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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit wenigstens einem Entnahmeventil für ein unter Überdruck stehendes Gas nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines derartigen Ventils, und ferner ein Brennstoffzellenfahrzeug, welches mit einem derartigen Ventil ausgerüstet ist.
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Entnahmeventile für unter Überdruck stehende Gase aus einem Druckgasspeicher, insbesondere für komprimiertes Erdgas oder komprimierten Wasserstoff, welche typischerweise bei Nenndrücken von 260 bar bzw. 700 bar gespeichert werden, sind an sich aus den allgemeinen Stand der Technik bekannt. Typischerweise erfolgt der Aufbau dabei als sogenanntes Pilot-Ventil, bei welchem über eine Pilotbohrung bzw. Steuerbohrung der Druck des Gases in einer Druckhülse, welche weitere Betätigungselemente des Entnahmeventils aufweist, unterstützend zum Öffnen bzw. Schließen des Entnahmeventils bzw. eines einen Entnahmequerschnitt steuernden Entnahmekolbens des Ventils eingesetzt wird. Ein beispielhaftes Entnahmeventil wird insbesondere in der
EP 1 682 801 B1 beschrieben.
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Typischerweise weisen derartige Ventile nun zusätzlich sogenannte thermische Druckentlastungsvorrichtungen auf, welche im englischen Sprachraum auch als Thermal Pressure Release Device (TPRD) bezeichnet werden. Deren primäre Aufgabe ist es beispielsweise im Falle eines Brandes oder dergleichen irreversibel zu öffnen, um das Gas aus dem Druckgasspeicher abzulassen, bevor dieser durch die Erwärmung bedingt einen extremen Überdruck erfährt. Typischerweise sind zwei Bauformen für derartige thermische Druckentlastungsvorrichtungen üblich. Die eine Bauform beinhaltet einen Ansprechkörper beispielsweise aus einer Glasampulle mit einer entsprechenden Flüssigkeit oder einem thermischen Memorymaterial. Im Falle einer Erhöhung der Temperatur wird die Glasampulle durch den in ihr auftretenden Siededruck zerstört bzw. die thermische Gedächtnislegierung ändert ihre Form. Hierdurch wird typischerweise ein Stopfen, welcher zuvor durch den Ansprechkörper festgehalten worden ist, freigegeben, sodass das Gas dann austreten kann. Der zweite übliche Aufbau sieht ein meist eingeschraubtes Sicherungselement vor, welches eine Durchgangsbohrung aufweist, welche über ein bei einer kritischen Temperatur aufschmelzendes Material verschlossen ist, oder in welcher ein Kern über ein solches aufschmelzendes Material gehalten wird. Sobald die für das aufschmelzende Material kritische Schmelztemperatur erreicht wird, wird dann die Öffnung freigegeben und das Gas kann durch die Öffnung entweichen. Diese Variante wird auch als Schmelzsicherungsschraube bezeichnet.
