JP6872643B2 - Gas pressure limiting valve with an annular gap sheet for controlling and discharging gaseous media - Google Patents

Gas pressure limiting valve with an annular gap sheet for controlling and discharging gaseous media Download PDF

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Description

本発明は、特に燃料電池駆動部を有する車両で適用するための、弁体モジュールを有する、気体状の媒体を、特に水素を制御および排出するための圧力制限弁、特にガス圧力制限弁に関する。 The present invention relates to a pressure limiting valve, particularly a gas pressure limiting valve, for controlling and discharging a gaseous medium having a valve body module, particularly hydrogen, particularly for application in a vehicle having a fuel cell drive.

車両分野では、液体燃料のほかに気体状の燃料も将来的にますます大きな役割を担う。特に燃料電池駆動部を有する車両では、水素ガス流が制御されなければならない。このときガス流は、液体燃料の噴射の場合のように不連続的に制御されるのではなく、少なくとも1つの高圧タンクからガスが取り出され、中圧配管システムの供給流配管を介してエジェクタユニットへと案内される。このエジェクタユニットが、低圧配管システムの接続配管を介して燃料電池へとガスを案内する。 In the vehicle sector, in addition to liquid fuels, gaseous fuels will play an increasingly important role in the future. Especially in vehicles with fuel cell drives, the hydrogen gas flow must be controlled. At this time, the gas flow is not controlled discontinuously as in the case of injection of liquid fuel, but gas is taken out from at least one high-pressure tank and the ejector unit is taken out through the supply flow pipe of the medium-pressure piping system. You will be guided to. This ejector unit guides the gas to the fuel cell via the connecting pipe of the low pressure piping system.

特許文献1より、ハウジングと弁体モジュールとを有する圧力制限弁が公知であり、弁体モジュールは長軸の方向に開放および閉止をする弁体を有し、弁体はシールシートプレートのシールシートエッジに向かって閉止ばねにより押圧されてシールシートを構成する。このとき閉止ばねは、閉止ばね支持部に支持される。構成されるシールシートに基づき、特許文献1に記載の圧力制限弁は閉じた状態にあるとき、特定の圧力範囲が超過されない限り、媒体がシステムから外へ逃げられるようになるのを防止する。それぞれの中圧配管システムおよび/または低圧配管システムでクリティカルな圧力を超過するとただちに、弁体がシールシートプレートのシールシートエッジから離れるように動き、そのようにしてシールシートが成立しなくなる。このようにして圧力制限弁が開き、システム圧力がクリティカルな圧力を再び下回るまで、媒体をそれぞれの配管システムから外へ逃がす。 From Patent Document 1, a pressure limiting valve having a housing and a valve body module is known, the valve body module has a valve body that opens and closes in the direction of the long axis, and the valve body is a seal sheet of a seal sheet plate. It is pressed toward the edge by a closing spring to form a seal sheet. At this time, the closing spring is supported by the closing spring support portion. Based on the configured seal sheet, the pressure limiting valve described in Patent Document 1 prevents the medium from escaping out of the system when in the closed state, unless a specific pressure range is exceeded. As soon as the critical pressure is exceeded in each medium pressure piping system and / or low pressure piping system, the valve body moves away from the seal sheet edge of the seal sheet plate, thus preventing the seal sheet from forming. In this way, the pressure limiting valve opens and allows the medium to escape from each piping system until the system pressure drops below the critical pressure again.

特許文献1から公知の圧力制限弁は何かしらの欠点を有することがあり得る。 The pressure limiting valve known from Patent Document 1 may have some drawbacks.

圧力制限弁が軽微にのみ開き、その結果として開放ストロークが小さいとき、比較的小さい流動断面しか形成されず、このことは媒体の少ない貫流をもたらす。このことは、圧力制限弁が開くとき、特に開放の開始段階のとき、わずかな媒体しか流出することができず、そのためシステムでの圧力低減が高い時間コストを要求することに帰結する。 When the pressure limiting valve opens only slightly and as a result the opening stroke is small, only a relatively small flow cross section is formed, which results in less medium throughflow. This results in the fact that only a small amount of medium can flow out when the pressure limiting valve opens, especially at the beginning of the opening, so that the pressure reduction in the system requires a high time cost.

特許文献1から公知の圧力制限弁のさらに別の欠点は、圧力制限弁の閉止プロセスのとき、シールシートプレートのシールシートエッジがシールシートを構成するために弁体に衝突することによって、閉じられた最終位置が実現されることにある。特に硬質の金属素材からなる場合があるシールシートプレート、特にシールシートエッジ、および弁体の材料特性に基づき、これら両方のコンポーネントに対する衝撃力や衝突力が損傷をもたらす可能性がある。 Yet another drawback of the pressure limiting valve known from Patent Document 1 is that during the closing process of the pressure limiting valve, the seal sheet edge of the seal sheet plate is closed by colliding with the valve body to form the seal sheet. The final position is to be realized. Due to the material properties of the seal sheet plate, especially the seal sheet edge, which may be made of a particularly hard metal material, and the valve body, impact and impact forces on both of these components can cause damage.

ドイツ特許出願公開第102013204563A1号明細書German Patent Application Publication No. 102013204563A1

請求項1との関連において、特に燃料電池システムのための圧力制限弁が提案され、シールシートプレートは少なくとも1つの接続ウェブを介してシールシートプレートと接続された中央領域を有するように構成され、シールシートプレートは長軸の方向に延びる環状の流動通過部を構成し、シールシートプレートまたは弁体は少なくとも2つの周回するシールシートエッジを有し、これらのシールシートエッジは弁が閉じた状態にあるとき弁体またはシールシートプレートとともに少なくとも2つのシールシートを構成する。このようにして圧力制限弁の本発明による構成は、弁体の小さな開放ストロークのときすでに大きい流動断面が解放されるという利点を提供する。それにより、迅速な反応挙動を媒体の大きな流量をもって実現することができ、それにより、発生するシステム過圧をいっそう迅速に低減することができる。圧力制限弁がまだ完全に開いていないとき、すでに大きい流量を実現することができるからである。このことは、燃料電池構造のいっそう長い耐用寿命につながる。発生するシステム過圧をいっそう迅速に低減することができ、それによって燃料電池システムが短い時間帯しか、燃料電池システムのコンポーネントを、特に燃料電池を損傷させる恐れがある過圧に暴露されないからである。 In the context of claim 1, pressure limiting valves have been proposed specifically for fuel cell systems, the seal sheet plate being configured to have a central region connected to the seal sheet plate via at least one connecting web. The seal sheet plate constitutes an annular flow passage extending in the longitudinal direction, the seal sheet plate or valve body has at least two orbiting seal sheet edges, and these seal sheet edges are in a state where the valve is closed. At one time, it constitutes at least two seal sheets together with a valve body or a seal sheet plate. Thus, the configuration of the pressure limiting valve according to the invention provides the advantage that an already large flow section is released with a small opening stroke of the valve body. Thereby, a rapid reaction behavior can be realized with a large flow rate of the medium, whereby the system overpressure generated can be reduced more quickly. This is because a large flow rate can already be achieved when the pressure limiting valve is not yet fully open. This leads to a longer service life of the fuel cell structure. The resulting system overpressure can be reduced more quickly, which exposes the fuel cell system to overpressure that can damage the components of the fuel cell system, especially the fuel cell, only for a short period of time. ..

請求項1に記載の本発明による構成に基づく迅速な反応挙動によって、および圧力制限弁の小さな開放ストロークのときのすでに大きい流量によって、さらに、設定された反応圧力を超えるクリティカルなオーバーシュートを回避することができ、そのようにして燃料電池構造の耐用寿命が長くなる。 Due to the rapid reaction behavior according to the configuration according to claim 1 and by the already large flow rate at the time of the small open stroke of the pressure limiting valve, further avoiding critical overshoot exceeding the set reaction pressure. The service life of the fuel cell structure can be extended in this way.

従属請求項は本発明の好ましい発展例に関する。 Dependent claims relate to preferred developments of the invention.

好ましい実施形態では、弁体またはシールシートプレートのいずれかがエラストマーコーティングを有し、エラストマーコーティングは弁が閉じた状態にあるときシールシートプレートまたは弁体のいずれかの少なくとも2つの周回するシールシートエッジとともに少なくとも2つのシールシートを構成する。このときシールシートプレートまたは弁体はそれぞれ周回するストッパを有し、周回するストッパによって、エラストマーコーティングへの少なくとも2つの周回するシールシートエッジの圧入深さが長軸の方向で制限される。このようにして、中圧配管システムおよび/または低圧配管システムの確実な封止を惹起することができ、さらには圧力制限弁が高頻度で作動するときに、両方のコンポーネントであるシールシートプレートと弁体の摩耗を減らすことができる。圧力制限弁が閉じるときに、シールシートプレートと弁体という各コンポーネントが互いに衝突するときの材料剥離を、軟質のエラストマーコーティングが、弾性的でばね作用のある特性によって低減するからである。さらに、必要な閉止力を低く抑えることができる。エラストマーコーティングを利用することで、弁体とシールシートプレートという各コンポーネントの間の比較的低い閉止力のときすでに弁の完全な封止を実現できるからである。 In a preferred embodiment, either the valve body or the seal sheet plate has an elastomer coating, which is the seal sheet edge that orbits either the seal sheet plate or the valve body when the valve is in the closed state. Together, it constitutes at least two seal sheets. At this time, each of the seal sheet plate and the valve body has a rotating stopper, and the rotating stopper limits the press-fitting depth of at least two rotating seal sheet edges into the elastomer coating in the direction of the long axis. In this way, a secure seal of the medium pressure piping system and / or the low pressure piping system can be evoked, and even with the seal sheet plate, which is both components when the pressure limiting valve operates frequently. The wear of the valve body can be reduced. This is because the soft elastomer coating reduces material delamination when the seal sheet plate and valve body components collide with each other when the pressure limiting valve closes due to its elastic and springy properties. Further, the required closing force can be kept low. By utilizing an elastomer coating, a complete seal of the valve can already be achieved with a relatively low closing force between each component, the valve body and the seal sheet plate.

