CN107660261B - 抽取阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于流自压缩气体储集器(2)的过压气体的抽取阀(4)，其具有阀座载体(30)，包含在中心过渡到流出腔室(20)的圆锥形阀座(31)，具有抽取活塞(17)，所述抽取活塞至少间接地经由电磁线圈(12)在其轴向方向(4)上移动且包含与所述阀座(31)协作的阀主体(32)，以及用于所述加压气体的流入腔室(10)。根据本发明的所述抽取阀的特征在于所述流入腔室(10)被设计成完全或部分地位于所述抽取活塞(17)的中心轴线(A)的圆周上，且在所述抽取活塞(17)的所述轴向方向上逆着当所述抽取活塞(17)处于打开位置时所述气体的流动方向(E)经由具有中间体积(35)的中间连接(镗孔34)连接于所述阀座(31)与所述阀主体(32)之间，所述中间体积针对其自身部分包括与其中所述阀座(31)和所述阀主体(32)协作的区的连接(开口38)。

Description

抽取阀
技术领域
本发明涉及用于来自压缩气体储集器的过压气体的抽取阀，其具有：阀座载体，包含在中心过渡到流出腔室的圆锥形阀座；抽取活塞，所述抽取活塞在其轴向方向上至少间接地经由电磁线圈)而移动且包含与所述阀座协作的阀主体；以及用于所述加压气体的流入腔室。
背景技术
用于来自压缩气体储集器的过压气体、特别地用于压缩天然气或压缩氢气的抽取阀从现有技术是已知的。通常，额定压力对于天然气为大约26MPa的数量级，对于氢气为70MPa的数量级。通常，这些抽取阀的构造呈所谓的先导阀的形式，其中经由呈现为抽取阀额外致动元件的压力套管中的先导镗孔或控制镗孔施加气体的压力，作为用于打开或关闭控制抽取横截面的抽取活塞的辅助。抽取活塞因此应通常经由电磁线圈来直接或间接地致动，且通过经由先导镗孔在压力套管中集聚的压力而操作。呈先导阀形式的示例性抽取阀特别地在EP 1 682 801 B1中描述。
经由已经提到的大多数电磁触发以及抽取活塞和先导镗孔的配置，当形成这些先导阀时芯通常位于抽取活塞的致动系统中。所述EP文献确切来说在很大程度上未提到被指定为主阀座的抽取开口。在此领域中仍应当满足不同的要求。尤其当在用于氢气的压缩气体储集器中使用这些抽取阀时，良好的密封以及另一方面高耐久性是必需的，使得组合件可持续大量的操作循环。
电磁抽取阀从US 2014/0166915 A1是已知的。为了确保阀主体与阀座之间的良好密封，在圆锥形阀主体中提供含有弹性垫圈的凹槽。所述组合件特别地对于针对氢气的密封是关键的，因为一方面难以实现高循环稳定性，以及另一方面使用所提到的材料难以实现针对氢气的良好密封性质。在US 2003/0151018 A1中还公开了另一类似的组合件。主要差异在于，在所描述的组合件中，在阀主体的区中未设置密封材料，而是在阀座的区中设置密封材料。阀主体确切来说被设计为半圆形元件以便提供最佳可能的配合，理想上为阀座与阀主体之间的线性圆周接触线。此处同样，关于氢气，一般很难实现良好的密封效果。特别地，在如车辆中会遇到的强温度波动的存在下，一方面关于材料的弹性且另一方面关于在极大的施加温度场上的所述弹性应当对所述材料设定最高要求。
为此原因且如从现有技术已知且常见，借助例如似乎与最后提到的US文献中所示的组合件相当的组合件，可完全省略阀座或阀主体内部的密封元件。借助这些组合件，整个阀主体和/或阀座可由单一材料制成，特别地由金属材料制成。这些组合件可实现相比较来说良好的紧密度，特别地在用于氢气的压缩气体储集器中的使用中。本发明人完全了解，所述组合件在磨损或损坏方面尤其关键，特别地在阀座的区中。由于例如氢气等气体在形成于阀座与阀主体之间的密封边缘的一侧上以70MPa的额定压力存在，且在通过突然移动抽取活塞而打开抽取阀之后，所述气体松弛到低得多的压力，例如20到40MPa，阀座的区中的材料上的应力随后变得非常大。根据本发明人的经验，阀座的区通常在抽取活塞的几千次切换循环之后变得极度损坏。我们在此假定原因是一方面压力此的频繁突然改变以及另一方面在打开抽取活塞之后此区立即具有极高流速的溢流。
另一方面在于，压缩气体储集器中的气体可能经常含有最小数量的极小磨料颗粒，其会导致与阀座的区中与高体积流量和速度协作的阀座的一种磨损。总之，目前已知的组合件存在的危险是一方面不足的密封性，以及另一方面阀座由于大量循环所致的过早损坏，如特别地对于先导阀的情况。
发明内容
本发明的目的是提供抽取阀，其被设计成确保在所述抽取阀的长使用时间中在过压下储存的气体的安全且可靠的抽取。
根据本发明，所述目的通过具有下文所述的特征的抽取阀来解决。有利的细化以及进一步开发从下文描述中显现。
借助根据本发明的抽取阀，来自压缩气体储集器的过压气体流入抽取阀所通过的流入腔室相对于抽取活塞的中心轴线完全或部分地沿周向形成。不存在到阀座的区的直接连接，根据现有技术的组合件与根据本发明的抽取阀一样。此外，所述流入腔室沿着抽取活塞的轴向方向逆着当抽取活塞处于打开位置时气体的流动方向经由具有中间体积的中间连接而连接于阀座与阀主体之间。所述中间体积确切来说包含与阀座和阀主体在其中协作的区的连接。流动到抽取阀中的过压气体还从流入腔室转向到下游抽取流的相反方向上，且到达位于该处的中间体积中。所述中间体积随后连接到阀座和阀主体的区，使得当阀打开时气体在阀座与阀主体之间通过抽取开口从中间体积排放。组合件因此实现基本上在抽取阀的轴向方向上或者在平行于抽取活塞的轴线的轴向方向上到阀座的进入流。为此，阀座的机械应力显著减小，使得可增加阀座的寿命，即使抽取活塞具有大量冲程也是如此。
