DE202013004126U1

DE202013004126U1 - Gashandhabungseinheit

Info

Publication number: DE202013004126U1
Application number: DE202013004126.9U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2014-03-24
Anticipated expiration: 2023-05-03
Also published as: WO2014095051A3; WO2014095051A2; DE112013006072A5; DE112013006097A5; WO2014095050A1

Abstract

Gashandhabungseinheit (GHU) (1000) für ein System, insbesondere ein Fahrzeug, bevorzugt ein Fahrzeug mit einem Tanksystem mit einem fluiden Medium, insbesondere einem Gas, bevorzugt Wasserstoffgas von mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, bevorzugt im Bereich 700 bar bis 875 bar Druck mit – einer Druckregelvorrichtung – einer Überdruckabsicherungseinheit im Niederdruckbereich – einer Niederdruckmessvorrichtung – einer Filtervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung, die Überdruckabsicherungseinheit, die Niederdruckmessvorrichtung und die Filtervorrichtung eine bauliche Einheit ausbilden, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wobei das gemeinsame Gehäuse ein- oder mehrteilig ausgebildet ist und die Gashandhabungseinheit in einen Hochdruckteil (HT) und einen Niederdruckteil (NT) unterteilt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gashandhabungseinheit, eine sogenannte gas handling unit (GHU) für ein System, insbesondere ein Fahrzeug, bevorzugt ein Tanksystem eines Fahrzeuges mit einem fluiden Medium, insbesondere einem Gas, 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 Druck reduziert.
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 hohe Drücke mit mehr als 350 bar, insbesondere mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 350 bar bis 1000 bar, bevorzugt 500 bar bis 1000 bar, insbesondere 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 bevorzugt gleichbleibendem Ausgangsdruck, bevorzugt einem Ausgangsdruck von weniger als 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bis 5 bar, verbraucht.
Es ist daher notwendig, eine Gashandhabungseinheit (GHU) zur Verfügung zu stellen, die eingangsseitig mit einem Druck von mehr als 500 bar aus dem Tank beaufschlagt werden kann und ausgangsseitig am Verbraucher, z. B. am Motor einen konstanten Ausgangsdruck 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 der Druck des im Behälter gespeicherten Kraftstoffs beständig abnimmt. Trotz Druckabnahme im Kraftstoffbehälter soll ausgangsseitig an der Gashandhabungseinheit (GHU) für den Verbraucher immer ein definierter minimaler Gasmassenstrom bei gleichbleibendem Druck mit möglichst geringer Drucktoleranz bereitgestellt werden.
Eine Gashandhabungseinheit (GHU) gemäß dem Stand der Technik besteht aus vielen Einzelteilen, die miteinander verbunden sind – bspw. Rohre, Ventile, Regler. Mit der Anzahl an Verbindungen in einem System steigt das Risiko auf Versagen entsprechend der Anzahl der Komponenten. Auch die Fehleranalyse ist aufwändiger je mehr Teile verbaut sind. So ist eine Funktionsprüfung eine GHU gemäß dem Stand der Technik zeitaufwändig und bedarf genauer Kenntnisse der Baupläne sowie der Materialeigenschaften der verwendeten Komponenten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine kompakte Gashandhabungseinheit ohne Aufgabe von Leistungsmerkmalen, wie z. B. Fördermenge oder Druckbeständigkeit, zur Verfügung zu stellen.
Des Weiteren soll sich die Gashandhabungseinheit (GHU) durch eine hohe Zuverlässigkeit sowie einen einfachen, leichten und kompakten Aufbau auszeichnen und einen ausreichenden Durchfluss bereitstellen. Des Weiteren soll das Bauteil eine einfache Funktionsprüfung ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gashandhabungseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Gashandhabungseinheit (GHU) umfasst:

– eine Druckregelvorrichtung
– eine Überdruckabsicherungseinheit im Niederdruckbereich
– eine Niederdruckmessvorrichtung

Zusätzlich kann eine Hochdruckmessvorrichtung und/oder mindestens eine Filtervorrichtung vorgesehen sein.
Die GHU ist wenigstens dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung, die Überdruckabsicherungseinheit, gegebenenfalls die Hochdruckmessvorrichtung, die Niederdruckmessvorrichtung und die Filtervorrichtung eine bauliche Einheit ausbilden, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wobei das gemeinsame Gehäuse einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann und die Gashandhabungseinheit in einen Hochdruckteil (HT) und einen Niederdruckteil (NT) unterteilt ist.
Bei der erfindungsgemäßen GHU wird das Systemgewicht verringert, ohne Leistungseinbußen hinnehmen zu müssen. Auch kann die Anzahl der Komponenten verringert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Komponenten in ein einziges Bauteil integriert sind. Komponenten der GHU sind bevorzugt vereinheitlicht und standardisiert zu einem Komponentenmodul zusammengefasst. Dadurch wird eine Verarbeitungsvereinfachung erreicht. Sind die Komponenten in einem einzigen Bauteil integriert, so ist die Breite des Bauteils bevorzugt geringer als 100 mm, die Höhe des Bauteils geringer als 100 mm und die Länge des Bauteils geringer als 180 mm. Bevorzugt sind die Maße geringer als 70 × 70 × 150 mm (Breite × Höhe × Länge). Ein besonders bevorzugtes Bauteil hat Maße von 64 × 64 × 145 mm (Breite × Höhe × Länge).
Die erfindungsgemäße Gashandhabungseinheit zeichnet sich somit durch minimalen Arbeitsraum bei gleichzeitiger Optimierung der Gesamtbauteilgröße und des Gewichtes aus.
Des Weiteren werden die Verbindungs- und Leckagestellen minimiert sowie die Anzahl der Befestigungsarmaturen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gashandhabungseinheit (GHU) ist darin zu sehen, dass bei der Funktionsprüfung nur ein einziges Bauteil geprüft werden muss. Eine Funktionsprüfung ist daher in einem einzigen Prüfvorgang möglich.
Zusätzlich zu den zuvor genannten Bauteilen, die Bestandteil der Gashandhabungseinheit (GHU) sind, kann zusätzlich noch ein Sicherheitsabsperrventil auf der Niederdruckseite der Gashandhabungseinheit vorgesehen sein. Dieses Absperrventil kann entweder separat ausgestaltet oder Teil der Gashandhabungseinheit sein.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Druckregelvorrichtung in Form eines Druckregelventils wenigstens ein Schieberbauteil, ein Wandlungselement sowie ein Federelement umfasst und die Druckregeleinheit derart ausgestaltet ist, dass der Eingangsdruck mittels des Wandlungselementes über das Federelement und das Schieberbauteil kontinuierlich auf einen im Wesentlichen konstanten Ausgangsdruck geregelt wird.
Mögliche Federelemente sind z. B. normale Federn oder Tellerfedern.
Das Wandlungselement kann ein Kolben, ein Balg oder eine Membran sein.