ストッパを適用することで、エラストマーコーティングへの少なくとも2つの周回するシールシートエッジの深すぎる圧入が防止され、それにより、それぞれのコンポーネントすなわちシールシートプレートと弁体の間のそれぞれのシールシートの接触面を、いっそう小さく構成することができる。それにより、少なくとも2つの周回するシールシートエッジの圧入によるエラストマーコーティングの負荷、およびそれに伴って生じるエラストマーコーティングの変形が減り、それによりエラストマーコーティングひいては圧力制限弁全体の耐用寿命が長くなる。さらに、圧力制限弁の好ましい構成により、特に接触面の縮小に基づいて、シールシートとエラストマーコーティングの間の付着力が低減され、このことは開放圧力のいっそう高い精度につながるとともに、圧力制限弁の遅延した反応挙動を防止する。このことは、特にエラストマーコーティングの弾性などの特性に関して、圧力制限弁の耐用寿命全体を通じての長期間効果について当てはまる。さらに、本発明による圧力制限弁は簡素でコンパクトな構造を有する。 The application of the stopper prevents excessive press-fitting of at least two orbiting seal sheet edges into the elastomer coating, thereby preventing the contact surface of each seal sheet between each component or seal sheet plate and valve body. Can be configured to be smaller. This reduces the load on the elastomer coating due to press fitting of at least two orbiting seal sheet edges and the resulting deformation of the elastomer coating, thereby extending the service life of the elastomer coating and thus the pressure limiting valve as a whole. In addition, the preferred configuration of the pressure limiting valve reduces the adhesion between the seal sheet and the elastomeric coating, especially based on the reduction of the contact surface, which leads to higher accuracy of the open pressure and of the pressure limiting valve. Prevent delayed reaction behavior. This is true for long-term effects throughout the service life of pressure limiting valves, especially with respect to properties such as the elasticity of the elastomeric coating. Further, the pressure limiting valve according to the present invention has a simple and compact structure.

さらに、本発明の好ましい実施形態では、周回するストッパは、圧力制限弁が閉じているとき弁体またはシールシートプレートのエラストマーコーティングと接触しないように配置され、それは、弁体またはシールシートプレートが、エラストマーコーティングを有している領域の半径方向外部でストッパと接触することによる。このことは、シールシートプレートまたはシールシートプレートの周回するストッパがそれぞれの接触相手の弾性的なエラストマーコーティングと接触するのでなく、弁体の非弾性的な領域と接触するという利点を提供する。このようにして、圧力制限弁が閉じているときのシールシートプレートと弁体の間の一定の間隔を、特に閉止ばねによって印加される変動する閉止力に関わりなく遵守できることが保証される。さらに、シールシートを構成するためのエラストマーコーティングへのシールシートエッジの一定の圧入深さを、圧入深さのばらつきを惹起する可能性がある外部要因に関わりなく遵守できることが保証される。弁体のエラストマーコーティングへのシールシートエッジの一定の圧入深さによって、シールシートとエラストマーコーティングの間の付着力が低減され、それによって開放圧力のいっそう高い精度と、圧力制限弁の最善の反応挙動とを実現することができる。 Further, in a preferred embodiment of the invention, the orbiting stopper is arranged so that it does not come into contact with the elastomeric coating of the valve body or seal sheet plate when the pressure limiting valve is closed. By contacting the stopper outside the radial direction of the region having the elastomeric coating. This provides the advantage that the seal sheet plate or the orbiting stopper of the seal sheet plate does not contact the elastic elastomer coating of each contact partner, but rather the inelastic region of the valve body. In this way, it is guaranteed that a certain distance between the seal sheet plate and the valve body when the pressure limiting valve is closed can be observed, especially regardless of the fluctuating closing force applied by the closing spring. In addition, it is ensured that a constant press-fit depth of the seal sheet edge into the elastomeric coating for constructing the seal sheet can be adhered to regardless of external factors that may cause variations in the press-fit depth. The constant press-fit depth of the seal sheet edge to the elastomer coating of the valve body reduces the adhesion between the seal sheet and the elastomer coating, thereby increasing the accuracy of the opening pressure and the best reaction behavior of the pressure limiting valve. And can be realized.

好ましい発展例では、エラストマーコーティングは複数の層からなり、各層がそれぞれ異なる材料特性を有し、積層は長軸の方向に行われる。このようにして、弁体とシールシートプレートという各コンポーネントの間の改善されたシールシートを実現することができ、それに対して、シールシートでの付着力は低減させることができる。これらの利点は、たとえばシールシートプレートまたは弁体のほうを向いているそれぞれの接触相手のエラストマーコーティングの側にある一番上の層が高い変形可能性と弾性を有し、それに対して、第2の層をこれよりも低い変形可能性と弾性で構成することによって実現することができる。それにより、エラストマーコーティングの一番上の層だけに、最善の密閉性と最善のシールシートを促進する特性を与えることが可能である。シールシートプレートまたは弁体が、特に少なくとも2つの周回するシールシートエッジが、エラストマーコーティングへ圧入し過ぎると、そのコンポーネントが、変形性と弾性性が低いエラストマーコーティングの第2の層へ圧入する。第2の層のこのような材料特性により、エラストマーコーティングの中への、たとえばエラストマーコーティングのさらに別の第3の層への、周回するシールシートエッジのそれ以上の圧入運動が妨げられ、それにより、エラストマーコーティングと周回するシールシートエッジとの間の接触面を小さく抑えることができ、このことは、ひいては圧力制限弁が開くときに発生する付着力を最小化する。さらに、エラストマーコーティングがその深さ全体にわたって長軸の方向に変形可能性が低いことに基づき、エラストマーコーティングの耐用寿命を改善することができ、その間に良好な密閉性特性とカプセル封じ特性が維持される。 In a preferred development example, the elastomeric coating consists of a plurality of layers, each layer having different material properties, and the lamination is carried out in the longitudinal direction. In this way, an improved seal sheet between each component, the valve body and the seal sheet plate, can be realized, whereas the adhesive force on the seal sheet can be reduced. These advantages are that, for example, the top layer on the side of the elastomeric coating of each contact facing towards the seal sheet plate or valve body has high deformability and elasticity, whereas the first This can be achieved by constructing the two layers with lower deformability and elasticity. Thereby, it is possible to give only the top layer of the elastomeric coating the properties that promote the best sealing and the best sealing sheet. If the seal sheet plate or valve body, in particular at least two orbiting seal sheet edges, presses too much into the elastomeric coating, the components press into a second layer of the elastomeric coating that is less deformable and less elastic. Such material properties of the second layer prevent further press-fitting of the orbiting seal sheet edge into the elastomeric coating, eg, into yet another third layer of the elastomeric coating. The contact surface between the elastomeric coating and the orbiting seal sheet edge can be kept small, which in turn minimizes the adhesive force generated when the pressure limiting valve opens. In addition, due to the low likelihood of deformation of the elastomeric coating in the longitudinal direction over its entire depth, the service life of the elastomeric coating can be improved while maintaining good sealing and encapsulating properties. Elastomer.

特別に好ましい発展例では、シールシートプレートまたは弁体の周回するストッパは少なくとも1つの流動開口部を有し、少なくとも1つの流動開口部は特に長軸に対して径方向に延び、それにより周回するストッパと周回するシールシートエッジとの間での気体状の媒体の隔絶された容積のカプセル封じが防止される。このようにして、圧力制限弁が閉じたときに、周回するストッパと周回するシールシートエッジとの間での媒体のカプセル封じを回避することができる。圧力制限弁が閉じた状態にあるとき、弁体とシールシートプレートの間で媒体のカプセル封じが生じることがあり、カプセル封じされた媒体は流入部および/または流出部の領域の媒体と接触するのでなく、これらの領域によってカプセル封じされる。そのため、カプセル封じされた領域の媒体と、流入部および/または流出部の領域の媒体との入れ替えが妨げられる。このときカプセル封じされた空間は、特に、シールシートプレートの周回するシールシートエッジと、周回するストッパと、弁体との間に生じる。 In a particularly preferred development example, the orbiting stopper of the seal sheet plate or valve body has at least one flow opening, which extends radially, especially with respect to the major axis, thereby orbiting. Separation volume encapsulation of the gaseous medium between the stopper and the orbiting seal sheet edge is prevented. In this way, when the pressure limiting valve is closed, it is possible to avoid encapsulation of the medium between the orbiting stopper and the orbiting seal sheet edge. When the pressure limiting valve is in the closed state, media encapsulation may occur between the valve body and the seal sheet plate, and the encapsulated medium comes into contact with the medium in the inflow and / or outflow area. Instead, they are encapsulated by these areas. Therefore, the replacement of the medium in the capsule-enclosed region with the medium in the inflow portion and / or outflow portion region is hindered. At this time, the capsule-sealed space is particularly formed between the rotating seal sheet edge of the seal sheet plate, the rotating stopper, and the valve body.

