JP2024520626A - 燃料電池システム、ガスタンク装置、およびガスタンク装置のための遮断弁 - Google Patents

Abstract

遮断弁は、入口開口、出口開口、および制御開口を有するハウジングであって、長手軸に沿って延びる内部空間を画定し、かつ内部空間を出口チャンバと制御チャンバとに分割する分離ウェブを有し、かつ出口チャンバと制御チャンバとの間に延びる案内孔を有する、ハウジングと、分離ウェブに収容され、かつ案内孔を包囲する電気コイルと、制御チャンバに配置されたサーボ弁体であって、長手軸に沿って、サーボ弁体が制御開口を密閉する閉位置へ付勢され、かつコイルにより生成可能な磁界によって、サーボ弁体が制御開口を解放し、分離ウェブに当接する開位置へ移動可能であり、サーボ弁体の開位置において制御チャンバを案内孔に接続する接続通路を有する、サーボ弁体と、長手軸に沿って移動可能に案内孔に案内された主弁体であって、長手軸に沿って、主弁体が出口開口を密閉する閉位置へ付勢され、かつサーボ弁体がその開位置に配置されている場合に、コイルにより生成可能な磁界によって、主弁体が出口開口を解放する開位置へ移動可能である、主弁体と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システム、特に燃料電池システムのためのガスタンク装置、およびガスタンク装置のための遮断弁に関する。

燃料電池システムは、通常、例えば電気的に直列に接続された複数の燃料電池のスタックの形態の燃料電池アセンブリを備え、これにはタンクから燃料フィードラインを介して、例えば水素などの気体燃料が供給される。定置用途でも、例えば車載などの移動用途でも、気体燃料はタンク内で通常、例えば最大で７００ｂａｒ以上になり得る高圧下にある。したがって、タンクは高圧リザーバを形成する。燃料は通常、比較的低い圧力で、例えば２ｂａｒ～２０ｂａｒの範囲の圧力で燃料電池アセンブリに供給される。燃料フィードラインは供給ラインを形成する。燃料フィードラインを、例えば燃料の圧力が低減される圧力調節装置によってタンクに接続することができる。タンクと圧力調節装置との間のラインは通常、高圧ラインとして形成されており、このラインを介して燃料電池システムに燃料が供給されるので、以下において供給ラインと呼ばれる。タンクは、例えば燃料電池アセンブリが作動停止されるか、または故障が発生した場合などにタンクからの燃料流出を遮断するための遮断弁を通常備えている。

高圧ガスタンクのためのこのような遮断弁は通常、非通電時に閉弁する電磁弁として設計される。典型的には、弁体は、ばねによってシール座に向かって付勢され、かつコイルにより生成可能な磁力によって、ばねの付勢力に逆らってシール座から持ち上げ可能である。タンク内が高圧であるため、弁の型式によっては大きい開弁力（Ｏｅｆｆｎｕｎｇｓｋｒａｆｔ）が必要となる可能性があり、そのことが弁の小型化を難しくする。

特許文献１は、第１の弁座および第２の弁座を有するハウジングと、電気コイルによって移動可能な弁軸とを備え、弁軸は、その外周で離間している第１のシール部材と第２のシール部材を支持する、水素圧縮タンクのための遮断弁を開示する。弁の閉位置において、シール部材は、ハウジング内で弁座間に形成される出口に対して入口を密閉するためにばねによって弁座に向かって付勢される。弁軸は、入口と、第１のシール部材の高圧側との間に流体接続を形成する第１の開口を有する。それによって圧力が入口に存在する結果として、第１のシール部材に閉弁力（Ｓｃｈｌｉｅｓｓｋｒａｆｔ）が加えられる。さらに、弁軸は、第２のシール部材の低圧側に位置する副チャンバを入口に接続する貫通孔を有している。それによって、第２のシール部材に開弁力が加えられ、この開弁力が第１のシール体に作用する閉弁力とは逆に作用する。この構造の目的は、電気コイルにより生成されるべき弁を開く開弁力を低減するために、圧力差により弁軸もしくはシール部材に作用する力を低下させることである。

独国特許出願公開第１０２００６０２７７１２号公報

本発明により、請求項１の特徴を有する遮断弁、請求項１０の特徴を有するガスタンク装置、および請求項１２の特徴を有する燃料電池システムが提供される。

本発明の第１の態様によれば、ガスタンク装置のための遮断弁は、高圧タンクに接続するための入口開口、供給ラインに接続するための出口開口、および供給ラインに接続するための制御開口を有するハウジングであって、長手軸に沿って延びる内部空間を画定し、かつ内部空間を長手軸に対して出口チャンバと制御チャンバとに分割する分離ウェブを有し、分離ウェブが、出口チャンバと制御チャンバとの間に延びる案内孔を有する、ハウジングを備える。さらに、遮断弁は、分離ウェブに収容され、かつ案内孔を包囲する電気コイルと、制御チャンバに配置されたサーボ弁体であって、長手軸に沿って、このサーボ弁体が制御開口を密閉する閉位置へ付勢され、かつコイルにより生成可能な磁界によって、サーボ弁体が制御開口を解放するとともに分離ウェブに当接する開位置へ移動可能であり、サーボ弁体がサーボ弁体の開位置において制御チャンバを案内孔に接続する接続通路を有する、サーボ弁体を備える。さらに、遮断弁は、長手軸に沿って移動可能に案内孔に案内された主弁体であって、長手軸に沿って、主弁体が出口開口を密閉する閉位置へ付勢され、かつサーボ弁体がその開位置に配置されている場合に、コイルにより生成可能な磁界によって、主弁体が出口開口を解放する開位置へ移動可能である、主弁体を備える。

