CN110741151B - 具有环形间隙支座的、用于控制和排出气态介质的气体压力限制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体压力限制阀(1)，用于控制气态介质、尤其氢气，所述气体压力限制阀具有壳体(7)和阀元件安装组件(17)，其中，所述阀元件安装组件(17)具有在纵轴线(14)的方向上打开和闭合并因此能运动的阀元件(3)，其中，阀元件安装组件(17)具有密封座板(2)，其中，所述密封座板(2)具有围绕所述纵轴线(14)环绕的密封座棱边(12)，在所述阀(1)的闭合状态下所述密封座棱边与阀元件(3)一起构成密封座。根据本发明，所述密封座板(2)这样构造，使得该密封座板具有中心区域(20)，该中心区域通过至少一个连接片(29)与所述密封座板(2)连接，其中，所述密封座板(2)构造有环形的流通部(23)，该流通部在所述纵轴线(14)的方向上延伸，其中，所述密封座板(2)或所述阀元件(3)具有至少两个环绕的密封座棱边(12a、12b)，在所述阀(1)的闭合状态下所述密封座棱边与所述阀元件(3)或所述密封座板(2)一起构成至少两个密封座(6a、6b)。

Description

具有环形间隙支座的、用于控制和排出气态介质的气体压力 限制阀

技术领域

本发明涉及一种限压阀、尤其是气体压力限制阀，用于控制和排出气态介质、尤其氢气，该限压阀具有阀元件安装组件并尤其用于应用在具有燃料电池驱动装置的车辆中。

背景技术

在车辆领域中，除了液态燃料以外，气态燃料在未来也将扮演越来越重要的角色。尤其，在具有燃料电池驱动装置的车辆中，必须控制氢气流。在此，气体流不再如在喷射液态燃料时那样不连续地被控制，而是气体从至少一个高压罐中取出并且经由中压管路系统的流入管路被引导到喷射器单元上。该喷射器单元将气体经由低压管路系统的连接管路引导至燃料电池。

由DE 10 2013 204 563 A1已知一种具有壳体和阀元件安装组件的限压阀，其中，该阀元件安装组件具有在纵轴线的方向上打开和闭合的阀元件，其中，该阀元件借助于闭合弹簧抵着密封座板的密封座棱边被挤压并构成密封座。在此，闭合弹簧支撑在闭合弹簧支撑部上。基于所构成的密封座，只要不超过确定的压力范围，来自DE 10 2013 204 563A1的限压阀就能在闭合状态下防止介质从该系统中逸出。一旦超过相应的中压和/或低压管路系统中的临界压力，那么阀元件运动从密封座板的密封座棱边离开并且因而不再构成密封座。因此，限压阀打开并允许介质从相应的管路系统中逸出，直到系统压力再次处于临界压力以下。

由DE 10 2013 204 563 A1已知的限压阀可能具有一定的缺点。

在限压阀仅稍微打开并由此造成小的打开行程的情况下仅构成较小的流动横截面，这会导致低介质流量。这造成在打开该限压阀时、尤其是在打开的初始阶段中仅有少量的介质能够流出并且因此系统中的压力下降要求很高的时间耗费。

由DE 10 2013 204 563 A1已知的限压阀的另一缺点是，在限压阀的闭合过程中通过以下方式实现闭合的最终位置：密封座板的密封座棱边撞到阀元件上，以便构成密封座。由于尤其可以由硬金属材料组成的密封座板、尤其密封座棱边和阀元件的材料特性，脉冲力和冲击力作用到这两个构件上，所述脉冲力和冲击力会导致损坏。

发明内容

根据本发明的一个方面，提出一种限压阀，其尤其用于燃料电池系统，在该限压阀中，密封座板这样构造，使得该密封座板具有中心区域，所述中心区域通过至少一个连接片与密封座板连接，其中，所述密封座板构造有环形的流通部，所述环形的流通部在纵轴线的方向上延伸，其中，密封座板或阀元件具有至少两个环绕的密封座棱边，在所述阀的闭合状态下所述至少两个环绕的密封座棱边与所述阀元件或所述密封座板一起构成至少两个密封座。以这种方式，本发明的限压阀构型提供以下优点：在阀元件的打开行程小的情况下已释放了大的流动横截面。由此能够实现具有高介质流量的快速响应特性，由此，能够更快地降低出现的系统过压，因为在限压阀还未完全打开时已能够实现高的流量。这导致燃料电池组件的更高的寿命，因为能够更快地降低出现的系统压力并且由此燃料电池系统在短时间段内不经受会使燃料电池系统的部件、尤其是燃料电池损坏的过压。