このとき圧力制限弁の特別に好ましい発展例では、周回するストッパは少なくとも1つの、特に長軸に対して径方向に延びる流動開口部を有することが意図される。周回するストッパのこのような少なくとも1つの流動開口部を通して、圧力制限弁が閉じた状態にあるときでも、媒体がカプセル封じされた領域から特に流出部の領域に逃げることができる。媒体が流動開口部を通って流出部の方向へ逃げられることにより、特に圧力制限弁が高速で開くときに発生する可能性があるキャビテーションの発生が回避される。キャビテーションが回避および/または低減されることで、これに伴って生じる周囲のコンポーネントへの有害な現象を低減することができ、それによってシールシートプレートおよび弁体という各コンポーネントの損傷および/または摩耗が防止され、または少なくとも低減される。このようにして、圧力制限弁全体の故障発生確率が低減され、そのようにして圧力制限弁の耐用寿命を延ばすことができるという利点を実現することができる。 In a particularly preferred development of the pressure limiting valve at this time, the orbiting stopper is intended to have at least one, particularly radial flow opening with respect to the major axis. Through such at least one flow opening of the orbiting stopper, the medium can escape from the encapsulated region, especially to the outflow region, even when the pressure limiting valve is in the closed state. The escape of the medium through the flow opening towards the outflow portion avoids the occurrence of cavitation, which can occur, especially when the pressure limiting valve opens at high speed. By avoiding and / or reducing cavitation, the resulting harmful phenomena to surrounding components can be reduced, thereby reducing damage and / or wear of each component, the seal sheet plate and valve body. Prevented, or at least reduced. In this way, it is possible to realize the advantage that the failure occurrence probability of the entire pressure limiting valve is reduced and the service life of the pressure limiting valve can be extended in this way.

さらに、特別に好ましい発展例に基づく圧力制限弁の実施形態は、圧力制限弁が高速で閉じたときにも、シールシートプレートと弁体の間の媒体が特に流動開口部を通して流出部の方向へ流れ出ることができ、流入部および流出部から切り離されたカプセル封じされた領域が構成され得ないという利点を有する。このことは、圧力脈動の低減および/または回避を実現できるという利点を提供し、圧力脈動は、圧力制限弁が高速で閉じるときに、特にカプセル封じされた空間で発生する。脈動の回避および/または低減により、圧力制限弁全体の故障発生確率を低減し、そのようにして耐用寿命を延ばすことができる。さらに、周回するストッパのエッジおよび周回するシールシートエッジでの摩耗が低減される。圧力制限弁が最低限にのみ開いたときに、ないしは軽微に開いたときに、流出部の方向への媒体の流出挙動が改善されるからである。 Further, in a pressure limiting valve embodiment based on a particularly preferred development, the medium between the seal sheet plate and the valve body is directed towards the outflow, especially through the flow opening, even when the pressure limiting valve closes at high speed. It has the advantage that it can flow out and no encapsulated area can be constructed that is separated from the inflow and outflow. This provides the advantage that pressure pulsation can be reduced and / or avoided, and pressure pulsation occurs especially in encapsulated spaces when the pressure limiting valve closes at high speed. By avoiding and / or reducing pulsation, the probability of failure of the entire pressure limiting valve can be reduced and thus the service life extended. Further, wear at the edge of the orbiting stopper and the orbiting seal sheet edge is reduced. This is because when the pressure limiting valve is opened only to the minimum or slightly opened, the outflow behavior of the medium in the direction of the outflow portion is improved.

好ましい実施形態では、シールシートプレートまたは弁体の少なくとも2つの周回するシールシートエッジは、特に少なくとも2つの周回するシールシートエッジがシールシートプレートまたは弁体のエラストマーコーティングと接触して少なくとも2つのシールシートを構成する領域で熱処理を施されており、および/またはコーティングを有している。このようにして、シールシートプレートの周回するシールシートエッジと弁体のエラストマーコーティングとの間で付着力の低減を実現することができる。この利点は、少なくとも2つの周回するシールシートエッジが、特にシールシートエッジがエラストマーコーティングと接触する領域で熱処理されており、および/またはコーティングを有することによって可能となる。熱処理により、一方では、熱処理されていない状態では小さな起伏や汚れを有している可能性があるシールシートエッジの表面広さを縮小できることによって付着力を低減することができる。他方ではシールシートエッジの熱処理によって、表面のいっそう高い硬度を実現できるようにそれぞれの材料特性を変えることができ、それにより、シールシートエッジとエラストマーコーティングとの間で生じることがあり得る付着現象の蓋然性が低減される。 In a preferred embodiment, at least two orbiting seal sheet edges of the seal sheet plate or valve body, particularly at least two orbiting seal sheet edges, are in contact with the elastomeric coating of the seal sheet plate or valve body and at least two seal sheets. The regions that make up the are heat treated and / or have a coating. In this way, it is possible to reduce the adhesive force between the orbiting seal sheet edge of the seal sheet plate and the elastomer coating of the valve body. This advantage is made possible by having at least two orbiting seal sheet edges heat treated, especially in areas where the seal sheet edges are in contact with the elastomeric coating, and / or having a coating. The heat treatment, on the other hand, can reduce the adhesive force by reducing the surface area of the seal sheet edge, which may have small undulations and stains in the unheated state. On the other hand, heat treatment of the seal sheet edge can change the properties of each material so that higher hardness of the surface can be achieved, thereby causing adhesion phenomena that can occur between the seal sheet edge and the elastomeric coating. Probability is reduced.

このことは、開放圧力のいっそう高い精度と、圧力制限弁の最善の反応挙動とを実現することができるという利点をもたらす。さらに、シールシートエッジの熱処理によって、いっそう高い耐摩耗性およびこれに伴ってコンポーネントすなわちシールシートプレートまたはコンポーネントすなわち弁体のいっそう長い耐用寿命を実現することができる。周回するシールシートエッジのコーティングにより、一方では、ポリマーコーティングと接触するシールシートエッジのそれぞれの領域の表面広さが縮小することによって付着力を低減することができ、それは、非常に小さい表面粗さを有するコーティングが選択されることによる。他方では材料特性によって、特にエラストマーコーティングの材料とのペアリングで、非常に低い付着特性を構成するコーティングを選択することができる。それによって付着力を最小化することができ、開放圧力のいっそう高い精度と、圧力制限弁の最善の反応速度とを実現することができる。 This has the advantage that higher accuracy of the open pressure and the best reaction behavior of the pressure limiting valve can be achieved. In addition, heat treatment of the seal sheet edge can result in higher wear resistance and, with concomitantly, a longer service life of the component or seal sheet plate or component or valve body. The coating of the orbiting seal sheet edge, on the one hand, can reduce the adhesion by reducing the surface area of each region of the seal sheet edge in contact with the polymer coating, which has a very small surface roughness. By selecting a coating with. On the other hand, depending on the material properties, it is possible to select a coating that constitutes a very low adhesion property, especially when paired with an elastomeric coating material. Thereby, the adhesive force can be minimized, and the higher accuracy of the opening pressure and the best reaction rate of the pressure limiting valve can be realized.

好ましい実施形態では、弁体はスリーブ状の部材と結合され、該部材を介して閉止ばねが弁体に支持され、弁体は、特にスリーブ状の部材と、特に閉止ばねを案内する役目を果たす案内部材とを介して、ハウジングの中で長軸の方向に案内される。このようにして、圧力制限弁の耐用寿命を延ばせるようにすることが可能となる。個別部品の数が少なくなることに基づき、圧力制限弁の複雑性が低減されるからである。さらに、コンポーネントである弁体のハウジングの中での長軸の方向への別個の案内部が必要なくなる。閉止ばねが支持されるスリーブ状の部材が、すでに案内部材によってハウジングの中で案内されるからである。このとき案内部材は、一方では閉止ばねを案内するための役目を果たし、他方では、スリーブ状の部材を介して弁体を間接的に案内する役目を果たす。このような方策により、圧力制限弁の故障発生確率を低減することができ、耐用寿命を延ばすことができる。 In a preferred embodiment, the valve body is coupled to a sleeve-like member, the closing spring is supported by the valve body through the member, and the valve body serves to guide a particularly sleeve-shaped member and particularly a closing spring. It is guided in the direction of the long axis in the housing via the guide member. In this way, it is possible to extend the service life of the pressure limiting valve. This is because the complexity of the pressure limiting valve is reduced due to the reduced number of individual parts. In addition, there is no need for a separate guide in the longitudinal direction within the housing of the valve body, which is a component. This is because the sleeve-shaped member on which the closing spring is supported is already guided in the housing by the guide member. At this time, the guide member serves to guide the closing spring on the one hand, and indirectly guides the valve body via the sleeve-shaped member on the other hand. By such a measure, the probability of failure of the pressure limiting valve can be reduced and the service life can be extended.