本発明の第２の態様によれば、特に燃料電池システムのためのガスタンク装置は、例えば水素などのガスを収容するための高圧ガスタンクと、本発明の第１の態様による遮断弁とを備え、遮断弁のハウジングの入口開口は、高圧ガスタンクの出口開口に接続されている。

本発明の第２の態様によれば、燃料電池システムは、少なくとも１つの燃料電池、気体燃料を供給するための燃料入口、酸化ガスを供給するための酸化ガス入口、および反応生成物を排出するための生成物出口を有する燃料電池アセンブリと、燃料入口に接続された燃料フィードラインと、本発明の第２の態様によるガスタンク装置とを備え、遮断弁のハウジングの出口開口と制御開口がそれぞれ燃料フィードラインに接続されている。

本発明の根底をなす思想は、サーボ弁体と主弁体を１つのハウジングに配置し、これら両方を同じコイルで操作できるということである。サーボ弁体によって閉鎖可能な制御開口と主弁体によって閉鎖可能な高圧出口の両方を同一の供給ラインに接続することができ、それによりこれらには同じ圧力レベルが存在する。

供給ラインが低圧レベルでも高圧レベルでも、およびタンクと供給ラインの圧力レベルが同じでも遮断弁を確実に開くことができる場合に燃料電池への燃料の供給安定性を向上させることができる。

以下に、タンクより供給ラインの圧力レベルが低い場合の開弁過程の原理を例示的に説明する。

コイルに通電すると一次磁気回路が形成され、この磁気回路がサーボ弁体に作用する磁力を生成してサーボ弁体を開位置へ動かす。それによってサーボ弁体が制御開口を解放し、サーボ弁体が配置されたハウジングの制御空間もしくは制御チャンバ内の圧力が低下する。主弁体は、制御チャンバを出口チャンバから分離するハウジングの分離壁部（Ｔｒｅｎｎｗａｎｄｕｎｇ）に形成された案内孔に軸方向に案内されており、出口チャンバは、入口を介してガスタンクまたは高圧リザーバに接続されているか、または接続可能である。サーボ弁体に設けられた通路を介して、案内孔と制御チャンバとの間に流体を導く接続が形成される。したがって、弁が開くと、案内孔内に圧力低下が達成され、それにより主弁体に引張力が加えられる。サーボ弁体が開くと、これがさらにハウジングの分離壁部に当接し、それによりコイルの通電が持続する場合に、主弁体に作用する磁力を生成する二次磁気回路が形成される。主弁体にはさらに、制御チャンバ内の圧力の低下によって引張力が加えられるので、コイルにより生成される小さい磁力でも主弁体を開くことができる。制御空間もしくは制御チャンバ内の圧力勾配および可能な最小圧力レベルは、サーボ弁体の弁座における流出絞り、略してＡスロットルと流入絞り、略してＺスロットル、および制御チャンバと出口チャンバとの空気圧接続、ならびにそれぞれの流出側および流入側の圧力レベルから生じる。

以下に（Ｎａｃｈｆｌｇｅｎｄ）、供給ラインおよびタンクの圧力レベルが同じかほぼ同じ場合の開弁過程を説明する。

コイルに通電すると、再び一次磁気回路が形成され、この磁気回路がサーボ弁体に作用する磁力を生成してサーボ弁体を開位置へ動かす。供給ライン、制御チャンバ、および出口チャンバの圧力レベルが同じであるため、サーボ弁座と主弁座の圧力差はそれぞれゼロまたはほぼゼロである。したがって、サーボ弁の開弁が行われた後、主弁のアーマチュアの二次磁界は、制御空間による空気圧補助がなくてもばねの力に逆らって主弁を完全に引き上げるのに十分である。

したがって、本発明の利点は、高圧ガスタンクと供給ラインとの間の圧力差が大きい場合でも小さい開弁力で主弁体を閉位置から開位置へ動かすことができるということである。したがって、開弁力を少なくとも部分的に生成するコイルの寸法を比較的小さくすることができ、それによりコンパクトな構造の遮断弁が実現される。さらに、本発明による遮断弁の形態では、サーボ弁体のリフトが主弁体のリフトとは独立しているということが有利である。特に、サーボ弁体のリフトに比べて大きい主弁体のリフトをコイルのコンパクトな構造で実現することができる。別の利点は、主弁体は、コイルにより生成される磁力によってその開位置に保持されるので、制御チャンバと出口チャンバとの間で圧力補償された場合でも、主弁体の閉弁が防がれるということにある。これは、遮断弁の摩耗を有利に低減する。

