DE102012024851A1

DE102012024851A1 - Gas handling unit for tank system of vehicle, has pressure control device, overpressure security unit, low pressure measurement device and filtering apparatus accommodated in common housing divided into high and low pressure portions

Info

Publication number: DE102012024851A1
Application number: DE201210024851
Authority: DE
Inventors: Erwin Weh; Wolfgang Weh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-06-26

Abstract

The gas handling unit (1000) comprises a pressure control device, an overpressure security unit in low-pressure range, a low pressure measurement device and a filtering apparatus that are arranged to form a structural unit. The pressure control device, overpressure security unit in low-pressure range, low pressure measurement device and filtering apparatus are accommodated in the common housing (3). The common housing is designed with one or several portions and is divided into a high-pressure portion (HT) and a low-pressure portion (NT). Independent claims are included for the following: (1) vehicle; and (2) pressure regulating valve of gas handling unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil für eine kontinuierliche Regelung eines Eingangsdruckes eines fluiden Mediums, insbesondere eines Gases, mit mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, auf einen Ausgangsdruck von weniger als 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar.The invention relates to a pressure regulating valve for a continuous control of an inlet pressure of a fluid medium, in particular a gas, with more than 500 bar, in particular more than 700 bar, in particular in the range 700 bar to 1000 bar, to an outlet pressure of less than 50 bar, in particular less than 25 bar, in particular in the range 25 bar to 5 bar.

Heute werden zunehmend gasförmige Medien wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff als Kraftstoffe zum Antrieb von Maschinen, insbesondere Fahrzeugen eingesetzt. Hierbei wird das gasförmige Medium, nachdem es von einer Tankstelle in einen Fahrzeugtank abgegeben wurde, beim Betrieb des Fahrzeugs kontinuierlich zu einem Verbraucher, beispielsweise einem Motor oder einer Brennstoffzelle, geführt und dort verbraucht. Hierbei ergibt sich das Problem, dass der Tank des Fahrzeugs bei Verwendung bestimmter fluider Medien, wie beispielsweise Wasserstoff, als Kraftstoff mit hohen Drücken mit mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, aufweist. Unter hohem Druck im Tank gelagerter Wasserstoff wird kontinuierlich an den Verbraucher, z. B. den Fahrzeugmotor oder die Brennstoffzelle abgegeben und unter gleichbleibendem Druck, bevorzugt einem Druck von weniger als 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bis 5 bar, verbraucht werden. Es ist daher notwendig, ein Druckregelventil zur Verfügung zu stellen, das eingangsseitig mit einem Druck von mehr als 500 bar aus dem Tank beaufschlagt werden kann und ausgangsseitig am Verbraucher, z. B. am Motor oder an der Brennstoffzelle einen konstanten Druck von weniger als 50 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar, bevorzugt 15 bar bis 9 bar, zur Verfügung stellt, wobei zu beachten ist, dass bei kontinuierlichem Verbrauch unter hohem Druck der Druck des im Behälter gespeicherten Kraftstoffs beständig abnimmt. Trotz Druckabnahme im Kraftstoffbehälter soll ausgangsseitig am Verbraucher immer derselbe Druck anliegen mit möglichst geringer Drucktoleranz.Today, increasingly gaseous media such as natural gas or hydrogen are used as fuels for driving machines, in particular vehicles. Here, the gaseous medium, after it has been discharged from a gas station in a vehicle tank, during operation of the vehicle continuously to a consumer, such as a motor or a fuel cell, out and consumed there. This results in the problem that the tank of the vehicle when using certain fluid media, such as hydrogen, as a fuel with high pressures greater than 500 bar, in particular more than 700 bar, in particular in the range 700 bar to 1000 bar has. Hydrogen stored under high pressure in the tank is continuously fed to the consumer, e.g. B. the vehicle engine or the fuel cell discharged and under constant pressure, preferably a pressure of less than 50 bar, in particular less than 25 bar, in particular in the range 25 to 5 bar, consumed. It is therefore necessary to provide a pressure control valve, which can be acted upon from the input side with a pressure of more than 500 bar from the tank and the output side at the consumer, z. B. on the engine or on the fuel cell, a constant pressure of less than 50 bar, in particular in the range 25 bar to 5 bar, preferably 15 bar to 9 bar, is available, it should be noted that with continuous consumption under high pressure of Pressure of the fuel stored in the tank steadily decreases. Despite pressure decrease in the fuel tank output side should always be the same pressure on the consumer with the lowest possible pressure tolerance.

Das Druckregelventil soll sich des Weiteren durch eine hohe Zuverlässigkeit sowie einen einfachen, kompakten Aufbau auszeichnen und einen ausreichenden Durchfluss bereitstellen.The pressure control valve should also be characterized by high reliability and a simple, compact design and provide sufficient flow.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Druckregelventil gemäß Anspruch 1 gelöst, bei dem das Druckregelventil wenigstens ein Schieberbauteil, einen Kolben sowie eine Feder umfasst und die Druckregeleinheit derart ausgestaltet ist, dass der Eingangsdruck mittels des Kolbens über die Feder und das Schieberbauteil kontinuierlich auf den Ausgangsdruck geregelt wird.According to the invention this object is achieved by a pressure control valve according to claim 1, wherein the pressure control valve comprises at least one slide member, a piston and a spring and the pressure control unit is configured such that the input pressure by means of the piston via the spring and the slide member continuously controlled to the output pressure becomes.