好ましい実施形態では、圧力制限弁は、閉止ばねのばね力が、特に弁体および/またはスリーブ状の部材が長軸の方向に動くとき、閉止ばねが圧縮または弛緩するときの経路にわたって線形に延びるのではなく、特に、閉止ばねがばね経路にわたって累進的に変化するばね定数を有するように製作される。さらにこのとき、累進的に変化する閉止ばねのばね定数は、閉止ばねの巻回直径が長軸の方向でその長さにわたって変化することによって実現され、および/または、閉止ばねが少なくとも2つのばねセグメントから構成されて、それぞれのばねセグメントが異なるばね定数を有することによって実現される。このようにして、シールシートの封止特性とカプセル封じ特性を改善することができ、それに対して弁体および/またはシールシートプレート、特にエラストマーコーティング、周回するストッパ、および少なくとも2つの周回するシールシートエッジという各コンポーネントの摩耗が低減される。このことが特に該当するのは、圧力制限弁が長い期間にわたって閉じられ、そのためにシールシートが構成されたままになっているケースである。累進的に変化するばね定数により、閉止運動経路の領域では高い力を弁の長軸の方向に利用することができ、その間に弁体が、特に閉止ばねが最大の圧縮を受ける完全に開いた位置から閉止を始めることが可能である。弁体が閉止位置に接近し、そのようにしてシールシートプレートとの接触部に長軸の方向で接近するが、まだシールシートプレートとは接触していない間に、長軸の方向へ弁体が進んだ経路に伴ってばね力が次第に低減していく。圧力制限弁の最後の閉止運動の領域では、すなわちシールシートプレートと接触するために長軸の方向へ弁体が運動する領域では、ばね定数およびこれに伴ってばね力が低下する。それにより、エラストマーコーティングに少なくとも2つのシールシートエッジが当たることがソフトに低い力で行われ、ついにはシールシートを構成することができてストッパが弁体と当接する程度まで、少なくとも2つのシールシートエッジがエラストマーコーティングの中へ入るように動くことが可能となる。 In a preferred embodiment, the pressure limiting valve extends linearly over the path in which the spring force of the closing spring compresses or relaxes, especially when the valve body and / or sleeve-like member moves in the longitudinal direction. In particular, the closing spring is made to have a spring constant that changes progressively over the spring path. Further, at this time, the spring constant of the closing spring that changes progressively is realized by changing the winding diameter of the closing spring over the length in the direction of the long axis, and / or the spring having at least two closing springs. It is composed of segments and is realized by each spring segment having a different spring constant. In this way, the sealing and capsule sealing properties of the seal sheet can be improved, whereas the valve body and / or seal sheet plate, especially the elastomer coating, the orbiting stopper, and at least two orbiting seal sheets. Wear of each component called the edge is reduced. This is especially true in cases where the pressure limiting valve has been closed for a long period of time and thus the seal sheet remains configured. The progressively changing spring constant allows high forces to be utilized in the direction of the long axis of the valve in the region of the closing motion path, during which the valve body is fully open, especially when the closing spring receives maximum compression. It is possible to start closing from the position. The valve body approaches the closing position and thus approaches the contact portion with the seal sheet plate in the long axis direction, but while not yet in contact with the seal sheet plate, the valve body approaches the long axis direction. The spring force gradually decreases as the path travels. In the region of the final closing motion of the pressure limiting valve, that is, in the region where the valve body moves in the longitudinal direction to contact the seal sheet plate, the spring constant and the spring force associated therewith decrease. As a result, at least two seal sheet edges are applied to the elastomer coating with a soft low force, and finally the seal sheet can be formed and at least two seal sheets are contacted with the stopper. It allows the edges to move into the elastomeric coating.

それにより、圧力制限弁のこの好ましい実施形態は、圧力制限弁の高速での閉止が保証されるという利点を提供する。その場合、弁体の初期の閉止運動のときに高いばね定数に基づいて高いばね力が印加されるからである。しかし弁の残りの閉止運動では、および特にエラストマーコーティングに少なくとも2つの周回するシールシートエッジが当たるときには、閉止ばねの力の累進的な低減が惹起され、それによってコンポーネントであるエラストマーコーティングの損傷を回避することができ、衝撃力による周囲のコンポーネントの損傷も減る。それにより、圧力制限弁の耐用寿命を延ばすことができる。好ましい実施形態に基づいてさらに別の利点がもたらされ、閉止ばねのいっそうコンパクトな設計形態を実現することができ、このことは材料削減に基づくコスト削減につながる。 Thereby, this preferred embodiment of the pressure limiting valve provides the advantage that the pressure limiting valve is guaranteed to close at high speed. In that case, a high spring force is applied based on the high spring constant during the initial closing motion of the valve body. However, in the remaining closing motion of the valve, and especially when the elastomer coating is hit by at least two orbiting seal sheet edges, a progressive reduction in the force of the closing spring is triggered, thereby avoiding damage to the component elastomer coating. It can also reduce damage to surrounding components due to impact forces. Thereby, the service life of the pressure limiting valve can be extended. Yet another advantage is provided based on the preferred embodiment, and a more compact design form of the closing spring can be realized, which leads to cost reduction based on material reduction.

好ましい発展例では、閉止ばねおよび/またはスリーブ状の部材は長軸の方向で案内部材を介してハウジングの中で案内され、案内部材は閉止ばねとハウジングの間に配置される。このようにして、弁の開放と閉止の機能のために必要となる3つの可動のコンポーネントを、ただ1つのコンポーネントの利用によってハウジングの中で案内することができる。これら3つの可動のコンポーネントは、閉止ばね、スリーブ状の部材、およびエラストマーコーティングを有する弁体である。閉止ばねとハウジングの間に案内部材が配置されることで、閉止ばねを案内し、圧力制限弁が開閉するときに閉止ばねの傾動を防止し、組立のときの簡易化と迅速化を惹起することが可能となる。このような簡易化、迅速化された組立は、組立コストを節減することができ、閉止ばねの組付けのときの不具合発生を減らすことができるという利点を提供する。案内部材の形状に基づき、組付けのときに閉止ばねの誤った挿入や位置決めが起こるリスクを回避できるからである。 In a preferred development, the closing spring and / or sleeve-like member is guided in the housing via a guide member in the longitudinal direction, and the guide member is placed between the closing spring and the housing. In this way, the three movable components required for valve opening and closing functions can be guided within the housing by the use of only one component. These three movable components are a valve body with a closing spring, a sleeve-like member, and an elastomeric coating. By arranging a guide member between the closing spring and the housing, it guides the closing spring, prevents the closing spring from tilting when the pressure limiting valve opens and closes, and induces simplification and speeding up of assembly. It becomes possible. Such simplified and speedy assembly provides the advantages that the assembly cost can be reduced and the occurrence of defects at the time of assembling the closing spring can be reduced. This is because, based on the shape of the guide member, it is possible to avoid the risk of incorrect insertion or positioning of the closing spring during assembly.

さらに、媒体の貫流領域の範囲外への案内部材の配置を通じて、特に、スリーブ状の部材にある少なくとも1つの通過開口部の領域の範囲外へと長軸の方向で案内部が移ることによって、圧力制限弁が開いたときに流入部から流出部への媒体の最善の貫流が実現される。さらに、圧力制限弁の耐用寿命を延ばすことができる。削減された個別部品の個数に基づいて弁の複雑性が低減されるからである。 Further, through the placement of the guide member outside the range of the flow-through region of the medium, especially by moving the guide member out of the range of the region of at least one passage opening in the sleeve-shaped member in the longitudinal direction. The best penetration of the medium from the inflow to the outflow is achieved when the pressure limiting valve is opened. In addition, the service life of the pressure limiting valve can be extended. This is because the complexity of the valve is reduced based on the reduced number of individual parts.

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。図面には次のものが示されている。 Next, examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings show the following:

本発明の好ましい実施例に基づくガス圧力制限弁を示す模式的な断面図であり、ガス圧力制限弁は閉じた状態にある。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a gas pressure limiting valve based on a preferred embodiment of the present invention, in which the gas pressure limiting valve is in a closed state. 本発明の好ましい実施例に基づくガス圧力制限弁を示す模式的な断面図であり、ガス圧力制限弁は開いた状態にある。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a gas pressure limiting valve based on a preferred embodiment of the present invention, in which the gas pressure limiting valve is in an open state. 図2に符号Vで表されている周回するストッパを流動開口部とともに示す拡大した図面の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of an enlarged drawing showing the orbiting stopper represented by the reference numeral V together with the flow opening. 図1に符号A−Aで表されているシールシートプレートを示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a seal sheet plate represented by reference numerals AA in FIG. 燃料電池と、図1の少なくとも1つのガス圧力制限弁とを有する、本発明による燃料電池構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the fuel cell structure according to this invention which has a fuel cell and at least one gas pressure limiting valve of FIG.

以下において図1および図2を参照すると、好ましい実施例に基づく媒体の、特に気体状の媒体の制御と排出をするための圧力制限弁1の、特にガス圧力制限弁1の模式的な断面図が示されている。示されている圧力制限弁1は、車両の燃料電池30に供給される媒体を、特に気体状の水素を制御するため、および特定の圧力範囲を超えたときに排出するための役目を果たす。 Referring below to FIGS. 1 and 2, a schematic cross-sectional view of a pressure limiting valve 1, particularly a gas pressure limiting valve 1, for controlling and discharging a medium based on a preferred embodiment, particularly a gaseous medium. It is shown. The pressure limiting valve 1 shown serves to control the medium supplied to the fuel cell 30 of the vehicle, especially gaseous hydrogen, and to expel when a certain pressure range is exceeded.