有利な実施形態および発展形態は、他の従属請求項から、および図面の図が参照される説明から明らかになる。

一部の実施形態によれば、分離ウェブは、案内孔を包囲して制御チャンバから長手軸に沿って有底孔として延びる収容空所を有し、コイルは収容空所に配置されることを企図することができる。収容空所は、例えば制御チャンバの方を向いた表面からリング状の開口として延びることができる。したがって、収容空所の底と、分離ウェブの出口チャンバの方を向いた表面との間にウェブ残り部分（Ｒｅｓｔｓｔｅｇ）が位置する。サーボ弁体の開位置において、サーボ弁体が分離ウェブに当接した場合、ウェブ残り部分に磁気飽和が生じるようにコイルを通電することができる。このことは、主弁体に効率的に作用する二次磁気サークル（Ｍａｇｎｅｔｋｒｅｉｓ）または磁界の生成を容易にする。

一部の実施形態によれば、主弁体は、第１の端領域において案内孔に案内されるシャフトと、シャフトの第２の端領域に形成され、かつ主弁体の閉位置において、出口開口によって画定される主弁座に当接するシール部分とを有することを企図することができる。シャフトは、例えば磁化可能な材料から形成することができ、有利にもプランジャ形アーマチュア（Ｔａｕｃｈａｎｋｅｒ）として機能する。

一部の実施形態によれば、主弁体のシャフトの第１の端領域と案内孔との間に制御チャンバを出口チャンバから流体的に分離するためのシール部材が設けられることを企図することができる。例えば、シール部材をシールリングとして形成して主弁体のシャフトに取り付けることができる。一部の実施形態によれば、絞り孔が制御チャンバを出口チャンバに流体的に接続することを企図することができる。したがって、制御チャンバ（Ｓｔｅｕｅｒａｋｍｍｅｒ）と出口チャンバとの空気圧接続を、主弁体もしくは主弁体のシャフトと案内孔との間の案内遊び（Ｆｕｅｈｒｕｎｇｓｓｐｉｅｌ）を介して、または主弁体のシャフトにシール部材を使用して、別々にシールへのバイパスとしての絞り孔を介して形成することができる。

一部の実施形態によれば、主弁体のシャフトは、主弁座の第２の横断面より大きい第１の横断面を第１の端領域に有することを企図することができる。それによって、制御チャンバ内の圧力低下によって生成される引張力を、有利にも、特に、主弁体を主弁座から持ち上げるのに、この引張力だけで足りるようにさらに大きくすることができる。それによってコイルにより生成される力がさらに小さくされ、このことはコイルのコンパクトな設計の点で有利である。

一部の実施形態によれば、主弁体は、シャフトから突出するフラットアーマチュア（Ｆｌａｃｈａｎｋｅｒ）を有し、フラットアーマチュアは、主弁体の閉位置において分離ウェブに対して離間して配置され、主弁体の開位置において分離ウェブに当接することを企図することができる。分離ウェブは磁化可能な材料から製造されている。フラットアーマチュアが径方向に延びることによって、主弁体の閉位置において、分離ウェブとフラットアーマチュアとの間に隙間が形成される。特に上記の収容空所におけるコイルの配置と組み合わせて、有利にもコイルにより生成される二次磁界による主弁体への力の作用をさらに大きくすることができる。

一部の実施形態によれば、サーボ弁体は、シャフトと、シャフトの第１の端領域に形成されたシール部分と、シャフトの第２の端領域に接続され、シャフトから突出するフラットアーマチュアとを有し、サーボ弁体の閉位置において、シール部分は、制御開口によって画定されるサーボ弁座に当接し、フラットアーマチュアは、分離ウェブに対して離間して配置され、サーボ弁体の開位置において、シール部分は、サーボ弁座に対して離間して配置され、フラットアーマチュアは分離ウェブに当接することを企図することができる。サーボ弁体のフラットアーマチュアは、特に、サーボ弁体のリフトが小さい場合に大きい開弁力を生成できるという利点を提供する。

一部の実施形態によれば、サーボ弁体と主弁体は、案内孔に配置された共通のばねによってそれぞれの閉位置へ付勢されることを企図することができる。したがって、有利にも部品点数が減じられる。

一部の実施形態によれば、遮断弁は、出口開口と制御開口を内部空間の外側で流体を導くように互いに接続し、かつ供給ラインに接続するための接続部を有する制御ラインを備えることを企図することができる。代替の実施形態によれば、ハウジングは、出口開口に接続された、供給ラインに接続するための第１の接続部と、制御開口に接続された、供給ラインに接続するための第２の接続部とを有することを企図することができる。両方の代替実施形態において、制御開口と出口開口に同じ低圧レベルを簡単に生じさせることができる。

ガスタンク装置の一部の実施形態によれば、遮断弁のハウジングが高圧ガスタンクの出口開口に収容されることを企図することができる。例えば、ガスボンベとしての高圧ガスタンクが実質的に円柱状の部分と、この円柱状の部分に対してテーパになり、出口開口が形成されている出口部分またはネックとを有することができる。遮断弁のコンパクトな形態によって、出口部分内に収容することが可能であり、それによって遮断弁が機械的損傷に対してより良く保護される。

本発明の一実施例による遮断弁の模式的断面図であり、サーボ弁体と主弁体がそれぞれ閉位置に配置されている。 図１に示された遮断弁の図であり、サーボ弁体が開位置に配置され、主弁体が閉位置に配置されている。 図１に示された遮断弁の図であり、サーボ弁体と主弁体がそれぞれ開位置に配置されている。 本発明の一実施例による燃料電池システムの液圧回路図の模式図である。