根据想法的尤其有利的又一实施例，此外，所述连接被形成为抽取活塞周围的中心开口。根据本发明的抽取阀的该有利又一改型，所述中间体积在此包含中心开口，气体相应地流入所述开口中以便沿着抽取活塞在轴向方向上在抽取活塞的阀主体与阀座之间流动。
根据所述想法的又一极有利实施例，此外所述中间连接经由若干镗孔被设计为环形中间元件。此环形中间元件可安装于流入腔室与中间体积之间。所述中间元件因此为环形的，因为抽取活塞沿中心穿过所述中间元件。若干镗孔分布于圆周上、在环形中间元件的材料中在轴向方向上延伸。气体通过所述镗孔从流入腔室流动到中间体积中。气体可随后在中间体积中均匀地自身扩散，且从该处理想地流动通过环形中间元件的中心开口，抽取活塞沿着所述元件沿朝着阀座的方向穿过所述开口。
在根据本发明的抽取阀的又一极有利的实施例中，阀座载体经由中间元件保持于轴向方向上。阀座载体还可通过中间元件保持于轴向方向上，使得可实现极紧凑的组合件，其中环形中间元件满足一方面在抽取期间期间沿轴向方向逆着流动方向穿过镗孔的中间连接以及另一方面机械紧固阀座载体的功能性。
在所述想法的极有利的又一改型中，所述中间元件与所述阀座载体的包围所述阀座的区紧密接合，为此目的所述中间元件包含特别地朝着所述阀座载体的方向突出的密封边缘。中间元件与阀座载体之间的所述密封接合防止加压气体流动通过可能的间隙直接从流入腔室进入阀座的区中。所述密封接合可特别地以这样的方式实现以使得在中间元件处提供突出的密封边缘(所谓的咬合边缘)，所述边缘在抵靠阀座载体按压中间元件时变形和/或穿透到阀座载体的材料中以便产生可靠的密封效果。
阀主体和/或阀座可因此一方面被设计为球形构件且另一方面被设计为球形盖。也可设想球形构件与圆锥形阀座之间的组合。当根据想法的极有利的实施例，抽取活塞的用作阀主体的部分是圆锥形的，圆锥形阀主体与圆锥形阀座协作而阀主体和阀座的圆锥体的开口角度彼此分开时可实现尤其好的密封效果。此圆锥形阀主体可随后理想地与圆锥形阀座协作。在本发明的意义上，圆锥形应当理解为也可被指定为截头圆锥体的包络表面的形式。为此，术语“圆锥形”在本发明的上下文中还涵盖不仅单个截头圆锥体的包络表面，而且还有具有不同开口角度的不同截头圆锥体的若干接连连接的包络表面。提供所述形状的截头圆锥体也可具有不同开口角度的若干轴向区段。例如截头圆锥体赋予极好的密封效果，首先如果根据所述想法，则与圆锥形阀座接触的区中的圆锥形阀主体具有比阀座小或大的截头圆锥体的开口角度。两个圆锥形协作元件(阀主体和阀座)的截头圆锥体的彼此分开的开口角度的所述差异提供了阀主体在阀座上的大体上线性且周向的接触。结果因此是提供极好密封效果的高表面压力，其在氢气的情况下在抽取阀的密封性方面证明是极有利的。
根据本发明的抽取阀的又一格外有利实施例可确保阀座的与阀主体协作的部分具有在中间体积的轴向方向上突出的密封唇缘。在阀座载体的材料上方在轴向方向上突出的此密封唇缘在所述密封唇缘的区中提供阀座的高弹性。结果是阀座抵靠阀主体的良好接触且因此获得极好的密封效果。
此密封唇缘现在如实践中所示的具有此较敏感的缺点。特别地，当打开抽取阀时大量过压气体的进入流以及沿着密封唇缘的显著差压会容易地损坏密封唇缘。因此，根据所述想法的又一极有利的实施例，可提供所述密封唇缘完全或至少部分地位于如在抽取期间在流入气体的方向上所见的突起后方。此突起可在确切来说过压气体的抽取循环期间针对气体的直接进入流保护密封，使得所述突起保护密封唇缘免于气体的体积流动且因此机械地保护所述唇缘。因此在此想法的极有利的又一实施例中，所述突起可形成于中间元件中。如果根据上述本发明的实施例变型存在中间元件，那么所述突起可理想地形成于所述中间元件中。首先如果中间元件和现在包含密封唇缘的阀座机械地协作，则例如因为如上文作为尤其有利的又一改型所描述的中间元件在轴向方向上维持阀座，所以所述组合件可格外简单且有效地提供密封唇缘的保护，这增加了抽取阀的稳健性和寿命。
因此，在此想法的极有利又一实施例中，当使用密封唇缘时激活体积可布置于密封唇缘周围，其当抽取活塞处于关闭位置时特别地经由突起与密封唇缘之间的间隙与阀主体和阀座处存在的加压气体连接。当抽取活塞处于关闭位置时在密封唇缘的背对阀主体的侧上的此激活体积导致由于在所述激活体积的区中的过压气体施加的压力而在朝向阀主体的方向上按压此较弹性的密封唇缘。过压气体的压力还有助于抵靠阀主体稳固地且气密地按压密封唇缘。气体确切来说也有助于改善密封效果，因此构成我们在此讨论的压力激活的原因。
根据所述实施例的极有利的又一改型，此外所述激活体积可包括经由所述密封唇缘的区中的至少一个连接开口与即将到来的气体的区的目标连接。可例如形成为穿过密封唇缘的镗孔、形成为螺旋通道或形成为穿过密封唇缘的径向凹槽的此目标连接提供了气体进入激活体积的极好流入，而与凸起与密封唇缘之间的间隙的大小无关。这一方面保证了激活体积的可靠填充，且因此保证了通过压力激活对密封效果的可靠支持。而且，当将抽取活塞移动到打开位置中时，其实现气体通过所述连接开口从激活体积的区的目标排放。由于所述比较突然的流出可通过目标连接在预定义区中安全且可靠地发生且与所述效果相长地设计，因此由所述流出造成的对密封唇缘的任何可能损害可以比所述流出流将沿着间隙在密封唇缘的整个区上方或所述唇缘的任何意外区上方延行的情况容易得多地进行控制。