図1から明らかなとおり、ガス圧力制限弁1は、ハウジング7と、弁体モジュール17と、閉止ばね8が支持されるスリーブ状の部材13と、特に閉止ばね8を案内するための案内部材9と、閉止ばね支持部11とを含んでいる。さらに、弁体モジュール17はシールシートプレート2と弁体3とを有しており、弁体3は長軸14の方向でスリーブ状の部材13と当接し、または、別案の実施形態ではスリーブ状の部材13と結合される。さらにスリーブ状の部材13は少なくとも1つの通過開口部15を有しており、それにより、ガス圧力制限弁1が開いたときに長軸14の方向で流入部IIから流出部IIIへの媒体の貫流が可能となる。このとき少なくとも2つの通過開口部15が、スリーブ状の部材13に周回するように配置されていてよい。 As is clear from FIG. 1, the gas pressure limiting valve 1 includes a housing 7, a valve body module 17, a sleeve-shaped member 13 on which the closing spring 8 is supported, and a guide member 9 for guiding the closing spring 8 in particular. And the closing spring support portion 11. Further, the valve body module 17 has a seal sheet plate 2 and a valve body 3, and the valve body 3 abuts on the sleeve-shaped member 13 in the direction of the long axis 14, or in another embodiment, the sleeve. It is combined with the shaped member 13. Further, the sleeve-shaped member 13 has at least one through opening 15, whereby the medium from the inflow portion II to the outflow portion III in the direction of the major axis 14 when the gas pressure limiting valve 1 is opened. Throughflow is possible. At this time, at least two passage openings 15 may be arranged so as to orbit the sleeve-shaped member 13.

さらに弁体3はエラストマーコーティング4を有しており、エラストマーコーティング4は長軸14の方向で見てシールシートプレート2のほうを向いている弁体3の側に配置されている。さらに弁体3は切欠き34を有することができ、これを通して、ガス圧力制限弁1が開いたときに気体状の媒体が流入部IIの領域から流出部IIIの領域へ、特に少なくとも1つの通過開口部に追加して、圧力制限弁1を通り抜けて流れることができる。 Further, the valve body 3 has an elastomer coating 4, and the elastomer coating 4 is arranged on the side of the valve body 3 facing the seal sheet plate 2 when viewed in the direction of the long axis 14. Further, the valve body 3 can have a notch 34 through which the gaseous medium passes from the region of the inflow portion II to the region of the outflow portion III, in particular at least one, when the gas pressure limiting valve 1 is opened. In addition to the opening, it can flow through the pressure limiting valve 1.

シールシートプレート2は長軸14を中心として回転対称に施工されるとともに、長軸14に対して径方向に延びる少なくとも1つの接続ウェブ29を介してシールシートプレート2と接続された中央領域20を有しており、シールシートプレート2は、中央領域20とシールシートプレート2の間に延びる環状の流動通過部23を構成する。このとき流動通過部23は、長軸14の方向にシールシートプレート2全体を通って環状に延びており、そのようにしてシールシートプレート2と中央領域20を分離し、中央領域20は少なくとも1つの接続ウェブ29を介してシールシートプレート2と接続されている。さらに、流れ込む媒体は流入部IIの方向から来て環状の流動通過部23を通って、図1に示すように、シールシートプレート2の少なくとも2つの周回するシールシートエッジ12a,12bが弁体3のエラストマーコーティング4とともに2つのシールシート6a,6bを構成する領域へと進む。このとき周回するシールシートエッジ12bは、一方では長軸14を中心として同心的に、弁体3のほうを向く側で中央領域20に配置されている。他方では周回するシールシートエッジ12bは、弁体3のほうを向いている中央領域20の側の、環状の流動通過部23のほうを向く外径側に配置されている。周回するシールシートエッジ12aは、弁体3のほうを向く側でシールシートプレート2に配置されており、周回するシールシートエッジ12aは、弁体3のほうを向いているシールシートプレート3の側の、環状の流動通過部23のほうを向く内径側にそれぞれある。このとき弁体3に、流入部IIのほうを向く側で、特にエラストマーコーティング4を有している領域で、ガス圧力制限弁1の配置に応じて接続配管25(図5)の圧力または供給流配管28(図5参照)の圧力に相当する圧力が生成される。 The seal sheet plate 2 is constructed rotationally symmetrically about the long axis 14, and also covers a central region 20 connected to the seal sheet plate 2 via at least one connecting web 29 extending radially with respect to the long axis 14. The seal sheet plate 2 constitutes an annular flow passage portion 23 extending between the central region 20 and the seal sheet plate 2. At this time, the flow passage portion 23 extends in an annular shape through the entire seal sheet plate 2 in the direction of the major axis 14, thereby separating the seal sheet plate 2 and the central region 20 so that the central region 20 is at least 1. It is connected to the seal sheet plate 2 via two connecting webs 29. Further, the flowing medium comes from the direction of the inflow portion II, passes through the annular flow passage portion 23, and as shown in FIG. 1, at least two orbiting seal sheet edges 12a and 12b of the seal sheet plate 2 form a valve body 3. With the elastomer coating 4 of the above, the process proceeds to the region constituting the two seal sheets 6a and 6b. On the one hand, the seal sheet edge 12b that circulates at this time is concentrically arranged around the long axis 14 in the central region 20 on the side facing the valve body 3. On the other hand, the orbiting seal sheet edge 12b is arranged on the outer diameter side facing the annular flow passage portion 23 on the side of the central region 20 facing the valve body 3. The rotating seal sheet edge 12a is arranged on the seal sheet plate 2 on the side facing the valve body 3, and the rotating seal sheet edge 12a is on the side of the seal sheet plate 3 facing the valve body 3. On the inner diameter side facing the annular flow passage portion 23, respectively. At this time, the pressure or supply of the connecting pipe 25 (FIG. 5) to the valve body 3 depending on the arrangement of the gas pressure limiting valve 1 on the side facing the inflow portion II, particularly in the region having the elastomer coating 4. A pressure corresponding to the pressure of the flow pipe 28 (see FIG. 5) is generated.

さらにシールシートプレート2は周回するストッパ5を有しており、ストッパ5はここでは長軸14の方向で弁体3の一領域と当接し、特に弁体3のこの領域は、エラストマーコーティング4を有している弁体3の領域の径方向外部に位置する。それにより、弁体3とシールシートプレート2の間の定義された間隔を遵守することができることが惹起され、エラストマーコーティング4の損傷を引き起こすことになる、シールシートエッジ12a,12bがエラストマーコーティング4へそれ以上圧入することが防止される。エラストマーコーティング4は、シールシートプレート2のほうを向いている弁体3の面にわたって部分的にのみ延びており、表面の一部はエラストマーコーティング4を備えておらず、それは特に、シールシートプレート2のストッパ5と接触する弁体3の表面の部分である。 Further, the seal sheet plate 2 has a rotating stopper 5, which abuts here in the direction of the major axis 14 with a region of the valve body 3, and in particular, this region of the valve body 3 is coated with an elastomer coating 4. It is located outside the area of the valve body 3 that it has in the radial direction. This causes the seal sheet edges 12a, 12b to adhere to the elastomer coating 4, which evokes the ability to adhere to the defined spacing between the valve body 3 and the seal sheet plate 2 and causes damage to the elastomer coating 4. Further press fitting is prevented. The elastomer coating 4 extends only partially over the surface of the valve body 3 facing the seal sheet plate 2, and a portion of the surface does not include the elastomer coating 4, which in particular is the seal sheet plate 2. It is a portion of the surface of the valve body 3 that comes into contact with the stopper 5.

さらに、周回するシールシートエッジ12a,12bは熱処理を施されていてよく、および/またはコーティングを有することができ、それにより、シールシートエッジ12a,12bとエラストマーコーティング4の間で発生する付着力を減らすことができ、さらには、シールシートプレート2および/または弁体3の耐摩耗性を高めることができる。このような付着力は特に低い温度のときに発生し、および/または低い温度によって強められる。 Further, the orbiting seal sheet edges 12a, 12b may be heat treated and / or may have a coating, thereby providing an adhesive force generated between the seal sheet edges 12a, 12b and the elastomer coating 4. It can be reduced, and the wear resistance of the seal sheet plate 2 and / or the valve body 3 can be improved. Such adhesive forces occur especially at low temperatures and / or are enhanced by low temperatures.

エラストマーコーティング4の1つの実施形態は、エラストマーコーティング4が複数の層からなり、その際に積層が長軸14の方向に延びるように施工されていてよい。それにより、弁体3とシールシートプレート2という各コンポーネントの間でシールシート6a,6bの密閉性を向上させることができ、その一方で、シールシート6a,6bでの付着力は低減させることができる。 In one embodiment of the elastomer coating 4, the elastomer coating 4 may be constructed so that the elastomer coating 4 is composed of a plurality of layers, in which the laminate extends in the direction of the major axis 14. As a result, the airtightness of the seal sheets 6a and 6b can be improved between each component of the valve body 3 and the seal sheet plate 2, while the adhesive force of the seal sheets 6a and 6b can be reduced. it can.

