DE102021207319A1 - Check valve and control method for controlling a flow of pressurized gas from a pressure tank - Google Patents
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Abstract
Sperrventil (100) zum Kontrollieren eines Druckgasflusses von einem Druckgasbehälter (109) in einen systemseitigen Raum (111), wobei das Sperrventil (100) ein Hauptventil (101), ein Servoventil (103), eine Spule (105) und einen Mitnehmer (107) umfasst. Ferner umfasst die Erfindung ein Steuerungsverfahren (200) zum Steuern eines Druckgasflusses aus einem Drucktank (300) mittels eines Sperrventils (100), ein Drucktanksystem (300) mit einem Sperrventil sowie ein Fahrzeug (200) mit einem Drucktanksystem (300).Check valve (100) for controlling a compressed gas flow from a compressed gas tank (109) into a system-side space (111), the check valve (100) having a main valve (101), a servo valve (103), a coil (105) and a driver (107 ) includes. The invention also includes a control method (200) for controlling a compressed gas flow from a pressure tank (300) by means of a check valve (100), a pressure tank system (300) with a check valve and a vehicle (200) with a pressure tank system (300).
Description
Stand der TechnikState of the art
Wasserstoff wird häufig als Kraftstoff zum Betreiben von Brennstoffzellen aber auch von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Da Wasserstoff stark explosionsfähig ist, muss dieser sicher in einem Drucktank gelagert werden. Zum Kontrollieren eines Wasserstoffflusses aus einem Drucktank werden Sperrventile eingesetzt.Hydrogen is often used as a fuel to operate fuel cells but also internal combustion engines. Since hydrogen is highly explosive, it must be stored safely in a pressure tank. Check valves are used to control a flow of hydrogen from a pressure tank.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Sperrventil, ein Steuerungsverfahren, ein Drucktank und ein Fahrzeug mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sperrventil beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren bzw. dem erfindungsgemäßen Drucktank und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug, und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.As part of the presented invention, a check valve, a control method, a pressure tank and a vehicle with the features of the respective independent patent claims are presented. Further features and details of the invention result from the respective dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the check valve according to the invention also apply, of course, in connection with the control method according to the invention or the pressure tank according to the invention and the vehicle according to the invention, and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is always made to one another will or can become.
Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, eine robuste und verlässliche Kontrolle eines Flusses von Druckgas, insbesondere Wasserstoff, aus einem Drucktank zu ermöglichen.The invention presented serves in particular to enable a robust and reliable control of a flow of compressed gas, in particular hydrogen, from a pressure tank.
Es wird somit in einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Sperrventil zum Kontrollieren eines Druckgasflusses von einem Druckgasbehälter in einen systemseitigen Raum vorgestellt. Das Sperrventil umfasst ein Hauptventil, ein Servoventil, eine Spule und einen Mitnehmer. Die Spule ist dazu konfiguriert, bei einer Bestromung der Spule mit elektrischem Strom, das Servoventil von einer ersten Servoventilstellung in eine zweite Servoventilstellung zu bewegen, sodass das Servoventil einen Steuerungskanal in dem Hauptventil zwischen einem Steuerraum des Sperrventils und einem systemseitigen Raum freigibt, und ein in dem Steuerraum befindliches Druckgas in den systemseitigen Raum strömt.In a first aspect of the presented invention, a shut-off valve for controlling a compressed gas flow from a compressed gas tank into a system-side space is thus presented. The check valve includes a main valve, a servo valve, a spool, and a follower. The coil is configured to move the servo valve from a first servo valve position to a second servo valve position when the coil is energized with electric current, so that the servo valve releases a control channel in the main valve between a control chamber of the check valve and a system-side chamber, and an in pressurized gas in the control room flows into the system-side room.
Das Servoventil verschließt in der ersten Servoventilstellung den Steuerungskanal gasdicht, insbesondere wasserstoffdicht. Weiterhin gibt das Servoventil in der zweiten Servoventilstellung den Steuerungskanal frei und ist in eine Ventilkammer über dem Servoventil eingefahren.In the first servo valve position, the servo valve closes the control channel in a gas-tight manner, in particular in a hydrogen-tight manner. Furthermore, in the second servo valve position, the servo valve unblocks the control channel and is retracted into a valve chamber above the servo valve.