Erfindungsgemäß ist der Kolben gegenüber dem Schieberbauteil schwimmend gelagert. Hierdurch kann für einen mechanischen, einstufigen Druckregler eine sehr geräuscharme hohe Regelgenauigkeit erreicht werden. Des Weiteren erlaubt die schwimmende Lagerung den Ausgleich von hohen Querkräften, die beispielsweise durch die Feder, die bei dem breiten zu regelnden Druckbereich sehr starke Rückstellkräfte aufweist, erzeugt werden. Die schwimmende Lagerung des Kolbens erlaubt, dass der Kolben pendeln kann und so die z. B. durch die Feder bedingten Querkräfte ausgleicht. Durch den pendelnden Kolben kann der Verschleiß, der insbesondere durch die hohen, auf den Kolben wirkenden Querkräfte bedingt ist, stark reduziert werden, so dass sich das erfindungsgemäße Druckregelventil durch eine hohe Lebensdauer und insbesondere auch eine hohe Regelgenauigkeit auszeichnet, die zudem über die Lebensdauer von bis zu 20 Jahren auch einen geringen Drift des Ausgangsdruckes aufweist. Die Regelgenauigkeit des Druckregelventils gemäß der Erfindung ist ±5 bar, insbesondere ±2 bar, besonders bevorzugt ±0,5 bar für einen Ausgangsdruck ausgangsseitig von weniger als 25 bar, insbesondere 5 bis 15 bar, bevorzugt beispielsweise 9 bar. Regelgenauigkeit bedeutet vorliegend, dass der Ausgangsdruck auf beispielsweise 9 ± 0,5 bar eingehalten werden kann, bei Eingangsdrücken von bis zu 900 bar. Geringe Drift bedeutet vorliegend, dass der Ausgangsdruck über die Zeit nur wenig abdriftet, beispielsweise in 10 Jahren, insbesondere 20 Jahren, nur um ±1 bar, bevorzugt ±0,5 bar, d. h. der Ausgangsdruck hat sich in 10 Jahren, insbesondere 20 Jahren, nur von 9,0 bar auf 9,5 bar, beispielsweise durch Verschleiß, geändert.According to the invention, the piston is mounted floating relative to the slider component. As a result, a very quiet high control accuracy can be achieved for a mechanical, single-stage pressure regulator. Furthermore, the floating bearing allows the compensation of high shear forces, which are generated for example by the spring, which has very strong restoring forces at the wide pressure range to be controlled. The floating bearing of the piston allows the piston to oscillate and so the z. B. compensated by the spring-related transverse forces. By the oscillating piston, the wear, which is due in particular to the high, acting on the piston shear forces are greatly reduced, so that the pressure control valve according to the invention is characterized by a long life and in particular a high control accuracy, which also over the life of up to 20 years also has a slight drift in the initial pressure. The control accuracy of the pressure control valve according to the invention is ± 5 bar, in particular ± 2 bar, more preferably ± 0.5 bar for an output pressure on the output side of less than 25 bar, in particular 5 to 15 bar, preferably for example 9 bar. In the present case, control accuracy means that the outlet pressure can be maintained at, for example, 9 ± 0.5 bar, at inlet pressures of up to 900 bar. In the present case, low drift means that the initial pressure drifts only slightly over time, for example in 10 years, in particular 20 years, only by ± 1 bar, preferably ± 0.5 bar, d. H. the outlet pressure has changed in 10 years, especially 20 years, only from 9.0 bar to 9.5 bar, for example due to wear.

Um die Rückstellkraft in der Feder und damit auch den Ausgangsdruck ausgangsseitig einstellen zu können, ist vorgesehen, dass der Kolben auf dem Schieberbauteil beispielsweise mittels eines Gewindes verschoben werden kann. Um den Kolben in Position zu halten, kann eine Arretiervorrichtung, die als Verdrehsicherung mit Arretieröffnungen, in die ein Bolzen des schwimmend, gelagerten Kolbens eingreifen kann, ausgelegt ist, vorgesehen sein.In order to set the restoring force in the spring and thus the output pressure on the output side, it is provided that the piston can be moved on the slider member, for example by means of a thread. In order to hold the piston in position, a locking device, which is designed to prevent rotation with locking holes into which a bolt of the floating, stored piston is designed, may be provided.

Um den Druck einstellen zu können, ist vorgesehen, dass die Feder der Druckregeleinheit eine Vorspannung aufweist und die Feder auf den Kolben zur Einstellung des Ausgangsdruckes wirkt.In order to adjust the pressure, it is provided that the spring of the pressure control unit has a bias and the spring acts on the piston to adjust the output pressure.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Gas von der Eingangsseite zur Ausgangsseite strömungsoptimiert strömen kann. Hierzu ist vorgesehen, dass das Schieberbauteil eine Bohrung zum Hindurchleiten des fluiden Mediums, insbesondere des gasförmigen Mediums, von der Eingangsseite mit dem Eingangsdruck zu der Ausgangsseite mit dem Ausgangsdruck und/oder einen spitzen Abschnitt umfasst, wobei die Bohrung und/oder der Spitzenabschnitt bevorzugt strömungsoptimiert ausgestaltet sindThe device according to the invention is also distinguished by the fact that the gas can flow in a flow-optimized manner from the inlet side to the outlet side. For this purpose, it is provided that the slide member comprises a bore for passing the fluid medium, in particular the gaseous medium, from the inlet side with the inlet pressure to the outlet side with the outlet pressure and / or a pointed portion, wherein the Bore and / or the tip portion are preferably designed flow optimized