根据此想法的额外极有利的实施例，此外可在激活体积中布置密封材料。密封材料(例如密封环)可格外简单且有效地插入到激活体积中，因为激活体积通常包含从抽取阀的中心轴线位于密封唇缘外部的环形腔室。所述密封材料在此对密封效果没有任何影响。仅出于所述目的而减小激活体积的体积是明智的。密封材料与密封唇缘之间的剩余体积仅足以确保上文描述的压力激活。本发明人完全了解，紧接在首次从阀座提升阀主体之后，气体突然沿着密封唇缘在朝着阀座的方向上流出激活体积的区。本发明人已经观察到所述流动引起密封唇缘的额外机械应力——在密封唇缘变形的程度上。在最差情况下，随后在下一冲程期间抽取活塞或阀主体使密封唇缘损坏和/或破坏。根据本发明的抽取阀的基本配置的改进流动以及特别地穿过被设计成具有FKM的NBR的较小有用填充的密封材料(例如极软的密封环)的激活体积实现了延长的寿命，因为一方面可实现极均匀的流动，且另一方面通过减小激活体积可显著减轻由于此较敏感的密封唇缘而突然发生的压力改变。剩余特定的激活体积，其当抽取活塞处于关闭位置时提供在密封抽取阀方面的优点。不言而喻，所述密封材料必须适合于预期用途，特别地预定义的压力和温度范围。特别地，其玻璃转变温度应当比40℃小得多。所述密封材料应当在整个温度范围上保持其弹性。此外，所述密封材料应当是弹性的且抵抗减压爆裂。
如所阐释，根据本发明的入口阀的流入腔室围绕抽取活塞的中心轴线完全或部分地沿周向布置，且不与越过中间体积的阀座的区流体连接。根据有利的又一实施例，所述流入腔室可被设计为环形的且呈环形片段的形状。其因此可围绕抽取阀的中心轴线完全或部分地沿周向形成。根据此想法的额外极有利的实施例，此外流入腔室可以是螺旋形的。在如例如从具有涡轮机的流入腔室已知的实施例中，此螺旋形流入腔室确保了流出气体在中间体积的方向上通过中间元件中的镗孔的均匀分布。结果是最终改善气体在中间体积中的均匀流线型分布且因此通过阀座的均匀入射流，使得其机械应力在阀座的整个表面上极均匀地分布。
在此想法的极有利的又一实施例中，因此可提供，所述流入腔室经由沿切向过渡到所述流入腔室的馈送线路连接到所述压缩气体储集器中的体积。特别地，气体进入流入腔室的此切向流入实现气体在整个流入腔室中的均匀分布。在优选在流入开口的侧上的路径中，气体扩散到中间体积中且从该处进入位于阀座的区的中心的排放开口的危险得以避免。气体流动越均匀，阀座和阀主体、特别地阀座的密封唇缘(在此密封唇缘存在的情况下)的材料上的局部应力越小。此外，结果是整个抽取路径上的较小压降。
在根据本发明的抽取阀的又一极有利的实施例中，此外，当所述抽取活塞处于打开位置时用于气体流出的最窄可流动横截面在所述气体的流动方向上在所述阀座的区——其中当所述抽取活塞处于关闭位置时所述阀座与所述阀主体在所述区中协作——之后布置于所述阀座与所述阀主体之间。抽取阀内部的所述最窄可流动横截面因此有意地位于环形间隙中，当抽取活塞处于打开位置中时所述环形间隙形成于阀主体与阀座之间。最窄可流动横截面的区一方面通过抽取阀控制体积流动速率。另一方面，压降以及湍流动能的主要部分在流入腔室与流出腔室之间积累。位于最窄可流动横截面的区中的材料因此暴露于特别高的机械应力。由于所述材料随后在流动方向上布置于(当抽取活塞处于关闭位置时与阀主体密封接合的)阀座的区之后，因此可特别地在抽取活塞的突出穿过阀座的尖端的区中设计所述区，以便保持机械应力远离阀主体和阀座的关键区。
在根据本发明的抽取阀的又一极有利的实施例中，在中间元件中具有镗孔的变型中，此外现可设计：连接到抽取活塞的导引销啮合到镗孔中的一者中。首先借助气体进入流入腔室的切向流入，周围气体可最终到达镗孔。在中间元件与抽取活塞之间操作的导引销确保了抽取活塞的角位置且因此与其连接的阀主体的角位置在圆周方向上保持不变。所述导引销还相应地决定抽取活塞(通常旋转对称地形成，导引销例外)与阀座之间的角位置。角位置的所述扣紧实现了总是阀主体和阀座的相同区协作。由于阀主体和阀座的区中的可能不规则性和制造公差可以借助增加使用和表面的协作来校正，因此可至少在抽取阀的某一可用寿命之后改善密封效果，因为在制造期间不可避免的所述最小不规则性可彼此补偿且从而改善密封效果。如果抽取活塞可自由旋转，那么将总是不同的点协作，这将使组合件的密封效果恶化。
除了当通过导引销防止抽取活塞的旋转而实现极好密封效果时的此优点之外，导引销穿透到镗孔中的一者中还可独立于抽取活塞的位置防止所述镗孔被气体横穿或者仅沿着镗孔的壁与导引销之间的小间隙横穿。也可基本上防止镗孔中的一者将气体从流入腔室递送到中间体积中。特别地，借助进入流入腔室的切向流入气体，在环形或螺旋形(例如)流入腔室的整个外围周围分布气体。特别地，借助环形流入腔室，实际上可能会发生：气体的一部分不会遵循切向脉动，而是流动到紧邻靠近入口管道的嘴部定位的镗孔中。实际上，所述流无法在各个镗孔上均匀地分布。气体的一部分将逆着所需的流动方向“分支离开”且因此干扰均匀地流入中间体积的气体流，可能具有稍微的扰动。由于导引销现在可使用所述尤其关键的镗孔，因此一方面无论抽取活塞的冲程如何都确保抽取活塞相对于阀座的恒定角位置，且另一方面，至少部分地在抽取活塞的所有位置中穿透到镗孔中的导引销基本上阻挡所述尤其关键的镗孔，使得其无法不利地影响均匀的流分布。
