EP4616113A1 - Ventilbaugruppe für einen brenngastank, brenngastank mit ventilbaugruppe - Google Patents

Ventilbaugruppe für einen brenngastank, brenngastank mit ventilbaugruppe

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EP4616113A1
EP4616113A1 EP23786566.2A EP23786566A EP4616113A1 EP 4616113 A1 EP4616113 A1 EP 4616113A1 EP 23786566 A EP23786566 A EP 23786566A EP 4616113 A1 EP4616113 A1 EP 4616113A1
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EP
European Patent Office
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valve
path
fuel gas
gas tank
valve assembly
Prior art date
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Pending
Application number
EP23786566.2A
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Inventor
Holger Rapp
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells

Definitions

  • Valve assembly for a fuel gas tank for a fuel gas tank, fuel gas tank with valve assembly
  • the invention relates to a valve assembly for a fuel gas tank.
  • the invention also relates to a fuel gas tank with a valve assembly according to the invention.
  • the fuel gas can in particular be hydrogen or natural gas, which is stored under pressure in a fuel gas tank.
  • the preferred field of application of the invention is fuel cell and/or gas vehicles that are powered by a fuel gas.
  • the fuel gas tank is usually designed as a high-pressure tank, in particular as a high-pressure gas bottle.
  • a high-pressure tank always requires a shut-off valve to seal the tank tightly when the vehicle is not in use.
  • the shut-off valve is usually designed as a valve that is closed when there is no current.
  • the shut-off valve is usually integrated into a valve assembly that allows both the extraction of fuel gas from the fuel gas tank and the filling of the fuel gas tank with fuel gas.
  • the valve assembly has a base body in which a extraction path and a filling path are formed.
  • a controllable shut-off valve is integrated into the extraction path and a check valve is integrated into the filling path.
  • the check valve prevents fuel gas from escaping from the fuel gas tank via the filling path.
  • a further check valve can be arranged in the extraction path so that the flow direction in the two paths is determined via the check valves.
  • DE 10 2016 008 443 A1 provides an example of a tank valve for mounting on a compressed gas container, which has a base body with a gas connection, via which the compressed gas container can be filled on the one hand and gas can be removed from the compressed gas container on the other.
  • the gas connection is divided into a refueling line and a withdrawal line, with a withdrawal valve arranged in the withdrawal line.
  • a check valve connected in series with the withdrawal valve blocks the flow against the intended flow direction when gas is withdrawn. The check valve thus prevents gas from flowing into the compressed gas container via the withdrawal line during refueling.
  • Another check valve is integrated in the refueling line, which opens in the refueling direction and closes in the withdrawal direction.
  • the present invention is concerned with the task of specifying a valve assembly with an integrated shut-off valve for removing fuel gas from a fuel gas tank, in which an unintentional opening of the shut-off valve is reliably prevented. Furthermore, with the help of the shut-off valve, the valve assembly should be able to be used for refueling the fuel gas tank.
  • valve assembly with the features of claim 1 is proposed.
  • Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims.
  • a fuel gas tank with a valve assembly according to the invention is specified.
  • the valve assembly proposed for a fuel gas tank comprises a base body in which a withdrawal path with an integrated shut-off valve for withdrawing fuel gas from the fuel gas tank and a refueling path with an integrated check valve for refueling the fuel gas tank with fuel gas are formed.
  • the withdrawal path and the refueling path are combined within the base body in a path that opens into a common gas connection.
  • a pressure equalization path branches off from this path or from an end face of the common gas connection, which is located upstream of the shut-off valve in the withdrawal direction. tils into the extraction path.
  • a check valve is integrated into the pressure equalization path, which blocks in the extraction direction.
  • the pressure equalization path with integrated check valve ensures that - regardless of the pressure in the fuel gas tank and regardless of the pressure in the area of the gas connection - the higher pressure of the two is always present on the inflow side of the shut-off valve.
  • the pressure that prevails in the area of the gas connection is always present.
  • the pressure on the inflow side is therefore always greater than or equal to the pressure on the outflow side. This means that there is never a differential pressure at the shut-off valve that would cause the shut-off valve to open unintentionally. This ensures that flow only passes through the shut-off valve in the direction of extraction and not in the opposite direction.
  • it is therefore ensured that no fuel gas contaminated with water gets into the shut-off valve, freezes at low outside temperatures and blocks the shut-off valve.
  • Another advantage is that a small gas flow only flows briefly through the pressure equalization path to achieve the desired pressure equalization. This means that the pressure equalization path and the check valve integrated in it can be designed for low flow rates. The additional path and the additional check valve therefore require little installation space.
  • a check valve is integrated into the extraction path in the extraction direction upstream of the incoming pressure equalization path, which opens in the extraction direction and closes in the opposite direction.
  • the inflow side of the shut-off valve is thus protected by two check valves.
