CN105765284A - 用于加压气体容器的阀装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于加压气体容器(2)的阀装置(4)，具有阀壳体和被装入到所述阀壳体中的功能元件。所述功能元件之一是提取阀(6)，其具有可在打开位置和关闭位置之间移动的阀体(5)。手动致动元件(12)设置用于将所述阀体(5)移动到至少部分打开的位置。

Description

用于加压气体容器的阀装置
技术领域
本发明涉及一种权利要求1前序部分详细限定的类型的用于加压气体容器的阀装置。
背景技术
现有技术中公知有用于加压气体容器的阀装置，也称为所谓的罐载阀(OTV)。例如可以参考US2005/0103382A1。此外，从EP1682801B1可知一种电磁阀，其中作为阀体的活塞在打开位置和关闭位置之间来回移动。
发明内容
除了用于去除气体的电磁控制之外，本发明的目的是提供一种必要时，例如为了维护、处于安全原因等，用于从加压气体存储器手动排出气体的选择。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1特征部分中的特征的阀装置来实现。有利的实施例和改进源自从属于权利要求1的从属权利要求。另外，权利要求10中还阐述了根据本发明的阀装置的特别优选的应用。
对于根据本发明的阀装置来说，该至少一个提取阀具有可在打开位置和关闭位置之间移动的阀体。设置有手动致动元件，其设计方式使得其能够将阀体移动到至少部分打开的位置。这提供了用于手动地致动阀装置来进行排空的极其简单且有效的选择。作为不论以何种方式存在的阀体经由手动致动元件移动到其打开位置的结果，还可以使用用于密封特别是其阀座的、不论以何种方式存在而用于阀体的机构。因此，将会机械地削弱阀并且体现有必须予以密封的附加接口的、在阀装置中具有附加开口的附加阀座是不需要的。相反，对于不论以何种方式存在的阀体来说，还可以使用其作为提取阀的功能以及手动致动放气阀的功能。
在这一概念的另一个非常有利的实施例中，提出了阀体具有电磁致动装置和复位弹簧，该复位弹簧将阀体移动到关闭位置。阀体经由电磁致动装置予以移动的这种设计本身是已知的。此外，阀体具有的复位弹簧在此处所示的实施例变型中将阀体移动到关闭位置。提取阀因而是常闭的。在此情况下以复位弹簧的力被关闭的常闭阀体可以通过手动致动元件而移动到打开或至少部分打开的位置，从而使气体能够在其打开或部分打开的位置沿阀体逃逸，并且经由通常的排空路径流动，这些路径另外被提供用于在常规操作期间抽出气体。
根据本发明的阀装置的一个非常有利的实施例，阀体可被设计为提取阀的活塞。例如，可在打开和闭合位置之间移动的这种活塞或切断活塞可从开头提及的现有技术EP1682801B1获知。这种设计对于用在高压罐中的阀装置是特别有利的，所述高压罐用于在700bar额定压力下存储的氢。参照任意阀体所描述的、根据本发明的阀装置的功能现在得以实现，特别是使用这种活塞或切断活塞作为阀体。这具有的主要优点是，不论以何种方式存在的复杂设计需要的仅是通过机械致动装置扩展，并且不需要额外的阀体和/或阀座用于手动排空，因为活塞也用于此目的。
在根据本发明的阀装置的一个有利的改进中，还可以提出的是，手动致动元件具有螺纹，使得将旋转运动转换成致动元件在朝向/离开阀体的方向上的轴向运动。这种致动特别简单和有效，因为致动元件的转动可以例如通过机械接口和适当的工具，比如六角扳手、螺丝刀等，来实现。
在另一个非常有利的实施例中，还提出螺纹在外部形成于套筒上，该套筒在内部具有可转动的销，销通过轴向止挡连接到带螺纹的套筒。这种设计特别是一项主要优势，因为实现了轴向运动和旋转运动的脱离。套筒于是可以很容易且有效地旋入和旋出。作为机械致动元件连接到阀体的销不必一同旋转，且取而代之地可在套筒内转动。其结果是，销不在其与阀体的接触面处转动，该接触表面理想地由圆形端部和用于容纳该端部的键状凹陷形成。因此，避免了过高的力和磨损，特别是在致动元件和阀体之间的不同材料的相互作用期间。
在根据本发明的阀装置的一个有利的改进中，还可提出手动致动元件具有止动件，使得仅只一个预定的轴向路径是可能的。这在具有螺纹套筒的设计中以及在手动致动元件的单件式设计中是可能的。此改进具有的主要优点是，止动件可以安全可靠地防止阀体移动得太远，这有可能导致提取阀或其致动系统的区域中的损害。
在另一个非常有利的实施例中，还提出预定的轴向路径仅允许阀体的一个行程，该行程比阀体的用于去除气体的常规打开期间的行程小，并且特别是小于1毫米。阀体的这种小行程，特别是小于1毫米，优选的是约为0.5毫米，一方面确保用于手动排空的所需行程可在每种情况下实现，以及另一方面，仅只相对小的可以流过的横截面被打开，因为经由阀体的手动致动仅部分地打开常规提取阀，从而节流功能在手动排放期间自动实现，其例如对应于约2毫米直径(公称直径)的钻孔。这是项主要的优点，因为加压气体容器的手动排空因此可以以非常受控的方式实现。