Der Mitnehmer ist an einer Mitnehmeraufnahme des Servoventils und an einer Hauptventilaufnahme des Hauptventils angeordnet, wobei die Mitnehmeraufnahme einen größeren Querschnitt aufweist als der Mitnehmer, sodass das Servoventil zwischen der ersten Servoventilstellung und einer Servoventilhilfsstellung bewegbar ist, ohne den Mitnehmer zu bewegen.The driver is arranged on a driver receptacle of the servo valve and on a main valve receptacle of the main valve, the driver receptacle having a larger cross section than the driver so that the servo valve can be moved between the first servo valve position and a servo valve auxiliary position without moving the driver.
Das Servoventil gibt in der Servoventilhilfsstellung den Steuerungskanal frei, ist aber noch nicht in die Ventilkammer eingefahren.In the servo valve auxiliary position, the servo valve releases the control channel, but has not yet moved into the valve chamber.
Das Servoventil ist dazu konfiguriert, bei einer Bewegung von der Servoventilhilfsstellung in die zweite Servoventilstellung den Mitnehmer mit in Richtung der Ventilkammer zu bewegen.The servo valve is configured to move the driver in the direction of the valve chamber when moving from the auxiliary servo valve position to the second servo valve position.
Der Mitnehmer ist dazu konfiguriert, eine durch eine Bewegung des Servoventils in die zweite Servoventilstellung bereitgestellte Kraft auf das Hauptventil zu übertragen und das Hauptventil von einer ersten Hauptventilstellung in eine zweite Hauptventilstellung zu bewegen.The follower is configured to transfer a force provided by movement of the servo valve to the second servo valve position to the main valve and to move the main valve from a first main valve position to a second main valve position.
Das Hauptventil verschließt in der ersten Hauptventilstellung einen Hauptkanal, der den Druckgasbehälter mit dem systemseitigen Raum verbindet, gasdicht, und gibt in der zweiten Hauptventilstellung den Hauptkanal frei.In the first main valve position, the main valve closes a main channel, which connects the pressurized gas tank with the system-side space, gas-tight, and opens the main channel in the second main valve position.
Unter einem Sperrventil ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Absperrventil zum Absperren und Freigeben eines druckgasleitenden Pfades zu verstehen.In the context of the present invention, a shut-off valve is to be understood as a shut-off valve for shutting off and releasing a compressed-gas-conducting path.
Unter einem Druckgasbehälter ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Raum zu verstehen, in dem ein Gas, insbesondere Wasserstoff mit Hochdruck, insbesondere mit einem Druck bis 1100 bar, gelagert wird.In the context of the presented invention, a pressurized gas container is to be understood as meaning a space in which a gas, in particular hydrogen, is stored at high pressure, in particular at a pressure of up to 1100 bar.
Unter einem systemseitigen Raum ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Raum zu verstehen, der abströmseitig vom Sperrventil angeordnet ist und üblicherweise Drücke zwischen Atmosphärendruck und Speicherdruck im Druckgasbehälter annehmen kann.In the context of the presented invention, a system-side space is to be understood as a space that is arranged on the outflow side from the check valve and can usually assume pressures between atmospheric pressure and storage pressure in the compressed gas tank.
Unter einem Mitnehmer ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein mechanisches Kopplungselement zum Übertragen einer Kraft von einem ersten beweglichen Bauteil auf ein zweites bewegliches Bauteil zu verstehen.In the context of the presented invention, a driver is to be understood as meaning a mechanical coupling element for transmitting a force from a first movable component to a second movable component.
Die vorgestellte Erfindung basiert auf zwei beweglichen Ventilen, nämlich einem Servoventil, das einen Druckgasfluss und, dadurch bedingt, einen Druckverlauf in dem Sperrventil einstellt, und einem Hauptventil, das einen Druckgasfluss aus dem Sperrventil bzw. durch das Sperrventil einstellt.The presented invention is based on two moveable valves, namely a servo valve, which adjusts a compressed gas flow and, as a result, a pressure profile in the check valve, and a main valve that adjusts a flow of pressurized gas out of or through the check valve.
Erfindungsgemäß wirken das Servoventil und das Hauptventil zusammen, um eine robuste und verlässliche Bewegung des Hauptventils zwischen einer ersten Hauptventilstellung, bspw. einer Sperrstellung und einer zweiten Hauptventilstellung, bspw. einer Freigabestellung, zu ermöglichen.According to the invention, the servo valve and the main valve cooperate to enable robust and reliable movement of the main valve between a first main valve position, e.g. a blocking position, and a second main valve position, e.g. a release position.