  • the check valve integrated into the pressure equalization path prevents - analogous to the check valve in the refueling path - fuel gas from flowing out of the fuel gas tank.
  • the check valve integrated into the extraction path prevents fuel gas from flowing back from the inflow side of the shut-off valve into the fuel gas tank and thus ensures that no permanent gas flow can occur via the pressure equalization path.
  • the base body has a connecting section for connection to the fuel gas tank.
  • the connecting The connection section can have an external thread for screwing the valve assembly into the fuel gas tank, in particular into a bottle neck of the fuel gas tank. This simplifies the installation of the valve assembly on the fuel gas tank.
  • the extraction path and the refueling path are connected to a storage volume of the fuel gas tank via a common path.
  • the extraction path and the refueling path are each combined into one path not only in the area of the gas connection, but also on the side of the fuel gas tank.
  • only one path leads into the fuel gas tank.
  • the connecting section for connecting the valve assembly to the fuel gas tank can be made smaller, which is particularly advantageous if the valve assembly is to be inserted into a bottle neck of the fuel gas tank.
  • the extraction path and the refueling path can also be designed as separate paths in the connecting section of the valve assembly. In this way, a hole intersection can be saved. In this case, the extraction path and the refueling path flow into the fuel gas tank as separate paths.
  • the component can have two valve closing elements between which a spring is arranged, by which each valve closing element is pre-tensioned in the direction of a valve seat.
  • the component can be connected to the inflow side of the shut-off valve using the valve closing elements.
  • the two valve closing elements can be designed as balls that interact with conical valve seats. The balls do not require radial guidance as they align themselves in relation to the conical valve seats. When the valve is opened, the balls thus release a sufficient flow cross-section to connect the inflow side of the shut-off valve to the fuel gas tank via the extraction path or to the gas connection via the pressure equalization path.
  • the component can have a one-piece valve closing element that can be moved back and forth between two valve seats, with a circumferential groove and at least one longitudinal groove.
  • the component can be connected to the inflow side of the shut-off valve via the circumferential groove.
  • the at least one longitudinal groove connects the circumferential groove with the gas volumes at the valve seats.
  • the valve element is moved purely pneumatically into either one or the other end position, so that one valve seat is open and the other closed. Both valve seats are never open or closed at the same time.
  • the opening and closing of the check valves can therefore be achieved purely pneumatically. This means that a spring is not required.
  • the shut-off valve is preferably electrically controlled and/or designed as a normally closed valve.
  • the shut-off valve can be designed to be particularly compact and robust.
  • the shut-off valve can be actively opened to remove fuel gas from the fuel gas tank. In the design as a normally closed valve, it meets the safety requirements for a fuel gas tank.
  • the fuel gas tank also proposed is characterized in that it has a valve assembly according to the invention.
  • the valve assembly is preferably inserted into the fuel gas tank in sections so that the common gas connection is accessible from the outside. Since the extraction path and the refueling path are brought together and lead as one path into the common gas connection of the valve assembly, only one gas line needs to be connected for extracting fuel gas and for refueling the fuel gas tank with fuel gas.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a further valve assembly according to the invention inserted into a fuel gas tank with arrows to show the gas flow directions when removing fuel gas from the fuel gas tank, when filling the fuel gas tank with fuel gas and when equalizing the pressure,
  • Fig. 3 a longitudinal section through two check valves opening in opposite directions, which are combined to form a component with two valve closing elements, two valve seats and a spring,
  • Fig. 4 a longitudinal section through two check valves opening in opposite directions, which are combined to form a component with a one-piece valve closing element
  • Fig. 5 a cross section through the component of Figure 4 and Fig. 6 shows a further longitudinal section through the component of Figure 4, but in a different switching position.
  • the valve assembly 1 according to the invention shown in Figure 1 serves to remove fuel gas from a fuel gas tank 2 and to fill the fuel gas tank 2 with fuel gas, in particular with hydrogen or with natural gas.
  • the valve assembly 1 shown has a base body 3 with a connecting section 13, via which the valve assembly 1 is connected to the fuel gas tank 2. At the other end, the base body 3 forms a gas connection 8 for the connection of an external gas line (not shown).
  • the base body 3 has a withdrawal path 4 for withdrawing fuel gas from the fuel gas tank 2 and a refueling path 5 for refueling the fuel gas tank 2.
  • a shut-off valve 6 is integrated into the withdrawal path 4, which can be controlled electrically and is designed as a normally closed valve.
  • a check valve 11 is arranged, which opens in the withdrawal direction and closes in the opposite direction.
  • a further check valve 7 is integrated into the refueling path 5, which opens in the refueling direction (arrow 24) and closes in the opposite direction.
  • the withdrawal path 4 and the refueling path 5 are combined to form a path 9, which opens into the gas connection 8.
  • a pressure relief path 10 branches off from this path 9, which flows into the extraction path 4 upstream of the shut-off valve 6 in the extraction direction, downstream of the check valve 11 integrated in the extraction path 4.