Aufgrund der hohen Regelgenauigkeit des Druckregelventils ist es möglich, die Bohrung mit einem relativ großen Durchmesser von mehr als 1,7 mm, insbesondere mehr als 2 mm, auszubilden, wodurch ein Massendurchfluss von mehr als 8 kg fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, bevorzugt mehr als 12 kg fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, pro Stunde bei einem sehr geringen Eingangsdruck von nur 15 bar gewährleistet werden kann. Dies ermöglicht bei einem Verbau in einem Fahrzeug eine ausreichende Wasserstoffzufuhr zu einer Brennstoffzelle bei fast leerem Vorratstank, der zu geringen Eingangsdrücken von z. B. 15 bar führt.Due to the high control accuracy of the pressure control valve, it is possible to form the bore with a relatively large diameter of more than 1.7 mm, in particular more than 2 mm, whereby a mass flow of more than 8 kg of fluid medium, in particular hydrogen, preferably more than 12 kg of fluid medium, in particular hydrogen, per hour at a very low inlet pressure of only 15 bar can be guaranteed. This allows for a shoring in a vehicle sufficient hydrogen supply to a fuel cell with almost empty storage tank, the low input pressures of z. B. 15 bar leads.

Eine besonders gute Dichtheit wird erzielt, wenn an dem spitzen Abschnitt des Schieberbauteils das Druckregelventil eine Dichtung aufweist, die sowohl mit dem spitzen Abschnitt des Schieberbauteils als auch mit der Gehäusewand zur Anlage kommt. Sehr gute Dichtheitswerte und hohe Langlebigkeit bei gutem Verschleißverhalten sowie hohe Temperaturbeständigkeit und hohe Widerstandsfähigkeit können dann erreicht werden, wenn die Dichtung im Bereich des Spitzenabschnittes als Dichtmaterial aus einem wasserstoffbeständigen Material, insbesondere Polyamidimid, besteht. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die Dichtung nicht auf der Spitze des Schieberbauteiles aufgebracht und dichtet nur gegen Metall, sondern ist als Dichtring ausgebildet, und die angeschrägten Seiten des Spitzenabschnittes des Schieberbauteils liegen am Dichtring an, wodurch eine sehr hohe Dichtheit erreicht wird. Des Weiteren ist der Verschleiß des Dichtmaterials niedrig, da die Dichtfläche vom Massenstrom des strömenden Mediums abgewandt ist, so dass Partikel, die sich im Massenstrom befinden können, die Dichtung nicht zerstören bzw. angreifen können.A particularly good tightness is achieved if, at the pointed portion of the slide member, the pressure regulating valve has a seal which comes into contact with both the pointed portion of the slider member and the housing wall. Very good tightness and high durability with good wear behavior and high temperature resistance and high resistance can be achieved if the seal in the region of the tip portion as a sealing material made of a hydrogen-resistant material, in particular polyamideimide exists. In contrast to the prior art, the seal is not applied to the tip of the slide member and seals only against metal, but is designed as a sealing ring, and the tapered sides of the tip portion of the slide member abut the sealing ring, whereby a very high tightness is achieved. Furthermore, the wear of the sealing material is low because the sealing surface is remote from the mass flow of the flowing medium, so that particles that can be in the mass flow, the seal can not destroy or attack.

Der Dichtring liegt somit nicht direkt im Strom des fluiden Mediums, und ist somit verschleißarm. Dadurch wird eine hohe Lebensdauer erreicht, was wiederum zu einer erhöhten Regelgenauigkeit d. h. geringe Ausgangsdrucktoleranz sowie zu einem geringen Drift des Ausgangsdruckes über die Gesamtlebensdauer führt.The sealing ring is thus not directly in the flow of the fluid medium, and is thus wear. As a result, a long service life is achieved, which in turn leads to increased control accuracy d. H. low outlet pressure tolerance and a small drift in the outlet pressure over the entire life leads.

Der Dichtring selbst ist im Gehäuse des Druckreglers, das bevorzugt aus Aluminium ist, eingepresst.The sealing ring itself is in the housing of the pressure regulator, which is preferably made of aluminum, pressed.

Die Dichtheit des Druckregelventils nach außen, d. h. in die Umgebund ist derart, dass die Leckage geringer als 10 Ncm³/h H₂ ist über alle Dichtstellen.The tightness of the pressure control valve to the outside, ie in the environment is such that the leakage is less than 10 Ncm ³ / h H ₂ over all sealing points.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Leckage nach außen geringer als 2·10^–4 mbar l/s H₂ und zwar auch nach 10 Jahren, insbesondere nach 20 Jahren.It is particularly preferred if the leakage to the outside less than 2 · 10 ^-4 mbar l / s H ₂ and even after 10 years, especially after 20 years.

Die Dichtheit des Druckregelventils nach innen, d. h. im Inneren der Druckregeleinheit z. B. vom Hochdruck- zum Niederdruckteil ist derart, dass die Leckage geringer als 10 Ncm³/h H₂ ist.The tightness of the pressure control valve inwards, ie in the interior of the pressure control unit z. B. from high pressure to low pressure part is such that the leakage is less than 10 Ncm ³ / h H ₂ .

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Leckage nach innen, d. h. das Überströmen vom Hochdruckteil in den Niederdruckteil geringer als 2·10^–4 mbar l/s H₂ ist und zwar auch nach 10 Jahren, insbesondere nach 20 Jahren.It is particularly preferred if the leakage to the inside, ie the overflow from the high pressure part in the low pressure part is less than 2 · 10 ^-4 mbar l / s H ₂ and even after 10 years, especially after 20 years.