Das vorgestellte Sperrventil verbindet über einen Hauptkanal einen Druckgasbehälter, in der Regel einen Drucktank, mit einem systemseitigen Raum, welcher üblicherweise über eine fluidisch leitende Verbindung bspw. ein Brennstoffzellensystem oder eine Verbrennungskraftmaschine mit Brennstoff, insbesondere z.B. Wasserstoff versorgen kann. Zur Anpassung des Druckniveaus z.B. im Brennstoffzellensystem oder einer Verbrennungskraftmaschine werden diese üblicherweise mittelbar über Druckminderer mit dem systemseitigen Raum verbunden. In dem Hauptkanal ist das Hauptventil des Sperrventils beweglich angeordnet, sodass das Hauptventil ein Strömen von Druckgas aus dem Druckgasbehälter in den systemseitigen Raum verhindert bzw. sperrt, wenn sich das Hauptventil in der ersten Hauptventilstellung befindet und bspw. in den Hauptkanal hinein ragt bzw. den Hauptkanal gasdicht verschließt. In der zweiten Hauptventilstellung gibt das Hauptventil eine Strömung von Druckgas aus dem Druckgasbehälter in den systemseitigen Raum frei, was bspw. über eine beabstandete Position zum Hauptkanal erfolgt.The shut-off valve presented connects a compressed gas container, usually a pressure tank, via a main channel to a system-side space, which can usually supply a fuel cell system or an internal combustion engine with fuel, in particular e.g. hydrogen, via a fluidically conductive connection. To adjust the pressure level, e.g. in the fuel cell system or an internal combustion engine, these are usually connected indirectly to the system-side space via pressure reducers. The main valve of the check valve is movably arranged in the main duct, so that the main valve prevents or blocks the flow of compressed gas from the compressed gas tank into the system-side space when the main valve is in the first main valve position and, for example, protrudes into the main duct or the Main channel sealed gas-tight. In the second main valve position, the main valve releases a flow of pressurized gas from the pressurized gas tank into the system-side space, which takes place, for example, via a spaced position from the main channel.
Um ein Bewegen des Hauptventils von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung zu ermöglichen, umfasst das vorgestellte Sperrventil einen Mitnehmer, der das Servoventil und das Hauptventil mechanisch koppelt, sodass eine Kraft zum Bewegen des Servoventils zumindest teilweise auf das Hauptventil übertragen wird, wenn sich das Servoventil bewegt. Entsprechend bewirkt der Mitnehmer eine Beaufschlagung des Hauptventils mit additiven Kräften, nämlich einer durch eine Bewegung des Servoventils in die zweite Servoventilstellung bereitgestellte Kraft und eine pneumatische Kraft, die sich durch eine Druckdifferenz zwischen einem Steuerraum des Sperrventils und einem aus dem Druckgasbehälter auf das Hauptventil wirkenden Druck ergibt.In order to enable the main valve to be moved from the first main valve position to the second main valve position, the shut-off valve presented comprises a driver which mechanically couples the servo valve and the main valve, so that a force for moving the servo valve is at least partially transmitted to the main valve when the Servo valve moves. Accordingly, the driver causes additive forces to be applied to the main valve, namely a force provided by a movement of the servo valve into the second servo valve position and a pneumatic force which results from a pressure difference between a control chamber of the check valve and a pressure acting on the main valve from the compressed gas tank results.