以下、図面の図を参照しながら本発明を説明する。

図において、反対のことがなにも記載されない限り、同じ参照符号は同じか、または機能が同じコンポーネントを示す。

図４において、燃料電池システム３００が例示的および模式的に示される。図４に模式的に示されるように、燃料電池システム３００は、燃料電池アセンブリ３１０と燃料フィードライン３０２と、任意的な圧力調節装置３２０と、ガスタンク装置２００とを含む。

図４には燃料電池アセンブリ３１０が単にブロックとして示され、少なくとも１つの燃料電池（図示せず）と、燃料入口３１１と、酸化ガス入口３１３と、生成物出口３１４とを有する。燃料電池アセンブリは、例えば、電気的に直列に接続された、例えばいわゆるスタックの形態の多数の燃料電池を有することができる。各燃料電池は、アノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に配置された、例えば膜の形態の電解質層とを有する。燃料入口３１１を介して、例えば水素などの気体燃料を１つまたは複数の燃料電池２１０のアノードに供給することができる。同様に、酸化ガス入口２１３を介して、例えば酸素を含む周囲空気などの酸化ガスを１つまたは複数の燃料電池２１０のカソードに供給することができる。生成物出口２１４を介して、カソードの反応生成物を排出することができる。したがって、少なくとも１つの燃料電池は、燃料に蓄積された化学エネルギーを酸化ガスと一緒に電気エネルギーに直接変換するように設定されている。

ガスタンク装置２００は、高圧ガスタンク２１０と遮断弁１００を有する。以下において、分かりやすくするために、単にタンクとも呼ばれる高圧ガスタンク２１０は、例えば水素などのガスを収容するように形成され、例えばガスを７００ｂａｒまでの圧力で貯蔵することができる。図４に模式的に示されるように、タンク２１０を実質的に円柱状のタンクとして形成することができる。タンク２１０の出口開口２１１を、例えばタンク２１０の軸方向一端に配置することができる。遮断弁１００は、図４に単に象徴的に示され、以下においてさらに詳しく説明される。図４に模式的に示されるように、遮断弁１００は、出口開口２１１、およびタンク２１０の低圧接続部２６１に接続されている。任意的に、図４に例示的に示されるように、逆止弁２２０を遮断弁１００と並列に接続することができる。燃料フィードライン３０２は、ガスタンク装置２００の低圧接続部２６１を燃料電池アセンブリ３１０の燃料入口３１１に接続する。任意的な圧力調節装置３２０は、燃料フィードライン３０２において低圧接続部２６１と燃料入口３１１との間に配置され、かつタンク２１０から流出するガスの圧力を低減する、および／または流量を変化させるように設定されている。例えば、圧力調節装置３２０は、流量調節可能なスロットル弁を有することができる。

図１において、例えば図４に示されるガスタンク装置２００に使用することができるような、例示的な遮断弁１００の模式的断面図が示される。図１に模式的に示されるように、遮断弁１００は、ハウジング１と、電気コイルまたは誘導コイル２と、サーボ弁体３と、主弁体４と、ばね５とを有する。任意的に、遮断弁１００は、図１に模式的に示されるような制御ライン６をさらに有することができる。

ハウジング１は、特に、長手軸Ｌ１に沿って延びる内部空間１０を画定する基体１Ａを有することができる。図１に模式的に示されるように、ハウジング１の内部空間１０に分離ウェブまたは分離壁１４が配置され、これは内部空間１０を長手軸Ｌ１に対して第１のチャンバまたは出口チャンバ１０Ａと第２のチャンバまたは制御チャンバ１０Ｂとに分割する。図１に例示的に示されるように、分離ウェブ１４は、特に長手軸Ｌ１に対して横向きに延びる径方向Ｒ１に延在することができる。分離ウェブ１４は、特に磁化可能な材料から形成することができる。

分離ウェブ１４には、制御チャンバ１０Ｂと出口チャンバ１０Ａとを互いに接続する案内孔１５が形成されている。図１に模式的に示されるように、案内孔１５を、例えば長手軸Ｌ１と同軸に配置および位置合わせすることができる。任意的に、分離ウェブ１４は、収容空所１６をさらに有することができる。図１に模式的に示されるように、収容空所は、制御チャンバ１０Ｂの方を向いた分離ウェブ１４の表面から長手軸Ｌ１に沿って延びることができ、出口チャンバ１０Ａの方を向いた分離ウェブ１４の表面に対して離間して終わる。したがって、収容空所１６は、制御チャンバ１０Ｂから長手軸Ｌ１に沿って有底孔として延びる。したがって、制御チャンバ１０Ｂの方を向いた分離ウェブ１４の表面と収容空所１６の底もしくは端との間にウェブ残り部分１６Ａが存在する。図１にさらに模式的に示されるように、収容空所１６は、長手軸Ｌ１もしくは案内孔１５を包囲する。例えば、収容空所１６を案内孔１６の周りにリング状またはフレーム状に形成することができる。

