CN112673203A - 用于气态介质的阀装置和用于存储气态介质的箱设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于气态介质、尤其是氢的阀装置(100)，所述阀装置具有阀壳体(6)和布置在该阀壳体中的能够沿着纵轴线(18)运动的第一磁性衔铁(14)，所述第一磁性衔铁(14)与第一密封座(32)共同作用，用于打开和关闭排出开口(40)。此外，在所述阀壳体(6)中布置有能够沿着纵轴线(18)运动的第二磁性衔铁(16)，所述第二磁性衔铁(16)至少部分地被接收在所述第一磁性衔铁(14)的凹槽(38)中并且所述第二磁性衔铁(16)与第二密封座(34)共同作用，用于打开和关闭构造在所述第一磁性衔铁(14)中的贯通开口(20)。此外，所述第一的磁性衔铁(14)和所述第二磁性衔铁(16)被电磁装置(11)包围，所述第一磁性衔铁(14)和所述第二磁性衔铁(16)能够通过所述电磁装置(11)借助恰好一个电磁线圈(10)沿着所述纵轴线(18)运动。

Description

用于气态介质的阀装置和用于存储气态介质的箱设备
技术领域
本发明涉及一种用于气态介质的阀装置和一种用于燃料电池箱的、尤其是用于存储氢的箱设备，例如用于应用在具有燃料电池驱动装置的车辆中。
背景技术
未预先公开的DE 10 2018 209 057 A说明了一种用于对燃料电池箱进行温度压力卸载的箱设备，其中，所述箱设备包括具有不同阀、例如截止阀的箱容器，所述阀确保例如燃料电池系统的正常的工作方式。
用于这样的箱设备的安全装置是标准化的。在此，每个箱设备必须具有这样的截止阀。因此，截止阀可以在由于具有燃料电池驱动装置的车辆发生事故而引起的箱设备损坏时或在箱设备的管线断裂时关闭箱容器，使得没有气体可以从存储单元中逸出。
由于对截止阀的高安全要求并且由于例如800bar或更大的高系统压力，这种截止阀在结构上是非常具有挑战性的并且具有大的结构空间。这又提高了整个箱设备的总重量，这在具有燃料电池驱动装置的车辆发生事故的情况下可能导致出现大的加速力和阀装置或箱设备的可能的变形。
发明内容
与此相对地，具有权利要求1特征部分的特征的根据本发明的阀装置具有以下优点：以结构上简单的工作方式，通过使用双行程的切换阀减小阀装置的结构空间。
为此，根据本发明的用于气态介质、尤其是氢的阀装置具有阀壳体，在该阀壳体中布置有可沿着纵轴线运动的第一磁性衔铁。第一磁性衔铁与第一密封座共同作用，用于打开和关闭排出开口。此外，在阀壳体中布置有可沿着纵轴线运动的第二磁性衔铁，该第二磁性衔铁至少部分地被接收在第一磁性衔铁的凹槽中，并且该第二磁性衔铁与第二密封座共同作用，用于打开和关闭构造在第一磁性衔铁中的贯通开口。此外，第一磁性衔铁和第二磁性衔铁被电磁装置包围，通过该电磁装置，第一磁性衔铁和第二磁性衔铁能够借助恰好一个电磁线圈沿着纵轴线运动。
通过仅使用一个电磁线圈实现减小阀装置的结构空间和总重量。此外，由于使用两个彼此相互作用的磁性衔铁而不需要控制室，由此也使结构空间最小化。附加地，由于具有两个磁性衔铁的双行程的切换阀，小的磁力足以用于打开阀装置。
在第一有利的扩展方案中设置，电磁线圈具有线圈壳体并且在阀壳体中至少部分地包围第一磁性衔铁和第二磁性衔铁。因此，在电磁线圈激活时，能够以简单的方式产生作用到第一磁性衔铁和第二磁性衔铁上的磁力。
在本发明的另一构型中有利地设置，在阀壳体中布置有弹簧，该弹簧对第二磁性衔铁加载以朝第二密封座的方向的力，由此，对第一磁性衔铁加载以朝第一密封座的方向的力。
在一个有利的扩展方案中，在阀壳体中布置有止挡元件，在该止挡元件上构造有第一密封座。有利地，第一密封座上的通流横截面大于第二密封座上的通流横截面。因此，第二磁性衔铁能够以简单的方式并以小的磁力纵向运动，并且在从第二密封座抬起时打开在第二密封座上的通流横截面。通过由此改变的在阀装置中的压力关系，使第一密封座的打开和从而第一磁性衔铁的纵向运动加速，并且因此，可以减小所需的磁力大小。
在本发明的另一构型中有利地设置，第一磁性衔铁具有凸肩，该凸肩与第二衔铁的凸肩共同作用，并且在第二磁性衔铁纵向运动时，该第二磁性衔铁的凸肩用作用于第一磁性衔铁的携动件。由此可以使第一密封座的打开和从而第一磁性衔铁的纵向运动加速。
在有利的使用中，阀装置可以在用于存储气态介质、尤其是氢的箱设备中与箱一起使用。有利地，所述箱包括具有颈部区域的箱壳体，在该颈部区域中布置有阀装置，其中，所述阀壳体至少部分地集成到箱壳体中并且所述阀壳体借助密封元件密封箱的箱内室。