根据本发明的抽取阀的尤其有利的又一实施例，阀座载体和/或抽取活塞可由高性能塑料形成，特别地由高性能热塑性树脂形成。例如PEEK(聚醚醚酮)、PI(聚酰亚胺)、PAI(聚酰胺酰亚胺)或另一高性能塑料等高性能塑料的所述使用是尤其有利的。所述高性能塑料具有位于在操作中通常发生的温度之上的玻璃转变和熔化温度。结果获得在抽取阀操作的整个温度范围中的规则且均质的材料性质。而且，高性能塑料具有大约3％的特定残余弹性，具有机械尺寸稳定性。这足以保证阀座与阀主体之间的良好密封安装。可按需要相当好地加工塑料。所述加工可以例如在于注射冲压或烧结，特别地在形成激活体积的密封唇缘的底切的区域中具有机械整形。此外，它们展现极好的滑动性质、高耐磨性以及极好的机械性质。它们因此绝对理想用于形成根据本发明的阀座和/或阀主体。特别地，阀座(如果存在)与密封唇缘形成为单个零件，且通过使用此高性能塑料而实现极简单且有效的组合件。举例来说，阀座可被制造具有PEEK或PI制的密封唇缘。在此情况下，其将理想地与由与抽取活塞相同的材料制成的作为单个零件安装于抽取活塞上的阀座协作，所述材料例如钢材料，例如特定来说1.4016IM、1.4435或SUSF316L或甚至所提到的高性能塑料中的一者。
如已经提到，根据尤其有利的实施例，抽取阀可实现为先导阀，而根据本发明的抽取阀的组合件并不真的需要例如先导阀。特别地，抽取阀的所描述组合件也可被集成为位于续加燃料路径中的止回阀的内部主垫圈，如例如在所谓的罐上阀(On-Tank-Valve，OTV)的填充路径中或在连接于上游的罐填充颈部中所使用。所述组合件也可与被形成为安全止回阀的通常存在的第二止回阀一起使用。
根据本发明的抽取阀的特定优点在先导阀的情况下显现，特别地在先导阀形成以用于氢气罐的情况，例如在呈压缩气体储集器的形式的氢气罐上的OTV。一方面在密封效果方面且另一方面在高压力梯度或差压下的极高循环稳定性方面的尤其好的性质带来根据本发明的抽取阀的决定性优点，其特别地在采取用于氢气罐的先导阀的形式的情况下实现。
附图说明
根据本发明的抽取阀的另外有利实施例在下文参考附图更详细描述的示例性实施例中可见。
其中
图1示出了借助于原理指示的车辆；
图2示出了穿过呈先导阀形式的抽取阀的可能组合件的原理截面图；
图3示出了在根据本发明的可能实施例中的抽取阀的主阀座周围的剖视图；
图4示出了根据图3中的线IV-IV的原理截面图；
图5示出了当抽取活塞处于关闭位置中时根据图3的阀座的实施例；
图6示出了当抽取活塞处于打开位置中时根据图5的实施例；
图7示出了在根据本发明的抽取阀的实施例的可能截面形式的分解图中主密封阀座和中间元件的三维截面图；
图8示出了当抽取活塞处于关闭位置中时根据图7的阀座的实施例；
图9示出了当抽取活塞处于打开位置中时根据图8的实施例；
图10示出了类似于图8中的图的激活体积和密封环的放大表示；以及
图11示出了呈实施例的替代形式的阀座载体的三维视图。
具体实施方式
图1的图示示出了示意性表示的车辆1。车辆1含有压缩气体储集器2，其可为例如用于压缩天然气或氢气的储存系统的部分。所述压缩气体储集器或者(如果存在若干)所述压缩气体储集器中的每一者具有指定的阀3，通常为所谓的罐上阀(On-Tank-Valve，OTV)。抽取阀4是用于在压缩气体储集器2中在过压下储存的气体的所述阀3的部分。此项目在图1的表示中无法清楚可见，但在稍后阶段将详细检查。所抽取气体到达能量转换器5，其可例如被设计为内燃机或燃料电池。其使用储存于气体中的能量以借助往复运动的活塞通过引擎中的燃烧而产生例如机械能量，或者例如从气体以及来自周围空气的氧气在燃料电池中产生电能。朝向车轮7中的一个的所述能量流经由以具有数字6的点线指定的箭头，单纯地借助于实例来表示。最后，储存于压缩气体储集器2中的气体使得能够为车辆1提供驱动能量。
可例如类似于最初提到的现有技术而布置于阀3中的抽取阀4自身在图2的表示中以图解截面图图示为处于根据申请人的未预公布的申请DE10 2013 019 879的示意性截面图中的实施例的第一种可能形式。抽取阀4因而包含压力套管9，其可由不可磁化的材料制造，例如1.4435或SUSF316L。所谓的压力套管在其末端中的一者处气密地封闭，且在其另一末端(在此处表示的示例性实施例中经由垫圈密封)处连接到环状腔室10，所述腔室是经由以点线表示的管道11链接到压缩气体储集器2的内部的腔室。整个压力套管9中的压力至少在某一时间周期之后将经由压力套管9的内壁与安装于其中的组件之间的间隙而传播。压力套管9现在由在压力套管9的一侧上指示的电磁线圈12包围。线圈12此外包含可磁化的线圈轭13，其在中间区中含有相对于压力套管9的轴向长度的中断14。线圈12以及带有中断14的线圈轭13因此优选地被设计为旋转对称或镜面对称的，且布置于被设计为旋转对称的压力套管9周围。