図１にさらに示されるように、ハウジング１は、入口開口１１と出口開口１２と制御開口１３とを有する。入口開口１１は、高圧リザーバに接続するために用いられる。例えば、入口開口１１をタンク２１０の出口開口２１１に接続することができる。図１に例示的に示されるように、ハウジング１の基部１Ａは、出口チャンバ１０Ａと外面との間に径方向Ｒ１に延びる入口開口１１としての複数の空所を有することができる。一般に、入口開口１１は、第１のチャンバもしくは出口チャンバ１０Ａに接続されている。図１にさらに見て取れるように、入口開口１１には任意的にフィルタ１７を配置することができる。

図１に例示的に示されるように、出口開口１２は、特に長手軸Ｌ１と同軸に配置することができ、かつ基部１Ａにおいて出口チャンバ１０Ａと外面との間に延びることができる。一般に、出口開口１２は出口チャンバ１０Ａに接続されている。

図１に例示的に示されるように、制御開口１３を長手軸Ｌ１に対して、特に出口開口１２の向かい側に位置するように配置することができる。制御開口１３は、制御チャンバ１０Ｂに接続されている。図１に示されるように、制御開口１３は、例えば長手軸Ｌ１と同軸に配置され、基部１Ａにおいて制御チャンバ１０Ｂと外面との間に延びることができる。

図１に全く例示的および模式的に示されるように、出口開口１１と制御開口１３とを任意的な制御ライン６によって流体を導くように互いに接続することができ、制御ライン６は、内部空間１０の外側に、またはハウジング１の内部空間１０から流体的に分離もしくは絶縁されて延びる。制御ライン６１は、例えば、供給ライン３０２に接続するための接続部６１を有することができる。図４に模式的に示されるように、例えば、制御ライン６１の接続部６１がガスタンク装置２００の低圧接続部２６１を形成することができる。代替的に、ハウジング１は、出口開口１１に接続された第１の接続部（図１に図示せず）と制御開口１３に接続された第２の接続部（図１に図示せず）とを有することができ、第１および第２の接続部は、それぞれ供給ライン３０２に接続可能である。この場合、第１および第２の接続部は、共同でガスタンク装置２００の低圧接続部２６１を形成する。一般に、制御開口１３と出口開口１２は、それぞれ同じ圧力レベル、特に同じ供給ラインに接続可能であるか、または接続されている。

コイル２は、導電体からなる多数の巻線を有し、図１に単に象徴的に示される。図１に示されるように、コイル２を、例えば分離ウェブ１４の収容空所１６に収容することができる。収容空所１６の底とコイル２との間に、特に磁気的に絶縁する層２Ａを配置することができる。同様に、図１に例示的に示されるように、収容空所１６を、制御チャンバ１０Ｂの方を向いた端において、磁気的に絶縁する層２Ｂによって閉鎖することができる。コイル２は、一般に、分離ウェブ１４に収容され、案内孔１５を包囲する。

サーボ弁体３は、制御チャンバ１０Ｂに配置されている。図１に例示的に示されるように、サーボ弁体３は、シャフト３０と接続通路３３とシール部分３４とを有することができる。さらに、サーボ弁体３は、任意的にフラットアーマチュア３５を有することができる。シャフト３０は、第１の端領域３１とこの端領域の向かい側に位置する第２の端領域３２との間に延びる。シール部分３４は、シャフト３０の第１の端領域３１に形成され、特にシャフト３０の第１の端を形成することができる。例えば、図１に模式的に示されるように、シール部分３４を円錐形に形成することができる。図１に模式的に示されるように、接続通路３３を、例えばシャフト３０を横方向に通って延びる横孔と、第２の端と横孔との間に延びる軸方向孔とによって形成することができる。代替的に、接続通路をシャフト３０の周面とシャフト３０の第２の端との間に斜めに延びる孔によって実現することも考えられよう。任意的なフラットアーマチュア３５は、シャフト３０の第２の端領域に配置され、これに接続される。図１に模式的に示されるように、フラットアーマチュア３５は、シャフト３０に対して横向きに延び、シャフトから突出する。図１に模式的に示されるように、フラットアーマチュア３５をシャフト３０の周囲に延びるウェブとして形成することができる。少なくともフラットアーマチュア３５、殊にシャフト３０も、磁化可能な材料から形成されている。

図１に模式的に示されるように、サーボ弁体３は、シャフト３０が長手軸Ｌ１に沿って延び、フラットアーマチュア３５が径方向Ｒ１に沿って延びるように制御チャンバ１０Ｂに配置および位置合わせされ、その場合、シャフト３０を、特に長手軸Ｌ１と同軸に配置もしくは位置合わせすることができる。その場合、シール部分３１を有する第１の端領域３１は、制御開口１３の方に向けられ、フラットアーマチュア３５を有する第２の端領域３２は、分離ウェブ１４の方に向けられている。

図１にさらに模式的に示されるように、ばね５は、サーボ弁体３が制御開口１３を密閉する閉位置へサーボ弁体３を付勢する。図１に模式的に示されるように、特に、サーボ弁体３の閉位置において、シール部分３４が制御開口１３によって画定されるサーボ弁座１３Ｓに当接し、フラットアーマチュア３５は、分離ウェブ１４に対して離間して配置され得る。シール座１３Ｓは、特に制御開口１３を取り囲むハウジング１の領域によって形成され得る。図１に模式的に示されるように、サーボ弁体３の閉位置において、フラットアーマチュア３５と分離ウェブ１４との間に隙間が形成される。サーボ弁体３は、一般に、長手軸Ｌ１に沿って、サーボ弁体３が制御開口１３を密閉する閉位置へ付勢されている。

