JP2022512305A - ガス状媒体を貯留するためのタンク装置 - Google Patents

Abstract

弁装置（２）とタンク（１０）とを備え、前記弁装置（２）が縦軸線（１１）を備えた弁箱（２０）を有し、前記弁箱（２０）内に内部空間（７）が形成されている、ガス状媒体、特に水素を貯留するためのタンク装置（１）。前記内部空間（７）内に、前記縦軸線（１１）に沿って可動な起動弁要素（１８）が配置され、前記起動弁要素（１８）は排出口（３１）を開閉するために弁座（４０）と協働し、したがって起動弁（４４）を形成しており、前記弁装置（２）は磁気コイル（１４）を含んでいる。さらに、前記弁座（４０）は下流側において前記弁箱（２０）と前記排出口（３１）とに形成され、筒状の前記排出口（３１）は筒状の貫通通路（８０）に通じ、前記貫通通路（８０）の直径Ｄは前記排出口（３１）の直径ｄよりも大きい。【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば燃料電池駆動型車両で使用するための燃料電池タンク用タンク装置、特に水素を貯留するためのタンク装置に関するものである。

本願出願前に公開されていない特許文献１は、燃料電池タンクの温度減圧を行うためのタンク装置を記述しており、この場合タンク装置は、たとえば燃料電池システムの正規の機能態様を保証する、たとえば遮断弁のような種々の弁を備えたタンク容器を含んでいる。

このようなタンク装置の安全装置は規格化されている。この場合、どのタンク装置もこのような遮断弁を有していなければならない。このようにして遮断弁は、燃料電池駆動型車両の事故によって発生するタンク装置の損傷時またはタンク装置のパイプの破断時にタンク容器を閉めることができ、その結果ガスが貯留ユニットから流出することがない。

したがって、多数の弁を設けることで、複雑な、高コストのタンク装置になることがある。

独国特許公開第１０２０１８２０９０５７Ａ１号明細書

これに対し、請求項１の特徴ある構成要件を備えた本発明によるタンク装置には、それぞれの安全弁がコンパクトでコスト上好ましい構成を有し、その際ガス密封性に関する高い安全要求がいつでも満たされているという利点がある。

このため、ガス状媒体、特に水素を貯留するためのタンク装置は、弁装置とタンクとを有している。弁装置は縦軸線を備えた弁箱を有し、弁箱内には内部空間が形成されている。内部空間内には、縦軸線に沿って可動な起動弁要素が配置され、起動弁要素は排出口を開閉するために弁座と協働し、したがって起動弁を形成している。弁装置はさらに磁気コイルを含んでいる。さらに、弁座は下流側において弁箱と排出口とに形成され、筒状の排出口は筒状の貫通通路に通じ、その際貫通通路の直径Ｄは排出口の直径ｄよりも大きい。

このようにして、コンパクトに構成された、スイッチ動作が簡単な安全電磁弁を得ることができ、この安全電磁弁は統合構成により安全要求を満たし、コスト節減を達成する。

第１の有利な更なる構成では、貫通通路が円錐状の移行領域により排出口へ移行していることが企図されている。

本発明の更なる構成では、有利には、タンクが首領域を有し、この首領域内に弁装置が配置されていることが企図されている。有利な態様では、タンク装置は被覆要素を有し、被覆要素によって弁装置はタンクの首領域に固定して統合され、且つ周囲に対し密封されている。このように、タンク内への弁装置の統合によって高い安定性を得ることができるので、タンク装置全体の堅牢性を保証することができる。事故の場合も、弁装置は外部影響から保護されている。

本発明の更なる構成では、有利には、首領域に貫通口が形成され、貫通口がタンク内部空間に通じていることが企図されている。これは、特に事故の場合にタンク全体のより高い堅牢性につながる。

有利な更なる構成では、弁箱の内部空間は、弁箱内に形成されている吸込口によりタンク内部空間と結合可能である。このようにして、タンクからのガス状媒体の流動横断面を簡単に制御可能である。

本発明の更なる構成では、有利には、起動弁要素の繰り抜き部内にばねが配置されてばね空間が形成され、ばねによって主弁要素が弁座の方向に力の作用を受けていることが企図されている。このようにして、磁気コイルが通電されていない時、弁装置の密封性が保証されている。

有利な更なる構成では、起動弁要素が縦方向開口部と他の開口部とを有し、縦方向開口部と他の開口部とが流動的にばね空間と結合されている。このようにして、吸込口は弁装置の排出口と最適に結合可能である。

本発明の更なる構成では、有利には、起動弁要素に密封体が配置され、密封体が半球状先端部を有していることが企図されている。有利な態様では、密封体はプラスチックから製造されている。