此外，由于基于本发明构型实现的快速响应特性和在限压阀打开行程小的情况下已经很高的流量，因而还导致能够避免超过所设定的响应压力的危险过冲(überschwingen)，因此提高了燃料电池组件的寿命。

本发明的优选扩展方案由优选实施方式得到。

根据一个有利构型，或者阀元件或者密封座板具有弹性体覆层，其中，在所述阀的闭合状态下，所述弹性体覆层与或者密封座板的或者阀元件的至少两个环绕的密封座棱边一起构成至少两个密封座。在此，密封座板或者阀元件分别具有环绕的止挡并且通过所述环绕的止挡限界至少两个环绕的密封座棱边在纵轴线的方向上到弹性体覆层中的挤入深度。以这种方式，可以引起中压和/或低压管路系统的可靠密封，并且还减小了密封座板和阀元件这两个构件在限压阀高频运行时的磨损，因为在限压阀闭合时软的弹性体覆层由于弹性和弹动的特性减小了在这些构件“密封座板和阀元件”相撞时的材料脱落。此外，可以将必要的闭合力保持很低，因为通过使用弹性体覆层就已可以在这些构件“密封座板和阀元件”之间的闭合力较低的情况下实现所述阀的完全密封。

通过使用止挡，防止所述至少两个环绕的密封座棱边过深地挤入到弹性体覆层中，由此在用于进行构造的这些构件“密封座板和阀元件”之间的相应密封座的接触面可以构造得更小。由此减小了弹性体覆层由于所述至少两个环绕的密封座棱边的挤入所引起的负载，从而减小了伴随着的弹性体覆层变形，因此提高了弹性体覆层的寿命并因此提高了整个限压阀的寿命。此外，通过限压阀的该有利构型，密封座和弹性体覆层之间的粘接力尤其由于减小的接触面而被减小，这导致打开压力的更高精度并且防止限压阀的延迟响应特性。这尤其适用于在限压阀的整体寿命内在例如弹性体覆层的弹性等这些特性方面的长期效应。此外，根据本发明的限压阀具有简单且紧凑的结构。

根据本发明的一个有利构型，环绕的止挡还这样布置，使得该环绕的止挡在限压阀闭合的情况下不与阀元件或密封座板的弹性体覆层接触，其方式是，阀元件或密封座板在具有弹性体覆层的区域的径向外部与止挡接触。这提供以下优点：密封座板的环绕的止挡或该密封座板不与相应的接触配对件的弹性的弹性体覆层接触，而是与阀元件的非弹性区域接触。因此确保，在限压阀闭合的情况下能够与变化的闭合力无关地遵循密封座板和阀元件之间的恒定间距，该闭合力尤其由闭合弹簧引入。此外确保，能够与会导致挤入深度偏差的外部因素无关地遵循密封座棱边到弹性体覆层中的恒定的挤入深度，用于构成密封座。通过密封座棱边到阀元件的弹性体覆层中的恒定挤入深度，密封座和弹性体覆层之间的粘接力被减小，由此能够实现打开压力的更高精度和限压阀的优化响应特性。

根据一个有利的扩展方案，所述弹性体覆层由多个层组成，其中，所述层具有不同的材料特性，并且在纵轴线的方向上进行分层。以这种方式，可以实现这些构件“阀元件和密封座板”之间的改进的密封座，而又可以减小密封座上的粘接力。这些优点能够通过以下方式实现：例如，处于相应接触配对件的弹性体覆层的面向密封座板或阀元件的侧上的最上面的层具有较高的可变形性和弹性，而第二层构型为可变形性和弹性较小。由此可以实现仅弹性体覆层的所述最上面的层设有对优化的密封性和优化的密封座有利的特性。在密封座板或阀元件、尤其所述至少两个环绕的密封座棱边过深地挤入时，所述构件挤入到弹性体覆层的可变形性和弹性较小的第二层中。由于第二层的这些材料特性，防止了环绕的密封座棱边进一步运动进入到弹性体覆层、例如弹性体覆层的另外的第三层中，由此可以将弹性体覆层和环绕的密封座棱边之间的接触面保持得很小，这又使在限压阀打开时出现的粘接力最小化。此外，由于弹性体覆层在其在纵轴线的方向上的整个深度上的可变形性较小，因此能够改进弹性体覆层的寿命，而又保持了良好的密封特性和隔离特性(Kapselungseigenschaft)。