Aufgrund der additiven Beaufschlagung des Hauptventils mit verschiedenen Kräften wird eine sichere und schnelle Bewegung des Hauptventils von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung sichergestellt.Due to the additive loading of the main valve with different forces, a safe and rapid movement of the main valve from the first main valve position into the second main valve position is ensured.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mitnehmeraufnahme einen Bewegungsraum zum Bewegen des Servoventils unabhängig von dem Mitnehmer umfasst, wobei der Bewegungsraum eine Höhe aufweist, die eine Bewegung des Servoventils von der ersten Servoventilstellung in die Servoventilhilfsstellung ermöglicht.Provision can be made for the driver receptacle to include a movement space for moving the servo valve independently of the driver, the movement space having a height that enables movement of the servo valve from the first servo valve position into the servo valve auxiliary position.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Mitnehmeraufnahme kann bspw. eine Bohrung in dem Servoventil bzw. durch das Servoventil sein. In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Mitnehmeraufnahme bspw. als Bohrung im bzw. durch das Hauptventil ausgeführt sein. Optional kann die Mitnehmeraufnahme einen Anschlag zum Kontaktieren des Mitnehmers umfassen. Dabei kann der Anschlag eine Form aufweisen, die einer vorgegebenen Übertragungsfunktion zum Übertragen einer Kraft von dem Servoventil auf das Hauptventil entsprechend gewählt ist, sodass die Übertragungsfunktion eine Kennlinie einer Bewegung des Hauptventils von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung vorgibt.The driver receptacle provided according to the invention can, for example, be a bore in the servo valve or through the servo valve. In a further embodiment variant, the driver receptacle can be designed, for example, as a bore in or through the main valve. Optionally, the driver receptacle can include a stop for contacting the driver. The stop can have a shape that is selected to correspond to a predefined transfer function for transferring a force from the servo valve to the main valve, so that the transfer function specifies a characteristic curve for a movement of the main valve from the first main valve position into the second main valve position.
Um eine bereichsweise unabhängige Bewegung des Servoventils von dem Mitnehmer zu ermöglichen, und bspw. das Servoventil von der ersten Servoventilstellung in die Servoventilhilfsstellung zu bewegen, ohne dass das Hauptventil bewegt wird, kann die Mitnehmeraufnahme einen Bewegungsraum zum Bewegen des Servoventils unabhängig von dem Mitnehmer umfassen. Der Bewegungsraum kann bspw. ein sogenanntes „Spiel“ zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmeraufnahme sein, innerhalb dessen das Servoventil sich unabhängig von dem Mitnehmer bzw. kontaktlos zu dem Mitnehmer bewegen kann.In order to allow the servo valve to move independently of the driver in some areas, and, for example, to move the servo valve from the first servo valve position to the servo valve auxiliary position without the main valve being moved, the driver receptacle can include a movement space for moving the servo valve independently of the driver. The movement space can, for example, be what is known as a “play” between the driver and the driver receptacle, within which the servo valve can move independently of the driver or without contact with the driver.
In einer ersten Ausführungsvariante ist hierbei der Mitnehmer fest mit dem Servoventil verbunden. Entsprechend bewirkt der Bewegungsraum ein sukzessives Öffnen des vorgestellten Sperrventils, da zunächst das Servoventil von der ersten Servoventilstellung in die Servoventilhilfsstellung bewegt wird bis der Mitnehmer mit der Mitnehmeraufnahme in Kontakt kommt und anschließend, nachdem in der Servoventilhilfsstellung ein Druck in dem Steuerraum des Sperrventils minimiert wurde, das Servoventil in die zweite Servoventilstellung bewegt wird und dabei das Hauptventil von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung zieht bzw. drückt.In a first embodiment, the driver is firmly connected to the servo valve. Accordingly, the movement space causes a gradual opening of the check valve presented, since first the servo valve is moved from the first servo valve position to the servo valve auxiliary position until the driver comes into contact with the driver receptacle and then, after a pressure in the control chamber of the check valve has been minimized in the servo valve auxiliary position, moving the servo valve to the second servo valve position, thereby pulling or pushing the main valve from the first main valve position to the second main valve position.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Mitnehmer fest mit dem Hauptventil verbunden ist.In a further embodiment variant it can be provided that the driver is firmly connected to the main valve.
Eine feste Verbindung, d.h. eine Verbindung ohne sogenanntes „Spiel“ bzw. ohne einen Bewegungsraum zur unabhängigen Bewegung von Hauptventil und Mitnehmer bewirkt eine direkte Übertragung einer durch den Mitnehmer bereitgestellten bzw. übertragenen Kraft auf das Hauptventil, sodass eine Bewegung des Mitnehmers direkt bzw. unmittelbar zu einer Bewegung des Hauptventils führt.A fixed connection, ie a connection without so-called "play" or without a movement space for independent movement of the main valve and driver causes a direct transmission of a force provided or transmitted by the driver to the main valve, so that a movement of the driver leads directly or directly to a movement of the main valve.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Mitnehmer ein Bolzen ist.Provision can also be made for the driver to be a bolt.