本発明の更なる構成では、弁座が円錐状に形成され、弁座が排出口を開閉するために密封体の半球状先端部と協働する。このようにして、弁座での高い密封性を得ることができる。

以上説明したタンク装置は、好ましくは、燃料電池作動用水素を貯留するための燃料電池装置において適している。

図面には、ガス状媒体、特に水素を貯留するための本発明によるタンク装置の実施形態が図示されている。

弁装置を備えた本発明によるタンク装置の１実施形態を縦断面図で示したものである。

図には、ガス状媒体のための本発明によるタンク装置１の１実施形態が示されている。タンク装置１は、タンク１０と弁装置２とを有している。タンク１０はタンクハウジング４７を有し、タンクハウジング内にはタンク内部空間１００が形成されている。さらに、タンクハウジング４７は首領域６を含み、首領域は、内部に貫通口４が形成されている底部領域を有する。この貫通口４は一端でタンク内部空間１００に通じており、タンク内部空間内にはガス状媒体、たとえば水素を貯留することができる。

首領域６の他端では、弁装置２がタンク１０の貫通口４内に配置されて、タンク１０のタンクハウジング４７内に統合されている。さらに、首領域６は被覆要素１２によって取り囲まれ、その結果弁装置２とタンク内部空間１００とは周囲５０から密封されている。

このようにして、ガス状媒体、特に水素を、タンク内部空間１００から弁装置２を介して且つ筒状の貫通通路８０を介してたとえば燃料電池装置内の燃料電池のアノード領域に供給することができる。

弁装置２は縦軸線１１を備えた弁箱２０を有し、弁箱内には段状の内部空間７が形成されている。弁装置２は、弁箱２０内に、筒状の吸込口２８と筒状の排出口３１とを有し、その際吸込口２８は、首領域６にあるタンク１０の貫通口４に通じている。ここでは、弁装置２の流入も排流も弁装置２の縦軸線１１に対し軸線方向に行われる。

さらに、弁箱２０内には磁気コイル１４が受容されて統合されており、その際磁気コイル１４は支持要素２２を用いて弁箱２０内に固定され、且つ密封要素３２を用いて支持要素２２において内部空間７に対し密封されている。この場合、磁気コイル１４は電気接続部３０を介して起動可能である。

内部空間７内には、縦軸線１１に沿って可動な起動弁要素１８が配置されている。起動弁要素１８と弁箱２０とは、環状空間２７とばね空間２５とを画成している。この場合、環状空間２７は排出口３１に通じ、これに対しばね空間２５は吸込口２８に通じている。

起動弁要素１８には密封体１９が配置され、密封体は、弁箱２０に円錐状に形成されている弁座４０とともに起動弁４４を形成する。密封体１９は半球状先端部を有し、この半球状先端部でもって密封体は弁座４０に載置され、そして密封体は好ましくはプラスチックから作製されている。起動弁４４により、環状空間２７と排出口３１との間の、よって貫通通路８０との間の結合部を開閉させることができる。

この場合、貫通通路８０は円錐状の移行領域３６により排出口３１に通じ、その際貫通通路８０は直径Ｄを有し、排出口３１は直径ｄを有している。貫通通路８０の直径Ｄは、排出口３１の直径ｄよりも大きい。

起動弁要素１８内には、縦方向開口部３３と複数の他の開口部３２とが形成されている。他の開口部３２は環状空間２７に通じ、縦方向開口部３３は一方では他の開口部３２に、他方ではばね空間２５に通じている。

さらに、起動弁要素１８は繰り抜き部４５を有し、繰り抜き部は縦方向開口部３３と結合されている。繰り抜き部４５内にはばね空間２５が形成されてばね２６が配置され、ばねは一方では弁箱２０で支持され、他方では起動弁要素１８で支持されて、起動弁要素１８を弁座４０の方向に押している。

弁箱２０はここでは多分割に形成されており、その結果磁気コイル１４は多分割の弁箱２０の間で受容され、統合されている。

弁装置の機能態様
磁気コイル１４が通電されていない場合、弁座４０はばね２６の力によって閉じており、その結果吸込口２８と排出口３１との間の結合部は閉じられている。したがって、ガス状媒体もシステムの方向においてタンク内部空間１００から起動弁４４を介してたとえば燃料電池装置を流動することができない。タンク内部空間１００内では、たとえば７００バールの高圧が支配している。これに対し、燃料電池装置内では低圧が支配している。

磁気コイル１４が通電されると、磁場が形成され、これにより弁箱２０と起動弁要素１８との間に力が作用することになる。これにより、起動弁要素１８に対して磁力が生成され、この磁力はばね２６の力およびガス状媒体によって生成される圧力とは逆方向である。このため、起動弁要素１８が弁座４０から離間して、これを開放する。この時点で、吸込口２８と排出口３１との間の結合部は開放されている。この時点で、ガス状媒体は吸込口２８と、ばね空間２５と、縦方向開口部３３および他の開口部３２と、環状空間２７と、排出口３１とを介して、システムの方向においてタンク内部空間１００から貫通通路８０内へ流れる。