根据一个特别有利的扩展方案，密封座板或阀元件的环绕的止挡具有至少一个流动开口，其中，所述至少一个流动开口尤其相对于纵轴线径向地延伸，由此防止在环绕的止挡和环绕的密封座棱边之间将气态介质的封闭体积隔离。以这种方式，可以避免在限压阀闭合的情况下在环绕的止挡和环绕的密封座棱边之间的介质被隔离。在限压阀的闭合状态下，可以对在环绕的止挡和环绕的密封座棱边之间的介质的隔离进行调节，其中，被隔离的介质不再与流入部和/或流出部的区域中的介质接触，而是相对于这些区域被隔离。由此防止隔离区域中的介质与流入部和/或流出部的区域中的介质发生交换。在此，该封闭空间尤其在环绕的密封座棱边和密封座板的环绕的止挡和阀元件之间形成。

在此，根据限压阀的一个特别有利的扩展方案设置，环绕的止挡具有至少一个尤其相对于纵轴线径向延伸的流动开口。即使在限压阀的闭合状态下，介质也可以通过环绕的止挡中的所述至少一个流动开口从隔离区域中逸出、尤其逸出到流出部的区域中。由于介质能够通过该流动开口向流出部的方向逸出，因而避免了空穴的出现，所述空穴尤其在限压阀快速打开时出现。通过避免和/或减少空穴，可以减少伴随于此的、对周围构件的有害效应，由此防止或至少减少这些构件“密封座板和阀元件”的损坏和/或磨损。以这种方式可以实现以下优点：能够减小整个限压阀的失效概率并因此能够提高限压阀的寿命。

此外，根据所述特别有利的扩展方案，限压阀的实施方案具有以下优点：即使在限压阀快速闭合时，密封座板和阀元件之间的介质也可以尤其穿过流动开口向流出部的方向流出，而不会构成与流入部和流出部分开的隔离区域。这提供以下优点：能够实现压力脉动的减少和/或避免，其中，所述压力脉动在快速闭合限压阀时出现、尤其出现在所述隔离空间中。通过避免和/或减少脉动能够减少整个限压阀的失效概率并因此提高寿命。此外，环绕的止挡和环绕的密封座的棱边处的磨损被减小，因为在限压阀仅最小程度直至稍微打开的情况下介质向流出部的方向的流出特性得到改进。

根据一个有利构型，密封座板或阀元件的至少两个环绕的密封座棱边尤其在下述区域中已经经过热处理和/或具有覆层，在所述区域中，所述至少两个环绕的密封座棱边与密封座板或阀元件的弹性体覆层接触并且构成至少两个密封座。以这种方式，能够实现密封座板的环绕的密封座棱边和阀元件的弹性体覆层之间的粘接力的降低。该优点能够通过以下方式实现：所述至少两个环绕的密封座棱边尤其在密封座棱边与弹性体覆层接触的区域中已经被热处理和/或具有覆层。通过热处理能够通过以下方式减小粘接力：一方面能够减小密封座棱边的表面尺寸，所述密封座棱边在未经热处理的状态下可能具有小的不平坦性和污染。另一方面，通过对密封座棱边的热处理能够如下改变各个材料特性，使得实现更高的表面硬度，由此，密封座棱边和弹性体覆层之间的可能的粘接效应的概率被减小。

这引起以下优点：能够实现打开压力的更高精度和限压阀的优化响应特性。此外，通过对密封座棱边的热处理能够实现更高的耐磨性并且因此实现构件“密封座板”或构件“阀元件”的更高寿命。通过环绕的密封座棱边的覆层能够通过以下方式减小粘接力：一方面，密封座棱边的与聚合物覆层接触的相应区域的表面尺寸被减小，其方式是，选择具有非常小的表面粗糙度的覆层。另一方面，可以选择下述覆层，该覆层由于其尤其与弹性体覆层材料配对的材料特性而具有非常低的粘接特性。由此能够使粘接力最小化，并且能够实现打开压力的更高精度和限压阀的优化响应特性。

