JP2022505182A - 気体状の媒体のための弁装置、および圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置 - Google Patents

気体状の媒体のための弁装置、および圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2022505182000001

【課題】本発明は、弁ハウジング（６）と、該弁ハウジング（６）内に配置された、縦軸線（１８）に移動可能な閉鎖部材（１４）とを有する、気体状の媒体、特に水素のための弁装置（１００）に関する。
【解決手段】前記閉鎖部材（１４）は、通過開口（２２）を開閉するためのシール座（１６）と協働し、この際に、前記弁ハウジング（６）内に少なくとも１つのスプリングエレメント（８）が配置されていて、該少なくとも１つのスプリングエレメント（８）が前記閉鎖部材（１４）および前記弁ハウジング（６）に支えられている。さらに、前記少なくとも１つのスプリングエレメント（８）がバイメタルより製作されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気体状の媒体のための弁装置、および例えば燃料電池駆動装置を有する車両に使用される、特に水素を蓄えるための燃料電池タンク用のタンク装置に関する。
事前公開されていない特許文献１は、燃料電池タンクの温度圧力除去のためのタンク装置について記載しており、この場合、タンク装置は、多数の弁、例えば溶融安全弁を備えるタンク容器を有しており、これらの溶融安全弁は、例えば燃料電池システムのシステム全体の整然とした確実な機能形式を保証する。
このようなタンク装置のための安全装置は規格化されている。この場合、それぞれのタンク装置はこのような溶融安全弁を有していなければならない。従って、溶融安全弁は、例えば火災時または所定の閾値を上回る温度上昇時に、記憶装置、さらにはシステム全体の爆発も防止するために、例えば水素を記憶装置から導出することができる。
温度が所定の閾値を上回ると、通常は、溶融安全弁における装置、例えば熱作動式の圧力除去装置（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ－ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｄｅｖｉｃｅ（ＴＰＲＤ））が熔融し、溶融安全弁の不可逆的な開放を促す。しかしながら安全性は、新しい溶融安全弁が使用されることによってはじめて再び満たされる。
ドイツ連邦共和国特許公開第１０２０１８２０９０５７号明細書
これに対して、請求項１記載の特徴を有する本発明による弁装置は、弁装置の温度反応式の回路にも拘わらず、同じ弁装置で確実な再閉鎖が可能である、という利点を有している。
さらに、気体状の媒体、特に水素のための弁装置は、弁ハウジングを有しており、この弁ハウジング内に、縦軸線に可動な閉鎖部材が配置されている。閉鎖部材は、通過開口を開閉するためのシール座と協働し、この際に、弁ハウジング内に少なくとも１つのスプリングエレメントが配置されている。少なくとも１つのスプリングエレメントは、閉鎖部材および弁ハウジングに支えられている。また、少なくとも１つのスプリングエレメントはバイメタルより製作されている。
バイメタルは、標準的な形式で、素材結合式にまたは形状締結式に互いに結合されている２つの異なる金属の層より製作されている点で優れている。金属の異なる熱膨張係数によって、温度が変化するとバイメタルは変形する。従って、スプリングエレメントの温度変化によって弁装置は制御可能である。
第１の好適な実施態様では、バイメタルの温度変化によって通過開口が開放可能および閉鎖可能であるようになっている。従って、弁装置は、別の利用のために交換する必要なしに、可逆的に開放可能である。
本発明の別の実施形態では、好適には、閉鎖部材が円錐形の領域を有していて、この円錐形の領域がシール座と協働するようになっている。
好適な実施態様では、閉鎖部材が円錐形に拡張した領域を有していて、この円錐形に拡張した領域がシール座と協働するようになっている。