Ein Bolzen, insbesondere ein Metallbolzen hat sich als robust und verlässlich erwiesen und trägt daher zu einer langen Standzeit des vorgestellten Sperrventils bei.A bolt, in particular a metal bolt, has proven to be robust and reliable and therefore contributes to a long service life of the check valve presented.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Mitnehmer aus einem flexiblen bzw. elastischen Material besteht, um eine bereichsweise unabhängige Bewegung des Servoventils von dem Hauptventil zu ermöglichen.Alternatively, it can be provided that the driver consists of a flexible or elastic material in order to enable a region-wise independent movement of the servo valve from the main valve.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Sperrventil einen Steuerraum umfasst, der mit dem Steuerungskanal fluidisch leitend verbunden ist, wenn sich das Servoventil in der Servoventilhilfsstellung befindet.Provision can furthermore be made for the shut-off valve to include a control chamber which is fluidically connected to the control channel when the servo valve is in the servo valve auxiliary position.
Ein Steuerraum zur Aufnahme von Druckgas aus dem Druckgasbehälter, der mit dem Steuerungskanal verbunden ist, kann dazu verwendet werden, einen in dem Steuerraum anliegenden Druck durch Abgabe von Druckgas in den Steuerungskanal zu reduzieren und, dadurch bedingt, eine Bewegung des Hauptventils zu ermöglichen. Dazu kann der Steuerraum bspw. zwischen dem Servoventil und dem Hauptventil angeordnet sein. Entsprechend kann das Servoventil dazu verwendet werden, einen Druck in dem Steuerraum einzustellen und dadurch bedingt, eine Bewegung des Hauptventils zu kontrollieren indem das Servoventil den Steuerungskanal verschließt oder freigibt.A control chamber for receiving pressurized gas from the pressurized gas tank, which is connected to the control channel, can be used to reduce a pressure present in the control chamber by releasing pressurized gas into the control channel and, as a result, to enable movement of the main valve. For this purpose, the control chamber can be arranged, for example, between the servo valve and the main valve. Correspondingly, the servo valve can be used to set a pressure in the control chamber and, as a result, to control a movement of the main valve by the servo valve closing or opening the control channel.
Es kann vorgesehen sein, dass das Hauptventil eine gehäuseseitige Hubbegrenzung aufweist, derart, dass der Hauptventilhub kleiner als der Servoventilhub ist und bei vollständig geöffnetem Servoventil sowie vollständig geöffnetem Hauptventil der Servoventilsitz geöffnet bleibt und ein Druckausgleich zwischen Steuerraum und systemseitigem Raum stattfinden kann.Provision can be made for the main valve to have a stroke limiter on the housing such that the main valve stroke is smaller than the servo valve stroke and when the servo valve and the main valve are fully open the servo valve seat remains open and pressure can be equalized between the control chamber and the system-side chamber.
Es kann ebenso vorgesehen sein, dass die pneumatische Trennung des Steuerraums vom Druckgasbehälter über eine Führung zwischen Servoventil und Gehäuse erfolgt.Provision can also be made for the pneumatic separation of the control chamber from the compressed gas tank to take place via a guide between the servo valve and the housing.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann aber die pneumatische Trennung des Steuerraums auch durch übliche Dichtungselemente wie z.B. O-Ringe oder Dichtlippen in der Führung des Hauptventils erfolgen, was eine besonders starke Druckabsenkung im Steuerraum und dadurch auch eine besonders große öffnende Kraftwirkung am Hauptventil ermöglicht. Um in diesem Fall beim Schließvorgang nach Abschalten der magnetischen Kraftwirkung trotzdem ein sicheres Schließen zu gewährleisten muss dann eine alternative pneumatisch drosselnde Verbindung zwischen Steuerraum und Druckgasbehälter vorhanden sein, diese kann aber im Gegensatz zu einer Führung fertigungstechnisch besonders einfach z.B. durch Drosselbohrungen zwischen Hochdruckbereich 109 und Steuerraum erfolgen, z.B. im Hauptventil, im Servoventil oder im Gehäuse.In a further advantageous embodiment, however, the pneumatic separation of the control chamber can also take place using standard sealing elements such as O-rings or sealing lips in the guide of the main valve, which enables a particularly strong pressure drop in the control chamber and thus also a particularly large opening force on the main valve. In order to still ensure safe closing during the closing process after switching off the magnetic force, there must be an alternative pneumatically throttling connection between the control chamber and the compressed gas tank, but in contrast to a guide, this can be particularly simple in terms of production technology, e.g. through throttle bores between the high-
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Sperrventil eine Druckfeder umfasst, die dazu konfiguriert ist, das Servoventil in die erste Servoventilstellung und das Hauptventil in die erste Hauptventilstellung zu drücken, wenn die Spule stromfrei ist.It may further be provided that the check valve comprises a compression spring configured to urge the servo valve to the first servo valve position and the main valve to the first main valve position when the coil is de-energized.