  • the pressure equalization path 10 thus connects the outflow side with the inflow side of the shut-off valve 6.
  • a further check valve 12 is integrated into the pressure equalization path 10, which blocks in the extraction direction. In the opposite direction (arrow 25), however, the check valve 12 allows pressure equalization between the outflow side and the inflow side of the shut-off valve 6.
  • the extraction path 4 and the refueling path 5 are merged into a path 14, so that only this one path 14 leads into the fuel gas tank 2.
  • the connecting section 13 can be dimensioned very small.
  • the extraction path 4 and the refueling path 5 can also be connected as separate paths to the storage volume of the fuel gas tank 2. This embodiment is shown as an example in Figure 2. Otherwise, the embodiment of Figure 2 corresponds to that of Figure 1.
  • the pressure equalization path 10 can also not open into the path 9 within the base body 3, but instead be led directly to the front face of the base body 3 or the gas connection 8, so that it opens directly into a connected external gas line.
  • This embodiment is not shown separately again in the figures, since it can be derived from Figures 1 and 2.
  • check valves 11, 12, which open in opposite directions and are shown in Figures 1 and 2 can be combined to form a component 15 in order to save installation space. Possible embodiments of such a component 15 are shown as examples in Figures 3 to 6.
  • FIG. 3 A first preferred embodiment of a component 15 is shown in Figure 3.
  • the component 15 has two valve closing elements 18.1, 18.2, each valve closing element 18.1, 18.2 being prestressed in the direction of a valve seat 16, 17 via a common spring 19 arranged between the two valve closing elements 18.1, 18.2.
  • Each valve closing element 18.1, 18.2 is thus assigned a valve seat 16, 17.
  • the spring 19 is accommodated in a valve chamber 22 which surrounds the component. element 15 with the inflow side of the shut-off valve 6.
  • the check valve 11 opens with the valve closing element 18.1 against the spring force of the spring 19, while the valve closing element 18.2 is pressed against its valve seat 17 and thus closes the check valve 12.
  • the check valve 12 opens with the valve closing element 18.2 against the spring force of the spring 19, while the valve closing element 18.1 is pressed against its valve seat 16 and thus closes the check valve 11.
  • valve closing element 18 is designed in one piece and is controlled solely by pressure, i.e. pneumatically, so that a spring 19 is unnecessary.
  • the valve closing element 18 has a circumferential groove 20, via which the valve chamber 22 is connected to the inflow side of the shut-off valve 6.
  • Figure 4 shows the valve closing element 18 in a switching position which it assumes when P2 > pi. Pressure equalization can then be achieved via the open check valve 12, which prevents the shut-off valve 6 from opening accidentally. The check valve 11 is closed in this switching position.
  • Figure 6 shows the valve closing element 18 in a switching position which it assumes when P2 ⁇ pi and the shut-off valve 6 is actively opened. Fuel gas can then be taken from the fuel gas tank 2 via the opened check valve 11 and the opened shut-off valve 6 is led to the gas connection 8. The check valve 12 is closed in this switching position.
  • a valve assembly according to the invention can have additional valves and/or components in addition to the valves shown.
  • a manual shut-off and/or blow-off valve, a thermal and/or pressure-controlled safety valve and a temperature and/or pressure sensor can be integrated into the valve assembly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe (1) für einen Brenngastank (2), umfassend einen Grundkörper (3), in dem ein Entnahmepfad (4) mit integriertem Absperrventil (6) zur Entnahme von Brenngas aus dem Brenngastank (2) sowie ein Betankungspfad (5) mit integriertem Rückschlagventil (7) zum Betanken des Brenngastanks (2) mit Brenngas ausgebildet sind, wobei der Entnahmepfad (4) und der Betankungspfad (5) innerhalb des Grundkörpers (3) in einem Pfad (9) zusammengeführt sind, der in einen gemeinsamen Gasanschluss (8) mündet. Erfindungsgemäß zweigt von diesem Pfad (9) ein Druckausgleichspfad (10) ab, der in Entnahmerichtung stromaufwärts des Absperrventils (6) in den Entnahmepfad (4) mündet, wobei in den Druckausgleichspfad (10) ein Rückschlagventil (12) integriert ist, das in Entnahmerichtung sperrt. Die Erfindung betrifft ferner einen Brenngastank (2) mit einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe (1).

Description

Beschreibung
Ventilbaugruppe für einen Brenngastank, Brenngastank mit Ventilbaugruppe
Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe für einen Brenngastank. Ferner betrifft die Erfindung einen Brenngastank mit einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe. Bei dem Brenngas kann es sich insbesondere um Wasserstoff oder Erdgas handeln, das in einem Brenngastank unter Druck gespeichert wird.
Bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind Brennstoffzellen- und/oder Gasfahrzeuge, die mit Hilfe eines Brenngases angetrieben werden.