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Problematisch ist es bei derartigen Entnahmeventilen nun, wenn es zu einem elektrischen Problem, insbesondere einem Kurzschluss der elektromagnetischen Spule kommt. In einem solchen Fall kann ein hoher Strom fließen, welcher im Bereich der elektromagnetischen Spule eine große Wärmemenge erzeugt. Diese Wärmemenge erwärmt indirekt auch den Druckgasbehälter und damit das in ihm gespeicherte Gas. Bei den beispielsweise bei Wasserstoff üblichen Drücken von 700 bar Nenndruck kann so sehr schnell ein kritischer Druck entstehen, welcher zu einem Bersten des Druckgasbehälters führt. Eine weitere Problematik tritt insbesondere dann auf, wenn in dem Ventil, welches beispielsweise als in den Tank eingeschraubtes Ventil, ein sogenanntes On-Tank-Valve (OTV), ausgebildet ist, zusätzlich eine thermische Druckentlastungsvorrichtung vorhanden ist. Im Zweifelsfall kann sich durch ein elektrisches Versagen die elektromagnetische Spule so stark erwärmen, dass die Auslösetemperatur der thermischen Druckentlastungsvorrichtung erreicht wird. In diesem Fall wird das Gas abgelassen, was jedoch in einer solchen Situation typischerweise unerwünscht und gegebenenfalls sogar gefährlich ist.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik in Form der
US 6,164,322 A ist ein Aufbau bekannt, bei dem die Ansteuerung eines elektromagnetischen Ventils mit einer Temperatursicherung abgesichert ist. Diese in Abhängigkeit der Temperatur ansprechende Sicherung öffnet bei einer erhöhten Temperatur, sodass der Steuerungsstromkreis außer Kraft gesetzt ist, und schließt nach dem Abkühlen des Aufbaus wieder, sodass dieser weiter betrieben werden kann. Der Aufbau stellt dabei letztlich eine Überstromsicherung dar, welche sich in der Praxis als höchst ungeeignet erwiesen hat, da durch typische Steuerungsstrategien für derartige Ventile mit einer sehr hohen Häufigkeit der Einschaltimpulse eine derartige Sicherung leicht geschädigt wird und daher so ausgelegt werden muss, dass sie im Kurzschlussfall durch den dann auftretenden Dauerstrom nicht zuverlässig genug auslöst.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Ventil mit wenigstens einem Entnahmeventil für ein unter Überdruck stehendes Gas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welches die genannten Nachteile minimiert und einen sicheren und zuverlässigen Aufbau ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Ventil mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist im Anspruch 8 eine besonders bevorzugte Verwendung des Ventils angegeben. Im Anspruch 9 ist ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem derartigen Ventil angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ventil mit dem Entnahmeventil ist es vorgesehen, dass im Bereich der elektromagnetischen Spule eine irreversibel wirkende elektrische Thermosicherung angeordnet ist, welche im Falle eines Ansprechens den elektrischen Stromfluss durch die Spule unterbricht. Eine solche elektrische Thermosicherung im Bereich der Spule selbst, löst damit, nicht wie eine im Stand der Technik beschriebene Überstromsicherung, nur in Abhängigkeit ihrer Eigenerwärmung aufgrund des Stroms aus, sondern in Abhängigkeit sowohl ihrer Eigenerwärmung aufgrund des Stroms als, insbesondere jedoch auch, der Erwärmung der Spule durch den Stromfluss in der Spule selbst. Hierdurch wird eine sehr sichere und zuverlässige Auslösung, ab einer vorgegebenen Auslösetemperatur der Thermosicherung erreicht, welche den Stromfluss durch die Spule unterbricht, wobei dieser dann auch unterbrochen bleibt. Hierdurch wird eine weitere Erwärmung der Spule zuverlässig ausgeschlossen und bei einer geeigneten Auslösetemperatur der Thermosicherung kann so erreicht werden, dass eine übermäßige Erwärmung des Gases in dem Druckgasspeicher ausgeschlossen werden kann.
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Das erfindungsgemäße Ventil weist dabei gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung insbesondere eine integrierte thermische Druckentlastungsvorrichtung auf, welche ab einer vorgegebenen Temperatur einen Abströmkanal für das Gas irreversibel freigibt. Wie bereits im eingangs beschriebenen Stand der Technik erwähnt, kann eine solche thermische Druckentlastungsvorrichtung beispielsweise in Form einer Schmelzsicherungsschraube oder einer thermischen Druckentlastungsvorrichtung mit einem sich bei der vorgegebenen Temperatur verändernden oder zerstörenden Auslösekörper ausgebildet sein, sodass ab dem Erreichen der vorgegebenen Temperatur im Bereich der thermischen Druckentlastungsvorrichtung das Gas abströmt.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Entnahmeventils sieht es vor, dass die elektrische Thermosicherung in der Spule oder in dem die Spule tragenden Bauteil integriert ausgebildet ist. Eine solche unmittelbare Integration in die Spule oder in das die Spule tragende Bauteil, beispielsweise ein aufgestapeltes Stanzgitter, ermöglicht eine unmittelbare thermische Anbindung der elektrischen Thermosicherung an den Bereich, in dem die kritische Wärme im Fehlerfall entstehen wird. Hierdurch ist ein sehr zuverlässiger Aufbau gewährleistet, welcher sicher und schnell auslöst.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht es dabei vor, dass die Auslösetemperatur der elektrischen Thermosicherung bei 135 bis 150°C liegt. Eine solche Auslösetemperatur gewährleistet in jedem Fall eine Auslösung, beispielsweise bei einem auftretenden Kurzschlussstrom, ohne dass eine Gefährdung des gesamten Aufbaus aufgrund der entstehenden Wärme auftritt.