因此，以有利的方式通过阀装置能够控制来自箱的气态介质、尤其氢的流经横截面。
所描述的箱设备优选地适用于燃料电池组件中，用于存储用于运行燃料电池的氢。
附图说明
在附图中示出用于气态介质、尤其是氢的根据本发明的阀装置的实施例和用于存储气态介质的根据本发明的箱设备。附图示出了：
图1以纵横截面示出箱设备中的根据本发明的阀装置的第一实施例，
图2以纵横截面示出箱设备中的根据本发明的阀装置的第二实施例。
具体实施方式
图1以纵截面示出根据本发明的用于在根据本发明的用于存储气态介质、尤其是氢的箱设备1中的、用于气态介质、尤其是氢的阀装置100的第一实施例。
阀装置100具有带有纵轴线18的阀壳体6。在阀壳体6中构造有进入开口22和排出开口40，它们通到内室42中。此外，在阀壳体6中布置有带有线圈壳体8的电磁线圈10。阀壳体6还包括止挡元件12，该止挡元件被线圈壳体8包围并且该止挡元件借助密封元件24将电磁线圈10相对于内室42密封。
在内室42中布置有可沿纵轴线18运动的第一磁性衔铁14，该第一磁性衔铁以成型部44与第一密封座32共同作用，用于打开和关闭排出开口40。在此，第一密封座32构造在止挡元件12的凸肩48上。在第一衔铁14中构造有贯通开口20，该贯通开口在第一磁性衔铁14的背离第一密封座32的端部上通到凹槽38中。
在凹槽38中接收有可沿纵轴线18运动的第二磁性衔铁16，该第二磁性衔铁以成型部46与第二密封座34共同作用，用于打开和关闭第一磁性衔铁14中的贯通开口20。第二密封座34构造在第一磁性衔铁14上。
借助弹簧30(该弹簧布置在阀壳体6的凹槽50中并且支撑在第二磁性衔铁16和阀壳体6之间)，对第二磁性衔铁16加载以朝第二密封座34的方向的力，使得第二衔铁16贴靠在第二密封座34上。因此，贯通开口20关闭。
由于第一磁性衔铁14与第二磁性衔铁16的作用连接性，第一磁性衔铁14借助弹簧30压抵着第一密封座32，使得排出开口40关闭。
内室42被第一磁性衔铁14和第二磁性衔铁16划分为外环形室422、内环形室420和弹簧室421。在此，外环形室422被止挡元件12和第一磁性衔铁14限界，相反地，内环形室420被第一磁性衔铁14和第二磁性衔铁16限界。
不但内环形室420而且外环形室422通到弹簧室421中，其中，弹簧室421包括阀壳体6的凹槽50并且过渡到进入开口22中。
阀装置100是具有箱2的箱设备1的一部分。箱2具有箱壳体3，在该箱壳体中构造有箱内室4。箱壳体3具有颈部区域28，阀装置100布置在该颈部区域中。在此，该阀装置集成到箱壳体3中并且在此向外封闭箱内室4。借助在阀装置100的阀壳体6和箱2的箱壳体3之间的密封元件26密封箱内室4，使得气态介质、尤其是氢仅能够通过阀装置100从箱2流入或流出。
第一磁性衔铁14和第二磁性衔铁16与电磁线圈10和线圈壳体8一起构成电磁装置11。
在此，气态介质在第一阀座32上的通流横截面大于气态介质在第二阀座34上的通流横截面，因为柱形构造的排出开口40的直径大于柱形贯通开口20的直径。
阀装置的工作方式：
在电磁线圈14不通电时，第一阀座32和第二阀座34通过弹簧30的力关闭，使得在外环形室422和排出开口40之间的连接以及内环形室420和贯通开口20之间的连接关闭。因此，也没有气态介质从箱内室4经由进入开口22和排出开口40朝系统、例如燃料电池组件的方向流动。在箱内室4中存在例如700bar的高压。相反地，在燃料电池组件中存在低压。
如果电磁线圈10通电，则在第一衔铁14和第二衔铁16上产生磁力，该磁力与弹簧30的力以及在第一密封座32上和第二密封座34上的压力方向相反地定向。与在第一密封座32上的座直径相比，在第二密封座34上的更小的座直径引起：与打开第一密封座32的开口相比，打开第二密封座34的开口需要更小的磁力。在磁力足够大的情况下，第二磁性衔铁16从第二磁性衔铁16抬起并且释放贯通开口20。
现在，气态介质从箱内室4经由进入开口22、第二密封座34、贯通开口20和排出开口40从箱2朝系统、例如燃料电池组件的方向流动。由此，系统中的压力升高，这导致第一密封座32上的压力差减小。通过减小在第一密封座32上的压力差，抵抗磁性打开力的力也减小。压力差的逐渐减小导致第一密封座32打开。因此，第一磁性衔铁14从第一密封座32抬起，并且因此打开排出开口40和外环形室422之间的连接。现在，气态介质、在这里是氢从箱内室4经由进入开口22、外环形室422、第一密封座32和排出开口40从箱2朝燃料电池组件的燃料电池的方向流动。