In einer ersten Ausgestaltung mit einem Schieberbauteil, Kolben und Feder zur Druckregelung kann der Kolben gegenüber dem Schieberbauteil schwimmend gelagert sein. Hierdurch kann für einen mechanischen, einstufigen Druckregler eine sehr geräuscharme hohe Regelgenauigkeit erreicht werden. Die schwimmende Lagerung des Kolbens erlaubt, dass der Kolben pendeln kann und so die z. B. durch die Feder bedingten Querkräfte ausgleicht. Dadurch kann des Weiteren der Verschleiß 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.
Alternativ zu obiger Ausgestaltung ist es auch möglich, dass Schieberbauteil und Kolben in einer zweiten Ausgestaltung starr verbunden sind. Bei einer derartigen zweiten Ausgestaltung ist dann die Feder gegenüber dem Kolben schwimmend, insbesondere pendelnd, gelagert.
In einer weiteren dritten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, das Überdruckventil der Druckregeleinheit in Richtung der Ausgangsseite der Druckregeleinheit gegenüber dem Niederdrucksensor zu verschieben. Hierdurch wird die Führung vereinfacht und das Risiko von Verschleiß minimiert. Die Führung wird insbesondere deswegen verbessert, weil das Führungselement bzw. die Führungsbuchse näher an die Hauptdichtung rückt.
Zusätzlich ist es denkbar, die Feder vom Kolben zu entkoppeln, so dass eventuell durch die Feder auftretende Querkräfte gar nicht mehr auf den Kolben übertragen werden können. Dies kann durch eine spezielle Lagerung der Feder realisiert werden.
Wenn das Überdruckventil in der dritten Ausgestaltung nach hinten wandert, kann der Ausgang des Druckreglers an der Stelle, an der bei der ersten Ausgestaltung der Erfindung das Überdruckventil sitzt, angeordnet werden. In einer derartigen dritten Ausgestaltung ist es dann gar nicht mehr notwendig, dass Gas durch das Schieberbauteil zu führen. Das Schieberbauteil kann einfacher ausgeführt sein, zudem wird der Durchfluss verbessert. Zudem kann die Führungsbuchse näher an die Hauptabdichtung heranrücken.
Um die Rückstellkraft in der Feder und damit auch den Ausgangsdruck ausgangsseitig bei der ersten Ausgestaltung der Erfindung 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.
Alternativ zu einem eingepressten Bolzen oder Spannstift kann auch eine Gewindeschraube (Madenschraube) bevorzugt verklebt verwendet werden.
Eine Arretierung am Schieberbauteil kann in der zweiten Ausgestaltung komplett entfallen, bei der Schieberbauteil und Kolben ein Bauteil sind. Eine Arretierung, um die Feder vorzuspannen, ist aber trotzdem notwendig, beispielsweise mit einer Kontermutter oder ähnlichem im Bereich, in dem die Feder vorgespannt wird.
Damit bei einer zweiten Ausführungsform der Druckregler weiterhin einstellbar bleibt, ist eine Einstellmöglichkeit auf der anderen Seite der Feder gegeben. Dieser Druckregler ist dann dadurch gekennzeichnet, dass das Element, mit welchem die Vorspannung der Feder eingestellt wird, arretiert werden kann.
Alternative Möglichkeit zur Arretierung ist eine Kontermutter. Diese kann allerdings nur dann eingesetzt werden, wenn eine schwimmende Lagerung zwischen Schieberbauteile und Kolben nicht mehr notwendig ist, z. B. dann, wenn die Feder auf der anderen Seite schwimmend gelagert ist.
Bei der dritten Ausgestaltung, bei der das Gas zum Verbraucher nicht mehr durch das Schieberbauteil strömt, ist es nicht mehr notwendig, das Schieberbauteil strömungsoptimiert auszuführen. Da nur Gas in den hinteren Bereich des Druckregelventils gelangen muss, findet kein Durchfluss durch das Schieberbauteil im eigentlichen Sinne mehr statt, vielmehr muss der Druck am Kolben bzw. Wandlungselement anliegen, d. h. Hochdruckseite und Niederdruckseite des Wandlungselementes sind durch die Bohrung im Schieberbauteil druck- bzw. fluidleitend miteinander verbunden.
Bei einer diskontinuierlichen Abnahme kann es von Vorteil sein, andere Dichtgeometrien als eine Kegelspitze zu verwenden, z. B. Planabdichtungen. Dadurch kann der Hub deutlich reduziert werden. Bei einer Planabdichtung kann mit wenig Hub bereits der volle Querschnitt und somit der volle Durchfluss freigegeben werden.
Ist die Spitze kegelförmig wie in der ersten Ausgestaltung, muss die Spitze immer einen weiten Weg machen, wenn der volle Durchfluss abgerufen wird, da die Spitze erst ganz aus der Hauptdichtung herausfahren muss. Durch den minimierten Hub bei der dritten Ausgestaltung wird der mögliche Verschleiß reduziert und minimiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Ansprechverhalten schneller ist. Eine Flachdichtung kann im Gehäuse oder im Schieberbauteil sitzen.
Um den Druck bei der ersten Ausgestaltung einstellen zu können, ist vorgesehen, dass das Federelement der Druckregeleinheit eine Vorspannung aufweist und das Federelement auf den Kolben zur Einstellung des Ausgangsdruckes wirkt.
Die erfindungsgemäße Gashandhabungseinheit 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 spitze Abschnitt bevorzugt strömungsoptimiert ausgestaltet ist.
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/h Wasserstoff, bevorzugt mehr als 12 kg/h Wasserstoff, 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.
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. Möglich wäre auch PU oder PEEK, Polyimid, PCTFE oder PTFE. Die Dichtung ist bei der ersten Ausgestaltung des Druckreglers 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.
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.
Der Dichtring selbst ist im Gehäuse des Druckreglers, das bevorzugt aus Aluminium ist, eingepresst.
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.
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.
Die Dichtheit des Druckregelventils nach außen, d. h. in die Umgebung ist derart, dass die Leckage geringer als 10 Ncm³/h H₂ ist über alle Dichtstellen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Leckage nach außen geringer als 2·10^–4 mbar l/s H₂ oder besser als 0,7 Ncm³/h ist, und zwar auch nach 10 Jahren, insbesondere nach 20 Jahren.
Um praktisch gänzlich zu verhindern, dass schädigende Partikel mit dem Gasstrom eingangsseitig in das Druckregelventil gelangen und Dichtungen oder nachgelagerte Komponenten beschädigen oder an den Verbraucher gelangen, wird die Gasbehandlungseinheit (GHU) bevorzugt mit einer Filtervorrichtung versehen. Bevorzugt ist die Filtervorrichtung als Feinfilter an der Eingangsseite in Strömungsrichtung vor der Hauptdichtung ausgebildet, wobei es sich bevorzugt ohne Beschränkung hierauf 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 eingereichten, aber nachveröffentlichten Anmeldung PCT/EP2012/004692 beschrieben, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird. Anstelle des Filtersiebes wie zuvor beschrieben wäre auch ein Sinterfilter denkbar oder ein drahtgewickelter Filter wie beispielsweise in der WO 02/00322A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich mit aufgenommen wird.
Das Filtersieb kann auf verschiedenst ausgeprägten Grundkörpern aufgebracht sein. So ist ein konischer Grundkörper denkbar oder aber auch ein zylindrischer Grundkörper.