根据一个有利构型，阀元件与套筒形元件连接，闭合弹簧经由所述套筒形元件支撑在阀元件上，并且阀元件尤其通过套筒形元件和尤其用于对闭合弹簧导向的导向元件在壳体中在纵轴线的方向上被导向。以这种方式，使得能够提高限压阀的寿命，因为限压阀的复杂性由于零件数量更少而降低。此外，现在没必要在壳体中在纵轴线的方向上单独对阀体构件导向，因为在其上支撑有闭合弹簧的套筒形元件在壳体中已被导向元件导向。在此，导向元件一方面用于对闭合弹簧导向，而另一方面用于间接地通过套筒形元件对阀元件导向。通过这种措施能够降低限压阀的失效概率并提高寿命。

根据一个有利构型，限压阀这样实施，使得尤其当阀元件和/或套筒形元件在纵轴线的方向上运动时闭合弹簧的弹簧力在闭合弹簧压缩或解压缩的行程上不是线性地变化，而是尤其闭合弹簧具有在弹簧行程上递增地变化的弹簧常数。此外，闭合弹簧的递增地变化的弹簧常数在此通过以下方式实现：闭合弹簧的弹簧圈直径在其在纵轴线的方向上的长度上是变化的和/或闭合弹簧由至少两个弹簧段构建，其中，这些弹簧段具有不同的弹簧常数。以这种方式，能够改进密封座的密封和隔离特性，而又减小了构件“阀元件和/或密封座板”的磨损，尤其弹性体覆层、环绕的止挡和至少两个环绕的密封座棱边的磨损。这尤其适用于以下情况：限压阀在长时间段内保持闭合，从而保持构造有密封座。通过递增地变化的弹簧常数可以在闭合运动行程的区域中在所述阀的纵轴线的方向上提供很高的力，在此期间阀元件从闭合弹簧经受最大压缩时所在的、完全打开的位置开始闭合。在阀元件快要达到闭合位态并因此在纵轴线的方向上快要与密封座板接触但还未与该密封座板接触期间，随着阀元件在纵轴线的方向上所走过的行程，弹簧力进一步减小。在限压阀的最终闭合运动的区域中并因此在阀元件沿纵轴线的方向向着与密封座板接触的方向运动的区域中，弹簧常数减小，因此弹簧力减小。由此使得所述至少两个密封座棱边能够更柔和地并且以更小的力撞到弹性体覆层上，直到所述至少两个密封座棱边如此深地运动进入到弹性体覆层中，使得能够构成密封座并且止挡与阀元件贴靠。

由此，限压阀的所述有利构型提供以下优点：确保了限压阀的快速闭合，因为在此在阀元件的初始闭合运动中由于高的弹簧常数而施加有高的弹簧力。但是，在该阀的剩余闭合运动中，并且尤其在所述至少两个环绕的密封座棱边撞到弹性体覆层上时，引起闭合弹簧的力逐渐减小，由此可以避免构件“弹性体覆层”的损坏并且也减小了周围构件由于脉冲力而引起的损坏。由此能够提高限压阀的寿命。根据该有利构型得到另一优点，其中，可以实现闭合弹簧的更紧凑的结构方式，这导致由于材料节省而实现的成本节省。

根据一个有利的扩展方案，闭合弹簧和/或套筒形元件在壳体中在纵轴线的方向上被导向元件导向，其中，该导向元件布置在闭合弹簧和壳体之间。以这种方式，对于该阀的打开和闭合功能而言所需的这三个可运动的构件能够通过仅使用一个构件在壳体中被导向。这三个可运动的构件是闭合弹簧、套筒形元件和具有弹性体覆层的阀元件。通过将导向元件布置在闭合弹簧和壳体之间能够实现：对闭合弹簧导向，防止闭合弹簧在限压阀打开和闭合时倾翻，并且简化和加速了装配。这种简化和加速的装配提供以下优点：能够节省装配成本并且能够降低在装配闭合弹簧时的易错性，因为由于导向元件的形状，能够在装配时避免错误地引入和定位闭合弹簧的风险。

此外，通过将导向元件布置在介质的通流区域外部、尤其通过将沿纵轴线的方向的导向移位到套筒形元件中的至少一个贯通开口的区域外部，能够在限压阀打开的情况下实现介质从流入部向流出部的通流。此外，能够提高限压阀的寿命，因为由于零件数量减少而降低了限压阀的复杂性。