在根据本发明的阀装置的一个有利的改进中，还提出机械致动元件通过径向密封件与阀壳体密封。通过径向密封件的这种密封可以非常容易地实现且具有高水平的密封性，特别是当密封件具有密封环和支撑环时。因此，一方面可以实现平滑操作的机械致动装置，以及另一方面在每种情况下确保相对于周围的密封，因为致动装置的区域适当地受到压力作用，取决于阀体的位置和致动装置的位置。相比于原理上也可以想到的轴向密封件，径向密封件具有安装简单和长期耐久性的优点，因为其不像轴向密封件的情况那样受到旋转运动的强烈影响。
根据本发明的用于加压气体容器的阀装置的特别优选的应用是用在氢气以大于600bar的额定压力下进行存储的加压气体容器上。根据本发明的阀装置对于在非常高的额定压力下存储氢气以补偿其低密度缺点的氢气存储来说是特别有利的。阀装置可以有效地满足必要的各方面安全性，且同时允许系统的高水平密封性，所基于的事实是其接合于提取阀的阀体上，并且其自身的阀座不需要专用密封件。这能够以部件的最小成本以及要被密封的最小数量的接口来实现，从而产生对于相应地难以压缩的氢气的一大优势。
根据本发明的阀装置可优选地用于加压气体容器，该加压气体容器用于在车辆应用中特别是燃料电池车辆中存储氢气。
附图说明
根据本发明的阀装置的进一步有利实施例源自其它从属权利要求，并且基于下文参照附图更详细地描述的示例性实施例清楚地得以阐明，其中：
图1示出具有加压气体容器和阀装置的车辆；
图2示出处于提取阀打开状态的阀装置的一个可能的实施例；
图3示出根据图2的图示的视图，提取阀处于关闭状态；
图4示出根据图2的图示，提取阀被手动打开；以及
图5示出手动致动元件的替代实施例。
具体实施方式
车辆1，例如燃料电池车辆，显见于图1的图示中。该车辆可包括燃料电池系统，其中设置有至少一个燃料电池，特别是一组PEM燃料电池。这些燃料电池在阴极侧被供以作为氧气供应源的空气，且在阳极侧被供以氢气。该氢气源自于加压气体容器2，加压气体容器2在车辆1中示意性地示出。加压气体容器例如具有其本身已知且惯常的设计，其中关闭元件，所谓的BOSS，位于至少加压气体容器的一侧。在此关闭元件的由附图标记3表示的区域中，存在阀装置4，其可包括多种功能，且特别地，提取阀可被设置用作功能元件。其他功能元件比如减压阀、手动截止阀、温度传感器、压力传感器等是可以设想的，并且从一般的现有技术中是公知的。这些元件在本发明的功能方面不发挥作用，因此不作更详细讨论。
阀装置4的细节显见于图2的图示中。在这里示出的阀壳体的细节中，提取阀6的阀体5是显见的，其经由电磁致动器7控制。除了电磁致动器7，复位弹簧8也是显见的，其在电磁致动器7没有施加力时将阀体5移动到图3所示的关闭位置。阀体5的一侧，例如在图2中左上方所示的供应管路9，连接到加压气体容器的内部。气体例如可经由阀体5另一侧的排气管路10被引导到前面提到的燃料电池系统或者引导到其压力调节和计量装置。本设计应理解为仅只是例示性的。代替阀体5，活塞也可以设置在提取阀6中，如开头引用的现有技术EP1682801B1中所述。这对本发明的功能来说也是次要的。
图3中的示图显示了与如上所讨论的相同的设计，处于闭合状态。阀体5与阀座11密封接合，阀体5与阀座11之间的金属接触在这里仅只是例示性的。可替代地，也可以设置密封件。这对于本发明的基本功能来说也是次要的，由于此原因，略去阀座11与阀体5之间区域中的密封件的详细图示。此外，具有推杆13和螺纹14的手动致动元件12显见于图2和3中。致动元件12可经由用于工具的机械接口15而转动，使得通过螺纹14将转动转换成轴向运动。结果，致动元件12及其推杆13可以在阀体5的方向上移动。当致动元件12通过其推杆13的前端接触阀体5上的相应接收腔16时，随着致动元件12的进一步转动，阀体5克服复位弹簧8的力从其阀座11抬离，具体而言，直到致动元件12的致动停止或致动元件抵接用作止动件的壳体凸起17。这个位置在图4中示出，其中显见的是，阀体5已经在打开位置的方向部分地移离其关闭位置。这打开了阀体5和阀座11之间的间隙，气体可以通过该间隙从流入开口9的区域流入流出开口10的区域，且因此可以流出加压气体容器2。经由复位弹簧8处于常闭的提取阀6的位置因而可以通过手动致动元件12被改变，使得该位置是至少部分打开的。可以以这种方式来实现阀装置4的手动排空功能。该功能利用了无论以何种方式存在于提取阀6中的阀体5以及无论以何种方式存在于该位置的密封机构，使得手动排空功能可以被集成到阀装置4中，而所需努力最小且密封件损害的风险最小。