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Die Charakteristik der elektrischen Thermosicherung kann dabei vorzugsweise träge ausgebildet sein, um ein Ansprechen erst dann zu erreichen, wenn die Temperatur für eine gewisse Zeit aufrechterhalten wird, sodass unkritische Temperaturschwankungen mit kurzen Temperaturspitzen im Bereich der Auslösetemperatur keine vorzeitige und ungewollte Auslösung der elektrischen Thermosicherung bewirken können.
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Die besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils liegt bei Anwendungen, bei denen Gase unter hohem Druck gespeichert werden, insbesondere bei Nenndrücken von mehr als 600 bar. Die besonders bevorzugte Anwendung liegt deshalb im Einsatz als Ventil in Druckgasspeichern für Wasserstoff, welcher bei Nenndrücken von mehr als 600 bar, derzeit typischerweise Nenndrücke von 700 bar, gespeichert wird. Insbesondere bei so hohen Drücken ist eine zuverlässige thermische Absicherung unerlässlich und sollte so funktionieren, dass die in diesen Fällen vorgesehene thermische Druckentlastungsvorrichtung auf jeden Fall nicht anspricht, solange „lediglich” ein Kurzschluss im Bereich der elektromagnetischen Spule vorliegt.
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Seine ganz besonderen Vorteile spielt das erfindungsgemäße Ventil dann aus, wenn die zumindest potenzielle Gefahr besteht, dass im Falle eines elektrischen Versagens der mit dem Ventil ausgestattete Druckgasspeicher in einer sicherheitskritischen Umgebung, beispielsweise in der Nähe von Menschen ist. Dementsprechend kann insbesondere ein Brennstoffzellenfahrzeug mit wenigstens einer Brennstoffzelle und wenigstens einem Druckgasspeicher für Wasserstoff, welcher der Brennstoffzelle zuführbar ist, mit einem derartigen Ventil im Bereich seines Druckgasspeichers ausgestattet sein, da für derartige Anwendungen hohe Sicherheitsanforderungen zu erfüllen sind, welche durch das erfindungsgemäße Ventil sicher und zuverlässig eingehalten werden können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventils sowie seiner Verwendung und eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einem derartigen Ventil ergeben sich ferner aus den abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug;
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2 eine prinzipmäßige Schnittdarstellung durch einen Aufbau eines Entnahmeventils; und
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3 eine Prinzipdarstellung einer möglichen thermischen Druckentlastungsvorrichtung im Ausgangszustand und im ausgelösten Zustand.