附图说明

下面，参考附图详细说明本发明的实施例。在附图中：

图1为根据本发明的一个优选实施例的气体压力限制阀的示意性剖视图，其中，该气体压力限制阀处于闭合状态下，

图2为根据本发明的一个优选实施例的气体压力限制阀的示意性剖视图，其中，该气体压力限制阀处于打开状态下，

图3以具有流动开口的放大图示出在图2中以V标记的环绕的止挡的剖视图，

图4为图1中以A-A标记的密封座板的剖视图，

图5为具有燃料电池和至少一个图1中的气体压力限制阀的本发明燃料电池组件的示意图。

具体实施方式

下面，根据一个优选实施例参考图1和图2示出限压阀1、尤其是气体压力限制阀1的示意性剖视图，该限压阀用于控制和排出介质、尤其气态介质。在此，所示限压阀1用于控制介质并且用于自确定的压力范围起排出介质，所述介质尤其是气态氢，所述气态氢被输送给车辆中的燃料电池30。

如由图1可见，气体压力限制阀1包括壳体7、阀元件安装组件17、在其上支撑有闭合弹簧8的套筒形元件13、尤其用于对闭合弹簧8导向的导向元件9和闭合弹簧支撑件11。阀元件安装组件17还具有密封座板2和阀元件3，其中，阀元件3在纵轴线14的方向上与套筒形元件13贴靠或者在一个替代的实施方式中与套筒形元件13连接。套筒形元件13还具有至少一个贯通开口15，使得在气体压力限制阀1打开的情况下介质能够在纵轴线14的方向上从流入部II向流出部III通流。在此，至少两个贯通开口15可以环绕地布置在套筒形元件13上。

此外，阀元件3具有弹性体覆层4，其中，弹性体覆层4布置在阀元件3的在纵轴线14的方向上面向密封座板2的侧上。此外，阀元件3可以具有缺口34，当气体压力限制阀1打开时，气态介质可以穿过该缺口从流入部II的区域向流出部III的区域、尤其附加地向至少一个贯通开口穿过气体压力限制阀1流动。

密封座板2实施为围绕纵轴线14旋转对称并具有中心区域20，该中心区域通过相对于纵轴线14径向延伸的至少一个连接片29与密封座板2连接，其中，密封座板2构造有环形流通部23，该环形流通部在中心区域20和密封座板2之间延伸。在此，流通部23环形地在纵轴线14的方向上穿过整个密封座板2延伸并因此将密封座板2和中心区域20分开，其中，该中心区域20通过至少一个连接片29与密封座板2连接。此外，流入的介质可以从流入部II的方向过来穿过环形流通部23进入下述区域中，在该区域中密封座板2的至少两个环绕的密封座棱边12a、12b与阀元件3的弹性体覆层4一起构成两个密封座6a、6b，如图1所示。在此，环绕的密封座棱边12b一方面同心地围绕纵轴线14在中心区域20处布置在面向阀元件3的侧上。另一方面，环绕的密封座棱边12b布置在中心区域20的面向阀元件3的该侧的、面向环形流通部23的外直径侧上。环绕的密封座棱边12a在密封座板2上布置在面向阀元件3的侧上，其中，环绕的密封座棱边12a分别位于密封座板3的面向阀元件3的该侧的、面向环形流通部23的内直径侧上。在此，在阀元件3上，在面向流入部II的侧上，尤其在具有弹性体覆层4的区域中建立压力，根据气体压力限制阀1的布置而定，该压力相应于连接管路25(参见图5)的压力或流入管路28(参见图5)的压力。

此外，密封座板2具有环绕的止挡5，其中，该止挡5在此在纵轴线14的方向上与阀元件3的一个区域贴靠，其中，尤其阀元件3的该区域位于阀元件3的具有弹性体覆层4的区域的径向外部。由此引起，能够遵循阀元件3和密封座板2之间的限定的间距，并且防止密封座棱边12a、12b进一步挤入到弹性体覆层4中而导致弹性体覆层4损坏。该弹性体覆层4仅部分地在阀元件3的面向密封座板2的面上延伸，其中，该表面的一部分、尤其阀元件3的表面的、与密封座板2的止挡5接触的部分不设有弹性体覆层4。

此外，环绕的密封座棱边12a、12b能够经过热处理和/或具有覆层，由此，在密封座棱边12a、12b和弹性体覆层4之间出现的粘接力能够减小，并且还能够提高密封座板2和或阀元件3的耐磨性。这些粘接力尤其在低温的情况下出现和/或由于低温而被加强。

弹性体覆层4的一个实施方式可以这样实施，使得弹性体覆层4由多个层组成，并且在此在纵轴线14的方向上进行分层。由此，能够改进处于构件“阀元件3与密封座板2”之间的密封座6a、6b的密封性，而又能够减小密封座6a、6b处的粘接力。