由于设置手动致动元件12的区域在阀装置4打开时也处于压力之下，所以具有密封环和支撑环的径向密封件18例如设置在手动致动元件12的区域中。尽管发生径向旋转，甚至频繁地致动手动致动元件12，径向密封件也可以保证很好的密封性。特别地，径向密封件18在阀体5关闭时不处于压力下，使得对于这种情况来说径向密封件18不会导致额外的泄漏风险。
与在除去气体期间通常以脉动方式移动、并且不断地打开和关闭的阀体5自身的移动相比，仅用于手动排空加压气体存储器2的手动致动元件12被设计成其工作循环数要少得多。然而，不希望的摩擦会随时间发生在推杆13的前端与阀体5中的腔16之间的接触点处，从而可能导致材料磨损。为了应对这种情况，可以使致动元件12设计成轴向运动与旋转运动脱离开。这在图5的图示中通过示例示出，在该示例中设置有套筒19。套筒19在外侧具有螺纹14，并且在内侧具有钻孔20。可在钻孔20中转动的销21延伸到该钻孔20中。钻孔20的下端用作销21的止挡，使得在套筒19向上转动的情况下，销21沿轴向方向进位，而在套筒19向下转动的情况下，销21由于重力的作用而移动，且特别地，复位弹簧8经由阀体5间接地移离阀体5的手动打开位置。在其上端，销21具有推杆13以及例如径向密封件18。阀体5于是根据需要通过推杆13从其阀座11抬离，类似于上述实施例的变型。由于至少在推杆13抵靠阀体5时旋转运动现在发生在套筒19和销21之间，因此可以通过适当的润滑和/或材料配对来使磨损和摩擦最小化。推杆13的前端在阀体5的腔16的区域中的接触于是在没有转动的情况下理想地发生，因此减少了摩擦和磨损。
从示出阀体5的手动打开状态的图4的示图中可见，阀体5和阀座11之间的间隙比在图2中所示的提取阀6的打开状态情形下的小得多。这是刻意而为之，其中阀体5的移动特别是小于1毫米。因此，在阀体5和阀座11之间仅打开了比较小的间隙。这在加压气体容器2的手动排空期间导致节流效应，因为可用的横截面相应较小。排空从而可以以非常有针对性的方式发生，这是有利的，特别是对于处于高压下的气体而言，比如存储在700bar额定压力下的氢气。

Claims (11)

1.一种用于加压气体容器(2)的阀装置(4)，具有阀壳体和被装入所述阀壳体中的功能元件，所述功能元件之一是提取阀(6)，该提取阀(6)具有可在打开位置和关闭位置之间移动的阀体(5)，
其特征在于，
设置有手动致动元件(12)，用于将所述阀体(5)移动到至少部分打开的位置。
2.根据权利要求1所述的阀装置(4)，
其特征在于，
所述阀体(5)具有电磁致动装置(7)和复位弹簧(8)，所述复位弹簧(8)将所述阀体(5)移动到所述关闭位置。
3.根据权利要求1或2所述的阀装置(4)，
其特征在于，
所述阀体(5)设计为所述提取阀(6)的活塞。
4.根据权利要求1、2或3所述的阀装置(4)，
其特征在于，
所述手动致动元件(12)具有螺纹(14)，使得旋转运动转换成所述致动元件(12)的、在朝向/离开所述阀体(5)的方向上的轴向运动。
5.根据权利要求4所述的阀装置(4)，
其特征在于，
所述螺纹(14)在外部形成于套筒(19)上，该套筒内部具有可转动的销(21)，所述销通过轴向止挡连接于所述套筒(19)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的阀装置(4)，
其特征在于，
所述手动致动元件(12)具有止动件(17)，以实现仅只一个预定的轴向路径。
7.根据权利要求6所述的阀装置(4)，
其特征在于，
所述预定的轴向路径仅允许所述阀体(5)的一个行程，所述行程小于所述阀体(5)的用于去除气体的常规打开期间的行程，并且所述行程特别是小于1毫米。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的阀装置(4)，
其特征在于，
所述手动致动元件(12)具有用于容纳工具的机械接口(15)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的阀装置(4)，
其特征在于，
所述手动致动元件(12)通过径向密封件(18)与所述阀壳体密封。
10.一种阀装置(4)在加压气体容器(2)中的应用，氢气在大于600bar的额定压力下存储于所述加压气体容器(2)中。
11.根据权利要求10所述的应用，
其特征在于，
所述加压气体容器(2)用于存储燃料电池车辆(1)中的氢气。
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