シール座の実施形態は、閉鎖部材に確実なシール性が得られるように選択されている。
前記弁装置は、好適な形式で、圧縮された流体、特に水素を蓄えるための、タンクを備えたタンク装置に適している。好適な形式で、タンクは、ネック領域を備えたタンクハウジングを有しており、このネック領域内に弁装置が配置されており、この場合、弁ハウジングがタンクハウジング内に少なくとも部分的に組み込まれている。好適な形式で、シール座がタンクハウジングの円錐形に拡張した領域に形成されている。
以上記載したタンク装置は、好適な形式で、燃料電池を駆動するための水素を蓄えるための燃料電池装置に適している。
タンク装置内の本発明による弁装置の第１実施例の縦断面図である。 タンク装置内の本発明による弁装置の第２実施例の縦断面図である。
図面には、気体状の媒体、特に水素のための本発明による弁装置の実施例、および圧縮された流体を蓄えるための本発明によるタンク装置が示されている。
実施例の説明
図１は、気体状の媒体のための本発明による弁装置１００の第１実施例の縦断面図を示す。弁装置１００は、圧縮された流体、特に水素を蓄えるための本発明によるタンク装置１内に配置されている。
弁装置１００は、縦軸線１８を有する弁ハウジング６を備えている。この弁ハウジング６内に通過開口２２および出口開口４０が形成されており、これらの通過開口２２および出口開口４０は、段状に形成された内室４２内に開口している。
内室４２内に、縦軸線１８に可動な閉鎖部材１４が配置されており、この閉鎖部材１４は、通過開口２２を開閉するための円錐形に構成されたシール座１６と協働する。閉鎖部材１４は、円柱形の領域１４０と円錐形の領域１４１とを有しており、この場合、円錐形の領域１４１はシール座１６と協働する。円柱形の領域１４０と円錐形の領域１４１との間で、閉鎖部材１４は段状の領域１４２を有している。
弁ハウジング６と閉鎖部材１４の段状の領域１４２との間で支えられている、内室４２内のスプリングエレメント８を用いて閉鎖部材１４は力によって付勢される。閉鎖した状態で閉鎖部材１４はシール座１６上に載る。スプリングエレメント８は、ここではバイメタルより製作されている。
弁装置１００は、タンク２を備えたタンク装置１の部分である。タンク２はタンクハウジング３を有しており、このタンクハウジング３内にタンク内室４が形成されている。タンクハウジング３はネック領域２８を有しており、このネック領域に弁装置１００が配置されている。この場合、弁装置１００はタンクハウジング３内に組み込まれていて、この場合、タンク内室４を外部に対し閉鎖する。シール座１６は、タンクハウジング３の円錐形に拡張した領域３７に形成されている。
弁装置の機能形式
弁装置１００はここでは溶融安全弁としてまたは熱作動式の圧力除去装置（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ－ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｄｅｖｉｃｅ（ＴＰＲＤ））として構成されている。つまり、例えば１１０℃を下回る温度において弁装置１００は閉鎖されたままの状態にとどまるので、タンク２内で高圧下にある気体状の媒体はタンク２内に閉じ込められている。例えば１１０℃の温度を上回ると、バイメタルとして構成されたスプリングエレメント８内で温度変化が生ぜしめられ、それによって、バイメタル内の２種類の金属の異なる熱膨張係数に基づいて、バイメタルおよびひいてはスプリングエレメント８の変形を生ぜしめる。これは、閉鎖部材１４において力の変化を生ぜしめるので、閉鎖部材１４はシール座１６から持ち上がり、通過開口２２を開放する。気体状の媒体は、タンク２から通過開口２２を介して出口開口４０に向かって流れる。閉鎖部材１４は開放し、ここでは弁装置１００の内室４２内に侵入する。
これにより、バイメタルとして構成されたスプリングエレメント８の温度変化に応じて、閉鎖部材１４のストロークはバイメタルの変形によって制御され得る。従って、スプリングエレメント８は温度反応式のバイメタルスイッチとして構成されており、このバイメタルスイッチは例えば７０℃～１８０℃の温度の間で例えば５℃単位で切換可能である。バイメタルのための金属の選択に応じて、所望の機能形式が保証される。