燃料電池への水素供給を中断すべき場合には、磁気コイル１４をそれ以上通電させず、その結果磁力が撤去され、起動弁要素１８がばね２６の力により再び弁座４０の方向に移動してこれを閉じる。

排出口３１の直径ｄと、貫通通路８０の直径Ｄと、主弁要素１６のストロークとは、有利には、燃料電池にすべての作動状態において十分な水素の質量流が供給されるように設計されている。この場合、貫通通路８０の直径Ｄは排出口３１の直径ｄよりも大きい。

さらに、タンク１０をガス状媒体で充填する場合、ここでは流動方向が排出口３１から吸込口２８の方向に延びるような水素で充填する場合、タンク１０を短時間で、たとえば数分で充填させることができる。

１ タンク装置
２ 弁装置
４ 貫通口
６ タンクの首領域
７ 内部空間
１０ タンク
１１ 縦軸線
１２ 被覆要素
１４ 磁気コイル
１６ 主弁要素
１８ 起動弁要素
１９ 密封体
２０ 弁箱
２５ ばね空間
２６ ばね
２８ 吸込口
３１ 排出口
３２ 他の開口部
３３ 縦方向開口部
３６ 移行領域
４０ 弁座
４４ 起動弁
４５ 繰り抜き部
５０ 周囲
８０ 貫通通路
１００ タンク内部空間

Claims (12)

1. 弁装置（２）とタンク（１０）とを備え、前記弁装置（２）が縦軸線（１１）を備えた弁箱（２０）を有し、前記弁箱（２０）内に内部空間（７）が形成され、前記内部空間（７）内に、前記縦軸線（１１）に沿って可動な起動弁要素（１８）が配置され、前記起動弁要素（１８）が排出口（３１）を開閉するために弁座（４０）と協働し、したがって起動弁（４４）を形成しており、前記弁装置（２）が磁気コイル（１４）を含んでいる、ガス状媒体、特に水素を貯留するためのタンク装置（１）において、前記弁座（４０）が下流側において前記弁箱（２０）と前記排出口（３１）とに形成され、筒状の前記排出口（３１）が筒状の貫通通路（８０）に通じ、前記貫通通路（８０）の直径Ｄが前記排出口（３１）の直径ｄよりも大きいことを特徴とするタンク装置（１）。
2. 前記貫通通路（８０）が円錐状の移行領域（３６）により前記排出口（３１）へ移行していることを特徴とする、請求項１に記載のタンク装置（１）。
3. 前記タンク（１０）が首領域（６）を有し、前記首領域（６）内に前記弁装置（２）が配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のタンク装置（１）。
4. 前記タンク装置（１）が被覆要素（１２）を有し、前記被覆要素（１２）によって前記弁装置（２）が前記タンク（１０）の前記首領域（６）に固定して統合され、且つ周囲（５０）に対し密封されていることを特徴とする、請求項３に記載のタンク装置（１）。
5. 前記首領域（６）に貫通口（４）が形成され、前記貫通口（４）がタンク内部空間（１００）に通じていることを特徴とする、請求項３または４に記載のタンク装置（１）。
6. 前記弁箱（２０）の前記内部空間（２０）が、前記弁箱（２０）内に形成されている吸込口（２８）によりタンク内部空間（１００）と結合可能であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のタンク装置（１）。
7. 前記起動弁要素（１８）の繰り抜き部（４５）内にばね（２６）が配置されてばね空間（２５）が形成され、前記ばね（２６）によって主弁要素（１６）が前記弁座（４０）の方向に力の作用を受けていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のタンク装置（１）。
8. 前記起動弁要素（１８）が縦方向開口部（３３）と他の開口部（３２）とを有し、前記縦方向開口部（３３）と前記他の開口部（３２）とが流動的に前記ばね空間（２５）と結合されていることを特徴とする、請求項７に記載のタンク装置（１）。
9. 前記起動弁要素（１８）に密封体（１９）が配置され、前記密封体（１９）が半球状先端部を有していることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のタンク装置（１）。
10. 前記密封体（１９）がプラスチックから製造されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のタンク装置（１）。
11. 前記弁座（４０）が円錐状に形成され、前記弁座（４０）が前記排出口（３１）を開閉するために前記密封体（１９）の前記半球状先端部と協働することを特徴とする、請求項９または１０に記載のタンク装置（１）。
12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の燃料電池作動用水素を貯留するためのタンク装置（１）を備えた燃料電池装置。

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