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. Ein weiterer Vorteil eines derartigen Filterbauteiles ist eine hohe Druckfestigkeit bei hohem Differenzdruck.
Um das Schieberbauteil führen zu können, besitzt die Gasbehandlungseinheit (GHU) eine Führungsbuchse. Die Führungsbuchse kann aus einem Hochleistungspolymer bestehen. Die Führungsbuchse ist bevorzugt von der Feder umgeben, die auf den Kolben wirkt, muss sie aber nicht.
Der Kolben wiederum weist bevorzugt Dichtungen auf, die bevorzugt zwischen Schieberbauteil und Gehäusewand und/oder Kolben und Gehäusewand angeordnet sind. Bei einer derartigen Anordnung des Kolbens 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, um keinen Druck einzusperren. Das Entlüftungssystem wird derart ausgestaltet, dass der Eintrag von Verunreinigungen von außen verhindert wird.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen kann auch ein Kolbenführungsband eingebracht werden. Das Kolbenführungsband übernimmt dann die Führungsaufgaben. In der ersten Ausgestaltung der Erfindung übernimmt der O-Ring am Kolben die Führungsaufgabe mit. Der Kolben kann dann am Gehäuse reiben, was nachteilig ist.
In einer Ausgestaltung der Druckregeleinheit kann das Wandlungselement statt eines Kolbens eine Membran oder ein Balg sein. Ist das Wandlungselement eine Membran, so wird der Eingangsdruck mittels der Membran über die Feder auf den Ausgangsdruck geregelt.
Bevorzugt umfasst bei der Gashandhabungseinheit, die Hochdruckmessvorrichtung einen Hochdrucksensor in einer Gehäusebohrung, wobei die Gehäusebohrung fluidleitend – bevorzugt innerhalb des Gehäuses – mit dem Hochdruckteil der Druckregelvorrichtung verbunden ist. Bevorzugt ist zwischen dem Hochdruckteil der Druckregelvorrichtung und der Gehäusebohrung, in der der Hochdrucksensor angeordnet ist, ein Filter, beispielsweise ein Sinterfilter mit einer Filterfeinheit von 20 μm und weniger, bevorzugt 10 μm, vorgesehen, so dass Verunreinigungen aus dem Bereich der Gehäusebohrung, wie z. B. Abrieb oder Partikel, nicht in den Hochdruckteil der Druckregelvorrichtung eindringen. Der Sinterfilter wird zunächst bevorzugt in eine Buchse, bevorzugt aus PEEK, eingepresst und anschließend in die Gehäusebohrung. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Hochdrucksensor in einem rohrförmigen Körper eingesetzt ist, der in die Bohrung mit Hilfe des in der WO 2009/100898 beschriebenen Abdichtkonzeptes für eine Hochdruckverschraubung, deren Offenbarungsgehalt in vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, eingebracht wird.
In einer weitergebildeten Ausführungsform weist die Niederdruckmessvorrichtung einen Niederdrucksensor in einer Gehäusebohrung auf, wobei die Gehäusebohrung fluidleitend – bevorzugt innerhalb des Gehäuses – mit dem Niederdruckteil der Druckregelvorrichtung verbunden ist. Ein Filter ist, nicht erforderlich, da der Niederdrucksensor im Gasstrom nach der Hauptdichtung sitzt.
Bevorzugt umfasst die Überdruckabsicherungseinheit ein Überdruckventil, das in das Gehäuse der Gashandhabungseinheit (GHU) integriert ist, wobei das Überdruckventil bevorzugt bei Drücken von mehr als dem 1,5-fachen bis 2-fachen eines Nennausgangsdruckes auslöst. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Überdruckventil nicht zu schnell auslöst. Andererseits wird sichergestellt, dass ein Auslösen stattfindet bevor der maximale Betriebsdruck des Niederdruckteiles erreicht wird.
Um einen Serviceanschluss in die Gashandhabungseinheit (GHU) zu intergrieren, ist des Weiteren eine in das Gehäuse integrierte Entleervorrichtung, insbesondere in Form einer Entleerfunkion vorgesehen, wobei die Entleervorrichtung an den Niederdruckteil angeschlossen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, das Überdruckventil und Entleerfunkion nicht separate Bauteil sind, sondern ein einziges kombiniertes Bauteil bilden, d. h. Überdruckabsicherung und Entleerfunktion sind in ein Bauteil integriert.
In einer ersten Ausgestaltung eines derartigen kombinierten Bauteiles wird das Überdruckventil mit einem Exzenter geöffnet. Der Exzenter kann so ausgestaltet sein, dass er von selbst offen hält, wenn er betätigt wird. Das Gas kann entweder direkt ins Freie oder über eine bereits montierte Piped-Away-Abführleitung abgeführt werden. Die Abführleitung kann entweder nur aufgesteckt sein oder es kann z. B. ein Gewinde angebracht werden, so dass die Abführleitung aufgeschraubt werden kann.
In einer zweiten alternativen Ausgestaltung können Stifte, insbesondere drei Stück, am Umfang angeordnet sein, welche über eine Kupplung nach innen gedrückt werden und dadurch das Überdruckventil öffnet. Der Vorteil einer derartigen Ausführungsform ist, dass eine Entlüftung nur mit Hilfe der Kupplung möglich ist.
Konstruktiv kann am Außendurchmesser des Überdruckventils ein federbelasteter Ring anbringbar sein, der in der Lage ist, Kugeln nach innen zu drücken, die dann den inneren Kolben des Überdruckventiles öffnen. Der federbelastete Ring könnte durch Aufschrauben eines Adapters gedrückt werden. Der Adapter wäre somit die Entnahmekupplung. Der Durchfluss während der Entnahme des Gases über den Serviceanschluss könnte mit dieser Kupplung auch entsprechend gedrosselt werden.
In einer dritten alternativen Ausgestaltung wird das Überdruckventil über eine Kupplung aufgezogen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass eine Entlüftung nur mit Hilfe der Kupplung möglich ist. Am hinteren Ende der Kupplung kann eine Abführleitung angebracht werden, über welche das ausströmende Gas, insbesondere H₂, abgeführt wird.
In einer vierten Ausgestaltung der Erfindung wird durch Aufschrauben eines Adapters der Ventilkolben über einen Wellensicherungsring angehoben, so dass Gas, insbesondere Wasserstoff, entweichen kann. Auf der abführenden Seite des Adapters kann eine Abführleitung angebracht werden, z. B. aufgesteckt oder angeschraubt über ein Gewinde, um das ausströmende Gas, insbesondere den Wasserstoff, abzuführen.
In einer fünften alternativen Ausgestaltung ist ein Exzenter unten am Ventilkolben angeordnet. Über den Exzenter kann der Ventilkolben von unten angehoben werden, so dass Gas, insbesondere Wasserstoff, entweichen kann. Eine Abführleitung kann, wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, angebracht werden.
In einer sechsten Ausgestaltung kann eine Druckschraube unten am Ventilkolben angeordnet sein. Über die Druckschraube kann der Ventilkolben von unten angehoben werden, so dass Gas, insbesondere Wasserstoff, entweichen kann. Eine Abführleitung kann, wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, angebracht sein.