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In der Darstellung der 1 ist ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug 1 zu erkennen. In dem Fahrzeug 1 ist ein Druckgasspeicher 2 dargestellt, welcher Teil eines Speichersystems beispielsweise für komprimiertes Erdgas oder Wasserstoff sein kann. Der Druckgasspeicher 2 bzw., wenn mehrere vorhanden sind, jeder der Druckgasspeicher 2, weist ein angedeutetes Ventil 3, typischerweise ein sogenanntes On-Tank-Valve (OTV) auf. Teil dieses Ventils 3 ist dabei ein Entnahmeventil 4 für das unter dem Überdruck in dem Druckgasspeicher 2 gespeicherte Gas sowie eine thermische Druckentlastungsvorrichtung 30. Diese sind in der Darstellung der 1 nicht explizit zu erkennen, hierauf wird später jedoch noch näher eingegangen. Das entnommene Gas gelangt zu einem Energiewandler, welcher beispielsweise als Brennstoffzelle 5 ausgebildet sein kann. Er nutzt die in dem Gas gespeicherte Energie, um in der Brennstoffzelle 5 aus dem Gas und Sauerstoff aus der Umgebungsluft elektrische Energie zu erzeugen. Rein beispielhaft ist über einen mit 6 bezeichneten gestrichelten Pfeil dieser Energiefluss hin zu einem der Räder 7 dargestellt. Letztlich dient das in dem Druckgasspeicher 2 gespeicherte Gas also um Antriebsleistung für das Fahrzeug 1 bereitzustellen.
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Das Entnahmeventil 4 selbst, welches beispielsweise in dem Ventil 3 angeordnet sein kann, ist in der Darstellung der 2 in einer schematischen Schnittdarstellung dargestellt. Das Entnahmeventil 4 umfasst eine Druckhülse 9, welche aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff, beispielsweise 1.4435 oder SUSF316L, hergestellt sein kann. Diese sogenannte Druckhülse 9 ist an ihrem einen Ende verschlossen und steht an ihrem anderen Ende, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Dichtung abgedichtet, mit einem kreisringförmigen Raum 10 in Verbindung, welcher über eine gestrichelt angedeutete Leitung 11 mit dem Inneren des Druckgasspeichers 2 verbunden ist. Über Spalte zwischen der Innenwandung der Druckhülse 9 und den darin eingebauten Bauteilen wird sich der Druck in der gesamten Druckhülse 9, zumindest nach einiger Zeit, ausgebreitet haben. Die Druckhülse 9 wird nun von einer auf einer Seite der Druckhülse 9 angedeuteten Spule 12 umgeben. Die Spule 12 weist außerdem einen magnetisierbaren Spulenkern 13 auf, welcher in einem mittigen Bereich hinsichtlich der axialen Länge der Druckhülse 9 eine Unterbrechung 14 aufweist. Die Spule 12 und der Spulenkern 13 mit der Unterbrechung 14 sind dabei rotationssymmetrisch ausgebildet und um die ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildete Druckhülse 9 angeordnet.
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In der Druckhülse 9 sind in der Darstellung der 2 von oben nach unten, also von der verschlossenen Seite der Druckhülse 9 zur offenen Seite der Druckhülse 9 hin, zuerst ein Kern 15 angeordnet, welcher aus magnetisierbarem Material besteht, beispielsweise 1.4016IM. An diesen Kern 15, welcher in die Druckhülse 9 eingepresst ist, schließt sich ein Anker 16 an, welcher beispielsweise aus dem gleichen Material gefertigt sein kann. Im Anschluss an den Anker 16 folgt ein Entnahmekolben 17, welcher in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus mehreren Teilen hergestellt ist. Er umfasst in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Dichteinrichtung 18, welche mit einem Gegenelement 19, in diesem Fall einer ebenen Fläche auf einem Grundkörper 34, den ringförmigen mit dem Inneren des Druckgasspeichers 2 in Verbindung stehenden Raum 10 gegenüber einer zentralen Entnahmeöffnung 20 abdichtet, welche mit der Energiewandlereinheit mittelbar in Verbindung steht. In dem dem verschlossenen Ende der Druckhülse 9 zugewandten Bereich des Entnahmekolbens 17 ist außerdem eine Pilotbohrung 23 zu erkennen, welche typischerweise als Bohrung mit sehr kleinem Durchmesser, beispielsweise einem Durchmesser von einigen 10 bis einigen 100 μm, ausgebildet ist. Sie ist mit einer Abströmöffnung 8 in einem – beispielsweise einschraubbaren – Zentralelement 21 des Entnahmekolbens 17 verbunden. Diese Pilotbohrung 23 wird in dem in 2 dargestellten verschlossenen Zustand des Entnahmeventils 4 über ein Dichtelement 24 verschlossen, welches sich über eine Stange 25, welcher den Anker 16 und den Kern 15 durchragt, und ein Federelement 26 an dem verschlossenen Ende der Druckhülse 9 abstützt.