Um praktisch gänzlich zu verhindern, dass Partikel mit dem Gasstrom eingangsseitig in das Druckregelventil gelangen und von dort beispielsweise in den Motor oder die Brennstoffzelle, wird bevorzugt ein Feinfilter an der Eingangsseite in Strömungsrichtung vor dem Schieberbauteil vorgesehen, wobei es sich beispielsweise um ein Filtersieb mit einer Maschenweite im Bereich 2 μm bis 100 μm, insbesondere 2 μm bis 40 μm, handelt. Ein derartiges Filtersieb ist in der für denselben Anmelder eingereicht aber nachveröffentlichten Anmeldung PCT/EP2012/004692 beschrieben, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird. Anstelle des Filtersieb wie zuvor beschrieben wäre auch ein Sinterfilter dankbar oder ein drahtgewickelter Filter wie beispielsweise in der WO 02/00322 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich mit aufgenommen wird.To prevent virtually completely that particles with the gas flow on the input side into the pressure control valve and from there, for example, in the engine or the fuel cell, a fine filter is preferably provided on the input side in the flow direction in front of the slide member, which is, for example, a filter with a filter Mesh size in the range 2 microns to 100 microns, especially 2 microns to 40 microns, is. Such a filter is in the filed for the same applicant but post-published application PCT / EP2012 / 004692 to which reference is made in its entirety. Instead of the filter as described above, a sintered filter would be grateful or a wirewound filter such as in the WO 02/00322 A1 whose disclosure content is included in full.

Bevorzugt umfasst das Filterbauteil neben dem Filtersieb einen Grundkörper, der den Stützkörper für das Filtersieb bzw. Filtermesh bildet. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine große Filterfläche auf kleinem Bauraum zur Verfügung gestellt. Des Weiteren erlaubt der Grundkörper einen mehrlagigen Aufbau der Filterfläche, wodurch eine Optimierung an den jeweils geforderten Gasdurchfluss möglich ist. Des Weiteren weist ein derartig aufgebautes Filterbauteil auch eine ausreichende Resistenz gegen Druckspitzen und Wechselbelastungen im Bereich 700 bar bis 875 bar auf.In addition to the filter screen, the filter component preferably comprises a base body which forms the support body for the filter screen or filter mesh. By such a configuration, a large filter surface is provided in a small space available. Furthermore, the base body allows a multilayer structure of the filter surface, whereby an optimization of the respective required gas flow is possible. Furthermore, such a constructed filter component also has sufficient resistance to pressure peaks and alternating loads in the range 700 bar to 875 bar.

Um das Schieberbauteil führen zu können, besitzt das Druckregelventil eine Führungsbuchse. Die Führungsbuchse ist bevorzugt von der Feder umgeben, die auf den Kolben wirkt. Der Kolben wiederum weist bevorzugt Dichtungen auf, die bevorzugt zwischen Kolben und Schieberbauteil und/oder Kolben und Gehäusewand angeordnet sind. Bei einer derartigen Anordnung der Kolben ist es möglich, dass ein druckloser Raum zwischen der Gehäusewand und dem Schieberbauteil ausgebildet wird, in dem die Feder angeordnet ist. Ein derartiger druckloser Raum im Bereich der Feder kann an ein Entlüftungssystem angeschlossen sein, so dass der Eintrag von Verunreinigungen von außen verhindert wird.To be able to guide the slide component, the pressure regulating valve has a guide bushing. The guide bush is preferably surrounded by the spring, which acts on the piston. The piston in turn preferably has seals, which are preferably arranged between the piston and the slide member and / or piston and housing wall. With such an arrangement of the pistons, it is possible that a pressureless space between the housing wall and the slider member is formed, in which the spring is arranged. Such a non-pressurized space in the region of the spring may be connected to a venting system, so that the entry of contaminants from the outside is prevented.

Bevorzugt ist das Druckregelventil einem Fahrzeug angeordnet, wobei bei dem Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Druckregelventil der Hochdruckteil (HT) des Druckregelventiles mit einem Tanksystem, insbesondere einem Tankbehälter fluidleitend verbunden ist und der Niederdruckteil mit einem Verbraucher, insbesondere einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle. Preferably, the pressure control valve is arranged a vehicle, wherein in the vehicle with the pressure control valve according to the invention the high pressure part (HT) of the pressure control valve with a tank system, in particular a tank container fluidly connected and the low pressure part with a consumer, in particular an internal combustion engine or a fuel cell.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden.The invention will be described below with reference to the figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine Schnittansicht (Schnitt A-A gemäß 2) eines Druckregelventils, eingebaut in ein Gehäuse; 1 a sectional view (section AA according to 2 ) a pressure regulating valve installed in a housing;

2 eine Draufsicht auf das Gehäuse, wobei Hochdruck- und Niederdruckbereich gekennzeichnet sind; 2 a plan view of the housing, wherein high pressure and low pressure area are marked;