Am Ausgang der Entleervorrichtung kann auch ein genormtes Profil für eine Kupplung angebracht werden.
Allgemein ist zu beachten, dass die Piped-Away-Abführleitung bzw. Abführleitung zunächst demontiert werden muss, um mit der Kupplung zu schließen. Dies ist vorteilhaft, damit der dann entweichende Wasserstoff z. B. in einen Behälter oder ins Freie abgeführt wird und nicht z. B. in den Werkstattraum abgelassen werden kann. Eine Abführleitung, beispielsweise einer Werkstatt, kann auch an die Abführleitung des Fahrzeugs angeschlossen werden. Dadurch wird eine Demontage der Abführleitung des Fahrzeugs überflüssig.
Eine solche Ausgestaltung lässt sich allerdings nur mit der ersten, zweiten, vierten, fünften und sechsten Ausführungsform, wie oben beschrieben, realisieren. Bei der dritten Ausführungsform ist aber eine Demontage zwingend erforderlich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der Niederdruckseite der Gasbehandlungseinheit (GHU) ein Niederdruckabsperrventil vorgesehen, das direkt an der Gasbehandlungseinheit befestigt sein kann oder auch direkt in die Gasbehandlungseinheit integriert sein kann.
Neben der Gashandhabungseinheit stellt die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einer Gashandhabungseinheit (GHU) zur Verfügung, wobei der Hochrdruckteil der Gashandhabungseinheit mit einem Tanksystem, insbesondere einem Tankbehälter fluidleitend verbunden ist und der Niederdruckteil mit einem Verbraucher, insbesondere einem Verbrennungsmotor des Fahrzeuges oder einer Brennstoffzelle.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden.
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht (Schnitt A-A gemäß 2) einer Ausführungseinheit einer Gashandhabungseinheit mit pendelnd gelagertem Kolben;
2 eine Draufsicht auf das Gehäuse der Gashandhabungseinheit (GHU) gemäß 1, wobei Hochdruck- und Niederdruckbereich gekennzeichnet sind;
3 Schnitt B-B durch den Hochdruckbereich gemäß 2;
4 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform einer GHU mit einem Schieberkolbenelement;
5a eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer GHU mit nach hinten versetztem Überdruckventil;
5b–5f unterschiedliche Ausgestaltungen eines kombinierten Überdruckventils mit Entleerfunktion;
6 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer GHU mit nach hinten versetztem Überdruckventil und nach vorne verlegtem Niederdruckausgang;
7 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer GHU mit separatem Niederdruckabsperrventil;
8 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer GHU mit integriertem Niederdruckabsperrventil;
9 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer GHU mit in den vorderen Bereich verlegten Niederdrucksensor und einteiligem Gehäuse;
10 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer GHU mit einem Balg als Wandlungselement;
11 schematische Ansicht eines Tanksystems in der GHU.
1 zeigt im Schnitt A-A gemäß 2 eine Gashandhabungseinheit (GHU) 1000 mit einem 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. Das Druckregelventil 1 umfasst einen Kolben 5, der 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 Druck an. Bei der Verwendung von Wasserstoff, wie es in mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommt, kann der Druck zwischen 10 und 500 bar, insbesondere zwischen 10 und 700 bar, insbesondere im Bereich 10 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.
Um den Druck von beispielsweise 875 bar auf 9 bar zu reduzieren, ist die Verwendung eines Kolbens 5 als Wandlungselement 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 reduziert werden kann.
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. Die Druckkraft auf den Kolben wirkt der Federkraft entgegen. Sinkt der Druck durch Abnahme von fluidem Medium unter den eingestellten Wert, öffnet die Feder das Regelventil. Bei Drücken größer dem eingestellten Wert übersteigt die Druckkraft auf den Kolben die Federkraft, so dass die Dichtspitze des Schieberbauteils in die Dichtung gedrückt wird.
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. 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.
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 Vorspannung der Feder sind denkbar.
Wenn mehrere Öffnungen 80 entlang des Schieberbauteils vorgesehen sind, kann der Kolben an unterschiedlichen Positionen verdreht und gesichert werden sowie 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 Gehäusewand des Gehäuses 3 wird ein Raum 54 ausgebildet, der nicht medienführend ist.
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 Dichtigkeit des erfindungsgemäßen Bauteiles erhöht und der Verschleiß reduziert.
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.
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 eine Dichtung aus einem wasserstoffbeständigen Material, beispielsweise Polyamidimid, Polyimid, PU, PCTFE, PTFE oder PEEK, das sehr gute Dichtheitswerte, ein sehr gutes Verschleißverhalten, eine hohe Langlebigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit aufweist.
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 Druckregelventils. Durch die Schräge wird ein Dichtkonus ausgebildet, der mit der Dichtung zur Anlage kommt. Um unzulässig hohen Druck aus dem Niederdruckteil NT des Druckreglers ableiten und den Druckregler vor Überdruck im Niederdruckteil NT schützen zu können, umfasst die Gashandhabungseinheit 1000 ein Überdruckventil 300. Das Überdruckventil kann bei Fehlfunktion des Druckreglers einen unzulässig hohen Druck abführen. Das Überdruckventil ist erfindungsgemäß in das Gehäuse der Gashandhabungseinheit integriert.
Um das Druckregelventil selbst und die nachfolgenden Bauteilen vor Partikeln zu schützen, ist bei der Gashandhabungseinheit vorgesehen, im Hochdruckteil ein Filterbauteil 310 einzusetzen. Das Filterbauteil 310 umfasst beispielsweise einen Grundkörper 312, der bevorzugt kegelig oder zylindrisch ausgebildet ist sowie ein Filtersieb 314, das über den Grundkörper 312 gespannt ist mit einer Maschenweite von 2 bis 100 μm, insbesondere 2 bis 40 μm.
Um das Tanksystem, das an die Hochdruckseite 20 des Druckregelventils angeschlossen sein kann, für Servicezwecke zu entleeren, umfasst die Gashandhabungseinheit auf der Niederdruckseite NT des Druckreglers ein Entleerfunkion 400, 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 Entleerfunkion kann in das Gehäuse integriert sein, muss es aber nicht. Es wäre auch eine separate Anordnung möglich. Des Weiteren ist möglich, die Entleerfunktion direkt in das Überdruckventil zu integrieren.
Ausgestaltungen eines kombinierten Bauteiles aus Überdruckventil und Entleerfunktionen sind in 5b bis 5f gezeigt.