コイル２を流れる電流を生成する電圧をコイル２に印加することによって、コイル２の周りに磁界、特に一次磁界Ｍ１を生成することができ、一次磁界がサーボ弁体３０に引力を加える。それによって、サーボ弁体３は、ばね５により加えられる付勢力に逆らって分離ウェブ１４の方向に動かされ、それによってシール部分３４がシール座１３Ｓから持ち上げられる。したがって、サーボ弁体３は、一般に、コイル２により生成可能な磁界によって長手軸Ｌ１に沿って開位置へ移動可能である。サーボ弁体３の開位置が図２に模式的に示される。図２に模式的に示されるように、シール部分３４は、サーボ弁体３の開位置において、サーボ弁座１３Ｓに対して離間して配置され、フラットアーマチュア３５は分離ウェブ１４に当接する。したがって、一般に、サーボ弁体３は、開位置において制御開口１３を解放し、分離ウェブ１４に当接する。図２に模式的に示されるように、案内孔１５は、サーボ弁体３の開位置において、接続通路３３を通じて流体を導くように案内孔１５に接続される。

主弁体４は、出口チャンバ１０Ａに配置される。図１に模式的に示されるように、主弁体４０は、シャフトとシール部分４３と任意的なフラットアーマチュア４４とを有することができる。主弁体４のシャフト４０は、第１の端領域４１とこの第１の端領域の向かい側に位置する第２の端領域４２との間に延びる。シール部分４３は、シャフト４０の第２の端領域４２に形成され、特にシャフト４０の第２の端を形成することができる。図１に模式的に示されるように、例えば、シール部分４３を円錐形に形成することができる。任意的なフラットアーマチュア４４は、シャフト４０の第１の端領域４１の隣に配置することが（でき）、かつシャフト４０に接続される。図１に模式的に示されるように、フラットアーマチュア４４は、シャフト４０に対して横向きに延び、かつシャフトから突出する。少なくともフラットアーマチュア４４、殊に主弁体４のシャフト４０も磁化可能な材料から形成される。

図１に模式的に示されるように、主弁体４は、シャフトの第１の端領域４１が案内孔１５内に突出し、案内孔１５に挿通され、シール部分４３を有する第２の端領域４２が出口開口１２の方に向けて設けられるように、出口チャンバ１０Ａに配置されている。特に、主弁体４のシャフト４０を長手軸Ｌ１と同軸に位置合わせすることができる。したがって、例えばシャフト４０の周囲に延びるウェブとして形成され得るフラットアーマチュア４４は、シャフト４０から径方向Ｒ１に突出する。

図１は、主弁体４を、これが出口開口１２を密閉する閉位置で示す。図１に模式的に示されるように、主弁体４は、ばね５によって閉位置へ付勢される。任意的に、図１に例示的に示されるように、案内孔１５に配置され得る同一のばね５が主弁体４とサーボ弁体３をそれぞれその閉位置へ付勢することができる。しかし、主弁体４とサーボ弁体３にそれぞれ別々のばねが設けられることも考えられる。これらを案内孔１５の外側に配置することもできる。図１に模式的に示されるように、シール部分４３は、主弁体４の閉位置において、出口開口１２によって画定される主弁座１２Ｓに当接し、フラットアーマチュア４４は、分離ウェブ１４に対して離間して配置され、それにより分離ウェブ１４とフラットアーマチュア４４との間に隙間が形成される。主弁座１２Ｓを、例えば出口開口１２を取り囲む領域によって形成することもできる。主弁体のシャフト４０は、第１の端領域４１に第１の横断面Ａ４１を有する。第２の横断面Ａ１２は面によって画定され、主弁座１２Ｓによって囲まれる。図１に模式的に示されるように、第１の横断面Ａ１２は第２の横断面Ａ１２より大きい。

図２に模式的に示されるように、サーボ弁体３が開位置に配置される場合、制御チャンバ１０Ｂは、制御開口１３を通じて流体を導くように接続部６１の圧力レベルに接続され、そのことが典型的には、制御チャンバ１０Ｂの圧力低下につながる。一般に、圧力補償は制御チャンバ１０Ｂと接続部６１との間で行われ、その結果、制御開口１３と出口開口１２との間でも圧力補償が行われる。接続通路３３を介して、出口チャンバ１０Ａに相対して案内孔１５でも圧力低下が生じ、その結果、ばね５により生成される付勢力とは反対に作用する引張力が主弁体４に加えられる。案内孔１５と出口チャンバ１０Ａとの間の圧力差に応じて、この引張力は、主弁体４０のシール部分４３を主弁座１２Ｓから持ち上げるのに十分になり得る。これは、特に第２の面Ａ１２が第１の面Ａ４１より小さい場合に特に容易になる。コイル２が引き続き通電されるので、サーボ弁体３が開位置に配置されている場合に、図２に全く模式的に描かれる二次磁界Ｍ２が形成される。二次磁界Ｍ２は、同様にばね力とは反対に作用する引張力を主弁体４に加え、それにより主弁体が、図３に描かれる開位置へ動かされる。図３に示されるように、任意的なフラットアーマチュア４４は、主弁体４の開位置において分離ウェブ１４に当接し、したがって、有利にもストッパを形成する。主弁体の開位置において、主弁体４のシール部分４３は主弁座１２Ｓに対して離間して配置される。したがって、主弁体４は、一般に、その開位置において出口開口１１を解放する。