压力套管9在图2的表示中从上到下(即，从压力套管9的气密封闭侧到压力套管9的打开侧)首先包含芯15，其由例如1.4016IM的可磁化材料组成。例如可由相同材料制成的锚件16连接到所述芯15，所述芯被压入到压力套管9中。在此处图示的示例性实施例中由若干部分构成的抽取活塞17在下游连接到锚件16。其在此处图示的示例性实施例中含有主垫圈18，其气密地密封连接到压缩气体储集器2的内部的环状流入腔室10，带有对立元件19——在此情况下为在阀主体2中相对于中心流出腔室20的平坦表面，腔室20间接地连接到能量转换单元。抽取活塞17此外包含旋入的中心元件21以及在其面对锚件16的侧上包含环22，所述环举例来说被设计为永久磁体，然而特别地为可磁化材料，例如与锚件16和芯15相同的材料。在此示例性实施例中，除垫圈18外的抽取活塞17的其余部分可举例来说由不可磁化的材料制成，例如压力套管9的材料。抽取活塞17的面对压力套管9的气密密封末端的区此外包含先导镗孔23，其通常被设计为具有极小直径的镗孔，例如几十到几百微米的直径。其连接到抽取活塞17中的流动开口8。当抽取阀4如图2中表示气密地密封时所述先导镗孔23经由密封元件24气密地密封，密封元件由穿透通过锚件16和芯15以及在压力套管9的气密密封末端处的弹簧元件26的杆25支撑。
图2的图示示出了气密密封的抽取阀4，其中抽取活塞17以一方式定位以使得其相对于流出腔室20密封流入腔室10。如果线圈11现在被供能，那么特别地在线圈轭13中产生磁流量。然而由于线圈轭13中的间隙14，磁场线无法形成闭合磁路。它们因此将迁移通过压力套管9的不可磁化材料进入芯15的材料。这举例来说由几条点线表示。它们争取克服芯15与锚件16之间的气隙27以经由锚件16返回到线圈轭。由于气隙27小于间隙14，因此所指示的磁场线的路径是优选的。有利地，气隙27关闭以保证最大磁流量。磁力因此抵抗在芯15的方向上弹簧元件26的力以受支撑方式使锚件16在密封元件24和杆25上方移动，这使得能够关闭气隙27。气隙27(当所述气隙打开时包含通常小于0.7mm的裂缝宽度)接近于零，使得锚件16紧邻位于芯15上。这促进了优选的最大可能的磁流量。
具有与锚件16协作的密封元件24的组合件确保一方面当移动锚件时必须克服弹簧元件26的力。另一方面，当锚件16移动时先导镗孔23打开，因为密封元件24从其上升。如已经提到，与压缩气体储集器中相同的压力通常在压力套管9内部主导，即例如当以大约70MPa额定压力储存氢气时。由于通向能量转换器5的流出腔室20中不存在压力或存在小得多的压力，因此一旦先导镗孔23已打开，位于压力套管9中的气体便经由锚件16中的中心排放开口27以及对应于所述排放开口27的流出腔室20排放。流入腔室10的区域中的压力可与抽取活塞17上方的压力套管9的区域中相同或也可高得多。在差压的情况下，除了磁力之外，后一种情况还可促进抽取活塞17从图2中图示的位置向上移位。在相等压力(即，零差压)的情况下，抽取活塞仅通过磁力打开或保持打开。特别地，以此方式防止在最大差压下的切换操作，使得仅通过主动切换的先导镗孔23来补偿压力。
抽取活塞17移动直到抽取活塞17的肩部28撞击压力套管9的对应对立止挡件29，且从而限制抽取活塞17的提升移动。主垫圈18随后从其对立元件19升高，且释放所需的横截面以用于从流入腔室10且经由管道11从此处未图示的压缩气体储集器2抽取气体。同时，沿着抽取活塞17的外围以及通过先导开口23将存在气体进入压力套管9的区域。结果是在短时间周期之后补偿了压力比。
线圈12相应地被激励以致动阀，即将阀打开。在锚件16脱离之前稍微较大的电流通常是必要的。随后可减小所述电流以便将所述锚件16保持在适当位置。已经描述的状况随后调整自身。如果抽取阀4应再次关闭，那么将线圈12断电。锚件16以及具有其由磁性材料制成的环22的抽取活塞17随后彼此远离。因此，通过弹簧元件26的力经由密封元件24气密地关闭先导镗孔23。因此，与流出腔室20的区中相同的压力在压力套管9的区中调整自身，使得由于弹簧元件26的力而采用图2中图示的关闭条件。
具有主垫圈18及其对立元件19的主阀座随后处于先前提到的不再相关的未预公布的德国申请的情境中，使得图式含有主密封座，其在寿命方面以及密封效果方面可能不是理想的，尤其是当与氢气一起使用时。作为本申请的目的的进一步开发的主阀座现在在图3的表示中的第一示例性实施例中可见。阀外壳21再次包含流出腔室20以及流入腔室10。可见抽取活塞17围绕中心轴线A基本上对称。阀外壳11含有具有圆锥形阀座31的阀座载体30，所述圆锥形阀座在中心包围连接到流出腔室20的开口。如已经阐释，在本发明的情境中的词语“圆锥形”指代截头圆锥体的腰身区域或者截头圆锥体的两个或若干腰身区域，其具有彼此连接的不同开口角度，可能在过渡区中是圆化的。抽取活塞17含有对应阀主体32，其在本发明的意义中也形成为圆锥形。另一可能性还将是稍微圆化的圆锥体或具有匹配的大半径的球形元件。圆锥体的角度或者在球形元件的情况下阀座31与阀主体32之间的接触区中的切线不是相同的且彼此不同。阀主体32因此优选地具有此形成阀座31的圆锥体(例如100°)小的开口角度(例如90°)。结果是阀主体32和阀座31的保证线性接触，这实现极高的表面压力且因此极好的密封效果。阀座载体30为此优选地由高性能热塑性树脂制成，例如PEEK、PI或PAI。整个抽取活塞17或至少形成阀主体32的区可例如由钢材料制成，或优选地由相当的高性能塑料制成。所述高性能塑料在所述情况下具有的优点是玻璃转变温度位于在操作中通常发生的温度之上。结果是在抽取阀4操作的整个温度范围中的规则且均质的材料性质。而且，高性能塑料具有大约3％的特定残余弹性，具有机械尺寸稳定性。这足以保证阀座31与阀主体32之间的良好密封接触。结果是抽取阀4的主阀座的极好密封，特别地在极高的额定压力和稍微挥发性气体下，例如在70MPa的额定压力(这实际上会导致在典型地10MPa与105MPa之间的压力)下的氢气。