第2の実施例に基づくガス圧力制限弁1の別案の実施形態は、シールシートプレート2が、弁体3のほうを向く側にエラストマーコーティング4を有するように施工される。この別案の実施形態では、弁体3は、長軸14を中心として周回する2つのシールシートエッジ12a,12bを有する。ただしストッパ5も、長軸14を中心として周回するように弁体3に配置されていてよい。 An alternative embodiment of the gas pressure limiting valve 1 based on the second embodiment is constructed so that the seal sheet plate 2 has an elastomer coating 4 on the side facing the valve body 3. In this alternative embodiment, the valve body 3 has two seal sheet edges 12a, 12b that orbit around the major axis 14. However, the stopper 5 may also be arranged on the valve body 3 so as to orbit around the long axis 14.

ガス圧力制限弁1のさらに別の実施形態では、閉止ばね8が累進的に変化するばね定数を有することができ、このことはガス圧力制限弁1の最善の閉止特性につながる。 In yet another embodiment of the gas pressure limiting valve 1, the closing spring 8 can have a progressively varying spring constant, which leads to the best closing characteristics of the gas pressure limiting valve 1.

図2にはガス圧力制限弁1が示されており、ここではガス圧力制限弁は開いた状態にある。以下において図1も援用しながら、ガス圧力制限弁1の開放プロセスがどのように進行するかを説明する。図2から明らかなとおり、シールシートプレート2は環状の流動通過部23を有していて、これを通して気体状の媒体が、ここには図示しないタンク27(図5参照)および/またはエジェクタユニット10(図5参照)から圧力のもとで矢印IIの方向に供給され、これが流入部IIをなしている。シールシートプレート2はここでは環状の流動通過部23を有していて、これを通して流れ込む媒体は、図1に示すように、シールシートプレート2のシールシートエッジ12a,12bが弁体3のエラストマーコーティング4とともにシールシート6a,6bを構成している領域にまで進む。このとき弁体3には、流入部IIのほうを向く側で、特にエラストマーコーティング4を有している領域で、ガス圧力制限弁1の配置に応じて接続配管25(図4参照)の圧力または供給流配管28(図4参照)の圧力に相当する圧力が生成される。 FIG. 2 shows the gas pressure limiting valve 1, where the gas pressure limiting valve is in the open state. In the following, how the opening process of the gas pressure limiting valve 1 proceeds will be described with reference to FIG. As is clear from FIG. 2, the seal sheet plate 2 has an annular flow passage portion 23 through which the gaseous medium is allowed to pass through the tank 27 (see FIG. 5) and / or the ejector unit 10 not shown here. It is supplied from (see FIG. 5) in the direction of arrow II under pressure, which forms the inflow portion II. The seal sheet plate 2 has an annular flow passage portion 23 here, and the medium flowing through the seal sheet plate 2 has an elastomer coating on the valve body 3 with the seal sheet edges 12a and 12b of the seal sheet plate 2 as shown in FIG. Together with 4, the process proceeds to the region constituting the seal sheets 6a and 6b. At this time, the pressure of the connecting pipe 25 (see FIG. 4) is applied to the valve body 3 according to the arrangement of the gas pressure limiting valve 1 on the side facing the inflow portion II, particularly in the region having the elastomer coating 4. Alternatively, a pressure corresponding to the pressure of the supply flow pipe 28 (see FIG. 4) is generated.

このように、変化する力が弁体3に対して長軸14の方向で作用し、この力は、媒体の印加される圧力に基づき、弁体3の表面に対して、特にエラストマーコーティング4の表面に対して、環状の流動通過部23の領域で作用する。このように、印加される圧力に基づく力が弁体3に対して長軸14の方向に作用して、特定の圧力を上回ったときに弁体3をシールシートプレート2から離れるように動かす。 In this way, a changing force acts on the valve body 3 in the direction of the major axis 14, and this force is based on the applied pressure of the medium and is applied to the surface of the valve body 3, especially the elastomer coating 4. It acts on the surface in the region of the annular flow passage 23. In this way, a force based on the applied pressure acts on the valve body 3 in the direction of the long axis 14, and when the pressure exceeds a specific pressure, the valve body 3 is moved away from the seal sheet plate 2.

弁体3は長軸14の方向に可動であり、スリーブ状の部材13と結合されて案内部材9により長軸14の方向で径方向に案内され、それによって長軸14に対して径方向への弁体3の運動を妨げることができる。流入部IIの側で特定の圧力レベルを上回ったとき、弁体3は、スリーブ状の部材13を介して閉止ばね8へと力を伝達することによって、長軸14の方向へシールシートプレート2から離れるように動く。閉止ばね8は、スリーブ状の部材13に向かい合う側で閉止ばね支持部11と当接しているので、閉止ばね8は、特定の力を上回ったときに特にそのばね定数に基づいて長軸14の方向に押し縮められる。このことは、弁体3の表面に対して作用し、長軸14の方向で流出部IIIのほうを向く力として帰結される、流入部IIの側での媒体による圧力に基づいて行われる。この力は弁体3を介してスリーブ状の部材13へ伝達され、そこからさらに閉止ばね8へ伝達される。特に閉止ばね8のばね力に相当する力を上回ったとき、閉止ばね8が長軸14の方向へ押し縮められる。このとき案内部材9が、閉止ばね8および/またはスリーブ状の部材13をハウジング7の中で案内する。 The valve body 3 is movable in the direction of the long axis 14, is coupled with the sleeve-shaped member 13, and is guided radially in the direction of the long axis 14 by the guide member 9, whereby the valve body 3 is radially guided with respect to the long axis 14. Can interfere with the movement of the valve body 3. When a specific pressure level is exceeded on the side of the inflow portion II, the valve body 3 transmits a force to the closing spring 8 via the sleeve-shaped member 13 to obtain a seal sheet plate 2 in the direction of the long axis 14. Move away from. Since the closing spring 8 is in contact with the closing spring support portion 11 on the side facing the sleeve-shaped member 13, the closing spring 8 has a major axis 14 based on its spring constant, especially when a specific force is exceeded. It is compressed in the direction. This is done based on the pressure of the medium on the side of the inflow portion II, which acts on the surface of the valve body 3 and results in a force directed towards the outflow portion III in the direction of the major axis 14. This force is transmitted to the sleeve-shaped member 13 via the valve body 3, and further transmitted from there to the closing spring 8. In particular, when the force corresponding to the spring force of the closing spring 8 is exceeded, the closing spring 8 is compressed in the direction of the long axis 14. At this time, the guide member 9 guides the closing spring 8 and / or the sleeve-shaped member 13 in the housing 7.

弁体3が長軸14の方向でシールシートプレート2から離れるように動くことでシールシート6a,6bが解消され、それにより、媒体が流入部IIから矢印IVの方向へガス圧力制限弁1を通って流出部IIIへと流れることができる。このとき媒体は、2つの異なる経路によって流出部IIIに達することができる。一方では媒体は、周回するシールシートエッジ12a,およびストッパ5のそばを通り過ぎ、スリーブ状の部材13の少なくとも1つの通過開口部15を通って流れることができる。他方では媒体は、シールシートエッジ12bのそばを通り過ぎ、弁体3の切欠き34を通って流れることができる。 The valve body 3 moves away from the seal sheet plate 2 in the direction of the long axis 14, thereby eliminating the seal sheets 6a and 6b, whereby the medium pushes the gas pressure limiting valve 1 from the inflow portion II in the direction of arrow IV. It can flow through to outflow section III. The medium can then reach the outflow section III by two different routes. On the one hand, the medium can flow by the orbiting seal sheet edge 12a and the stopper 5 and through at least one through opening 15 of the sleeve-shaped member 13. On the other hand, the medium can pass by the seal sheet edge 12b and flow through the notch 34 of the valve body 3.

媒体の一部が流出部IIIを介してシステムから排出されるとただちに、接続配管25(図5参照)または供給流配管28(図5参照)のシステム圧力が再び標準化および/または低下することができ、それにより、圧力に基づいて作用する弁体3に対する力が低下する。このとき長軸14の方向に作用する力が、特に閉止ばね8のばね力が、弁体3を再びシールシートプレート2の方向へ、少なくとも2つのシールシートエッジ12a,12bが再びエラストマーコーティング4の中へと動いて少なくとも2つのシールシート6a,6bが構成されるまで押圧する。弁体3の最終位置のとき、特に弁体3が周回するストッパ5と当接したとき、ガス圧力制限弁1が再び閉じられる As soon as a portion of the medium is discharged from the system through the outflow section III, the system pressure in the connecting pipe 25 (see FIG. 5) or the supply flow pipe 28 (see FIG. 5) can be standardized and / or reduced again. It can, which reduces the force on the valve body 3 that acts on the basis of pressure. At this time, the force acting in the direction of the long axis 14, particularly the spring force of the closing spring 8, causes the valve body 3 to move toward the seal sheet plate 2 again, and at least two seal sheet edges 12a and 12b again have the elastomer coating 4. It moves in and presses until at least two seal sheets 6a, 6b are formed. The gas pressure limiting valve 1 is closed again at the final position of the valve body 3, especially when the valve body 3 comes into contact with the rotating stopper 5.