3 Schnitt B-B durch den Hochdruckbereich gemäß 2. 3 Cut BB through the high pressure area according to 2 ,

1 zeigt im Schnitt A-A gemäß 2 ein erfindungsgemäßes Druckregelventil 1, das in vorliegendem Fall ohne Beschränkung hierauf in ein Gehäusebauteil 3 integriert ist. Vorliegend ist das Gehäuse 3 ohne Beschränkung hierauf zweigeteilt in ein erstes Gehäuse 3.1 und ein zweites Gehäuse 3.2. Erstes und zweites Gehäuse sind wie in 2 gezeigt miteinander durch eine Flanschverbindung verbunden. Erfindungsgemäß umfasst das Druckregelventil 1 einen Kolben 5, der erfindungsgemäß auf einem Schieberbauteil 10 schwimmend gelagert ist. Die schwimmende Lagerung bedingt, dass der Kolben pendeln kann und auf diese Art und Weise Querkräfte, die beispielsweise durch die Feder erzeugt werden, ausgeglichen werden können. Des Weiteren umfasst das Druckregelventil eine Eingangsseite 20, die bevorzugt an einen Fahrzeugtank (nicht dargestellt) angeschlossen ist. An der Eingangsseite 20 des Druckregelventils steht ein fluides Medium, insbesondere ein gasförmiges Medium mit einem sehr hohen Druck an. Bei der Verwendung von Wasserstoff, wie es in mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommt, kann der Druck mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insebesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar betragen. Das unter hohem Druck stehende fluide Medium strömt über Leitungen durch das Druckregelventil zur Ausgangsseite 30 des Druckregelventils, wobei ausgangsseitig am Druckregelventil im Bereich der Arbeitsmaschine bzw. der Brennstoffzelle stets ein gleich großer Druck von weniger als 25 bar, insbesondere beispielsweise 9 bar, anliegt. Der Regler zeichnet sich dadurch aus, dass der Ausgangsdruck auf beispielsweise 9 bar auf bevorzugt 9 ± 5 bar, insbesondere 9 ± 2 bar, besonders bevorzugt 9 ± 1 bar, insbesondere bevorzugt 9 ± 0,5 bar geregelt werden kann. 1 shows in section AA according to 2 an inventive pressure control valve 1 in the present case, without limitation, in a housing component 3 is integrated. In the present case is the housing 3 without limitation, split into a first housing 3.1 and a second housing 3.2 , First and second housings are as in 2 shown connected to each other by a flange connection. According to the invention, the pressure regulating valve comprises 1 a piston 5 according to the invention on a slider component 10 is floating. The floating bearing requires that the piston can oscillate and in this way lateral forces, which are generated for example by the spring, can be compensated. Furthermore, the pressure regulating valve comprises an input side 20 , which is preferably connected to a vehicle tank (not shown). At the entrance side 20 the pressure control valve is a fluid medium, in particular a gaseous medium at a very high pressure. When using hydrogen, as used in fuel cell-powered vehicles, the pressure may be more than 500 bar, in particular more than 700 bar, in particular in the range 700 bar to 1000 bar. The fluid under high pressure flows through lines through the pressure regulating valve to the outlet side 30 the pressure control valve, wherein the output side of the pressure regulating valve in the region of the working machine or the fuel cell always an equal pressure of less than 25 bar, in particular for example 9 bar, is applied. The regulator is characterized in that the outlet pressure can be regulated to, for example, 9 bar to preferably 9 ± 5 bar, in particular 9 ± 2 bar, particularly preferably 9 ± 1 bar, particularly preferably 9 ± 0.5 bar.

Um den Druck von beispielsweise 875 bar auf 9 bar herunter zu regeln, ist eine Feder 40 vorgesehen, so dass der Eingangsdruck an der Eingangsseite 20 mittels des Kolbens 5 über die Feder 40 und das Schieberbauteil 10 auf den Ausgangsdruck an der Ausgangsseite 30 herabgeregelt werden kann.To regulate the pressure from, for example, 875 bar down to 9 bar is a spring 40 provided so that the input pressure at the input side 20 by means of the piston 5 over the spring 40 and the slider member 10 to the outlet pressure on the outlet side 30 can be downgraded.

Der ausgangsseitige Druck wirkt auf die Kolbenaußenseite 50 des Kolbens 5, da das Gas von der Eingangsseite 20 über die Bohrung 60, die bevorzugt strömungsoptimiert für einen Durchfluss ausgelegt ist, in den Raum 70 an der Ausgangsseite 30 des Druckventils geleitet wird, wobei die Außenseite des Kolbens 5 beaufschlagt wird und die Feder 40 die notwendige Gegenkraft zur Druckreduzierung aufbringt. Die Bohrung kann aufgrund der hohen Regelgenauigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung relativ groß, beispielsweise mit einem Durchmesser von mehr als 1,7 mm, beispielsweise 2,0 mm, ausgebildet sein. Es ist dann möglich, einen großen Massendurchfluss an fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff, zur Verfügung zu stellen, bevorzugt von mehr als 8 kg pro Stunde, insbesondere mehr als 12 kg pro Stunde bei 15 bar Eingangsdruck. Des Weiteren liegt ein stetiger Übergang bei sich veränderndem Querschnitt vor. Um den schwimmend gelagerten Kolben 5 auf dem Schieberbauteil 10 zu sichern bzw. zu arretieren, sind Öffnungen 80 in Schieberbauteil 10 vorgesehen, in die Bolzen 90, die durch den Kolben 5 hindurchgeführt werden, eingreifen können. Auf diese Art und Weise wird mittels Bolzen 90 der Kolben 5 in einer vorbestimmten Position auf dem Schieberbauteil drehsicher gehalten und der ausgangsseitige Druck eingestellt. Die Verdrehsicherung verhindert, dass der Kolben sich aus der Gewindeposition herausdreht.The output pressure acts on the outside of the piston 50 of the piston 5 because the gas from the input side 20 over the hole 60 , which is preferably designed flow optimized for a flow in the room 70 at the exit side 30 the pressure valve is passed, the outside of the piston 5 is applied and the spring 40 the necessary counterforce for pressure reduction applies. Due to the high control accuracy of the arrangement according to the invention, the bore can be relatively large, for example with a diameter of more than 1.7 mm, for example 2.0 mm. It is then possible to provide a large mass flow of fluid medium, in particular hydrogen, preferably of more than 8 kg per hour, in particular more than 12 kg per hour at 15 bar inlet pressure. Furthermore, there is a steady transition with changing cross section. Around the floating piston 5 on the slider component 10 to secure or lock, are openings 80 in slide component 10 provided in the bolt 90 passing through the piston 5 be passed through, can intervene. In this way is by means of bolts 90 The piston 5 held in a predetermined position on the slider member against rotation and set the output side pressure. The anti-rotation device prevents the piston from rotating out of the threaded position.