流入腔室10不直接连接到图3中表示的组合件中的阀座31的区。再者，中间元件33布置于流入腔室10与阀座载体30之间。所述中间元件33在其下部区中搁置于阀座载体30上，且在轴线A的方向上因此在抽取阀4的轴向方向上紧固所述载体。在通过流出腔室20的抽取期间，在此处表示的实施例中呈圆形环的形式的流入腔室10经由在中间元件33中围绕外围分布的若干镗孔34逆着氢气的流动方向(稍后指定为E)连接到中间体积35。所述中间体积35位于中间元件33上方在所述元件与抽取活塞17的匹配肩部35之间。图3的表示示出了导引销37，其在图3的表示中突出到左手侧镗孔34中。所述导引销确保了导引销37刚性连接的抽取活塞17不会在其角位置中相对于中间元件33且因此相对于由中间元件33保持的阀座载体30旋转。结果是在抽取阀4的某一操作时间之后尤其好的密封效果，因为阀座31和阀主体32的表面彼此补偿。由于角位置保持恒定，因此相同的区总是会合，从而实现尤其好且可靠的密封效果。
气体(在此情况下为氢气)从流入腔室10经由镗孔34导引，所述镗孔充当进入中间体积35的中间连接。氢气从该处经由充当中间体积35的连接的中间元件33中的中心开口38沿着抽取活塞17的下部部分递送，进入阀座31和阀主体32的区中。在图3中图示的位置中，气体可流动通过阀座31与阀主体32之间，且递送到流出腔室20中，然后其根据以E指定的箭头向下排放。
为了实现尤其在充当中间元件33中的连接的开口38中的气体的最佳可能分布，根据以Z指定的箭头，气体经由在图4中可辨识的馈送线路39切向地流动到流入腔室10中。气体随后均匀地分布到镗孔34。位于针对切向入射流的馈送线路39旁边且气体切向且周向地流动通过流入腔室10最终到达该处的镗孔34′理想地包含导引销37。这至少基本上阻挡所述镗孔34′。此配置使得能够防止气体直接从馈送线路39经由所述镗孔34流动到中间体积35中。结果是气体对各种镗孔34的极好且均匀的分布。原则上，螺旋形实施例使得能够改善流入腔室10的大小，具有在流动方向上渐缩的横截面。经由镗孔34理想地递送气体，在中间体积35的区中具有稍微的扰动。气体经由边缘在该处均匀地流动通过充当向下连接的开口38且沿着抽取活塞17通过阀座31与阀主体32之间的间隙(当所述阀主体32打开时)以离开抽取阀4。
图5和6的图示示出了一旦当抽取活塞17处于图5中的关闭位置时以及类似于此当抽取活塞17处于图6中的打开位置时从根据图3的配置中的阀座31和阀主体32的区的放大剖视图。我们在此明显可见抽取活塞17的阀主体32的尤其优选的圆锥形实施例，其中截头圆锥体的两个腰身区域相对于彼此成角度布置。具有阀座31的阀座载体30与阀主体21的周围材料一起压入，且通过中间元件33保持在适当位置。中间元件33此外具有所谓的咬合边缘，其被实现为突出的密封边缘40。由于中间元件33通常由钢材料组成，因此其将压入到阀座载体30的高性能塑料中且提供密封效果，使得气体无法沿着阀外壳21与中间元件33之间的可能间隙在进入阀座31的区中的所述路径上从流入腔室10递送出。
实施例中的阀座31此外在此具有密封唇缘41。所述密封唇缘41在朝向抽取活塞17的方向上在阀座载体30的材料上方突出。图5和6中以42指定的间隙保持于密封唇缘41与中间元件33之间。当抽取阀4处于图5中图示的关闭状态中时，加压氢气可在密封唇缘41周围通过所述间隙42穿透到激活体积43的区中。其有助于在朝向阀主体32的方向上按压密封唇缘41且从而改善密封效果。我们随后处理压力激活。为了保护密封唇缘41免于由具有高差压和高流动速度的氢气造成的任何损坏，中间元件33此外包含在此处表示的实施例的形式中以44指定的突起，其覆盖密封唇缘以及至少间隙42的开口，如从流出气体的方向上所见，以便基本上防止任何流动气体进入所述区。这使得能够相应地减小密封唇缘41的负载，使得密封唇缘41实现长操作寿命。
图6的图示类似于图5的图示示出了抽取活塞17的打开位置。可注意到，环形间隙出现于阀座31与抽取活塞17的形成阀主体32的部分之间，气体可通过所述间隙在再次图示的抽取方向E上排放到以20指定的流出腔室中。在其它方面中，与图5中已经阐释的类型相当地提供组合件，使得不再以对应参考符号指定以及详细阐释所有组件。
当抽取阀4处于打开位置中时的最小可流动横截面可在图6中以x指定的区中获得的组合件中在图的图示中在抽取活塞17的下部尖端下方找到。所述区在流出氢气的流动方向E上确切来说位于阀座31以及抽取活塞17的形成阀主体32的部分之后。由于在最窄横截面的所述区中可见最大压力降，因此所述区暴露于极高的机械负载。现在决定性有利的是将所述区在流动方向上置于阀座31和阀主体32后方，使得鉴于所述区x中的显著压降，材料的机械负载不会有损抽取阀4的密封性。