根据第二实施例的气体压力限制阀1的一个替代实施方式这样实施，使得密封座板2在面向阀元件3的侧上具有弹性体覆层4。在这种替代的实施方式中，阀元件3具有两个围绕纵轴线14环绕的密封座棱边12a、12b。然而，止挡5也可以围绕纵轴线14环绕地布置在阀元件3上。

在气体压力限制阀1的另一实施方式中，闭合弹簧8可以具有递增地变化的弹簧常数，这导致气体压力限制阀1的优化的闭合特性。

在图2中示出气体压力限制阀1，其中，该气体压力限制阀处于打开状态。下面参考图1来说明气体压力限制阀1的打开过程如何进行。如由图2可见，密封座板2具有环形流通部23，气态介质从未在此示出的罐27(参见图5)和/或喷射器单元10(参见图5)处于压力下地沿箭头II的方向穿过该密封座板被输送，其中，在此涉及流入部II。在此，密封座板2具有环形流通部23，流入的介质穿过该环形流通部进入下述区域中，在该区域中密封座板2的密封座棱边12a、12b与阀元件3的弹性体覆层4一起构成两个密封座6a、6b，如图1所示。在此，在阀元件3上，在面向流入部II的侧上，尤其在具有弹性体覆层4的区域中建立压力，根据气体压力限制阀1的布置而定，该压力相应于连接管路25(参见图4)的压力或流入管路28(参见图4)的压力。

因此，变化的力在纵轴线14的方向上作用到阀元件3上，该变化的力由于所施加的介质压力在环形流通部23的区域中作用到阀元件3、尤其弹性体覆层4的表面上。因此，由于该施加的压力引起的力在纵轴线14的方向上作用到阀元件3上，并且在超过确定的压力时挤压阀元件3从密封座板2离开。

阀元件3在纵轴线14的方向上可运动，其中，该阀元件在与套筒形元件13连接的情况下在纵轴线14的方向的径向上被导向元件9导向，由此能够阻止阀元件3相对于纵轴线14径向地运动。在流入部II一侧超过确定的压力水平时，阀元件3在纵轴线14的方向上运动从密封座板2离开，其方式是，该阀元件将力经由套筒形元件13传递到闭合弹簧8上。因为闭合弹簧8在与套筒形元件13相对置的侧上与闭合弹簧支撑部11贴靠，所以，尤其在超过确定的力的情况下，闭合弹簧8由于其弹簧常数而在纵轴线14的方向上被压缩。这基于通过处于流入部II的侧上的介质引起的压力来实现，该压力作用到阀元件3的表面上并造成在纵轴线14的方向上指向流出部III的力。所述力经由阀元件3被传递到套筒形元件13上并且从那里进一步被传递到闭合弹簧8上。在超过一个尤其相应于闭合弹簧8的弹簧力的力的情况下，闭合弹簧8在纵轴线14的方向上被压缩。在此，导向元件9能够在壳体7中对闭合弹簧8和/或套筒形元件13导向。

通过阀元件3在纵轴线14的方向上运动从密封座板2离开，密封座6a、6b被抬起，由此，介质能够从流入部II沿箭头IV的方向穿过气体压力限制阀1向流出部III流动。在此，介质可以借助于两条不同路径到达流出部III。一方面，介质可以从环绕的密封座棱边12a和止挡5旁流过并且穿过套筒形元件13的至少一个贯通开口15流动。另一方面，介质可以从密封座棱边12b旁流过并且穿过阀元件3的缺口34流动。

一旦介质的一部分经由流出部III从系统中被导出，连接管路25(参见图5)或流入管路28(参见图5)中的系统压力再次恢复正常和/或降低，由此由于压力而作用到阀元件3上的力减小。在此，在纵轴线14的方向上起作用的力、尤其是闭合弹簧8的弹簧力将阀元件3再次朝密封座板2的方向挤压，直至至少两个密封座棱边12a、12b再次运动伸进到弹性体覆层4中并且构成所述至少两个密封座6a、6b。在阀元件3的最终位态中，尤其当阀元件3与环绕的止挡5贴靠时，气体压力限制阀1再次闭合。