したがって、サーボ弁体３が開位置に配置された場合、主弁体４は、コイル２により生成可能な磁界によって開位置へ移動可能である。サーボ弁体３が開くことによる制御チャンバ１０Ｂの圧力低下によって、このために必要な力が有利にも低減され、そのことがコイル２のコンパクトな形態を可能にする。しかし、遮断弁１００を、制御チャンバ１０Ｂと出口チャンバ１０Ａとの間に圧力差がなくても主弁体４の開放が可能なように設計することもできる。サーボ弁体３は閉位置において分離ウェブ１４に当接するので、任意的なウェブ残り部分１６Ａには、これが十分に薄く形成される場合にこれに磁気飽和の状態が生じ得る。したがって、主弁体４のフラットアーマチュア４４と分離ウェブ１４との間の隙間に磁気引力が生成される。このことは、一般に、制御チャンバ１０Ｂと出口チャンバ１０Ａとの間に圧力差がない状況でだけ主弁体４の開放を容易にするのではない。

遮断弁１００がコンパクトな構造であるため、図４に模式的に示されるガスタンク装置２００では、遮断弁を任意的に高圧ガスタンク２１０の出口開口２１１に収容することができる。一般に、遮断弁１００の入口開口１１はタンク２１０の出口開口２１１に接続される。遮断弁１００のハウジング１の出口開口１２と制御開口１３は、例えば接続部６１を介してそれぞれ燃料フィードライン３０２に接続される。

上記において、実施例をもとにして本発明を例示的に説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、様々に変更可能である。特に、上記の実施例の組み合わせも考えられる。さらに、本発明は、燃料電池システムでの使用に限定されない。例えば、ガスタンク装置は、ガス、特に水素が燃料または反応生成物として使用される他のシステムとの関連でも使用することができる。全く例示的に、内燃機関を作動させるために気体燃料を利用する車両を挙げておく。

１ ハウジング
１Ａ ハウジングの基部
２ コイル
２Ａ 磁気的に絶縁する層
３ サーボ弁体
４ 主弁体
５ ばね
６ 制御ライン
１０ 内部空間
１０Ａ 第１のチャンバ、出口チャンバ
１０Ｂ 第２のチャンバ、制御チャンバ
１１ ハウジングの入口開口
１２ ハウジングの出口開口
１２Ｓ 主弁座
１３ 制御開口
１３Ｓ サーボ弁座、シール座
１４ 分離ウェブ、分離壁
１５ 案内孔
１６ 収容空所
１６Ａ ウェブ残り部分
１７ フィルタ
３０シャフト
３１ 第１の端領域
３２ 第２の端領域
３３ 接続通路
３４ シール部分
３５ フラットアーマチュア
４０ シャフト
４１ 第１の端領域
４２ 第２の端領域
４３ シール部分
４４ フラットアーマチュア
６１ 接続部
１００ 遮断弁
２００ ガスタンク装置
２１０ 高圧ガスタンク
２１１ タンクの出口開口
２２０ 逆止弁
２６１ 低圧接続部
３００ 燃料電池システム
３０２ 供給ライン、燃料フィードライン
３１０ 燃料電池アセンブリ
３１１ 燃料入口
３１３ 酸化ガス入口
３１４ 生成物出口
３２０ 圧力調節装置
Ａ４１ 第１の面、第１の横断面
Ａ１２ 第２の面、第２の横断面
Ｌ１ 長手軸
Ｍ１ 一次磁界
Ｍ２ 二次磁界
Ｒ１ 径方向

Claims (12)