Während die Verdrehsicherung des Kolbens 5 mit Hilfe eines Bolzens 90 erfolgt, kann die Verschiebung des Kolbens 5 auf dem Schieberbauteil, beispielsweise mittels eines Gewindes, vorgenommen werden. Auch andere Ausführungsformen zur Verschiebung des Kolbens sind denkbar.While the rotation of the piston 5 with the help of a bolt 90 can be done, the displacement of the piston 5 be made on the slider member, for example by means of a thread. Other embodiments for displacement of the piston are conceivable.

Wenn mehrere Öffnungen 80 entlang des Schieberbauteils vorgesehen sind, kann der Kolben an unterschiedlichen Positionen verdreh gesichert werden und so der Ausgangsdruck auf verschiedene Werte eingestellt werden. Der Kolben 5 ist sowohl gegenüber dem Gehäuse 3 mittels einer Dichtung 7 abgedichtet sowie zu einem Schieberbauteil mittels der Dichtung 9. An der Vorderseite 52 des Kolbens 5, auf den die Feder 40 wirkt. an der Gehäusewand des Gehäuses 3 wird ein Raum 54 ausgebildet, der weitgehend drucklos ist.If several openings 80 are provided along the slide member, the piston can be secured at different rotational positions and so the output pressure can be set to different values. The piston 5 is both opposite the case 3 by means of a seal 7 sealed as well as a slider member by means of the seal 9 , On the front side 52 of the piston 5 on which the spring 40 acts. on the housing wall of the housing 3 becomes a space 54 trained, which is largely depressurized.

Der Raum 54 ist mittels eines Stopfens 56 verschlossen. Der Stopfen hat eine Membran über die Druck von innen nach außen abgelassen werden kann, wenn im Raum 54, z. B. aufgrund von Undichtigkeiten, ein Druck aufgebaut wird. Andererseits wird durch die Membran verhindert, dass Schmutz und Feuchtigkeit in den Raum 54 eindringt. Die Führung des Schieberbauteils 10, auf dem der Kolben 5 schwimmend gelagert ist, wird mittels einer Führungsbuchse 100 gewährleistet. Durch die Führung wird ein Verkanten des Schieberbauteiles verhindert und damit die Regelgenauigkeit des erfindungsgemäßen Bauteiles erhöht. The space 54 is by means of a plug 56 locked. The plug has a membrane over which pressure can be vented from the inside out when in the room 54 , z. B. due to leaks, a pressure is built up. On the other hand, the membrane prevents dirt and moisture from entering the room 54 penetrates. The guide of the slide component 10 on which the piston 5 is floating, is by means of a guide bush 100 guaranteed. By the guide tilting of the slider member is prevented and thus increases the control accuracy of the component according to the invention.

Das Schieberbauteil 10 ist gegenüber dem Gehäuse vor der Buchse mit Dichtung 102 abgedichtet. Die Dichtung 102 hat den Zweck zu verhindern, dass fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, an dem Schieberbauteil vorbei in den Raum 54 gelangt anstatt durch die Bohrung 60 auf die Rückseite des Kolbens 5.The slider component 10 is opposite the housing in front of the socket with seal 102 sealed. The seal 102 has the purpose of preventing fluid medium, in particular hydrogen, from passing the valve member into the space 54 instead of passing through the hole 60 on the back of the piston 5 ,

Der Hochdruckteil HT des Druckregelventils ist vom Niederdruckteil NT des Druckregelventils durch die Dichtung 200 getrennt. Die Dichtung 200, die den Hochdruckteil HT vom Niederdruckteil NT trennt, ist bevorzugt eine Dichtung aus einem wasserstoffbeständigen Material, beispielsweise Polyamidimid, Polyimid oder PEEK, das sehr gute Dichtheitswerte, ein sehr gutes Verschleißverhalten, eine hohe Langlebigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit aufweist.The high pressure part HT of the pressure regulating valve is from the low pressure part NT of the pressure regulating valve through the seal 200 separated. The seal 200 , which separates the high-pressure part HT from the low-pressure part NT, is preferably a gasket made of a hydrogen-resistant material, for example polyamideimide, polyimide or PEEK, which has very good tightness values, very good wear behavior, high durability and high temperature resistance and very high resistance.

Das Schieberbauteil 10 weist eine Spitze bzw. einen Spitzenabschnitt 12 mit einer Schräge auf. Durch das Anliegen der Schräge der Spitze an Dichtung 200 wird eine sehr hohe Dichtheit erreicht. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Dichtheit nach innen und nach außen für das Gesamtsystem von 2·10^–4 mbar l/s H₂ oder besser erzielt wird, ganz besonders bevorzugt für 10 Jahre, insbesondere für 20 Jahre, d. h. über den gesamten Lebenszyklus des Druckregelventiles. Durch die Schräge wird ein Dichtkonus ausgebildet, der mit der Dichtung zur Anlage kommt. Um Druck aus dem Niederdruckteil NT des Druckreglers ableiten und den Druckregler vor Überdruck im Niederdruckteil NT schützen zu können, ist ein Überdruckventil 300 vorgesehen. Das Überdruckventil kann bei Fehlfunktion des Druckreglers einen unzulässig hohen Druck abführen. Das Überdruckventil kann, wie vorliegend, in das Gehäuse des Druckregelventiles integriert sein, muss es aber nicht. Es wäre auch möglich, es separat von der Druckregeleinheit anzuordnen.The slider component 10 has a tip or a tip section 12 with a slant up. By the concern of the slope of the top to seal 200 a very high tightness is achieved. It is particularly preferred if a sealing inward and outward for the entire system of 2 × 10 ^-4 mbar l / s H ₂ or better is achieved, most preferably for 10 years, especially for 20 years, ie over the entire life cycle of the pressure control valve. Due to the slope, a sealing cone is formed, which comes with the seal to the plant. In order to be able to discharge pressure from the low pressure part NT of the pressure regulator and to protect the pressure regulator from overpressure in the low pressure part NT, there is a pressure relief valve 300 intended. The pressure relief valve can dissipate an impermissibly high pressure in case of malfunction of the pressure regulator. The pressure relief valve may, as in the present case, be integrated in the housing of the pressure regulating valve, but need not. It would also be possible to arrange it separately from the pressure control unit.