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In der Darstellung der 2 ist der verschlossene Zustand des Entnahmeventils 4 dargestellt, bei welchem der Entnahmekolben 17 so positioniert ist, dass er den Ringraum 10 gegenüber der Entnahmeöffnung 20 entsprechend abdichtet. Wird nun die Spule 11 mit einem Strom beaufschlagt, so kommt es zu einem magnetischen Fluss insbesondere in dem Spulenkern 13. Die magnetischen Feldlinien können aufgrund der Lücke 14 in dem Spulenkern 13 jedoch keinen geschlossenen Magnetkreis ausbilden. Sie werden daher durch das nicht magnetisierbare Material der Druckhülse 9 hindurch in das Material des Kerns 15 wandern. Dies ist durch einige punktierte Linien beispielhaft dargestellt. Sie versuchen dann einen Luftspalt 27 zwischen dem Kern 15 und dem Anker 16 zu überwinden, um über den Anker 16 hinweg wieder in den Spulenkern zu gelangen. Da der Luftspalt 27 kleiner als die Lücke 14 ist, ist der eingezeichnete Weg der Magnetfeldlinien der bevorzugte. Um einen maximalen magnetischen Fluss sicherzustellen ist es dabei von Vorteil, wenn der Luftspalt 27 geschlossen wird. Durch die magnetische Kräfte wird der Anker 16 daher über das Dichtelement 24 und die Stange 25 abgestützt gegen die Kraft des Federelements 26 in Richtung des Kerns 15 bewegt, wodurch der Luftspalt 27 geschlossen wird. Der Luftspalt 27, welcher im geöffneten Zustand typischerweise weniger als 0,5 mm an Spaltbreite aufweist, wird zu Null geschlossen, sodass der Anker 16 unmittelbar an dem Kern 15 anliegt. Dies stellt den maximalen magnetischen Fluss sicher.
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Der Aufbau über das mit dem Anker 16 zusammenwirkende Dichtelement 24 sorgt dafür, dass einerseits die Kraft des Federelements 26 bei der Bewegung des Ankers überwunden werden muss. Andererseits kommt es durch die Bewegung des Ankers 16 zu einem Öffnen der Pilotbohrung 23, da das Dichtelement 24 von dieser abhebt. Wie bereits erwähnt herrscht im Inneren der Druckhülse 9 typischerweise derselbe Druck wie in dem Druckgasspeicher, also beispielsweise bei der Speicherung von Wasserstoff ca. 700 bar Nenndruck. Da in der Entnahmeöffnung 20, welche zu dem Energiewandler 5 führt, kein Druck oder ein sehr viel niedrigerer Druck vorliegt, kommt es nach dem Öffnen der Pilotbohrung 23 zu einem Abströmen des in der Druckhülse 9 befindlichen Gases über eine zentrale Abströmöffnung 27 in dem Entnahmekolben 17 und die mit dieser Abströmöffnung 27 korrespondierende Entnahmeöffnung 20. Der Druck im Bereich des ringförmigen Raums 10 ist damit sehr viel höher als im Bereich der Druckhülse 9 oberhalb des Entnahmekolbens 17, weshalb dieser durch den Druck aus der in 2 dargestellten Position nach oben verschoben wird. Dieses Verschieben erfolgt dabei so lange, bis eine Schulter 28 des Entnahmekolbens 17 an einem entsprechenden Gegenanschlag 29 der Druckhülse 9 anschlägt und so die Hubbewegung des Entnahmekolbens 17 entsprechend begrenzt. Die Dichteinrichtung 18 ist dann von ihrem Gegenelement 19 entsprechend abgehoben und gibt den gewünschten Querschnitt zur Entnahme von Gas aus dem ringförmigen Raum 10 und über die Leitung 11 aus dem hier nicht dargestellten Druckgasspeicher 2 frei. Gleichzeitig kommt es entlang des Umfangs des Entnahmekolbens 17 zu einem Eindringen des Gases in den Bereich der Druckhülse 9, ebenso durch die Pilotöffnung 23. Es wird also nach kurzer Zeit ein wiederum ausgeglichenes Druckverhältnis herrschen.