图7的图示示出了在替代实施例中穿过抽取阀4的主阀座的组件的三维截面的分解视图。图的上部部分示出了抽取活塞17的一部分，其再次包含与其连接(例如压入其中)的导引销37。形成阀主体32的再次以32指定的部分在抽取活塞17的下部区中可见。阀座载体30在图7的图示中在底部可见。阀座31确切来说再次由在密封唇缘41内部形成为圆锥形的区组成，而密封唇缘41以另外方式形成，且这在此是相对于图3到5的图示的差异。密封唇缘41在面对中心轴线A的区中形成为圆锥形，且在相对侧上具备垂直壁。呈圆形环凹槽的形式的凹槽45举例来说布置于下部区中以扩大所述区中的激活体积43且减小密封唇缘41的壁厚度。结果可为甚至更好的压力激活且因此甚至更好的密封效果。
在分解视图中在组合件的中心可见的中间元件33基本上类似于先前关于镗孔34描述的中间元件，所述镗孔在朝向中间体积35的方向上从流入腔室10向上递送气体，所述流入腔室不可见但具有相当的组合件。气体再次通过中心开口38沿着抽取活塞17在朝向阀座载体30的方向上排放。突起44在此位于中间元件33中，所述中间元件也被设计为用于保护密封唇缘41。由于在根据图7到9的实施例中密封唇缘41更灵敏地通过凹槽45，因此所述密封唇缘41被完全覆盖且因此由于根据图7到9中所示的实施例的突起44而完全被保护免受入射气体影响。突起44在图7到9的组合件中在中间元件33处在朝向抽取活塞17的方向上突出比先前描述的图3到6中稍远。另外，功能性基本上是相同的。
图8的放大截面图再次示出了在放大剖视图中的抽取阀的关闭位置类似于图5而建置。清楚可见突起44完全覆盖密封唇缘41。中间元件33还可包含密封边缘40，特别地为咬合边缘。在根据图7到9的组合件中显著小于先前描述的组合件的激活体积43再次经由突起44与中间元件33的材料以及密封唇缘41之间的小间隙42与递送加压氢气的区连接。本发明人现在知道所述组合件实践中不是很理想，因为密封唇缘41已经再次损坏。压力激活不可否认地更好，使得密封效果可改善。
然而已经证明损坏在密封唇缘41的区中是不可避免的。
本发明人已经认识到，显然激活体积43的大小具有关键重要性。他因此已将呈密封环46的形式的密封材料插入到激活体积43的区中。所述密封环46一方面由根据情形的弹性材料组成，使得其可尤其简单地安装，且另一方面由对减压爆裂稳定的材料组成。其可以例如由NBR或FKM组成。密封环46因此没有确保任何密封效果的任务。主阀座此外在阀主体32与阀座31之间完全密封。相对于经由间隙从流入腔室10直接进入密封唇缘后方的区中或进入激活体积的区中的不希望的气体流入，通过密封边缘40提供密封效果。密封环46的主要目的是也紧接在打开抽取活塞17之后减小激活体积43内部的自由体积直到从激活体积43排放的气体对于密封唇缘41而言保持理想，因为气体的量相应地减少。密封环46因此应为极软的，具有最小的有用填充，特别地小于65％的环凹槽的有用填充水平。在激活体积43的区中保持于密封环46附近的自由体积可相应地被气体快速填充。由于直接地以及特别地经由密封环46的材料间接地施加于密封唇缘41上的压力，可持续改善密封。其在图10的图示中在放大实例中以通过流入激活体积43中的气体而相应变形的密封环46表示。密封环46因此有助于压缩力广泛地传输到密封唇缘41的与阀座31相对的侧，以便由于密封唇缘41在朝向抽取活塞17或阀主体32的方向上的环形弹性变形而相应地改善密封效果。
关于如当抽取活塞17处于关闭位置中时普遍的静态条件，自由残余体积足以用于压力激活，特别地由于凹槽45而具有密封唇缘41的增加弹性。关于在根据图7到11的组合件中的相对较灵敏密封唇缘41可实现极好的结果以及极长的操作寿命，其中具有抽取阀4的格外好的密封。
图9再次示出了当抽取活塞17处于打开位置中时图8中图示的组合件。我们在此再次可见，气体在横穿组合件时必须流过的最小横截面x在排放气体的流动方向E上布置于阀座31和阀主体32的区的下游，以便实现上文已经描述的优点。
一方面为了气体相当快速且精确地到达激活体积43和密封环46的区，且另一方面快速且精确地缓解在操作循环期间位于激活体积43中的气体而不对密封唇缘41加载，也可提供在密封唇缘41中安装连接开口47，其在图11的三维表示中可见。所述连接开口可形成为缺口，如此处所示。也可设想将它们设计为镗孔、螺旋形凹槽或类似物。它们一方面有助于激活体积43的填充，且另一方面有助于当打开抽取活塞17时气体从激活体积43的精确(且对于密封唇缘41无危害)排放。因此以一方式将它们流线化且布置以使得它们不会影响流动气体的标称路径且不会产生任何漩涡。它们可特别地提供于所描述的组合件中的突起44的流影中。它们因此实现激活体积43中的气体的更快且更精确的交换，不同于先前描述且可预期的通过间隙42的气体溢流。

Claims (25)

1.一种用于流自压缩气体储集器(2)的加压气体的抽取阀(4)，其具有：阀座载体(30)，包含在中心过渡到流出腔室(20)的圆锥形阀座(31)；抽取活塞(17)，所述抽取活塞在其轴向方向上至少间接地经由电磁线圈(12)而移动且包含与所述阀座(31)协作的阀主体(32)；以及用于所述加压气体的流入腔室(10)，
其特征在于
所述流入腔室(10)被设计成完全或部分地位于所述抽取活塞(17)的中心轴线(A)的圆周上，且在所述抽取活塞(17)的所述轴向方向上逆着当所述抽取活塞(17)处于打开位置时所述气体的流动方向(E)经由具有中间体积(35)的第一中间连接部连接于所述阀座(31)与所述阀主体(32)之间，所述中间体积包括与所述阀座(31)和所述阀主体(32)在其中协作的区连接的第二连接部。