閉止ばね8は、別の考えられる実施形態では、閉止ばね8の圧縮または弛緩の際に経路全体にわたってばね力が線形に延びるのでないように構成されていてよい。そのために閉止ばね8は設計的に、閉止ばね8の巻回直径が変化するように、特に増大または減少するように、または、閉止ばね8がばね定数のそれぞれ異なる少なくとも2つのばねセグメントを有するように施工されていてよい。この実施形態では、少なくとも2つのシールシートエッジ12a,12bは弁体3またはシールシートプレート2のエラストマーコーティング8と接触し、長軸14の方向でエラストマーコーティング8の中へある程度の深さまでのみ圧入して、エラストマーコーティングを深すぎる圧入によって損傷させることなく、少なくとも2つのシールシート6a,6bを構成する。そのためにエラストマーコーティング8は、シールシートプレート2のほうを向いている弁体3の端面に配置されるか、または、弁体3のほうを向いているシールシートプレート2の端面に配置される。 In another conceivable embodiment, the closing spring 8 may be configured such that the spring force does not extend linearly over the entire path during compression or relaxation of the closing spring 8. Therefore, the closing spring 8 is designed so that the winding diameter of the closing spring 8 changes, particularly increases or decreases, or the closing spring 8 has at least two spring segments, each having a different spring constant. It may be constructed in. In this embodiment, at least two seal sheet edges 12a, 12b are in contact with the elastomer coating 8 of the valve body 3 or the seal sheet plate 2 and are press-fitted into the elastomer coating 8 in the direction of the major axis 14 only to a certain depth. Thus, at least two seal sheets 6a, 6b are constructed without damaging the elastomeric coating by press fitting too deeply. Therefore, the elastomer coating 8 is placed on the end face of the valve body 3 facing the seal sheet plate 2 or on the end face of the seal sheet plate 2 facing the valve body 3.

図3には、図2に符号Vで表されているシールシートプレート2の周回するストッパ5の断面図が拡大図として示されている。ここでは周回するストッパ5は流動開口部16を有していて、これを通してガス圧力制限弁1の中にある媒体を流出させることができる。流動開口部16がなければ、ガス圧力制限弁1が閉じた状態にあるとき、周回するストッパ5と、周回するシールシートエッジ12aと、シールシートプレート2と、弁体3との間にカプセル封じされた空間が生じることになる。このようにカプセル封じされた空間は、特にガス圧力制限弁1の開放および閉止のプロセスのとき、ガス圧力制限弁1を損傷させることがある。流動開口部16のさらに別の実施形態は、たとえば流動開口部16のエッジを面取りし、および/または流動最適化して成形することによって、流出していく媒体に対する流動抵抗が低減されるように成形されていてよい。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of the rotating stopper 5 of the seal sheet plate 2 represented by the reference numeral V in FIG. 2 as an enlarged view. Here, the orbiting stopper 5 has a flow opening 16, through which the medium in the gas pressure limiting valve 1 can flow out. Without the flow opening 16, when the gas pressure limiting valve 1 is in the closed state, a capsule is sealed between the rotating stopper 5, the rotating seal sheet edge 12a, the seal sheet plate 2, and the valve body 3. A space will be created. The space encapsulated in this way can damage the gas pressure limiting valve 1, especially during the process of opening and closing the gas pressure limiting valve 1. Yet another embodiment of the flow opening 16 is molded so that the flow resistance to the outflowing medium is reduced, for example by chamfering the edges of the flow opening 16 and / or shaping with flow optimization. May be done.

図4は、図1に符号A−Aで表されているシールシートプレート2の断面図を、長軸14の方向の平面図として示している。さらに、シールシートプレート2が、少なくとも1つの接続ウェブ29を介してシールシートプレート2(図示せず)と接続された中央領域20を有することが示されている。さらに環状の流動通過部23が示されており、ならびに、少なくとも2つのシールシートエッジ12a,12bが示されており、シールシートエッジ12a,12bは特に長軸14(図1)を中心として周回するように配置される。さらに、ハウジング7と周回するストッパ5が示されている。図4では、周回するストッパ5が4つの流動開口部16を有するガス圧力制限弁1の実施形態が一例として示されている。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of the seal sheet plate 2 represented by reference numerals AA in FIG. 1 as a plan view in the direction of the long axis 14. Furthermore, it is shown that the seal sheet plate 2 has a central region 20 connected to the seal sheet plate 2 (not shown) via at least one connecting web 29. Further, an annular flow passage 23 is shown, and at least two seal sheet edges 12a, 12b are shown, with the seal sheet edges 12a, 12b orbiting around the major axis 14 (FIG. 1) in particular. Arranged like this. Further, a stopper 5 that circulates with the housing 7 is shown. In FIG. 4, an embodiment of a gas pressure limiting valve 1 in which the orbiting stopper 5 has four flow openings 16 is shown as an example.

図5には、ガス圧力制限弁1およびその他のコンポーネントを有する燃料電池システム33の一例としての実施形態が示されており、特に燃料電池システム33のアノード側が示されている。図5から明らかなとおり、エジェクタユニット10は接続配管25を介して燃料電池30と接続されており、燃料電池30はアノード領域31およびカソード領域32を含んでいる。前掲の図面で説明したガス圧力制限弁1aは、燃料電池構造の1つの実施形態では接続配管25に、特にエジェクタユニット10と燃料電池30の間に配置されていてよい。さらに、燃料電池30のアノード領域31をエジェクタユニット10の吸込領域22と接続する帰還配管26が設けられている。帰還配管26により、燃料電池30の作動時にアノード領域31で生じる、特に水素、窒素、および水蒸気からなる混合物であり得る第2の気体状の媒体を、吸込領域22へ戻るように案内することができる。 FIG. 5 shows an embodiment of a fuel cell system 33 having a gas pressure limiting valve 1 and other components, particularly the anode side of the fuel cell system 33. As is clear from FIG. 5, the ejector unit 10 is connected to the fuel cell 30 via the connecting pipe 25, and the fuel cell 30 includes an anode region 31 and a cathode region 32. The gas pressure limiting valve 1a described in the above drawing may be arranged in the connecting pipe 25 in one embodiment of the fuel cell structure, particularly between the ejector unit 10 and the fuel cell 30. Further, a return pipe 26 for connecting the anode region 31 of the fuel cell 30 to the suction region 22 of the ejector unit 10 is provided. The return pipe 26 can guide the second gaseous medium, which can be a mixture of hydrogen, nitrogen, and water vapor, which occurs in the anode region 31 during operation of the fuel cell 30, back to the suction region 22. it can.

図5からさらに明らかなとおり、タンク27に蓄えられた第1の気体状の媒体は、供給流配管28を介してエジェクタユニット10の供給流領域21に供給される。前掲の図面で説明したガス圧力制限弁1bは、燃料電池構造の1つの実施形態では供給流配管28に、特に第1の遮断弁24と第2の遮断弁19の間に配置されていてよい。遮断弁24,19は、場合によりタンク27からガス圧力制限弁1bへの第1の気体状の媒体の供給流を、またはさらにエジェクタユニット10への供給流を遮断するために意図される。 As is more clear from FIG. 5, the first gaseous medium stored in the tank 27 is supplied to the supply flow region 21 of the ejector unit 10 via the supply flow pipe 28. The gas pressure limiting valve 1b described in the above drawing may be arranged in the supply flow pipe 28 in one embodiment of the fuel cell structure, particularly between the first shutoff valve 24 and the second shutoff valve 19. .. The shutoff valves 24, 19 are intended to shut off the supply flow of the first gaseous medium from the tank 27 to the gas pressure limiting valve 1b, or further to the ejector unit 10.

ガス圧力制限弁1a,bの配置は、接続配管25と供給流配管28が高すぎる圧力から防護されるという利点を提供する。規定された圧力レベルを上回ったとき、それぞれのガス圧力制限弁1a,bが開いてシステム圧力を低下させるからである。それにより、コンポーネントである燃料電池30、特に燃料電池30の隔膜、およびコンポーネントであるエジェクタユニット10を損傷から防護することができる。これら両方のコンポーネントは、高すぎる圧力に対して極端に悪影響を受けやすい反応をするからである。 The arrangement of the gas pressure limiting valves 1a, b provides the advantage that the connecting pipe 25 and the supply flow pipe 28 are protected from too high a pressure. This is because when the specified pressure level is exceeded, the respective gas pressure limiting valves 1a and b open to reduce the system pressure. Thereby, the fuel cell 30, which is a component, particularly the diaphragm of the fuel cell 30, and the ejector unit 10 which is a component can be protected from damage. Both of these components react extremely vulnerable to pressure that is too high.

