, beispielsweise in den Brennstoffzellenstapel 100, über einen von der Hauptventilplatte 60 freigegebenen Hauptöffnungsströmungsquerschnitt von dem Eingangsanschluss X zu dem Ausgangsanschluss Y möglich ist.

In Figur 4 ist ein Querschnitt durch ein Ventil 10 in einem Ventilgehäuse 50 eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 200 gezeigt. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein Teil des Ventils 10 und des Ventilgehäuses 50 gezeigt. Für die restlichen nicht dargestellten Komponenten, wie bspw. die Antriebseinheit 12, wird auf die Figuren 1 bis 3 verwiesen. In Figur 4 ist das Ventil in eine Druckausgleichsposition versetzt. Der längliche Läufer 20 weist im zweiten Läuferabschnitt 22 im Bereich zwischen der Stirnseite des länglichen Läufers 20 und dem ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 zusätzlich einen Durchflusskanal 28 entlang der Axialachse A des länglichen Läufers 20 auf.

Dabei umfasst der längliche Läufer weiter mehrere übereinander angeordnete und voneinander beabstandete mit dem Durchflusskanal 28 fluidkommunizierend verbundene Querkanäle 29. Die Kombination aus dem Durchflusskanal 28 und den Querkanälen 29 vereinfacht ein Durchleiten eines Fluids einer Fluidquelle 102 weiter. Durch diese kann der Strömungswiderstand, den das Fluid erfährt, reduziert werden. Dadurch kann ein Druckausgleich mittels des Durchflusses S des Fluids besonders rasch stattfinden und das Ventil 10 besonders schnell in die Öffnungsposition versetzt werden. Weiter ist in Figur 4 ein Anschlag 55 dargestellt, der eine Endposition des Ventils in der Öffnungsposition festlegt. Der Anschlag 55 ist hier einstückig mit dem Ventilgehäuse 50 ausgebildet und bildet einen Teil der Längsführung 52. Ferner ist in Fig. 4 eine zumindest einen Teil des ersten Läuferabschnitts 21 des länglichen Läufers 20 umgebende Feder 14 illustriert. Durch die Feder 14 kann das Bewegen des länglichen Läufers 20 und somit das Versetzen des Ventils 10 von der Öffnungsposition zurück in die Schließposition in besonders kurzer Zeit erfolgen. Ferner kann durch die Feder 14 eine besonders vorteilhafte dichtende Wirkung in der Schließposition des Ventils sichergestellt werden. In Figur 5 ist ein Querschnitt durch ein Ventil 10 in einem Ventilgehäuse 50 eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 200 gezeigt. Die Hauptventilplatte 60 weist in Figur 5 einen ersten stiftförmigen Abstandshalter 67 an der inneren Mantelfläche der Hauptventilplatte 67 und einem dem ersten stiftförmigen Abstandshalter 67 gegenüberliegenden zweiten stiftförmigen Abstandshalter 67 auf. Durch die beiden Abstandshalter 67 kann die radiale Bewegung der Hauptventilplatte 60 besonders vorteilhaft minimiert werden. Gleichzeit kann die axiale Bewegung der Hauptventilplatte 60 erhalten werden. Durch die beiden stiftförmigen Abstandshalter 67 wird der Fluidströmungskanal C zwischen der Hauptventilplatte 60 und dem zweiten Läuferabschnitt 22 im Bereich zwischen dem ersten radial umlaufenden Vorsprung 31 und dem zweiten radialen Vorsprung 36 nur geringfügig beeinflusst, sodass der Druckausgleich in der Druckausgleichsposition weiterhin möglich ist. In Figur 5 ist der zweite radiale Vorsprung 36 ein separates Bauteil. Der zweite radiale Vorsprung 36, insbesondere der scheibenförmige zweite radiale Vorsprung 36, ist an die Stirnseite des länglichen Läufers 20 mit einer Schraube 37 angeordnet.

Figur 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 200 mit einer Fluidquelle 102, einem vor einem Brennstoffzellenstapel 100 angeordneten Ventil 10a in einem Ventilgehäuse 50a, einem nach dem Brennstoffzellenstapel 100 angeordneten Ventil 10b in einem Ventilgehäuse 50b und mit einer Kontrolleinheit 70, die eine Antriebseinheit 12 des Ventils 10a und 10b ansteuern kann. Die Ventile 10a und 10b sind vorzugsweise in einem Kathodengaspfad des Brennstoffzellensystems 200 angeordnet. Mit den im Kathodengaspfad, d. h. im Luftstrom (Luft/Sauerstoff), angeordneten Ventilen 10a und 10b können Schäden, beispielsweise durch einen Luft/Luft- Start verringert, insbesondere verhindert, werden.

Figur 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren. Das Ventil 10 befindet sich dabei anfangs in einer Schließposition. Im Schritt 301 wird die Antriebseinheit 12 durch die Kontrolleinheit 70 angesteuert und eine Antriebskraft auf den länglichen Läufer aufgebracht. Die Antriebseinheit wird in Schritt 302 derart von der Kontrolleinheit 70 angesteuert, sodass die Antriebskraft erhöht wird, bis diese größer als die entgegenwirkende Schließkraft des ersten radial umlaufenden Vorsprungs 31 ist. Wenn die Antriebskraft größer als diese Schließkraft ist, wird das Ventil 10 von der Schließposition in eine Druckausgleichsposition versetzt, insbesondere angehoben. In der Druckausgleichsposition kann nun ein zumindest teilweiser, insbesondere totaler, Druckausgleich zwischen den beiden Seiten, des Ventils 10 stattfinden. Mit den beiden Seiten des Ventils 10 kann der Bereich einer Eingangsanschlussöffnung X und der Bereich einer Ausgangsanschlussöffnung Y verstanden werden. In einem Schritt 303 wird nun die Antriebseinheit 12 durch die Kontrolleinheit 70 derart angesteuert, dass die Antriebskraft solange erhöht wird, bis die Antriebskraft größer als eine der Antriebskraft entgegenwirkende Schließkraft der Hauptventilplatte 60 zusammen mit einer entgegenwirkenden zweiten Schließkraft des ersten radial umlaufenden Vorsprungs 31 ist. Ist dies der Fall, so wird das Ventil 10 von der Druckausgleichsposition in eine erste Öffnungsposition versetzt, insbesondere angehoben. Die Antriebseinheit wird in Schritt 304 derart von der Kontrolleinheit 70 angesteuert, sodass die Antriebskraft entweder gehalten wird und das Ventil 10 in der ersten Öffnungsposition verbleibt oder die Antriebskraft wird erhöht und das Ventil 10 kann in eine weitere, insbesondere zweite, Öffnungsposition versetzt, insbesondere angehoben, werden und der Durchfluss des Fluids erhöht werden. Ein Ansteuern der Antriebseinheit 12 mittels der Kontrolleinheit 70 erlaubt damit ein Steuern des Durchflusses des Fluids der Fluidquelle 102 in den oder aus dem Brennstoffzellenstapel 100. Im Schritt 305 wird die Antriebseinheit 12 von der Kontrolleinheit 70 derart angesteuert, dass das Ventil 10 von einer Öffnungsposition, bspw. der ersten Öffnungsposition, über die Druckausgleichsposition zurück in die Schließposition versetzt wird. Beispielsweise kann die Antriebskraft auf Null reduziert werden und eine den länglichen Läufer 20 umgebende Feder 14 versetzt das Ventil 10 zurück in die Schließposition.