2.根据权利要求1所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述第二连接部被形成为所述抽取活塞(17)周围的中心开口(38)。
3.根据权利要求1或2所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述第一中间连接部经由若干镗孔(34)被设计于环形中间元件(33)中。
4.根据权利要求3所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述阀座载体(30)经由所述中间元件(33)保持于所述轴向方向上。
5.根据权利要求4所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述中间元件(33)与所述阀座载体(30)的包围所述阀座(31)的区紧密接合，为此目的所述中间元件(33)包含密封边缘(40)。
6.根据权利要求1或2所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述抽取活塞(17)的被设计为阀主体(32)的部分是圆锥形的且所述阀座(31)是圆锥形的，而所述阀主体(32)和所述阀座(31)的圆锥体的开口角度彼此区别。
7.根据权利要求3所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述阀座载体(30)的与所述阀主体(32)协作的部分包含密封唇缘(41)，所述密封唇缘作为所述阀座(32)的一部分在所述中间体积(35)的轴向方向上突出。
8.根据权利要求7所述的抽取阀(4)，
其特征在于
如在抽取期间气体流动的方向(E)上所见，所述密封唇缘(41)部分地或完全地位于突起(44)下游。
9.根据权利要求8所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述突起(44)形成于所述中间元件(33)中。
10.根据权利要求9所述的抽取阀(4)，
其特征在于
在所述密封唇缘(41)周围设置有一激活体积(43)，当所述抽取活塞(17)处于关闭位置时，所述激活体积与所述阀主体(32)和阀座(31)处的加压气体连接。
11.根据权利要求10所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述激活体积(43)包括经由所述密封唇缘(41)的区中的至少一个连接开口(47)与即将到来的气体的区的目标连接。
12.根据权利要求10或11所述的抽取阀(4)，
其特征在于
在所述激活体积(43)中布置密封材料(46)。
13.根据权利要求1或2权利要求所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述流入腔室(10)是环形的或呈环形片段的形状。
14.根据权利要求1或2所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述流入腔室(10)是螺旋形的。
15.根据权利要求1或2所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述流入腔室(10)经由沿切向过渡到所述流入腔室(10)的馈送线路(39 )连接到所述压缩气体储集器(2)中的体积。
16.根据权利要求1或2所述的抽取阀(4)，
其特征在于
当所述抽取活塞(17)处于打开位置时用于所述气体流出的最窄可流动横截面(x)在所述气体的流动方向(E)上在其中当所述抽取活塞(17)处于关闭位置时所述阀座与所述阀主体(32)协作的区的下游设置于所述阀座(31)与所述阀主体(32)之间。
17.根据权利要求3所述的抽取阀(4)，
其特征在于
当所述气体在沿切向流动进入所述流入腔室(10)时，连接到所述抽取活塞(17)的导引销(37)啮合到所述镗孔(34)中的一者中。
18.根据权利要求1或2所述的抽取阀(4)，
其特征在于
所述阀座载体(30)和/或所述抽取活塞(17)至少在所述阀主体(32)的区由高性能塑料形成。
19.根据权利要求1或2所述的抽取阀(4)，
其特征在于
具有作为先导阀的构造。
20.根据权利要求5所述的抽取阀(4)，其特征在于，所述密封边缘(40)在朝向所述阀座载体(30)的方向上突出。
21.根据权利要求10所述的抽取阀(4)，其特征在于，所述激活体积经由所述突起(44)与所述密封唇缘(41)之间的间隙(42)与所述阀主体(32)和阀座(31)处的加压气体连接。
22.根据权利要求12所述的抽取阀(4)，其特征在于，所述密封材料呈密封环(46)的形式。
23.根据权利要求17所述的抽取阀(4)，其特征在于，所述导引销啮合到气体最后到达的所述镗孔(34)中。
24.根据权利要求18所述的抽取阀(4)，其特征在于，所述阀座载体(30)和/或所述抽取活塞(17)至少在所述阀主体(32)的区由高性能热塑性树脂形成。
25.根据权利要求19所述的抽取阀(4)，其特征在于，所述抽取阀用于作为压缩气体储集器(2)的氢气罐。
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