In 2 ist eine Draufsicht auf die Gashandhabungseinheit die in 1 im Schnitt A-A dargestellt ist, gezeigt. Die Draufsicht zeigt die Draufsicht auf das Überdruckventil 300 sowie die Entleerfunkion 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 eines einstufigen Druckregelventils in zwei Gehäuseteile 3.1 und 3.2 gezeigt. Sowohl im Hochdruckteil HT wie im Niederdruckteil NT kann die Gashandhabungseinheit 1000 Anschlüsse für Drucksensoren umfassen. In 3, Schnitt B-B dargestellt ist ein Hochdrucksensor (nicht gezeigt), der in einem Anschluss für einen Hochdrucksensor, insbesondere einer Bohrung 800 untergebracht ist. Die Bohrung 800 ist über Leitung 820 fluidleitend mit dem Hochdruckteil verbunden, d. h. Leitung 820 mündet hochdruckseitig von der Dichtung 200. Um zu verhindern, dass Schmutzpartikel von der Bohrung 800 in den Hochdruckteil des Druckregelventils gelangen, ist ein Sinterfilter 830 mit einer Filterfeinheit von 10 μm gezeigt. Der Sinterfilter 830 ist in einer Buchse 840 in die Bohrung 800 eingesetzt. Mit dem in der Bohrung eingesetzten Hochdrucksensor kann der Druck im Hochdruckteil der Gasbehandlungseinheit bestimmt werden. Hochdruckteil HT und Niederdruckteil NT sind in vorliegender Ausführungsform zwei Bauteile, die miteinander über einen Flansch 900 dicht verflanscht sind.
In den 4 bis 10 sind Varianten der Gashandhabungseinheit (GHU), wie sie in den 1 bis 3 dargestellt und detailliert beschrieben ist, gezeigt.
Die Gashandhabungseinheit gemäß 4 unterscheidet sich dadurch, dass das Druckregelventil keinen Kolben umfasst, der auf einem Schieberbauteil schwimmend gelagert ist, sondern Schieberbauteil 1110 und Kolben 1105 sind fest miteinander verbunden, ergebend ein Schieberkolbenbauteil 1197. Gleiche Bauteile wie in den 1 bis 3 sind mit um 1100 bzw. 11000 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Die Feder 1140 wirkt auf ein Lagerelement 1198 und das Lagerelement 1198 direkt auf das Schieberkolbenbauteil 1197 im Bereich 1195. Die Verrundung ermöglicht eine punktförmige Lagerung. Wie aus 4 gut zu erkennen ist, ist bei der zweiten Ausgestaltung, bei der Schieberbauteil und Kolben starr miteinander verbunden sind. Die Feder gegenüber dem Kolben 1105 des Schieberkolbenbauteils schwimmend, insbesondere pendelnd, gelagert. Durch die schwimmende Lagerung der Feder gegenüber dem Kolben 1105 können auftretende Querkräfte ausgeglichen werden. Des Weiteren wird der Verschleiß minimiert, die Genauigkeit und Lebensdauer erhöht. Das Überdruckventil kann, wie in den 5b bis 5f dargestellt, ausgeführt sein, ohne dass hierauf explizit Bezug genommen wird.
In 5a ist eine Gasbehandlungseinheit gezeigt, die aufgebaut ist wie in 1, d. h. Kolben 1205 und Schieberbauteile 1210 sind separate Bauteile, wobei der Kolben 1205 gegenüber dem Schieberbauteil 1210 pendelnd bzw. schwimmend gelagert ist. Gleiche Bauteile wie in 1 sind mit um 1200 bzw. 12000 höheren Bezugsziffern gekennzeichnet. Im Unterschied zur Ausgestaltung in 1 ist das Überdruckventil 12300, mit dem unzulässig hoher Druck aus dem Niederdruckteil NT des Druckreglers abgeleitet werden kann, in den hinteren Teil der Gashandhabungseinheit versetzt. Bei der Ausgestaltung gemäß 5a liegt die Ausgangsseite 1230, an der das fluide Medium mit niedrigem Druck zur Verfügung gestellt wird, hinter dem Überdruckventil 12300, so dass das fluide Medium, insbesondere das Gas, durch die Bohrung bzw. den Kanal 1260 im Schieberbauteil von der Eingangsseite 1220 zur Ausgangsseite 1230 fließt. Da das fluide Medium bzw. Gas an der Ausgangsseite einem Verbraucher zugeführt wird, ist es notwendig, dass die Bohrung 1260 im Schieberbauteil einen ausreichenden Querschnitt aufweist und strömungsoptimiert ist, um den geforderten minimalen Massendurchfluss zur Verfügung zu stellen. Obwohl in der Ausgestaltung in 5a Schieberbauteil und Kolben getrennte Bauteile sind, ist dies nicht notwendig, selbstverständlich können diese auch zu einem gemeinsamen Schieberkolbenbauteil, wie in 4 gezeigt, zusammengefasst werden. Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung ist eine verbesserte Führung.
Bei der Ausgestaltung gemäß 5a ist es möglich, das Überdruckventil 12300 mit einer Entleerfunktion zu versehen, d. h. Überdruckventil und Entleerfunkion zu einem gemeinsamen Bauteil zu kombinieren. Unterschiedliche Ausgestaltungen eines derartig kombinierten Ventils sind in den 5b bis 5f gezeigt.
In 5b ist eine erste Ausgestaltung eines Überdruckventils und Entleerfunkion in einem kombinierten Bauteil 100000 gezeigt. Der Kolben 100001 des Überdruckventils 100000 wird mittels einer Druckschraube 100002 von der Ventileinlassseite angehoben und damit zum Entleeren geöffnet.
In der in 5b dargestellten Ausgestaltung kann eine Druckschraube unten am Ventilkolben angeordnet sein. Über die Druckschraube kann der Ventilkolben von unten angehoben werden, so dass Gas, insbesondere Wasserstoff, entweichen kann. Eine Abführleitung kann, wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, angebracht sein.
In einer zweiten Ausgestaltung eines derartigen kombinierten Bauteils 100000 gemäß 5c wird das Überdruckventil mit einem Exzenter 100010 geöffnet. Der Exzenter kann so ausgestaltet sein, dass er von selbst offen hält, wenn er betätigt wird. Das Gas kann entweder direkt ins Freie oder über eine bereits montierte Piped-Away-Abführleitung (nicht gezeigt) abgeführt werden. Die Abführleitung kann entweder nur aufgesteckt sein oder es kann z. B. ein Gewinde angebracht werden, so dass eine Abführleitung aufgeschraubt werden kann. Der Exzenter 100010 hebt den Ventilkolben 100001 von der Einlassseite her an.
Die Möglichkeit, das Gas über eine Piped-Away-Abführleitung ins Freie abzuführen, ist bei sämtlichen, in den 5b bis 5f dargestellten Ausführungsbeispielen gegeben.
In einer alternativen Ausgestaltung, nicht dargestellten Ausgestaltung können drei Stifte am Umfang angeordnet sein, welche über eine Kupplung nach innen gedrückt werden und sich dadurch das Überdruckventil öffnet. Der Vorteil einer derartigen Ausführungsform ist, dass eine Entlüftung nur mit Hilfe der Kupplung möglich ist.
Konstruktiv kann am Außendurchmesser des Überdruckventils ein federbelasteter Ring anbringbar sein, der in der Lage ist, Kugeln nach innen zu drücken, die dann den inneren Kolben des Überdruckventils öffnet. Der federbelastete Ring könnte durch Aufschrauben eines Adapters gedrückt werden. Der Adapter wäre somit die Entnahmekupplung. Der Durchfluss könnte mit dieser Kupplung auch entsprechend gedrosselt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung eines kombinierten Bauteiles aus Überdruckventil und Entleerfunkion gemäß 5d wird durch Aufschrauben eines Adapters 100100 der Ventilkolben 100001 über den Wellensicherungsring 100110 angehoben, so dass Gas, insbesondere Wasserstoff, entweichen kann. Auf der abführenden Seite des Adapters 100100 kann eine Abführleitung 100120 angebracht werden, z. B. aufgesteckt oder angeschraubt über ein Gewinde, um das ausströmende Gas, insbesondere den Wasserstoff, abzuführen.