Eine Druckfeder ermöglicht eine sichere und zuverlässige Absperrung des Sperrventils auch im Fehlerfall einer elektrischen Versorgung des Sperrventils.A compression spring enables the shut-off valve to be shut off safely and reliably even in the event of a fault in an electrical supply to the shut-off valve.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Steuerungsverfahren zum Steuern eines Druckgasflusses aus einem Drucktank mittels eines Sperrventils. Das Sperrventil umfasst ein Hauptventil, ein Servoventil, eine Spule und einen Mitnehmer. Das Steuerungsverfahren umfasst einen Öffnungsschritt zum Öffnen des Sperrventils, bei dem die Spule mit elektrischem Strom bestromt wird, um das Servoventil von einer ersten Servoventilstellung in eine zweite Servoventilstellung zu bewegen, sodass das Servoventil einen Steuerungskanal in dem Hauptventil zwischen einem Steuerraum des Sperrventils und einem systemseitigen Raum freigibt, und ein in dem Steuerraum befindliches Druckgas in den systemseitigen Raum strömt, wobei ein Mitnehmer, der zwischen dem Servoventil und an dem Hauptventil angeordnet ist, eine zur Bewegung des Servoventils bereitgestellte Kraft auf das Hauptventil überträgt, wenn das Servoventil von der ersten Servoventilstellung in die zweite Servoventilstellung bewegt wird, sodass das Hauptventil von einer ersten Hauptventilstellung in eine zweite Hauptventilstellung bewegt wird und ein Hauptkanal, der einen Druckgasbehälter mit dem systemseitigen Raum verbindet freigegeben wird. Weiterhin umfasst das Steuerungsverfahren einen Absperrschritt zum Absperren des Sperrventils, bei dem die Spule stromfrei geschaltet wird, sodass eine Druckfeder das Servoventil von der zweiten Servoventilstellung in die erste Servoventilstellung bewegt, und das Servoventil den Steuerungskanal in dem Hauptventil gasdicht verschließt, und das Hauptventil den Hauptkanal gasdicht verschließt.In a second aspect, the presented invention relates to a control method for controlling a compressed gas flow from a pressure tank by means of a check valve. The check valve includes a main valve, a servo valve, a spool, and a follower. The control method includes an opening step for opening the blocking valve, in which the coil is energized with electric current to move the servo valve from a first servo valve position to a second servo valve position, so that the servo valve has a control channel in the main valve between a control chamber of the blocking valve and a system-side Space releases, and a pressurized gas in the control space flows into the system-side space, with a driver, which is arranged between the servo valve and on the main valve, transmits a force provided for moving the servo valve to the main valve when the servo valve moves from the first servo valve position is moved to the second servo valve position such that the main valve is moved from a first main valve position to a second main valve position and a main passage connecting a pressurized gas tank to the system side space is released. Furthermore, the control method includes a shut-off step for shutting off the shut-off valve, in which the coil is de-energized so that a compression spring moves the servo valve from the second servo valve position to the first servo valve position, and the servo valve closes the control channel in the main valve in a gas-tight manner, and the main valve closes the main channel sealed gas-tight.
Das vorgestellte Steuerungsverfahren dient insbesondere zum Betrieb des vorgestellten Sperrventils.The control method presented serves in particular to operate the check valve presented.
In einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Drucktanksystem mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Sperrventils.In a third aspect, the presented invention relates to a pressure tank system with a possible embodiment of the presented shut-off valve.
In einem vierten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Fahrzeug mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Drucktanksystems.In a fourth aspect, the presented invention relates to a vehicle with a possible embodiment of the presented pressure tank system.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.
Es zeigen:
-
1a bis1f einen Ablauf einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Steuerungsverfahrens mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Sperrventils, -
2 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Fahrzeugs mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Drucktanksystems.
-
1a until1f a sequence of a possible embodiment of the presented control method with a possible embodiment of the presented shut-off valve, -
2 a possible embodiment of the presented vehicle with a possible embodiment of the presented pressure tank system.