Stand der Technik
Bekannt sind mobile Brenngastanksysteme mit mindestens einem Brenngastank zur Speicherung von Brenngas, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas. Der Brenngastank ist dabei in der Regel als Hochdrucktank ausgelegt, insbesondere als Hochdruck- Gasflasche. Ein Hochdrucktank benötigt immer ein Absperrventil, um den Tank dicht abzusperren, wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist. Aus Gründen der Sicherheit ist das Absperrventil in der Regel als stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt.
Das Absperrventil ist üblicherweise in eine Ventilbaugruppe integriert, die sowohl die Entnahme von Brenngas aus dem Brenngastank als auch das Betanken des Brenngastanks mit Brenngas ermöglicht. Die Ventilbaugruppe weist hierzu einen Grundkörper auf, in dem ein Entnahmepfad und ein Betankungspfad ausgebildet sind. In den Entnahmepfad ist ein ansteuerbares Absperrventil und in den Betankungspfad ist ein Rückschlagventil integriert. Das Rückschlagventil verhindert ein Entweichen von Brenngas aus dem Brenngastank über den Betankungspfad. Im Entnahmepfad kann ein weiteres Rückschlagventil angeordnet sein, so dass über die Rückschlagventile die Strömungsrichtung in den beiden Pfaden festgelegt ist. Aus der DE 10 2016 008 443 Al geht beispielhaft ein Tankventil zur Montage an einem Druckgasbehälter hervor, das einen Grundkörper mit einem Gasanschluss aufweist, über den einerseits der Druckgasbehälter betankt, andererseits Gas aus dem Druckgasbehälter entnommen werden kann. Innerhalb des Grundkörpers teilt sich der Gasanschluss in eine Betankungsleitung und eine Entnahmeleitung auf, wobei in der Entnahmeleitung ein Entnahmeventil angeordnet ist. Ein in Reihe mit dem Entnahmeventil geschaltetes Rückschlagventil sperrt bei der Entnahme von Gas den Durchfluss entgegen der vorgesehenen Strömungsrichtung. Das Rückschlagventil verhindert somit, dass beim Betanken Gas über die Entnahmeleitung in den Druckgasbehälter strömt. In der Betankungsleitung ist ein weiteres Rückschlagventil integriert, das in Betankungsrichtung öffnet und in Entnahmerichtung sperrt.
Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, eine Ventilbaugruppe mit integriertem Absperrventil zur Entnahme von Brenngas aus einem Brenngastank anzugeben, bei dem ein ungewolltes Öffnen des Absperrventils sicher verhindert wird. Ferner soll mit Hilfe des Absperrventils der Ventilbaugruppe zum Betanken des Brenngastanks genutzt werden können.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Ventilbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Des Weiteren wird ein Brenngastank mit einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die für einen Brenngastank vorgeschlagene Ventilbaugruppe umfasst einen Grundkörper, in dem ein Entnahmepfad mit integriertem Absperrventil zur Entnahme von Brenngas aus dem Brenngastank sowie ein Betankungspfad mit integriertem Rückschlagventil zum Betanken des Brenngastanks mit Brenngas ausgebildet sind. Der Entnahmepfad und der Betankungspfad sind innerhalb des Grundkörpers in einem Pfad zusammengeführt, der in einen gemeinsamen Gasanschluss mündet. Erfindungsgemäß zweigt von diesem Pfad oder von einer Stirnfläche des gemeinsamen Gasanschlusses ein Druckausgleichspfad ab, der in Entnahmerichtung stromaufwärts des Absperrven- tils in den Entnahmepfad mündet. In den Druckausgleichspfad ist dabei ein Rückschlagventil integriert, das in Entnahmerichtung sperrt.
Über den Druckausgleichspfad mit integriertem Rückschlagventil ist sichergestellt, dass - unabhängig vom Druck im Brenngastank sowie unabhängig vom Druck im Bereich des Gasanschlusses - auf der Zuströmseite des Absperrventils stets der höhere Druck von beiden anliegt. Auf der Abströmseite des Absperrventils liegt dagegen immer der Druck an, der im Bereich des Gasanschlusses vorherrscht. Der Druck auf der Zuströmseite ist demzufolge stets größer oder gleich groß dem Druck auf der Abströmseite. Das heißt, dass am Absperrventil niemals ein Differenzdruck anliegt, der ein ungewolltes Öffnen des Absperrventils bewirken würde. Dadurch ist sichergestellt, dass das Absperrventil nur in Entnahmerichtung und nicht in umgekehrter Richtung durchströmt wird. Beim Betanken des Brenngastanks mit Brenngas ist demnach sichergestellt, dass kein mit Wasser kontaminiertes Brenngas in das Absperrventil gelang, bei tiefen Außentemperaturen gefriert und das Absperrventil blockiert.