In der in 5e gezeigten Ausführungsform eines kombinierten Bauteiles sind Spannzangen, eine erste Spannzange 100500.1 und eine zweite Spannzange 100500.2 vorgesehen. Die erste Spannzange 100500.1 schließt den Schnellanschluss 100600 druckdicht an das Überdruckventil mit Kolben 100001 an. Mit der zweiten Spannzunge 100500.2 kann der Ventilkolben 100001 gegriffen und über eine mechanische oder pneumatische Betätigung angehoben werden. In der in 5e gezeigten Ausgestaltung wird das Überdruckventil über eine Kupplung aufgezogen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass eine Entlüftung nur mit Hilfe der Kupplung möglich ist. Am hinteren Ende des Bauteils kann dann eine Abführleitung angebracht werden, über welche das ausströmende Gas, insbesondere H₂, abgeführt wird.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung, die in 5f gezeigt ist, ist ein Exzenter unten am Ventilkolben angeordnet. Über den Exzenter 100700 kann der Ventilkolben von unten angehoben werden, so dass Gas, insbesondere Wasserstoff, entweichen kann. Eine Abführleitung kann, wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, angebracht werden.
Um das Schieberbauteil zu vereinfachen und trotzdem einen ausreichend hohen Durchfluss von der Eingangsseite zur Ausgangsseite zur Verfügung zu stellen, ist in einer dritten, in 6 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, die Ausgangsseite an den Verbraucher im vorderen Teil der Gasbehandlungseinheit (GHU) zur Verfügung zu stellen. Prinzipiell ist die Ausgestaltung gemäß 6 wie in 1 ausgeführt, d. h. Kolben und Schieberbauteil sind getrennt. Gleiche Bauteile wie in 4 werden mit um 1300 bzw. 13000 höheren Bezugsziffern gekennzeichnet. Dadurch, dass die Ausgangsseite 1330 der Gasbehandlungseinheit vor das Wandlungselement 1305 verlegt wurde, muss nur noch eine druckleitende Verbindung zur Kolbenaußenseite 1350 des Kolbens 1305 hergestellt werden, damit der ausgangsseitige Druck auf die Kolbenaußenseite 1350 wirken kann. Das Schieberbauteil muss dann nicht mehr strömungsoptimiert ausgeführt sein und die Bohrung 1360 an der Spitze des Schieberbauteils 1310 kann einfacher ausgeführt sein.
In 7 ist eine Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, bei der eine Gasbehandlungseinheit (GHU) gemäß 1 verwendet wird. Gleiche Bauteile wie in 1 sind mit um 1400 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. An der Ausgangsseite 1430 der in 7 gezeigten Gasbehandlungseinheit ist ein Niederdruckabsperrventil 1481 vorgesehen. Bei der Ausgestaltung gemäß 7 wird ein höherer Integrationsgrad der GHU erreicht. Das Ventil dient zum Absperren, wenn z. B. das Fahrzeug geparkt wird. Wiederum ist die Aufhängung des Kolbens pendelnd auf dem Schieberbauteil. Schieberbauteil und Kolben sind getrennte Bauteile.
In 8 ist eine Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, bei der wiederum die Gasbehandlungseinheit, wie in 1, ausgeführt ist, d. h. mit einem Schieberbauteil und einem pendelnd auf dem Schieberbauteil gelagerten Kolben. Das Niederdruckabsperrventil 1581 ist im Gegensatz zu 7 in das Gehäuse der Gasbehandlungseinheit integriert. Hierdurch wird ein kompakter Aufbau des Gesamtsystems erreicht. Obwohl die Gasbehandlungseinheit in den Ausgestaltungen gemäß den 7 und 8 stets wie in 1 beschrieben werden, ist dies keineswegs zwingend. Selbstverständlich wären auch Gasbehandlungseinheiten möglich, die beispielsweise eine einteilige Ausgestaltung von Schieberbauteil und Kolben, wie in 5 beschrieben, möglich oder Ausgestaltungen, bei denen das Wandlungselement als Balg oder Membran ausgebildet ist, wie in 10 gezeigt.
9 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung gemäß 1. Gleiche Bauteile wie in 1 sind mit um 1600 erhöhten Bezugsziffern gekennzeichnet. Im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß 1 ist die Gasbehandlungseinheit in 9 in dem Teil, in dem die Ausgangsöffnung 1630 eingebracht ist, in Form eines Deckels ausgebildet. Des Weiteren ist der Niederdrucksensor 16910 in den vorderen Teil der Gasbehandlungseinheit gegenüberliegend zu dem Überdruckventil 16300 angeordnet. Der Vorteil der Ausgestaltung gemäß 9 ist darin zu sehen, dass eine einteilige Gehäuseausführung mit Deckel dargestellt werden kann.
In 10 ist schließlich eine Variante der Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen der Variante wie in 6 entspricht, d. h. die Ausgangsseite 1730 ist vor dem Schieberbauteil 1710 angeordnet. Als Wandlungselement wird ein Balg, bevorzugt ein Metallbalg, eingesetzt. Anstelle des bevorzugt als Metallbalg 1779 ausgebildeten Wandlungselementes kann bei einer Ausgestaltung gemäß 10 auch eine Membran eingesetzt werden. Gleiche Bauteile wie in 1 sind mit um 1700 bzw. 17000 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Im Vergleich zu einem Kolben als Wandlungselement weist ein Balg eine höhere Genauigkeit auf wegen geringerer Reibung und Masse. Des Weiteren weist der Balg eine gewisse Federsteifigkeit auf. Dies ermöglicht die Verwendung einer schwächeren Feder gegenüber der Ausgestaltung aus 1 oder sogar einen Verzicht hierauf.
In 11 ist der Einbau einer erfindungsgemäßen Gasbehandlungseinheit (GHU) 1000 in ein Tanksystem eines Fahrzeugs gezeigt. Die unterschiedlichen Tankreservoire des Tanksystems sind mit 2000.1, 2000.2, 2000.3 bezeichnet. Die einzelnen Tanks 2000.1, 2000.2, 2000.3 können über einen Tanknippel, und zwar von einem außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Vorratsbehälter betankt werden. In den Betankungsstrang vom Tanknippel 2100 über das Verteilstück 2200 zu den jeweiligen Tanks 2000.1, 2000.2, 2000.3 ist ein Rückschlagventil 2300 eingebracht. Nachdem das Fahrzeug über den Tanknippel betankt wurde und die einzelnen Tanks 2000.1, 2000.2, 2000.3 mit fluidem Gas, insbesondere H2, befüllt wurden, wird über das Verteilstück 2200 Gas mit hohem Druck zur Hochdruckseite HT der Gasbehandlungseinheit 1000 geleitet. In der Leitung vom Tanknippel 2100 zum Vorteilstück 2000 ist ein Rückschlagventil 2300 vorgesehen. Da in der Regel bereits im Tanknippel ein Rückschlagventil vorgesehen ist, dient das Rückschlagventil 2300 der Sicherheit. Ist beispielsweise das Rückschlagventil im Tanknippel undicht, so entleert sich nur das Volumen zwischen Tanknippel 2100 und dem zusätzlichen Rückschlagventil 2300. Wäre das zusätzliche Rückschlagventil 2300 nicht vorhanden, so würde sich das gesamte Leitungssystem entleeren. Die Gasbehandlungseinheit 1000 stellt auf der Niederdruckseite NT einem Verbraucher, beispielsweise einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor 2500 fluides Gas zur Verfügung. In den Fluidweg von der Niederdruckseite NT zum Verbraucher 2500 ist das Absperrventil 2600 eingebracht sowie gegebenenfalls ein zweiter Druckregler.