In
Das Hauptventil 101 kontrolliert einen Wasserstofffluss zwischen einem Hochdruckbereich 109, wie bspw. einem Druckgastank und einem systemseitigen Bereich 111, der in einer üblichen Ausführungsvariante bspw. mit einem Brennstoffzellensystem oder einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, wobei in der Verbindung ein Druckminderer zur einfachen Anpassung des Druckniveaus vorgesehen sein kann.The
Zum Öffnen des Hauptventils 101 bzw. zum Ermöglichen eines Flusses von Wasserstoff aus dem Hochdruckbereich 109 in den systemseitigen Bereich 111 wird die Spule 105 bestromt, sodass diese eine elektromagnetische Kraft bereitstellt und das Servoventil 103 nach oben, von einem Steuerungskanal 113 in dem Hauptventil 101 weg, in eine Servoventilhilfsstellung zieht, wie in
In der Servoventilhilfsstellung liegt der Mitnehmer 107 an einer Mitnehmeraufnahme 115 des Servoventils 103 an, da die Mitnehmeraufnahme 115 des Servoventils 103 sich in der Servoventilhilfsstellung auf den Mitnehmer 107 geschoben hat bzw. der Mitnehmer 107 derart an einer Mitnehmeraufnahme 115 des Hauptventils 101 angeordnet ist, dass der Mitnehmer 107 die Mitnehmeraufnahme 115 in der Servoventilhilfsstellung kontaktiert und der Mitnehmer 107 die Mitnehmeraufnahme 115 in der ersten Servoventilstellung nicht kontaktiert bzw. der Mitnehmer 107 in der ersten Servoventilstellung beabstandet von der Mitnehmeraufnahme 115 vorliegt. Dazu kann die Mitnehmeraufnahme 115 als Hinterschnitt ausgestaltet sein und einen oberen Teil 117 des Servoventils 103 mit einem unteren Teil 119 des Servoventils 103 verbinden, ohne den Mitnehmer 107 in der ersten Servoventilstellung zu kontaktieren.In the servo valve auxiliary position,
Die durch die Spule 105 bereitgestellte elektromagnetische Kraft zieht das Servoventil 103 zunächst in eine Servoventilhilfsstellung, wie in
Sobald das Servoventil 103 den Mitnehmer 107 und, dadurch bedingt, das Hauptventil 101 bewegt, strömt Wasserstoff über einen Hauptkanal 127 aus dem Hochdruckbereich 109 in den systemseitigen Bereich 111, wodurch ein pneumatischer Druck auf das Hauptventil 101 wirkt, sodass das Hauptventil 101 durch additive Kräfte, nämlich eine durch die Spule 105 bereitgestellte elektromagnetische Zugkraft, und eine pneumatische Druckkraft des aus dem Hochdruckbereich 109 strömenden Wasserstoffs, bewegt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Hauptventil 101 nur in einem ersten Bereich auf seinem Weg von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung durch die elektromagnetische Kraft der Spule 105 in Kombination mit der pneumatischen Druckkraft des Wasserstoffs bewegt wird, und in einem zweiten Bereich des Weges des Hauptventils 101 von der ersten Hauptventilstellung in die zweite Hauptventilstellung, lediglich die pneumatische Druckkraft des Wasserstoffs das Hauptventil 101 bewegt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Hauptventil 103 beispielsweise im Fall gleicher bzw. ähnlicher Druckniveaus im Hochdruckbereich 109 sowie im systemseitigen Bereich 111, also einem Betriebszustand, in dem durch das Steuerraumprinzip keine bzw. nur geringe unterstützende pneumatische Öffnungskräfte am Hauptventil vorhanden sind, auch über rein elektromagnetische Kräfte geöffnet werden kann, welche hierbei vom Servoventil über den Mitnehmer auf das Hauptventil übertragen werden. As soon as the
Insbesondere kann das Servoventil 103 in der zweiten Servoventilstellung derart angeordnet sein, dass eine untere Kante 123 der Mitnehmeraufnahme 115 den Mitnehmer 107 kontaktiert, wie in
Um den Wasserstofffluss von dem Hochdruckbereich 109 in den systemseitigen Bereich 111 zu sperren, wird die Bestromung der Spule 105 unterbrochen, sodass das Servoventil 103, wie in
In
Claims (14)
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