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Zum Betätigen des Ventils, also zum Öffnen, wird die Spule 12 entsprechend bestromt. Typischerweise ist dabei ein etwas größerer Strom notwendig, bis der Anker 16 losbricht. Um diesen zu halten, kann der Strom anschließend reduziert werden. Es stellt sich dann der soeben beschriebene Zustand ein. Soll das Entnahmeventil 4 wieder geschlossen werden, dann wird die Spule 12 stromlos geschaltet. Durch die Kraft des Federelements 26 wird die Pilotbohrung 23 durch das Dichtelement 24 entsprechend verschlossen. Damit baut sich im Bereich der Druckhülse 9 wiederum ein höherer Druck auf als im Bereich der Entnahmeöffnung 20, sodass sich wiederum der geschlossene in 2 dargestellte Zustand einstellt.
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Das Ventil 3 weist nun, wie oben bereits erwähnt, zusätzlich zu dem Entnahmeventil 4 eine thermische Druckentlastungsvorrichtung 30 auf. Durch das Gehäusematerial des Ventils 3 stehen das Entnahmeventil 4 und die thermische Druckentlastungsvorrichtung 30 typischerweise in einem engen thermischen Kontakt zueinander.
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Die typische Funktionalität der thermischen Druckentlastungsvorrichtung 30 soll nachfolgend anhand der beiden Darstellungen in 3 erläutert werden. Der dargestellte Aufbau zeigt in 3a) die thermische Druckentlastungsvorrichtung 30 im regulären Zustand und in der Darstellung der 3b) im ausgelösten Zustand. Der Aufbau der thermischen Druckentlastungsvorrichtung ist dabei rein beispielhaft zu verstehen, andere dem Fachmann geläufige Bauformen sind ebenso denkbar. In der hier beispielhaft dargestellten Bauform der thermischen Druckentlastungsvorrichtung 30 ist ein Abströmkanal 31 von einem Dichtstopfen 32 verschlossen. Dieser Dichtstopfen 32 wird durch eine mit Flüssigkeit gefüllte Glasampulle 33 als thermosensitiv aktivierbares Element in seiner Position gehalten. Alternative thermosensitiv aktivierbare sind dem Fachmann geläufig und können selbstverständlich ebenso eingesetzt werden. Der Dichtstopfen 32 und die Glasampulle 33 sind beispielsweise in einem Ventilkörper 34 mit Öffnungen 35 angeordnet. Über den Abströmkanal 31 presst der Druck des in dem Druckgasspeicher 2 gespeicherten Gases den Dichtstopfen 32 gegen die Glasampulle 33. Kommt es nun zu einer Erwärmung beispielsweise durch Feuer, dann wird die in der Glasampulle 33 befindliche Flüssigkeit beginnen zu sieden. Durch den dabei auftretenden Siededruck wird die Glasampulle 33 von innen heraus zerstört, sodass der Dichtstopfen 32, wie es in der Darstellung der 3b) zu erkennen ist, vom Druck des gespeicherten Gases aus dem Abströmkanal 31 gedrückt wird. Wie durch die Pfeile A angedeutet, kann das Gas dann durch die Öffnungen 35 in dem Ventilkörper 34 abströmen. Von den Öffnungen 35 strömt das Gas dann durch ein hier nicht dargestelltes Leitungselement, eine sogenannte „ventig tube”, zu einer sicherheitstechnisch eher unkritischen Stelle hin ab.