如果应中断向燃料电池的氢供应，则不再使电磁线圈10通电，使得磁力下降并且第二磁性衔铁16通过弹簧30的力又朝第二密封座34的方向运动并且关闭该第二密封座。在此，第二磁性衔铁16作为用于第一磁性衔铁14的携动件起作用，使得第一密封座32也再次关闭。
第一密封座32上的直径和第一磁性衔铁14的行程有利地这样设计，使得在所有运行状态下向燃料电池供给以足够质量流的氢。此外，由此在以气态介质、在这里是氢充注箱2的情况下，其中，流动方向从排出开口40朝进入开口22的方向延伸，箱2可以在短时间内、例如在几分钟内被充注。
图2以纵截面示出根据本发明的用于在根据本发明的用于存储气态介质、尤其是氢的箱设备1中的、用于气态介质、尤其是氢的阀装置100的第二实施例。
第二实施例在功能和结构上很大程度地相应于第一实施例。具有相同功能的构件用相同的附图标记标明。
在第二实施例中，第一磁性衔铁14具有凸肩36，该凸肩与第二磁性衔铁16的凸肩52共同作用。因此，在第二密封座34打开时，第二磁性衔铁16在其纵向运动中作为用于第一磁性衔铁14的携动件起作用，由此，使第一密封座32的打开加速。

Claims (10)

1.一种用于气态介质、尤其是氢的阀装置(100)，所述阀装置具有阀壳体(6)和布置在该阀壳体中的能够沿着纵轴线(18)运动的第一磁性衔铁(14)，所述第一磁性衔铁(14)与第一密封座(32)共同作用，用于打开和关闭排出开口(40)，其中，在所述阀壳体(6)中布置有能够沿着纵轴线(18)运动的第二磁性衔铁(16)，所述第二磁性衔铁(16)至少部分地被接收在所述第一磁性衔铁(14)的凹槽(38)中并且所述第二磁性衔铁(16)与第二密封座(34)共同作用，用于打开和关闭构造在所述第一磁性衔铁(14)中的贯通开口(20)，其特征在于，所述第一磁性衔铁(14)和所述第二磁性衔铁(16)被电磁装置(11)包围，所述第一磁性衔铁(14)和所述第二磁性衔铁(16)能够通过所述电磁装置(11)借助恰好一个电磁线圈(10)沿着所述纵轴线(18)运动。
2.根据权利要求1的阀装置(100)，其特征在于，所述电磁线圈(10)具有线圈壳体(8)并且所述电磁线圈(10)在所述阀壳体(6)中至少部分地包围所述第一磁性衔铁(14)和所述第二磁性衔铁(16)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其特征在于，在所述阀壳体(6)中布置有弹簧(30)，所述弹簧(30)对所述第二磁性衔铁(16)加载以朝所述第二密封座(34)的方向的力，由此，对所述第一磁性衔铁(14)加载以朝所述第一密封座(32)的方向的力。
4.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其特征在于，止挡元件(12)布置在所述阀壳体(6)中，在所述止挡元件(12)上构造有所述第一密封座(32)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其特征在于，所述第一密封座(32)上的通流横截面大于所述第二密封座(34)上的通流横截面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的阀装置(100)，其特征在于，所述第一磁性衔铁(14)具有凸肩(36)，所述凸肩(36)与所述第二磁性衔铁(16)的凸肩(52)共同作用，并且在所述第二磁性衔铁(16)纵向运动时，所述第二磁性衔铁的凸肩用作用于所述第一磁性衔铁(14)的携动件。
7.一种用于存储气态介质、尤其是氢的箱设备(1)，其具有箱(2)和根据前述权利要求中任一项的阀装置(100)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的箱设备(1)，其特征在于，所述箱(2)包括具有颈部区域(28)的箱壳体(3)，所述阀装置(100)布置在所述颈部区域(28)中，其中，所述阀壳体(6)至少部分地集成到所述箱壳体(3)中并且所述阀壳体(6)借助密封元件(26)密封所述箱(2)的箱内室(4)。
9.根据权利要求7或8所述的箱设备(1)，其特征在于，通过所述阀装置(100)能够控制来自所述箱(2)的气态介质、尤其氢的流经横截面。
10.一种具有根据权利要求7至9中任一项所述的箱设备(1)的燃料电池组件，所述箱设备用于存储用于运行燃料电池的氢。
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