1 ガス圧力制限弁
2 シールシートプレート
3 弁体
4 エラストマーコーティング
5 周回するストッパ
6a,6b シールシート
7 ハウジング
8 閉止ばね
9 案内部材
11 閉止ばね支持部
12a,12b シールシートエッジ
13 スリーブ状の部材
14 長軸
16 流動開口部
17 弁体モジュール
20 中央領域
23 流動通過部
29 接続ウェブ
30 燃料電池
1 Gas pressure limiting valve 2 Seal sheet plate 3 Valve body 4 Elastomer coating 5 Circulating stopper 6a, 6b Seal sheet 7 Housing 8 Closing spring 9 Guide member 11 Closing spring support 12a, 12b Seal sheet edge 13 Sleeve-shaped member 14 Length Shaft 16 Flow opening 17 Valve body module 20 Central area 23 Flow passage 29 Connection web 30 Fuel cell

Claims (10)

気体状の媒体としての水素を制御するためのガス圧力制限弁(1)であって、ハウジング(7)と弁体モジュール(17)とを備えており、前記弁体モジュール(17)は、長軸(14)の方向に開放および閉止をする、すなわち可動の弁体(3)と、不動のシールシートプレート(2)とを有し、前記シールシートプレート(2)または前記弁体(3)のいずれかが長軸(14)を中心として周回するシールシートエッジ(12)を有し、該シールシートエッジは前記弁(1)が閉じた状態にあるときそれぞれ他方のコンポーネントとともにシールシート(6)を構成し、および長軸(14)の方向で前記ハウジング(7)の中に配置された閉止ばね(8)を備えており、前記閉止ばね(8)は一方の側で長軸(14)の方向へ閉止ばね支持部(11)に支持されるとともに、これと向かい合う側で前記弁体(3)に少なくとも間接的に支持される、そのようなガス圧力制限弁において、前記シールシートプレート(2)は少なくとも1つの接続ウェブ(29)を介して前記シールシートプレート(2)と接続された中央領域(20)を有するように構成され、前記シールシートプレート(2)は長軸(14)の方向に延びる環状の流動通過部(23)を構成し、前記シールシートプレート(2)または前記弁体(3)は少なくとも2つの周回するシールシートエッジ(12a,12b)を有し、これらのシールシートエッジは前記弁(1)が閉じた状態にあるとき前記弁体(3)または前記シールシートプレート(2)とともに少なくとも2つのシールシート(6a,6b)を構成し、
前記シールシートプレート(2)または前記弁体(3)の周回するストッパ(5)は少なくとも1つの流動開口部(16)を有し、少なくとも1つの前記流動開口部(16)は長軸(14)に対して径方向に延び、それにより周回する前記ストッパ(5)と周回する前記シールシートエッジ(12a)との間での気体状の媒体の隔絶された容積のカプセル封じが防止されることを特徴とするガス圧力制御弁。
It is a gas pressure limiting valve (1) for controlling hydrogen as a gaseous medium, and includes a housing (7) and a valve body module (17), and the valve body module (17) is long. It has a valve body (3) that opens and closes in the direction of the shaft (14), that is, a movable valve body (3) and an immovable seal sheet plate (2), and the seal sheet plate (2) or the valve body (3). Each has a seal sheet edge (12) that orbits about a long axis (14), and the seal sheet edge together with the other component when the valve (1) is in the closed state, respectively, the seal sheet (6). ), And a closing spring (8) disposed in the housing (7) in the direction of the long axis (14), the closing spring (8) having a long axis (14) on one side. In such a gas pressure limiting valve, which is supported by the closing spring support portion (11) in the direction of) and at least indirectly supported by the valve body (3) on the side facing the closing spring support portion (11), the seal sheet plate. (2) is configured to have a central region (20) connected to the seal sheet plate (2) via at least one connecting web (29), the seal sheet plate (2) having a major axis (14). ) Consists of an annular flow passage (23), the seal sheet plate (2) or the valve body (3) having at least two orbiting seal sheet edges (12a, 12b). The seal sheet edge of the above constitutes at least two seal sheets (6a, 6b) together with the valve body (3) or the seal sheet plate (2) when the valve (1) is in the closed state .
The orbiting stopper (5) of the seal sheet plate (2) or the valve body (3) has at least one flow opening (16), and at least one of the flow openings (16) has a major axis (14). ), thereby preventing encapsulation of an isolated volume of the gaseous medium between the orbiting stopper (5) and the orbiting seal sheet edge (12a). A gas pressure control valve characterized by.
前記弁体(3)または前記シールシートプレート(2)のいずれかがエラストマーコーティング(4)を有し、前記エラストマーコーティング(4)は前記弁(1)が閉じた状態にあるとき前記シールシートプレート(2)または前記弁体(3)のいずれかの少なくとも2つの周回する前記シールシートエッジ(12a,12b)とともに少なくとも2つの前記シールシート(6a,6b)を構成し、前記シールシートプレート(2)または前記弁体(3)は周回するストッパ(5)を有し、前記周回するストッパ(5)によって前記エラストマーコーティング(4)への少なくとも2つの前記周回するシールシートエッジ(12a,12b)の圧入深さが長軸(14)の方向で制限されることを特徴とする、請求項1に記載のガス圧力制限弁(1)。 When either the valve body (3) or the seal sheet plate (2) has an elastomer coating (4), and the elastomer coating (4) is in a closed state, the seal sheet plate. At least two of the seal sheets (6a, 6b) are formed together with at least two orbiting seal sheet edges (12a, 12b) of either (2) or the valve body (3), and the seal sheet plate (2). ) Or the valve body (3) has a orbiting stopper (5), and the orbiting stopper (5) of at least two of the orbiting seal sheet edges (12a, 12b) to the elastomer coating (4). The gas pressure limiting valve (1) according to claim 1, wherein the press-fitting depth is limited in the direction of the long axis (14). 前記弁体(3)または前記シールシートプレート(2)は前記エラストマーコーティング(4)を有している領域の径方向外部で前記ストッパ(5)と接触することを特徴とする、請求項2に記載のガス圧力制限弁(1)。 The second aspect of the present invention, wherein the valve body (3) or the seal sheet plate (2) comes into contact with the stopper (5) outside the radial direction of the region having the elastomer coating (4). The gas pressure limiting valve (1) described. 前記エラストマーコーティング(4)は複数の層からなり、各層がそれぞれ異なる材料特性を有し、長軸(14)の方向に積層が行われることを特徴とする、請求項2または3に記載のガス圧力制限弁(1)。 The gas according to claim 2 or 3, wherein the elastomer coating (4) is composed of a plurality of layers, each layer has different material properties, and the layers are laminated in the direction of the long axis (14). Pressure limiting valve (1). 前記シールシートプレート(2)または前記弁体(3)の少なくとも2つの周回する前記シールシートエッジ(12a,12b)が前記シールシートプレート(2)または前記弁体(3)の前記エラストマーコーティング(4)と接触して少なくとも2つの前記シールシート(6a,6b)を構成する領域で熱処理を施されている、かつ/またはコーティングを有していることを特徴とする、請求項2からまでのいずれか1項に記載のガス圧力制限弁(1)。 At least two orbiting seal sheet edges (12a, 12b ) of the seal sheet plate (2) or the valve body (3) are the elastomer coating (4) of the seal sheet plate (2) or the valve body (3). ), And / or having a coating in the region constituting at least two of the seal sheets (6a, 6b), according to claims 2 to 4 . The gas pressure limiting valve (1) according to any one item. 前記弁体(3)はスリーブ状の部材(13)と結合され、該部材を介して前記閉止ばね(8)が前記弁体(3)に支持され、前記弁体(3)は、前記スリーブ状の部材(13)と、前記閉止ばね(8)を案内する役目を果たす案内部材(9)とを介して、前記ハウジング(7)の中で長軸(14)の方向に案内されることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項に記載のガス圧力制限弁(1)。 The valve body (3) is combined with the sleeve-like member (13), the closure spring via the member (8) is supported on the valve body (3), the valve body (3) is pre-Symbol a sleeve-like member (13), before SL via a guide member which serves to guide (9) a closure spring (8), is guided in the direction of the long axis (14) in said housing (7) The gas pressure limiting valve (1) according to any one of claims 1 to 5 , wherein the gas pressure limiting valve (1) is characterized in that. 前記閉止ばね(8)のばね力は、前記弁体(3)および/または前記スリーブ状の部材(13)が長軸(14)の方向に動くとき、前記閉止ばね(8)が圧縮または弛緩するときの経路にわたって線形に延びるのではなく、前記閉止ばね(8)はばね経路にわたって累進的に変化するばね定数を有することを特徴とする、請求項に記載のガス圧力制限弁(1)。 The spring force of the closing spring (8), before Kibentai (3) and / or when moving in the direction of the sleeve-like member (13) is the major axis (14), said closure spring (8) is compressed or not extend linearly across path when relaxed, pre Symbol closure spring (8) is characterized by having a progressively varying spring constant over the spring path, the gas pressure limiting valve according to claim 6 ( 1). 累進的に変化する前記閉止ばね(8)のばね定数は、前記閉止ばね(8)の巻回直径が変化することによって実現され、および/または前記閉止ばね(8)が少なくとも2つのばねセグメントから構成されて、それぞれのばねセグメントが異なるばね定数を有することによって実現されることを特徴とする、請求項に記載のガス圧力制限弁(1)。 The progressively changing spring constant of the closing spring (8) is achieved by changing the winding diameter of the closing spring (8) and / or the closing spring (8) is from at least two spring segments. The gas pressure limiting valve (1) according to claim 7 , wherein each spring segment is configured and is realized by having a different spring constant. 前記閉止ばね(8)および/または前記スリーブ状の部材(13)は長軸(14)の方向で前記案内部材(9)を介して前記ハウジング(7)の中で案内され、前記案内部材(9)は前記閉止ばね(8)と前記ハウジング(7)の間に配置されることを特徴とする、請求項に記載のガス圧力制限弁(1)。 The closing spring (8) and / or the sleeve-shaped member (13) is guided in the housing (7) via the guide member (9) in the direction of the long axis (14), and the guide member ( The gas pressure limiting valve (1) according to claim 6 , wherein the 9) is arranged between the closing spring (8) and the housing (7). 燃料電池(30)への水素供給を制御するための、請求項1からまでのいずれか1項に記載のガス圧力制限弁(1)を含んでいる燃料電池構造。 A fuel cell structure including the gas pressure limiting valve (1) according to any one of claims 1 to 9 , for controlling the supply of hydrogen to the fuel cell (30).
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