1. ガスタンク装置（２００）のための遮断弁（１００）であって、
   高圧タンク（２１０）に接続するための入口開口（１１）、供給ライン（３０２）に接続するための出口開口（１２）、および前記供給ラインライン（３０２）に接続するための制御開口（１３）を有するハウジング（１）であって、長手軸（Ｌ１）に沿って延びる内部空間（１０）を画定し、かつ前記内部空間（１０）を前記長手軸（Ｌ１）に対して出口チャンバ（１０Ａ）と制御チャンバ（１０Ｂ）とに分割する分離ウェブ（１４）を有し、前記分離ウェブ（１４）が、前記出口チャンバ（１０Ａ）と前記制御チャンバ（１０Ｂ）との間に延びる案内孔（１５）を有する、ハウジング（１）と、
   前記分離ウェブ（１４）に収容され、かつ前記案内孔（１５）を包囲する電気コイル（２）と、
   前記制御チャンバ（１０Ｂ）に配置されたサーボ弁体（３）であって、前記長手軸（Ｌ１）に沿って、前記サーボ弁体（３）が前記制御開口（１３）を密閉する閉位置へ付勢され、かつ前記コイル（２）により生成可能な磁界によって、前記サーボ弁体（３）が前記制御開口（１３）を解放するとともに前記分離ウェブ（１４）に当接する開位置へ移動可能であり、前記サーボ弁体（３）が、前記サーボ弁体（３）の開位置において前記制御チャンバ（１０Ｂ）を前記案内孔（１５）に接続する接続通路（３３）を有する、サーボ弁体と、
   前記長手軸（Ｌ１）に沿って移動可能に前記案内孔（１５）に案内された主弁体（４）であって、前記長手軸（Ｌ１）に沿って、前記主弁体（４）が前記出口開口（１２）を密閉する閉位置へ付勢され、かつ前記サーボ弁体（３）がその開位置に配置されている場合に、前記コイル（２）により生成可能な磁界によって、前記主弁体（４）が前記出口開口（１２）を解放する開位置へ移動可能である、主弁体と、を備える遮断弁。
2. 前記分離ウェブ（１４）は、前記案内孔（１５）を包囲して前記制御チャンバ（１０Ｂ）から前記長手軸（Ｌ１）に沿って有底孔として延びる収容空所（１６）を有し、前記コイル（２）は前記収容空所（１６）に配置される、請求項１に記載の遮断弁（１００）。
3. 前記主弁体（４）は、第１の端領域（４１）において前記案内孔（１５）に案内されるシャフト（４０）と、前記シャフト（４０）の第２の端領域（４２）に形成され、かつ前記主弁体（４）の閉位置において、前記出口開口（１２）によって画定される主弁座（１２Ｓ）に当接するシール部分（４３）とを有する、請求項１または２に記載の遮断弁（１００）。
4. 前記主弁体の前記シャフト（４０）は、前記主弁座（１２Ｓ）の第２の横断面（Ａ１２）より大きい第１の横断面（Ａ４１）を前記第１の端領域（４１）に有する、請求項３に記載の遮断弁（１００）。
5. 前記主弁体（４）は、前記シャフト（４０）から突出するフラットアーマチュア（４４）を有し、前記フラットアーマチュアは、前記主弁体（４）の閉位置において前記分離ウェブ（１４）に対して離間して配置され、前記主弁体（４）の開位置において前記分離ウェブ（１４）に当接する、請求項３または４に記載の遮断弁（１００）。
6. 前記サーボ弁体（３）は、シャフト（３０）と、前記シャフト（３０）の第１の端領域（３１）に形成されたシール部分（３４）と、前記シャフト（３０）の第２の端領域（３２）に接続され、前記シャフト（３０）から突出するフラットアーマチュア（３５）とを有し、前記サーボ弁体（３）の閉位置において、前記シール部分（３４）は、前記制御開口（１３）によって画定されるサーボ弁座（１３Ｓ）に当接し、前記フラットアーマチュア（３５）は、前記分離ウェブ（１４）に対して離間して配置され、前記サーボ弁体（３）の前記開位置において、前記シール部分（３４）は、前記サーボ弁座（１３Ｓ）に対して離間して配置され、前記フラットアーマチュア（３５）は前記分離ウェブ（１４）に当接する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の遮断弁（１００）。
7. 前記サーボ弁体（３）と前記主弁体（４）は、前記案内孔（１５）に配置された共通のばね（５）によって前記それぞれの閉位置へ付勢される、請求項１から６までのいずれか１項に記載の遮断弁（１００）。
8. 前記出口開口（１２）と前記制御開口（１３）を前記内部空間（１０）の外側で流体を導くように互いに接続し、かつ前記供給ライン（３０２）に接続するための接続部（６１）を有する制御ライン（６）をさらに備える、請求項１から７までのいずれか１項に記載の遮断弁（１００）。
9. 前記ハウジング（１）は、前記出口開口（１１）に接続された、前記供給ライン（３０２）に接続するための第１の接続部と、前記制御開口（１３）に接続された、前記供給ライン（３０２）に接続するための第２の接続部とを有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の遮断弁（１００）。
10. 特に燃料電池システム（３００）のためのガスタンク装置（２００）であって、
    ガスを収容するための高圧ガスタンク（２１０）と、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の遮断弁（１００）と、を備え、前記遮断弁（１００）の前記ハウジング（１）の前記入口開口（１１）が前記高圧ガスタンク（２１０）の出口開口（２１１）に接続されている、ガスタンク装置。
11. 前記遮断弁（１００）の前記ハウジング（１）は、前記高圧ガスタンク（２１０）の前記出口開口（２１１）に収容される、請求項１０に記載のガスタンク装置（２００）。
12. 燃料電池システム（３００）であって、
    少なくとも１つの燃料電池、気体燃料を供給するための燃料入口（３１１）、酸化ガスを供給するための酸化ガス入口（３１３）、および反応生成物を排出するための生成物出口（３１４）を有する燃料電池アセンブリ（３１０）と、
    前記燃料入口（３１１）に接続された燃料フィードライン（３０２）と、
    請求項１０または１１に記載のガスタンク装置（２００）と、を備え、前記遮断弁（１００）の前記ハウジング（１）の前記出口開口（１２）と前記制御開口（１３）がそれぞれ前記燃料フィードライン（３０２）に接続されている、燃料電池システム。

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