在另一可能的实施方式中，闭合弹簧8这样构造，使得在压缩或解压缩闭合弹簧8时弹簧力在行程上不是线性变化。为此，闭合弹簧8在结构上这样实施，使得闭合弹簧8的弹簧圈直径变化、尤其增大和减小，或者使得闭合弹簧8具有至少两个弹簧段，所述弹簧段分别具有不同的弹簧常数。在这种构型中，至少两个密封座棱边12a、12b与阀元件3或密封座板2的弹性体覆层8接触并且在纵轴线14的方向上仅以一定深度挤入到弹性体覆层8中，以便构成至少两个密封座6a、6b，而不会由于过深的挤入损坏弹性体覆层。为此，弹性体覆层8或者布置在阀元件3的面向密封座板2的端面上或者布置在密封座板2的面向阀元件3的端面上。

在图3中以放大图示出密封座板2的在图2中以V标记的环绕的止挡5的剖视图。在此，环绕的止挡5具有流动开口16，处于气体压力限制阀1中的介质能够穿过该流动开口流出。在没有流动开口16的情况下，在气体压力限制阀1的闭合状态下在环绕的止挡5、环绕的密封座棱边12a、密封座板2和阀元件3之间形成被隔离的空间。这种被隔离的空间尤其会在气体压力限制阀1打开和闭合过程中损坏气体压力限制阀1。在此，流动开口16的另一实施方式可以这样成型，使得抵抗流出的介质的流动阻力被减小，其方式是，例如流动开口16的棱边被倒圆和/或流动优化地被成型。

图4在纵轴线14的方向上以俯视图示出在图1中以A-A标记的密封座板2的剖视图。此外示出，密封座板2具有中心区域20，该中心区域通过至少一个连接片29与密封座板2(未示出)连接。此外示出环形流通部23以及至少两个密封座棱边12a、12b，其中，密封座棱边12a、12b尤其围绕纵轴线14环绕地布置(参见图1)。此外示出壳体7和环绕的止挡5。在图4中示出气体压力限制阀1的示例性实施方式，在该气体压力限制阀中，环绕的止挡5具有四个流动开口16。

图5中示出燃料电池系统33的一个示例性实施方式，该燃料电池系统具有气体压力限制阀1和其它构件，其中，尤其示出燃料电池系统33的阳极侧。图5中可见，喷射器单元10经由连接管路25与燃料电池30连接，其中，燃料电池30包括阳极区域31和阴极区域32。在燃料电池组件的一个实施方式中，在前面的附图中所说明的气体压力限制阀1a可以布置在连接管路25上，尤其布置在喷射器单元10和燃料电池30之间。此外，设置有回流管路26，该回流管路将燃料电池30的阳极区域31与喷射器单元10的抽吸区域22连接。借助于回流管路26，可以将在燃料电池30运行时在阳极区域31中产生的第二气态介质引回至抽吸区域22，所述第二气态介质尤其可以是由氢气、氮气和水蒸汽构成的混合物。

如由图5中进一步可见，存储在罐27中的第一气态介质经由流入管路28被输送给喷射器单元10的流入区域21。在燃料电池组件的一个实施方式中，在前面的附图中所说明的气体压力限制阀1b可以布置在流入管路28上，尤其布置在第一截止阀24和第二截止阀19之间。截止阀24、19设置为用于必要时中断第一气态介质从罐27中向气体压力限制阀1b的流入或者中断进一步向喷射器单元10的流入。

气体压力限制阀1a、b的布置提供以下优点：保护连接管路25和流入管路28以免过高的压力，因为在超过确定的压力水平时，相应的气体压力限制阀1a、b打开并且降低系统压力。由此能够保护燃料电池30的构件、尤其燃料电池30的膜片和喷射器单元10的构件以防损坏，因为这两个构件极易受过高压力的影响而做出反应。

Claims (16)

1.一种气体压力限制阀（1），用于控制气态介质，所述气体压力限制阀具有壳体（7）和阀元件安装组件（17），其中，所述阀元件安装组件（17）具有在纵轴线（14）的方向上打开和闭合并因此能运动的阀元件（3）并具有不能运动的密封座板（2），其中，或者所述密封座板（2）、或者所述阀元件（3）具有围绕所述纵轴线（14）环绕的密封座棱边（12），在所述阀（1）的闭合状态下所述密封座棱边与对应的另一构件一起构成密封座（6），所述气体压力限制阀还具有闭合弹簧（8），该闭合弹簧在所述纵轴线（14）的方向上布置在所述壳体（7）中，其中，所述闭合弹簧（8）在一侧上在所述纵轴线（14）的方向上支撑在闭合弹簧支撑部（11）上并且在相对置的侧上至少间接地支撑在所述阀元件（3）上，其中，所述密封座板（2）这样构造，使得该密封座板具有中心区域（20），该中心区域通过至少一个连接片（29）与所述密封座板（2）连接，其中，所述密封座板（2）构造有环形的流通部（23），该流通部在所述纵轴线（14）的方向上延伸，其中，所述密封座板（2）或所述阀元件（3）具有至少两个环绕的密封座棱边（12a、12b），在所述阀（1）的闭合状态下所述密封座棱边与所述阀元件（3）或所述密封座板（2）一起构成至少两个密封座（6a、6b），其中，所述密封座板（2）或所述阀元件（3）具有环绕的止挡（5），其特征在于，所述密封座板（2）或所述阀元件（3）的所述环绕的止挡（5）具有至少一个流动开口（16），其中，所述至少一个流动开口（16）相对于所述纵轴线（14）延伸，由此防止在所述环绕的止挡（5）和所述环绕的密封座棱边（12a）之间将所述气态介质的封闭体积隔离。