Um das Druckregelventil selbst und die nachfolgenden Bauteilen vor Partikeln zu schützen, ist vorgesehen, im Hochdruckteil ein Filterbauteil 310 einzusetzen. Das Filterbauteil 310 umfasst beispielsweise einen Grundkörper 312, der bevorzugt kegelig oder zylindrisch ausgebildet ist sowie ein Filternetz 314, das über den Grundkörper 312 gespannt ist mit einer Maschenweite von 2 bis 100 μm, insbesondere 2 bis 40 μm.In order to protect the pressure regulating valve itself and the subsequent components from particles, it is provided in the high pressure part of a filter component 310 use. The filter component 310 includes, for example, a main body 312 , which is preferably conical or cylindrical and a filter network 314 that over the main body 312 is stretched with a mesh size of 2 to 100 .mu.m, in particular 2 to 40 microns.

Um das Tanksystem, das an die Hochdruckseite 20 des Druckregelventils angeschlossen sein kann, für Servicezwecke zu entleeren, ist auf der Niederdruckseite NT des Druckreglers ein Entleernippel 400 vorgesehen, der eine einfache Entleerung des Tanksystems gestattet bei hoher äußerer Dichtheit. Insbesondere erlaubt diese Ausgestaltung, dass eine entsprechend ausgebildete Kupplung unter Druck leckagefrei angeschlossen werden kann. Auch der Entleernippel kann in das Gehäuse integriert sein, muss es aber nicht. Es wäre auch eine separate Anordnung möglich.To the tank system, to the high pressure side 20 may be connected to the pressure control valve to empty for service purposes, is on the low pressure side NT of the pressure regulator a drain nipple 400 provided that allows easy emptying of the tank system with high external tightness. In particular, this embodiment allows that a correspondingly formed coupling can be connected leak-free under pressure. The emptying nipple can also be integrated into the housing, but it does not have to be. It would also be a separate arrangement possible.

In 2 ist eine Draufsicht auf ein System, das in 1 im Schnitt A-A dargestellt ist, gezeigt. Die Draufsicht auf das Druckregelventil 3 zeigt die Draufsicht auf das Überdruckventil 300 sowie den Entleernippel 400. Die Eingangsseite ist mit 20 gekennzeichnet, die Ausgangsseite mit 30. Der Schnitt durch das Druckregelventil entlang der Linie A-A gemäß 1 ist in 2 eingezeichnet. Deutlich zu erkennen in 2 ist die Aufteilung des Gehäuses 3 des einstufigen Druckregelventils in zwei Gehäuseteilen 3.1 und 3.2. Sowohl im Hochdruckteil HT wie im Niederdruckteil NT können Anschlüsse für Drucksensoren vorgesehen sein. In Figur B-B dargestellt ist ein Hochdrucksensor 800 im Anschluss für den Hochdrucksensor, mit dem der Druck im Hochdruckteil bestimmt werden kann. Das Gehäuse umfasst in vorliegender Ausführungsform zwei Bauteile, die miteinander über einen Flansch 900 dicht verflanscht sind.In 2 is a top view of a system that is in 1 is shown in section AA shown. The top view of the pressure control valve 3 shows the top view of the pressure relief valve 300 as well as the emptying nipple 400 , The entrance page is with 20 marked, the output side with 30 , The section through the pressure regulating valve along the line AA according to 1 is in 2 located. Clearly visible in 2 is the division of the housing 3 the single-stage pressure control valve in two housing parts 3.1 and 3.2 , Both in the high-pressure part HT and in the low-pressure part NT, connections for pressure sensors can be provided. Shown in FIG. BB is a high-pressure sensor 800 in the connection for the high-pressure sensor with which the pressure in the high-pressure part can be determined. The housing comprises in the present embodiment, two components, which together via a flange 900 are tightly flanged.

Bevorzugt ist auch auf der Niederdruckseite ein Drucksensor (nicht dargestellt) angeordnet, so dass der eingangs- wie der ausgangsseitige Druck des Druckregelventils ständig überwacht werden kann.Preferably, a pressure sensor (not shown) is arranged on the low pressure side, so that the input and the output side pressure of the pressure control valve can be constantly monitored.