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Besonders kritisch ist es nun, wenn im Bereich der Spule 12 eine Erwärmung auftritt, beispielsweise aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses. In diesen Situationen soll die thermische Druckentlastungsvorrichtung 30 nach Möglichkeit nicht auslösen, da typischerweise keine so hohe Erwärmung des Druckgasspeichers 2 wie z. B. im Brandfall zu erwarten ist. Aufgrund der baulichen Nähe der thermischen Druckentlastungsvorrichtung 30 und des Entnahmeventils 4 bzw. seiner Spule 12 innerhalb des Ventils 3, ist es nun jedoch häufig so, dass ein vergleichsweise hoher Temperatureintrag in den Bereich der thermischen Druckentlastungsvorrichtung 30 erfolgt, insbesondere dann, wenn ein Kurzschluss in der Spule 12 auftritt.
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Um dieser Problematik entgegenzuwirken ist in der Darstellung der 2 eine elektrische Thermosicherung 22 im Bereich der Spule 12 zu erkennen. Diese elektrische Thermosicherung 22 ist Teil des Stromkreislaufs der Spule 12, welcher hier nicht explizit dargestellt ist. Sie kann grundsätzlich als ein zyklisch arbeitendes Bimetall-Schalterelement oder ähnliches aufgebaut sein, welches eine dauerhafte Limitierung der Maximaltemperatur zulässt. Bevorzugt ist die elektrische Thermosicherung 22 jedoch als irreversible Thermosicherung aufgebaut und kann beispielsweise in einer handelsüblichen Art und Weise ausgestaltet sein, beispielsweise indem zwei Kontakte miteinander verlötet und durch eine Feder voneinander weg vorgespannt sind. Kommt es zu einer entsprechenden Temperaturerhöhung, schmilzt das Lot auf und der elektrische Kontakt wird unterbrochen. Hierdurch wird auch der Kurzschlussstrom durch die Spule 12 und damit ihre weitere Erwärmung unterbrochen. Auch andere Bauformen von irreversiblen bzw. nicht rückstellenden Thermosicherungen sind dem Fachmann geläufig und können entsprechend eingesetzt werden, beispielsweise auf der Basis von Wärmefühlern aus organischem Material oder anderen schmelzenden Legierungen, welche idealerweise in eine entsprechend Schutzschicht beispielsweise aus Harzen oder dergleichen eingebettet sind. Die elektrische Thermosicherung hat dabei vorzugsweise eine Auslösetemperatur in der Größenordnung von 130 bis 150°C, sodass einerseits eine robuste Auslegung im Zusammenspiel der Spulenerwärmung im Kurzschlussfall bei maximal zulässiger Umgebungstemperatur erreicht werden kann. Die elektrische Thermosicherung 22 löst in dieser Auslegung des Gesamtbauteils – beispielsweise aufgrund einer Erwärmung des Gehäusematerials des Ventils 3 – in jedem Fall früher aus, als es die thermische Druckentlastungsvorrichtung 30 tun würde, welche typischerweise auf vorgegebene Temperaturen in der Größenordnung von ca. 110°C ausgelegt ist.
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Es wird somit ein sehr sicherer und zuverlässiger Aufbau erreicht, welcher im Falle eines Kurschlusses insbesondere der Spule 12 und einer damit einhergehenden Erwärmung den elektrischen Stromfluss durch die Spule zuverlässig stoppt, bevor das Gehäusematerial des Ventils 3 durch Spulenabwärme sich weiter erwärmt und insbesondere die thermische Druckentlastungsvorrichtung 30 unerwünscht ausgelöst wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1682801 B1 [0002]
- US 6164322 A [0005]