2.根据权利要求1所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，或者所述阀元件（3）、或者所述密封座板（2）具有弹性体覆层（4），其中，在所述阀（1）的闭合状态下所述弹性体覆层（4）与或者所述密封座板（2）的、或者所述阀元件（3）的所述至少两个环绕的密封座棱边（12a、12b）一起构成所述至少两个密封座（6a、6b），其中，通过所述环绕的止挡（5）限界所述至少两个环绕的密封座棱边（12a、12b）在所述纵轴线（14）的方向上到所述弹性体覆层（4）中的挤入深度。

3.根据权利要求2所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述阀元件（3）或所述密封座板（2）在具有所述弹性体覆层（4）的区域的径向外部与所述止挡（5）接触。

4.根据权利要求2或3所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述弹性体覆层（4）由多个层组成，其中，所述层具有不同的材料特性，并且在所述纵轴线（14）的方向上进行分层。

5.根据权利要求2或3所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述密封座板（2）的或所述阀元件（3）的所述至少两个环绕的密封座棱边（12a、12b）经过热处理和/或具有覆层。

6.根据权利要求2或3所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述阀元件（3）与套筒形元件（13）连接，所述闭合弹簧（8）通过该套筒形元件支撑在所述阀元件（3）上，并且所述阀元件（3）在所述壳体（7）中在所述纵轴线（14）的方向上被导向。

7.根据权利要求6所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述闭合弹簧（8）的弹簧力在所述闭合弹簧（8）压缩或解压缩时的行程上不是线性地变化，而是所述闭合弹簧（8）具有在弹簧行程上递增地变化的弹簧常数。

8.根据权利要求7所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述闭合弹簧（8）的递增地变化的弹簧常数通过以下方式实现：所述闭合弹簧（8）的弹簧圈直径是变化的和/或所述闭合弹簧（8）由至少两个弹簧段构成，其中，所述弹簧段具有不同的弹簧常数。

9.根据权利要求6所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述闭合弹簧（8）和/或所述套筒形元件（13）在所述壳体（7）中在所述纵轴线（14）的方向上通过所述导向元件（9）被导向，其中，所述导向元件（9）布置在所述闭合弹簧（8）和所述壳体（7）之间。

10.根据权利要求1或2所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，气态介质是氢气。

11.根据权利要求1或2所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述至少一个流动开口（16）相对于所述纵轴线（14）径向地延伸。

12.根据权利要求5所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述密封座板（2）的或所述阀元件（3）的所述至少两个环绕的密封座棱边（12a、12b）在下述区域中经过热处理和/或具有覆层，在所述区域中，所述至少两个环绕的密封座棱边（12a、12b）与所述密封座板（2）的或所述阀元件（3）的弹性体覆层（4）接触并且构成所述至少两个密封座（6a、6b）。

13.根据权利要求6所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述阀元件（3）在所述壳体（7）中通过所述套筒形元件（13）和导向元件（9）在所述纵轴线（14）的方向上被导向。

14.根据权利要求13所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，所述导向元件（9）用于对所述闭合弹簧（8）导向。

15.根据权利要求7所述的气体压力限制阀（1），其特征在于，在所述阀元件（3）和/或所述套筒形元件（13）在所述纵轴线（14）的方向上运动时，所述闭合弹簧（8）的弹簧力在所述闭合弹簧（8）压缩或解压缩时的行程上不是线性地变化。

16.一种燃料电池组件，其包括根据前述权利要求1至15中任一项所述的气体压力限制阀（1），该气体压力限制阀用于控制向燃料电池（30）的氢气输送。

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