Mit der Erfindung wird erstmals ein Druckregelventil angegeben, mit dem es möglich ist, einen Vordruck von bis zu 875 bar einstufig mechanisch mit einer hohen Regelgenauigkeit auf beispielsweise 9 bar auf bevorzugt 9 ± 5 bar, bevorzugt 9 ± 2 bar, insbesondere bevorzugt ± 1 bar, ganz besonders bevorzugt 9 ± 0,5 bar und geringer Drift bei einer Lebensdauer von mehr als 10 Jahren, insbesondere mehr als 20 Jahren auf weniger als 25 bar, insbesondere ungefähr 9 bar, zu regeln sowie einen hohen Durchfluss bereitzustellen. Des Weiteren zeichnet sich der Druckregler durch einen individuell wechselbaren Eingangsadapter 1000 in 1 aus, der an die jeweilige Kraftstoffleitung angepasst werden kann. Das Druckregelventil ermöglicht es, einen Tank in einem Fahrzeug, das mit einem fluiden Medium unter hohem Druck betrieben wird, beispielsweise einem Brennstoffzellenfahrzeug, den Tank direkt an den Verbraucher, beispielsweise die Brennstoffzelle, anzubinden. Hierdurch wird es möglich, Verbindungs- und Leckagestellen zu minimieren, Gewicht sowie Bauraum einzusparen. Die erfindungsgemäße pendelnde und schwimmende Lagerung des Kolbens auf dem Schieberbauteil ermöglicht es, Querkräfte der Feder auszugleichen und damit die Regelgenauigkeit sowie die Verschleißbeständigkeit und das Ansprechverhalten zu verbessern. Des Weiteren ist die Federkraft einstellbar, bevorzugt vor Auslieferung des Druckregelventils.With the invention, a pressure control valve is specified for the first time, with which it is possible a single pressure of up to 875 bar mechanically with a high control accuracy to 9 bar, for example 9 ± 5 bar, preferably 9 ± 2 bar, particularly preferably ± 1 bar , most preferably 9 ± 0.5 bar and low drift at a lifetime of more than 10 years, in particular more than 20 years to less than 25 bar, in particular about 9 bar, to regulate and provide a high flow. Furthermore, the pressure regulator is characterized by an individually changeable input adapter 1000 in 1 off, which can be adapted to the respective fuel line. The pressure control valve allows a tank in a vehicle containing a fluid medium operated under high pressure, for example, a fuel cell vehicle to connect the tank directly to the consumer, such as the fuel cell. This makes it possible to minimize connection and leakage points, to save weight and space. The inventive oscillating and floating mounting of the piston on the slider component makes it possible to compensate for lateral forces of the spring and thus to improve the control accuracy and the wear resistance and the response. Furthermore, the spring force is adjustable, preferably before delivery of the pressure regulating valve.

Der Druckregler mit schwimmend gelagertem Kolben zeichnet sich durch hohe Verschleißarmut und sehr gute Führungen sowie sehr hohe Regelgenauigkeit und gutes Ansprechverhalten aus.The pressure regulator with floating piston is characterized by high low wear and very good guidance as well as very high control accuracy and good response.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2012/004692 [0017]
WO 02/00322 A1 [0017]

Claims

Pressure control valve ( 1 ) for continuous control of an inlet pressure of a fluid medium, in particular a gas, preferably hydrogen gas of more than 500 bar, in particular more than 700 bar, in particular in the range 700 bar to 1000 bar, preferably in the range 700 bar to 875 bar, to an outlet pressure of less than 50 bar, in particular less than 25 bar, in particular in the range of 25 bar to 5 bar, preferably in the range of 15 bar to 9 bar, with a slide component ( 10 ), a piston ( 5 ) and a spring ( 40 ), wherein the pressure control unit ( 1 ) is configured such that the input pressure by means of the piston ( 5 ) over the spring ( 40 ) and the slide component ( 10 ) is regulated to the outlet pressure, characterized in that the piston ( 5 ) relative to the slide component ( 10 ) is floating, in particular oscillating.

Pressure control unit according to claim 1, characterized in that the slide component ( 10 ) Arretiereinrichtungen or anti-rotation with at least one, preferably a plurality of locking openings ( 80 ), for the intervention, in particular a bolt ( 90 ) of the floating, stored piston ( 5 ).

Pressure control unit according to one of claims 1 to 2, characterized in that the spring ( 40 ) has a bias and the spring ( 40 ) on the piston ( 5 ) acts to adjust the output pressure.

Pressure control valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the slide component ( 10 ) a hole ( 60 ) for passing the fluid medium from an input side ( 20 ) with the input pressure to an output side ( 30 ) with the outlet pressure and / or a tip section, wherein the bore ( 60 ) and / or the tip section ( 12 ) is preferably configured flow-optimized

Pressure control valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure regulating valve ( 1 ) a main seal ( 200 ), in particular in the form of a sealing ring, which preferably with the tip portion ( 12 ) of the slide member ( 10 ) and the housing wall comes to rest.

Pressure control valve according to claim 5, characterized in that the main seal ( 200 ), in particular the sealing ring, consists of a hydrogen-resistant material, in particular polyamide-imide, polyimide, PEEK.

Pressure control valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pressure regulating valve on the input side ( 20 ) in the flow direction before the slide member ( 10 ) a filter component ( 310 ), in particular a filter screen with a mesh size in the range 2 μm to 100 μm, in particular 2 μm to 40 μm or a wire-wound filter or a sintered filter.

Pressure control valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pressure regulating valve is a guide bush ( 100 ), preferably made of PEEK, for guiding the slider component ( 10 ).

Pressure control valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the spring in an unpressurized space ( 54 ) is arranged.

Pressure control valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that the piston ( 5 ) Seals ( 7 . 9 ), preferably of hydrogen-compatible elastomers, which are preferably arranged between piston and slide component and / or piston and housing wall.

Vehicle with a pressure control valve according to one of claims 1 to 10, characterized in that the high pressure part (HT) of the pressure control valve with a tank system, in particular a tank container is fluidly connected and the low pressure part with a consumer, in particular an internal combustion engine or a fuel cell.