Vorteilhaft ist ferner, dass über den Druckausgleichspfad lediglich kurzzeitig, ein zudem geringer Gasstrom fließt, um den gewünschten Druckausgleich herzustellen. Dadurch können der Druckausgleichspfad sowie das darin integrierte Rückschlagventil für geringe Durchflüsse ausgelegt werden. Der zusätzliche Pfad und das zusätzliche Rückschlagventil benötigen dementsprechend wenig Bauraum.
Bevorzugt ist in Entnahmerichtung stromaufwärts des einmündenden Druckausgleichpfads ein Rückschlagventil in den Entnahmepfad integriert, das in Entnahmerichtung öffnet und in der Gegenrichtung sperrt. Die Zuströmseite des Absperrventils ist somit durch zwei Rückschlagventile abgesichert. Das in den Druckausgleichspfad integrierte Rückschlagventil verhindert - analog zum Rückschlagventil im Betankungspfad - ein Ausströmen von Brenngas aus dem Brenngastank. Das in den Entnahmepfad integrierte Rückschlagventil verhindert ein Rückströmen von Brenngas von der Zuströmseite des Absperrventils in den Brenngastank und stellt dadurch sicher, dass über den Druckausgleichspfad kein dauerhafter Gasstrom erfolgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Grundkörper einen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit dem Brenngastank auf. Der Verbin- dungsabschnitt kann ein Außengewinde zum Einschrauben der Ventilbaugruppe in den Brenngastank, insbesondere in einen Flaschenhals des Brenngastanks aufweisen. Dadurch vereinfacht sich die Montage der Ventilbaugruppe am Brenngastank.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Entnahmepfad und der Betankungspfad über einen gemeinsamen Pfad mit einem Speichervolumen des Brenngastanks verbunden sind. Der Entnahmepfad und der Betankungspfad sind in diesem Fall nicht nur im Bereich des Gasanschlusses, sondern auch auf der Seite des Brenngastanks jeweils in einen Pfad zusammengeführt. Somit mündet nur ein Pfad in den Brenngastank. In der Folge kann der Verbindungsabschnitt zum Verbinden der Ventilbaugruppe mit dem Brenngastank kleiner dimensioniert werden, was sich insbesondere als Vorteil darstellt, wenn die Ventilbaugruppe in einen Flaschenhals des Brenngastanks eingesetzt werden soll.
Sofern ausreichend Platz zur Verfügung steht, können der Entnahmepfad und der Betankungspfad auch als separate Pfade im Verbindungsabschnitt der Ventilbaugruppe ausgeführt sein. Auf diese Weise kann ein Bohrungsverschneidung eingespart werden. In diesem Fall münden der Entnahmepfad und der Betankungspfad als separate Pfade in den Brenngastank.
Sofern ausreichend Platz zur Verfügung steht, können des Weiteren der Entnahmepfad und der Betankungspfad im gemeinsamen Gasanschluss als separate Pfade ausgeführt sein. Auf diese Weise kann eine weitere Bohrungsverschneidung eingespart werden. In diesem Fall können der Entnahmepfad und der Betankungspfad auch als separate Pfade in eine externe Gasanschlussleitung münden.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das in den Entnahmepfad integrierte Rückschlagventil und das in den Druckausgleichspfad integrierte Rückschlagventil zu einem Bauelement zusammengefasst sind. Durch diese Maßnahme kann die Ventilbaugruppe vereinfacht und zugleich kompakter gestaltet werden.
Das Bauelement kann hierzu zwei Ventilschließelemente aufweisen, zwischen denen eine Feder angeordnet ist, durch die jedes Ventilschließelement in Richtung eines Ventilsitzes vorgespannt ist. Über den die Feder aufnehmenden Raum zwischen den bei- den Ventilschließelementen kann das Bauelement an die Zuströmseite des Absperrventils angebunden werden. Die beiden Ventilschließelemente können als Kugeln ausgeführt sein, die mit kegelförmigen Ventilsitzen Zusammenwirken. Die Kugeln erfordern keine radiale Führung, da sie sich selbst in Bezug auf die kegelförmigen Ventilsitze ausrichten. Somit geben die Kugel beim Öffnen des Ventils einen ausreichenden Strömungsquerschnitt frei, um die Zuströmseite des Absperrventils über den Entnahmepfad mit dem Brenngastank oder über den Druckausgleichspfad mit dem Gasanschluss zu verbinden.
Alternativ kann das Bauelement ein einteilig ausgeführtes, zwischen zwei Ventilsitzen hin und her bewegliches Ventilschließelement mit einer Umfangsnut und mindestens einer Längsnut aufweisen. Über die Umfangsnut kann das Bauelement an die Zuströmseite des Absperrventils angebundenen werden. Die mindestens eine Längsnut verbindet die Umfangsnut mit den Gasvolumina an den Ventilsitzen. Je nach Druckverhältnissen außerhalb der beiden Ventilsitze wird das Ventilelement rein pneumatisch entweder in die eine oder die andere Endlage gebracht, so dass jeweils ein Ventilsitz offen und der andere geschlossen ist. Niemals sind beide Ventilsitze gleichzeitig offen oder geschlossen. Das Öffnen und Schließen der Rückschlagventile kann somit rein pneumatisch bewirkt werden. Das heißt, dass eine Feder entbehrlich ist.
Das Absperrventil ist vorzugsweise elektrisch ansteuerbar und/oder als stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt. Als elektrisch ansteuerbares Ventil kann das Absperrventil besonders kompakt und robust ausgeführt werden. Zudem kann das Absperrventil aktiv geöffnet werden, um Brenngas aus dem Brenngastank zu entnehmen. In der Ausführung als stromlos geschlossenes Ventil erfüllt es die an einen Brenngastank gestellten Sicherheitsanforderungen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der gemeinsame Gasanschluss als Anschlussstutzen, vorzugsweise als Anschlussstutzen mit einem Außengewinde, ausgeführt ist. Der Anschlussstutzen erleichtert den Anschluss einer externen Gasleitung, über die Brenngas aus dem Brenngastank entnommen sowie Brenngas dem Brenngastank beim Betanken zugeführt werden kann. Sofern der Anschlussstutzen ein Außengewinde aufweist, kann die externe Gasleitung auf den Anschlussstutzen aufge- schraubt werden, so dass über die Schraubverbindung eine hochdruckfeste Verbindung zwischen der Gasleitung und der Ventilbaugruppe hergestellt ist.
Der darüber hinaus vorgeschlagene Brenngastank zeichnet sich dadurch aus, dass er eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe aufweist. Vorzugsweise ist die Ventilbaugruppe abschnittsweise in den Brenngastank eingesetzt ist, so dass der gemeinsame Gasanschluss von außen zugänglich ist. Da der Entnahmepfad und der Betankungspfad zusammengeführt werden und als ein Pfad in den gemeinsamen Gasanschluss der Ventilbaugruppe münden, muss nur eine Gasleitung zur Entnahme von Brenngas sowie zum Betanken des Brenngastanks mit Brenngas angeschlossen werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer in einen Brenngastank eingesetzten erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe mit Pfeilen zur Darstellung der Gasströmungsrichtungen bei der Entnahme von Brenngas aus dem Brenngastank, beim Betanken des Brenngastanks mit Brenngas sowie beim Druckausgleich,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer in einen Brenngastank eingesetzten weiteren erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe mit Pfeilen zur Darstellung der Gasströmungsrichtungen bei der Entnahme von Brenngas aus dem Brenngastank, beim Betanken des Brenngastanks mit Brenngas sowie beim Druckausgleich,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch zwei gegengleich öffnende Rückschlagventile, die zu einem Bauelement mit zwei Ventilschließelementen, zwei Ventilsitzen und einer Feder zusammengefasst sind,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch zwei gegengleich öffnende Rückschlagventile, die zu einem Bauelement mit einem einteiligen Ventilschließelement zusammengefasst sind,
Fig. 5 einen Querschnitt durch das Bauelement der Figur 4 und Fig. 6 einen weiteren Längsschnitt durch das Bauelement der Figur 4, jedoch in einer anderen Schaltstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in der Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Ventilbaugruppe 1 dient der Entnahme von Brenngas aus einem Brenngastank 2 sowie dem Betanken des Brenngastanks 2 mit Brenngas, insbesondere mit Wasserstoff oder mit Erdgas.
Die dargestellte Ventilbaugruppe 1 weist einen Grundkörper 3 mit einem Verbindungsabschnitt 13 auf, über den die Ventilbaugruppe 1 mit dem Brenngastank 2 verbunden ist. Andernends bildet der Grundkörper 3 einen Gasanschluss 8 für den Anschluss einer externen Gasleitung (nicht dargestellt) aus.
Im Grundkörper 3 sind ein Entnahmepfad 4 zur Entnahme von Brenngas aus dem Brenngastank 2 sowie ein Betankungspfad 5 zum Betanken des Brenngastanks 2 ausgebildet. In den Entnahmepfad 4 ist ein Absperrventil 6 integriert, das elektrisch ansteuerbar und als stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt ist. In Entnahmerichtung (Pfeil 23) stromaufwärts des Absperrventils 6, das heißt auf der Zuströmseite des Absperrventils 6, ist ein Rückschlagventil 11 angeordnet, das in Entnahmerichtung öffnet und in der Gegenrichtung sperrt. In den Betankungspfad 5 ist ein weiteres Rückschlagventil 7 integriert, das in Betankungsrichtung (Pfeil 24) öffnet und in Gegenrichtung sperrt. Auf der Abströmseite des Absperrventils 6 sind der Entnahmepfad 4 und der Betankungspfad 5 zu einem Pfad 9 zusammengeführt, der in den Gasanschluss 8 mündet. Von diesem Pfad 9 zweigt ein Druckentlastungspfad 10 ab, der in Entnahmerichtung stromaufwärts des Absperrventils 6 in den Entnahmepfad 4 mündet, und zwar stromabwärts des in den Entnahmepfad 4 integrierten Rückschlagventils 11. Der Druckausgleichspfad 10 verbindet somit die Abströmseite mit der Zuströmseite des Absperrventils 6. Um zu verhindern, dass über den Druckausgleichspfad 10 Brenngas aus dem Brenngastank 2 abströmt, ist in den Druckausgleichspfad 10 ein weiteres Rückschlagventil 12 integriert, das in Entnahmerichtung sperrt. In Gegenrichtung (Pfeil 25) erlaubt das Rückschlagventil 12 dagegen einen Druckausgleich zwischen der Abströmseite und der Zuströmseite des Absperrventils 6. Dadurch ist sichergestellt, dass der Druck pin auf der Zuströmseite des Absperrventils 6 niemals unter den Druck P2 auf der Abströmseite fällt. Die am Absperrventil 6 anliegenden Druckverhältnisse stellen somit sicher, dass das Absperrventil 6 nicht ungewollt öffnen kann. Insbesondere beim Betanken des Brenngastanks 2 mit Brenngas kann der Druck P2 auf der Abströmseite nicht über den Druck pin auf der Zuströmseite des Absperrventils 6 steigen.
Im Bereich des Verbindungsabschnitts 13 sind der Entnahmepfad 4 und der Betankungspfad 5 in einen Pfad 14 zusammengeführt, so dass nur dieser eine Pfad 14 in den Brenngastank 2 mündet. Der Verbindungsabschnitt 13 kann in diesem Fall sehr klein dimensioniert werden.
Zur Vermeidung einer weiteren Bohrungsverschneidung können der Entnahmepfad 4 und der Betankungspfad 5 auch als separate Pfade mit dem Speichervolumen des Brenngastanks 2 verbunden werden. Diese Ausführungsform ist beispielhaft in der Figur 2 dargestellt. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform der Figur 2 der der Figur 1.
Zur Vermeidung einer weiteren Bohrungsverschneidung kann auch der Druckausgleichspfad 10 nicht innerhalb des Grundkörpers 3 in den Pfad 9 münden, sondern stattdessen direkt zur Stirnfläche des Grundkörpers 3 bzw. des Gasanschlusses 8 geführt sein, so dass er direkt in eine angeschlossene externe Gasleitung mündet. Diese Ausführungsform ist in den Figuren nicht nochmals separat dargestellt, da sie aus den Figuren 1 und 2 abgeleitet werden kann.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten, gegengleich öffnenden Rückschlagventile 11, 12 können zu einem Bauelement 15 zusammengefasst werden, um Bauraum einzusparen. Mögliche Ausführungsformen eines solchen Bauelements 15 sind beispielhaft in den Figuren 3 bis 6 dargestellt.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Bauelements 15 zeigt die Figur 3. Hier weist das Bauelement 15 zwei Ventilschließelemente 18.1, 18.2 auf, wobei jedes Ventilschließelement 18.1, 18.2 über eine zwischen den beiden Ventilschließelementen 18.1, 18.2 angeordnete, gemeinsame Feder 19 in Richtung eines Ventilsitzes 16, 17 vorgespannt ist. Jedem Ventilschließelement 18.1, 18.2 ist somit ein Ventilsitz 16, 17 zugeordnet. Die Feder 19 ist in einem Ventilraum 22 aufgenommen, der das Bauele- ment 15 mit der Zuströmseite des Absperrventils 6 verbindet. Bei der Entnahme von Brenngas aus dem Brenngastank 2 öffnet das Rückschlagventil 11 mit dem Ventilschließelement 18.1 entgegen der Federkraft der Feder 19, während das Ventilschließelement 18.2 gegen seinen Ventilsitz 17 gedrückt wird und so das Rückschlagventil 12 verschließt. Bei einem Druckausgleich über den Druckausgleichspfad 10 öffnet das Rückschlagventil 12 mit dem Ventilschließelement 18.2 entgegen der Federkraft der Feder 19, während das Ventilschließelement 18.1 gegen seinen Ventilsitz 16 gedrückt wird und so das Rückschlagventil 11 verschließt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Bauelements 15 ist in den Figuren 4 bis 6 dargestellt. Hier ist das Ventilschließelement 18 einteilig ausgeführt und wird allein über den Druck, das heißt pneumatisch gesteuert, so dass eine Feder 19 entbehrlich ist. Das Ventilschließelement 18 weist hierzu eine Umfangsnut 20 auf, über die der Ventilraum 22 an die Zuströmseite des Absperrventils 6 angebunden ist.
Da das Ventilschließelement 18 radial geführt ist, weist es auf jeder Seite der Umfangsnut 20 zudem mindestens eine in die Umfangsnut 20 mündende Längsnut 21 als Gasströmungskanal auf (siehe Figur 5). Bei geöffnetem Rückschlagventil 11 strömt Gas von dort über die mindestens eine Längsnut 21 zwischen der Umfangsnut 20 und dem dem Ventilsitz 16 zugewandten Ende der Führung des Ventilschließelements 18 zum Ventilraum 22. Bei geöffnetem Rückschlagventil 12 bzw. Ventilsitz 17 strömt das Gas von dort über die mindestens eine Längsnut 21 zwischen der Umfangsnut 20 und dem dem Ventilsitz 17 zugewandten Ende der Führung des Ventilschließelements 18 zum Ventilraum 22.
Figur 4 zeigt das Ventilschließelement 18 in einer Schaltstellung, die dieses einnimmt, wenn P2 > pi ist. Über das geöffnete Rückschlagventil 12 kann dann ein Druckausgleich bewirkt werden, der ein ungewolltes Öffnen des Absperrventils 6 verhindert. Das Rückschlagventil 11 ist in dieser Schaltstellung geschlossen.
Figur 6 zeigt das Ventilschließelement 18 in einer Schaltstellung, die dieses einnimmt, wenn P2 < pi ist und das Absperrventil 6 aktiv geöffnet wird. Über das geöffnete Rückschlagventil 11 kann dann Brenngas aus dem Brenngastank 2 entnommen und über das geöffnete Absperrventil 6 zum Gasanschluss 8 geführt werden. Das Rückschlagventil 12 ist in dieser Schaltstellung geschlossen.
Eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe kann neben den dargestellten Ventilen weite- re Ventile und/oder Komponenten aufweisen. Zum Beispiel kann bzw. können ein manuelles Absperr- und/oder Abblasventil, ein thermisches und/oder druckgesteuertes Sicherheitsventil sowie ein Temperatur- und/oder Drucksensor in die Ventilbaugruppe integriert sein.

Claims

Ansprüche
1. Ventilbaugruppe (1) für einen Brenngastank (2), umfassend einen Grundkörper (3), in dem ein Entnahmepfad (4) mit integriertem Absperrventil (6) zur Entnahme von Brenngas aus dem Brenngastank (2) sowie ein Betankungspfad (5) mit integriertem Rückschlagventil (7) zum Betanken des Brenngastanks (2) mit Brenngas ausgebildet sind, wobei der Entnahmepfad (4) und der Betankungspfad (5) innerhalb des Grundkörpers (3) in einem Pfad (9) zusammengeführt sind, der in einen gemeinsamen Gasanschluss (8) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass von diesem Pfad (9) oder von einer Stirnfläche des Gasanschlusses (8) ein Druckausgleichspfad (10) abzweigt, der in Entnahmerichtung stromaufwärts des Absperrventils (6) in den Entnahmepfad (4) mündet, wobei in den Druckausgleichspfad (10) ein Rückschlagventil (12) integriert ist, das in Entnahmerichtung sperrt.
2. Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Entnahmerichtung stromaufwärts des einmündenden Druckausgleichpfads (10) ein Rückschlagventil (11) in den Entnahmepfad (4) integriert ist, das in Entnahmerichtung öffnet.
3. Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) einen Verbindungsabschnitt (13) zur Verbindung mit dem Brenngastank (2) aufweist.
4. Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmepfad (4) und der Betankungspfad (5) über einen gemeinsamen Pfad (14) mit einem Speichervolumen des Brenngastanks (2) verbunden sind.
5. Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Entnahmepfad (4) integrierte Rückschlagventil (11) und das in den Druckausgleichspfad (10) integrierte Rückschlagventil (12) zu einem Bauelement (15) zusammengefasst sind.
6. Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (15) zwei Ventilschließelemente (18.1, 18.2) aufweist, zwischen denen eine Feder (19) angeordnet ist, durch die jedes Ventilschließelement (18.1, 18.2) in Richtung eines Ventilsitzes (16, 17) vorgespannt ist.
7. Ventilbaugruppe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (15) ein einteilig ausgeführtes, zwischen zwei Ventilsitzen (16, 17) hin und her bewegliches Ventilschließelement (18) mit einer Umfangsnut (20) und mindestens einer Längsnut (21) aufweist.
8. Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (6) elektrisch ansteuerbar ist und/oder als stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt ist.
9. Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Gasanschluss (8) als Anschlussstutzen, vorzugsweise als Anschlussstutzen mit einem Außengewinde, ausgeführt ist.
10. Brenngastank (2) mit einer Ventilbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorzugsweise die Ventilbaugruppe (1) abschnittsweise in den Brenngastank (2) eingesetzt ist, so dass der gemeinsame Gasanschluss (8) von außen zugänglich ist.
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