温度が１１０℃を下回ると、バイメタルとして構成されたスプリングエレメント８の変形が再び閉鎖部材１４における力の変化を生ぜしめるので、閉鎖部材１４は再びシール座１６に向かって移動し、シール座１６で支えられる。貫通開口２２は再び閉鎖され、気体状の媒体がもはやタンク２から流れ出すことはない。
弁装置１００は、温度変化に応じてタンク２の開放または閉鎖を可能にする。
図２は、気体状の媒体のための本発明による弁装置１００の第２実施例の縦断面図を示す。同じ機能を有する構成部分には同じ符号が付けられている。
第２実施例は、機能および構成において第１実施例に著しく相当している。ここでは、閉鎖部材１４の構成および運動が異なっている。
閉鎖部材１４は、円柱形の領域１４０を有しており、この円柱形の領域１４０に段状の領域１４２が続いている。段状の領域１４２にまた円柱形の領域３００が続いており、この円柱形の領域３００に円錐形に拡張した領域３０２が続いている。円錐形に拡張した領域３０２はここではシール座１６と協働する。
第１実施例とは異なり、ここでは閉鎖部材１４は開放してタンク内室４内に侵入する。
１ タンク装置
２ タンク
３ タンクハウジング
４ タンク内室
６ 弁ハウジング
８ スプリングエレメント
１４ 閉鎖部材
１６ シール座
１８ 縦軸線
２２ 通過開口
２８ ネック領域
３７ 円錐形に拡張した領域
４０ 出口開口
４２ 内室
１００ 弁装置
１４０ 円柱形の領域
１４１ 円錐形の領域
１４２ 段状の領域
３００ 円柱形の領域
３０２ 円錐形に拡張した領域

Claims (8)

  1. 気体状の媒体、特に水素のための弁装置（１００）であって、弁ハウジング（６）を有しており、該弁ハウジング（６）内に配置された、縦軸線（１８）に移動可能な閉鎖部材（１４）を有しており、該閉鎖部材（１４）は、通過開口（２２）を開閉するためのシール座（１６）と協働し、この際に、前記弁ハウジング（６）内に少なくとも１つのスプリングエレメント（８）が配置されていて、該少なくとも１つのスプリングエレメント（８）が前記閉鎖部材（１４）および前記弁ハウジング（６）に支えられている形式のものにおいて、
    前記少なくとも１つのスプリングエレメント（８）がバイメタルより製作されていることを特徴とする、弁装置（１００）。
  2. 前記バイメタルの温度変化によって前記通過開口（２２）が開放可能および閉鎖可能であることを特徴とする、請求項１記載の弁装置（１００）。
  3. 前記閉鎖部材（１４）が円錐形の領域（１４１）を有していて、該円錐形の領域（１４１）が前記シール座（１６）と協働することを特徴とする、請求項１または２記載の弁装置（１００）。
  4. 前記閉鎖部材（１４）が円錐形に拡張した領域（３０２）を有していて、該円錐形に拡張した領域（３０２）が前記シール座（１６）と協働することを特徴とする、請求項１または２記載の弁装置（１００）。
  5. 圧縮された流体、特に水素を蓄えるためのタンク装置（１）において、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁装置（１００）およびタンク（２）を備えている、タンク装置（１）。
  6. 前記タンク（２）がネック領域（２８）を備えたタンクハウジング（３）を有しており、前記ネック領域（２８）内に前記弁装置（１００）が配置されており、この場合、前記弁ハウジング（６）が前記タンクハウジング（３）内に少なくとも部分的に組み込まれていることを特徴とする、請求項５記載のタンク装置（１）。
  7. 前記シール座（１６）が前記タンクハウジング（３）の円錐形に拡張した領域（３７）に形成されていることを特徴とする、請求項５または６記載のタンク装置（１）。
  8. 燃料電池装置において、燃料電池を駆動するための水素を蓄えるための、請求項５から７までのいずれか１項記載のタンク装置（１）を有する燃料電池装置。
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