Das Absperrventil 2600, das auch als Sicherheitsabsperrventil bezeichnet wird, dient dazu den Gasstrom zum Verbraucher sicher unterbrechen zu können, falls es in der Druckregeleinheit eine erhöhte innere Undichtigkeit gäbe. Das Absperrventil 2600 kann in einer bevorzugten Ausführungsform in die Gashandhabungseinheit 1000 integriert sein. Alternativ kann das Absperrventil 2600 auch an die Gashandhabungseinheit angeflanscht sein.
Obwohl vorstehendes System für ein Fahrzeug beschrieben ist, ist der Einsatz einer Gasbehandlungseinheit auch bei einem stationären System möglich, d. h. z. B. bei einer stationären Brennstoffzelle. Auch hier stellt die Gasbehandlungseinheit sicher, dass ein bestimmter Druck auf der Niederdruckseite NT für den Verbraucher, beispielsweise die Brennstoffzelle, ständig zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß ist auch auf der Niederdruckseite ein Drucksensor (nicht dargestellt) angeordnet, der in eine Bohrung 910, 16910 eingesetzt ist. Im Unterschied zur Bohrung für den Niederdrucksensor ist hier kein Filter vorgesehen. Die Bohrung ist fluidleitend mit dem Niederdruckteil verbunden.
Durch den Hochdrucksensor und den Niederdrucksensor kann der eingangs- wie der ausgangsseitige Druck des Druckregelventils ständig überwacht werden kann. Der auf der Niederdruckseite angeordnete Sensor ist Teil der Niederdruckmessvorrichtung, die wiederum Teil der erfindungsgemäßen Gashandhabungseinheit (GHU) ist. Die GHU ist so konzipiert, dass das Bauteil eine elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Mit der Erfindung wird erstmals eine Gashandhabungseinheit angegeben, die eine geringe Anzahl an Komponenten aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Komponenten in ein einziges Bauteil integriert sind. Die Komponenten der GHU sind bevorzugt vereinheitlicht und standardisiert zu einem Komponentenmodul zusammengefasst. Dadurch wird eine Verarbeitungsvereinfachung erreicht.
Die erfindungsgemäße Gashandhabungseinheit zeichnet minimalen Arbeitsraum bei gleichzeitiger Optimierung der Gesamtbauteilgröße und des Gewichts aus.
Des Weiteren kann durch die Druckregelvorrichtung in Form des Druckventils ein 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, geregelt werden sowie ein hoher Durchfluss bereitgestellt werden. Des Weiteren zeichnet sich die Gashandhabungseinheit 1000 durch einen individuell wechselbaren Adapter aus, der an die jeweilige Kraftstoffleitung angepasst werden kann. Die Gashandhabungseinheit 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 in der Druckregeleinheit 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 (ohne Beschränkung hierauf) vor Auslieferung der Gashandhabungseinheit.
Die Druckregeleinheit der Gashandhabungseinheit mit schwimmend gelagertem Kolben zeichnet sich durch hohe Verschleißarmut und sehr gute Führungen sowie sehr hohe Regelgenauigkeit und gutes Ansprechverhalten aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2012/004692 [0042]
WO 02/00322 A1 [0042]
WO 2009/100898 [0049]

Claims

Gashandhabungseinheit (GHU) (1000) für ein System, insbesondere ein Fahrzeug, bevorzugt ein Fahrzeug mit einem Tanksystem mit einem fluiden Medium, insbesondere einem Gas, bevorzugt Wasserstoffgas von mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, bevorzugt im Bereich 700 bar bis 875 bar Druck mit – einer Druckregelvorrichtung – einer Überdruckabsicherungseinheit im Niederdruckbereich – einer Niederdruckmessvorrichtung – einer Filtervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung, die Überdruckabsicherungseinheit, die Niederdruckmessvorrichtung und die Filtervorrichtung eine bauliche Einheit ausbilden, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wobei das gemeinsame Gehäuse ein- oder mehrteilig ausgebildet ist und die Gashandhabungseinheit in einen Hochdruckteil (HT) und einen Niederdruckteil (NT) unterteilt ist.
Gashandhabungseinheit (GHU) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gashandhabungseinheit (GHU) des Weiteren eine Hochdruckmessvorrichtung und/oder mindestens eine Filtervorrichtung umfasst.
Gashandhabungseinheit (GHU) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung ein Wandlungselement umfasst, das derart ausgestaltet ist, dass ein Eingangsdruck mittels des Wandlungselementes auf einen Ausgangsdruck gewandelt bzw. geregelt wird
Gashandhabungseinheit (GHU), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung als Wandlungselement einen Kolben (5, 1105, 1205, 1305, 1405, 1505, 1605) umfasst sowie ein Federelement (40, 1140, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640) umfasst, wobei Kolben und Federelement derart ausgestaltet sind, dass ein Eingangsdruck mittels Kolben (5, 1105, 1205, 1305, 1405, 1505, 1605) über das Federelement (40, 1140, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640) und das Schieberbauteil (10, 1110, 1210, 1310, 1410, 1510, 1610) auf einen Ausgangsdruck geregelt wird.
Gashandhabungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberbauteil (1110) und der Kolben (1140) ein einziges Schieberkolbenbauteil (1197) ausbilden.
Gashandhabungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (1140) gegenüber dem Schieberkolbenbauteil (1197) schwimmend, insbesondere pendelnd, gelagert ist.
Gashandhabungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5, 1205, 1305, 1405, 1505, 1605) und das Schieberbauteil (10, 1210, 1310, 1410, 1510, 1610) getrennte Bauteile sind.
Gashandhabungseinheit gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) gegenüber dem Schieberbauteil (10) schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (40) eine Vorspannung aufweist und die Feder (40, 1140, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640) auf das Wandlungselement zur Einstellung des Ausgangsdruckes wirkt.
Gashandhabungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlungselement eine Membran oder einen Balg 1779) umfasst und die Membran oder der Balg (1779) derart ausgestaltet sind, dass ein Eingangsdruck mittels der Membran oder dem Balg (1779) über die Federn (1740) auf den Ausgangsdruck gewandelt bzw. geregelt wird.
Gashandhabungseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg ein Metall, insbesondere einen Stahl, bevorzugt Edelstahl, umfasst.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein Filterbauteil (310), insbesondere ein Filtersieb mit einer Maschenweite im Bereich 2 μm bis 100 μm, insbesondere 2 μm bis 40 μm oder einen drahtgewickelten Filter oder ein Sinterbauteil umfasst, das bevorzugt in Strömungsrichtung vor der Dichtung (200) der Druckregelvorrichtung angeordnet ist.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein Filterbauteil in Form eines drahtgewickelten Filters oder eines Sinterfilters umfasst.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckmessvorrichtung ein Hochdrucksensor in einer Gehäusebohrung (800) umfasst, wobei die Gehäusebohrung (800) fluidleitend bevorzugt innerhalb des Gehäuses mit dem Hochdruckteil der Druckregelvorrichtung verbunden ist.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckmessvorrichtung einen Niederdrucksensor in einer Gehäusebohrung (910, 11910, 12910, 13910, 14910, 15910, 16910) umfasst, wobei die Gehäusebohrung fluidleitend, bevorzugt innerhalb des Gehäuses mit dem Niederdruckteil (NT) der Druckregelvorrichtung verbunden ist.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckabsicherungseinheit ein Überdruckventil (300, 11300, 12300, 14300, 15300, 16300) umfasst, das in das Gehäuse der Gashandhabungseinheit integriert ist, wobei das Überdruckventil bei einem Auslösedruck auslöst, der bevorzugt das 1,5 bis 2-fache eines Nennausgangsdruckes auslöst.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gashandhabungseinheit des Weiteren eine in das Gehäuse integrierte Entleervorrichtung, insbesondere in Form einer Entleerfunktion (400, 11400, 12400, 13400, 14400, 15400, 16400) umfasst, wobei die Entleervorrichtung an den Niederdruckteil angeschlossen ist.
Gashandhabungseinheit nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil und die Entleervorrichtung in einem Bauteil kombiniert sind.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gashandhabungseinheit ein Niederdruckabsperrventil (1481, 1581) im Niederdruckteil (NT) umfasst.
Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruck-Absperrventil (1481, 1581) in das Gehäuse der Gasbehandlungseinheit (GHU) integriert ist.
Gasbehandlungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsseite (1330) der Gasbehandlungseinheit in Strömungsrichtung von dem Wandlungselement (1305) angeordnet ist.
Gasbehandlungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungseinheit als einteilige Gehäuseausführung mit einem Deckel ausgestaltet ist.
Fahrzeug mit einer Gashandhabungseinheit, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil der Gashandhabungseinheit an das Tanksystem des Fahrzeuges angeschlossen ist und der Niederdruckteil an einen Verbraucher, insbesondere einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges oder eine Brennstoffzelle.
Druckregelventil (1) für kontinuierliche Regelung eines Eingangsdruckes eines fluiden Mediums, insbesondere eines Gases, bevorzugt Wasserstoffgas von mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, bevorzugt im Bereich 700 bar bis 875 bar, auf einen Ausgangsdruck von weniger 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar, bevorzugt im Bereich 15 bar bis 9 bar, mit einem Schieberbauteil (10, 1110, 1210, 1310, 1410, 1510, 1610), einem Kolben (5, 1105, 1205, 1305, 1405, 1505, 1605) sowie einer Feder (40, 1140, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640), wobei die Druckregeleinheit (1) derart ausgestaltet ist, dass der Eingangsdruck mittels des Kolbens (5, 1105, 1205, 1305, 1405, 1505, 1605) über die Feder (40, 1140, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640) und das Schieberbauteil (10, 1110, 1210, 1310, 1410, 1510, 1610) auf den Ausgangsdruck geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder der Kolben (5, 1205, 1305, 1405, 1505, 1605) gegenüber dem Schieberbauteil (10, 1210, 1310, 1410, 1510, 1610) schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist – oder das Schieberbauteil (1110) und der Kolben (1105) ein Schieberkolbenbauteil (1197) ausbilden, wobei die Feder (1140) gegenüber dem Kolben (1105) schwimmend, insbesondere pendelnd, gelagert ist.
Druckregelventil (1) für kontinuierliche Regelung eines Eingangsdruckes eines fluiden Mediums, insbesondere eines Gases, bevorzugt Wasserstoffgas von mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, bevorzugt im Bereich 700 bar bis 875 bar, auf einen Ausgangsdruck von weniger 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar, bevorzugt im Bereich 15 bar bis 9 bar, mit einer Membran oder einem Balg (1779) sowie einer Feder (40), dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil derart ausgestaltet ist, dass ein Eingangsdruck mittels der Membran oder dem Balg (1779) über die Feder auf den Ausgangsdruck geregelt wird.
Druckregeleinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberbauteil (10) Arretiereinrichtungen bzw. Verdrehsicherungen mit wenigstens einer, bevorzugt mehreren Arretieröffnungen (80), für den Eingriff, insbesondere eines Bolzens (90) oder einer Gewindeschraube des schwimmend, gelagerten Kolbens (5) umfasst oder eine Kontermutter.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 24 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberbauteil (10) entweder eine Bohrung (60, 1160, 1260, 1460, 1560, 1660) zum Hindurchleiten des fluiden Mediums von einer Eingangsseite (20, 1120, 1220, 1320, 1420, 1520, 1620) mit dem Eingangsdruck zu einer Ausgangsseite (30, 1130, 1230, 1430, 1530, 1630) mit dem Ausgangsdruck und/oder einen Spitzenabschnitt umfasst, wobei die Bohrung (60, 1160, 1260, 1460, 1560, 1660) und/oder der Spitzenabschnitt (12) bevorzugt strömungsoptimiert ausgestaltet ist oder das Schieberbauteil keine Bohrung oder eine Bohrung (1360) mit geringem Durchmesser lediglich zum Herstellen einer druckleitenden Verbindung zu einer Kolbenaußenseite (1350) des Kolbens (1305) umfasst.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (1) eine Hauptdichtung (200), insbesondere in Form eines Dichtrings, umfasst, der bevorzugt mit dem Spitzenabschnitt (12) des Schieberbauteils (10) und der Gehäusewand zur Anlage kommt.
Druckregelventil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdichtung (200), insbesondere der Dichtring, aus einem wasserstoffbeständigen Material, insbesondere Polyamidimid, Polyimid, PU, PEEK, besteht.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil an der Eingangsseite (20) ein Filterbauteil (310), insbesondere ein Filtersieb mit einer Maschenweite im Bereich 2 μm bis 100 μm, insbesondere 2 μm bis 40 μm oder einen drahtgewickelten Filter oder einen Sinterfilter umfasst.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil eine Führungsbuchse (100), bevorzugt aus einem Hochleistungspolymer, bevorzugt PEEK, zum Führen des Schieberbauteils (10) umfasst.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder in einem drucklosen Raum (54) angeordnet ist.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) Dichtungen (7, 9), bevorzugt aus wasserstoffverträglichen Elastomeren, umfasst, die bevorzugt zwischen Kolben und Schieberbauteil und/oder Kolben und Gehäusewand angeordnet sind.
Fahrzeug mit einem Druckregelventil gemäß einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil (HT) des Druckregelventils mit einem Tanksystem, insbesondere einem Tankbehälter, fluidleitend verbunden ist und der Niederdruckteil mit einem Verbraucher, insbesondere einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle.