WO2013079147A1 - Sicherungseinrichtung für ein unter druck stehendes system - Google Patents

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WO2013079147A1
WO2013079147A1 PCT/EP2012/004615 EP2012004615W WO2013079147A1 WO 2013079147 A1 WO2013079147 A1 WO 2013079147A1 EP 2012004615 W EP2012004615 W EP 2012004615W WO 2013079147 A1 WO2013079147 A1 WO 2013079147A1
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Thomas Baur
Steffen Maus
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Daimler Ag
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a safety device for a pressurized system with a pressure relief valve, according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • a safety valve of a high-pressure accumulator in particular a hydrogen accumulator, is known. This is described as a pressure relief valve.
  • the special feature is the adjustability.
  • non-adjustable pressure relief valves are known from the prior art. All pressure relief valves have it in common that they have, for example, a holding element which is destroyed in the event of overpressure, for example a bursting element or a rupture disk, or press a valve body in the closed state against a valve seat via a spring means. As soon as the pressure on the part of the valve body connected to the pressurized system exerts a higher force than the spring force applied against this force, the valve body is lifted off the valve seat and issues a flow opening for removing the pressurized medium, for example a gas free to the system.
  • the object of the present invention is now a
  • a pressure relief valve which has a valve body which is pressed by a spring force against a valve seat. If there is an overpressure, the force on the valve body increases and it is moved against the spring force and releases the valve seat.
  • an actuator for lifting the valve body from the valve seat is provided independently of the pressure force. This additional actuator extends the design so that it can be actuated by the actuator even when there is no critical overpressure in the pressurized system. This creates the opportunity to use the pressure relief valve for draining the system, for example, for maintenance or for a repair.
  • the safety device combines a pressure relief valve, which ensures a safe and reliable overpressure protection of the pressurized system by a spring, possibly also with adjustable spring force, as is known from the aforementioned prior art.
  • a pressure relief valve which ensures a safe and reliable overpressure protection of the pressurized system by a spring, possibly also with adjustable spring force, as is known from the aforementioned prior art.
  • an integrated discharge function can be triggered by the actuator in the same component.
  • the actuator is designed as a magnetically, hydraulically or pneumatically actuated actuator. It may then be activated, for example via a controller or the like, so as to achieve a release of the pressure from the pressurized system.
  • the actuator is designed as a component independent of the pressure relief valve, which cooperates with at least one receptacle in a component of the pressure relief valve.
  • Pressure relief valve trained actuator has the advantage that this example can be kept at the maintenance staff. Then there is the possibility for the maintenance personnel on the safety device according to the invention in the
  • the overpressure valve is arranged on the side facing away from a compressed gas storage side of at least one first stage of a pressure regulating valve.
  • Discharge valve should be drained, very well and safely lay out. Danger from an unexpectedly large volume flow can thus be avoided.
  • a particularly preferred use of the safety device according to the invention is the overpressure protection and targeted emptying of a hydrogen
  • the device according to the invention with the advantages described above is of particular suitability. This is especially true for hydrogen systems or
  • Hydrogen storage in which the hydrogen is typically stored at very high pressures of 350 or 700 bar.
  • special safety regulations apply, so that a safe and reliable emptying by maintenance personnel before a possible maintenance and / or repair of the system is unavoidable.
  • the safety device according to the invention which combines pressure relief valve and drain valve in one component, is of particular advantage.
  • the system under pressure is designed as a hydrogen system in a fuel cell system, which provides electrical drive energy for a vehicle.
  • Vehicles have special safety requirements, as they are often moved in conjunction with people, and thus the safety of the pressurized system must be designed so that injury to persons can be avoided as far as possible.
  • the structure in a vehicle is typically very cramped, so space, construction costs and weight a
  • the safety device according to the invention which combines overpressure protection and drain valve in one component, is therefore of particular advantage for this application.
  • FIG. 1 shows an example indicated vehicle with a fuel cell system.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the securing device according to the invention in the closed state
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the securing device according to the invention in the opened state
  • Fig. 4 shows a detail of an alternative embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a further detail from the embodiment according to FIG. 4; FIG. and
  • Fig. 6 shows a further alternative embodiment of the invention
  • a vehicle 1 is indicated by way of example. This vehicle 1 is about a fuel cell system 2 with electrical
  • the fuel cell system 2 is connected via a power electronics 4 and optionally an energy storage with the traction motor 3.
  • Fuel cell system 2 is supplied in a conventional manner air as an oxygen supplier.
  • a pressure accumulator 5 or a tank system is present in the vehicle 1. This supplies the fuel for the fuel cell system 2, typically hydrogen, which is stored under high pressure, for example under pressures of about 700 bar.
  • Compressed gas storage 5 can be designated as it is used to store gas
  • valve devices described below can for each storage volume or
  • valve devices typically once in common for all storage volumes.
  • These valve devices comprise a pressure control valve 6, preferably a mechanical pressure control valve 6.
  • This pressure control valve can be configured in one or more stages and serves to reduce the comparatively high pressure in the compressed gas reservoir 5 to a lower level.
  • a safety device with a pressure relief valve 7 After the first stage of the pressure control valve 6 is a safety device with a pressure relief valve 7, which will be discussed in more detail later.
  • Between the safety device with the pressure relief valve 7 and the fuel cell system 2 itself can also be another stage of a pressure control valve or a metering valve 8 or a combination thereof.
  • the system under the pressure of hydrogen includes besides the
  • Compressed gas storage 5 itself so these valve devices 6, 7, 8 and the piping between these valve devices 6, 7, 8 and optionally between the individual storage volumes of the compressed gas reservoir 5. This area is above the
  • the safety device with the pressure relief valve 7 can preferably be arranged after the first stage of the pressure control valve 6, since in the case of opening a continuous volume flow is to be expected here.
  • the securing device could just as well be arranged elsewhere, in particular also in the region of the compressed gas reservoir 5 itself.
  • the safety device with the pressure relief valve 7 can be seen in the closed state.
  • the pressure relief valve 7 is typically screwed into a conduit element or volume of the system under pressure, wherein in the illustration of Figure 2, only a piece of a wall 9 is indicated.
  • the pressurized hydrogen is located in the interior of the pressurized system, designated 10 below.
  • the pressure relief valve 7 has as essential components a valve body 11, which sealing as well
  • valve seat 13 optionally rests on a valve seat 13 with optional seals 12 inserted. It is pressed by a spring 14 in a valve housing 15 by the spring force against the valve seat 13.
  • the valve body 12 is guided via a component 16, which is designed here as a kind of valve rod.
  • This valve rod 16 runs in the valve seat 13 facing away from the valve housing 15 in a guide 17, wherein between the guide 17 and connected to the valve body 11 side of the valve rod 16, the spring 14 expands.
  • the guide 17 may be received, for example via a thread in the valve housing 15. The further the guide 17 is screwed in the direction of the valve seat 13 in the valve housing 15, the higher the spring force, whereby the release pressure of the pressure relief valve 7 can be adjusted.
  • a pressure force now occurs in the region of the opening 18 corresponding to the interior 10 of the compressed gas reservoir 5.
  • About the selection and adjustment of the spring 14 can be as an equilibrium of forces set at a precisely predetermined pressure. If the pressure in the interior 10 of the system exceeds this value, that is, the force applied by the pressure on the valve body 11 force is greater than the spring force, then the valve body 11 lifts off from the valve seat 13 and under pressure standing hydrogen can flow through the valve housing 15, for example by openings or the like mounted there in the environment.
  • a receptacle 19 for a lever 20 is now provided in the region of the valve rod 16 as the first possibility of an actuator.
  • the receptacle 19 between the lever 20 and the valve rod 16 is realized in the illustrated embodiment, that in the lever 20, an opening is present, and in the region of the valve rod 16 on its side facing away from the valve body 1 1 side of the designated 19 ring
  • the gas in the system can be drained by the used in this case as a discharge valve pressure relief valve 7 of the safety device.
  • the lever 20 can be kept as a special component by the maintenance personnel, so that accidental or unauthorized discharge of the gas can be safely and reliably prevented.
  • the center line of the opening 22 extends just below the aligned center lines of the holes 21, that is offset in the direction of the valve body 11.
  • the opening 22 also has a chamfer 23, which is designed so large that the center axes of the aligned holes lie within the largest diameter of the chamfer.
  • the actuator is formed in this embodiment of the securing device as a mandrel 24 and shown in addition to the previously described detail. He has, for example, a handle 25 indicated here for better handling.
  • the mandrel 24 is now pushed through the bore 21 in the valve housing 15. Due to the chamfer 23, a tip of the mandrel 24 will in any case also hit the opening 22 and this will result in a lifting of the valve rod 16 with the force indicated as F 3 .
  • Valve rod 16 is maintained. This is now chosen so that the valve body 11 is lifted from the valve seat 13 comparable to the illustration in Figure 4, and as long as the mandrel 24 is pushed through the aligned holes 21 of the valve housing 15, a discharge opening between the valve body 11 and the valve seat 13 is released , As a result, similarly to the alternative described above, an emptying of the pressurized system can likewise be achieved.
  • FIG. 6 an alternative embodiment of the pressure relief valve 7 is shown.
  • the pressure relief valve 7 is formed analogous to the pressure relief valve 7 shown in Figure 2.
  • Drain valve can be done.
  • This actuator 27 may be actuated, for example, magnetically, hydraulically, electromotively or pneumatically. All in all, this results in a simple and efficient construction, which efficiently and compactly combines the functionalities of a pressure relief valve 7 and a drain valve in a single safety device.

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Abstract

Sicherungseinrichtung für ein unter Druck stehendes System mit einem Überdruckventil (7), mit einem durch Federkraft dichtend gegen einen Ventilsitz (13) gedrückten Ventilkörper (11), welcher bei einer gegen die Federkraft gerichteten, diese übersteigenden Druckkraft auf den Ventilkörper (11) den Ventilkörper (11) vom Ventilsitz (13) abhebt und eine Strömungsöffnung freigibt, wobei ein Aktuator (20, 24) zum Abheben des Ventilkörpers (11) vom Ventilsitz (13) unabhängig von der Druckkraft vorgesehen ist.

Description

Sicherungseinrichtung für ein unter Druck stehendes System
Die Erfindung betrifft eine Sicherungseinrichtung für ein unter Druck stehendes System mit einem Überdruckventil, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Aus der DE 10 2006 020 388 A1 ist ein Sicherheitsventil eines Hochdruckspeichers, insbesondere eines Wasserstoffspeichers, bekannt. Dieses ist als Überdruckventil beschrieben. Die Besonderheit daran liegt in der Einstellbarkeit.
Aus dem Stand der Technik sind auch nicht einstellbare Überdruckventile bekannt. Alle Überdruckventile haben es gemeinsam, dass diese beispielsweise ein Halteelement aufweisen, welches bei Überdruck zerstört wird, beispielsweise ein Berstelement oder eine Berstscheibe, oder über ein Federmittel einen Ventilkörper im verschlossenen Zustand gegen einen Ventilsitz pressen. Sobald der Druck auf den mit dem unter Druck stehenden System verbundenen Teil des Ventilkörpers eine höhere Kraft ausübt, als die entgegen dieser Kraft aufgebrachte Federkraft wird der Ventilkörper vom Ventilsitz abgehoben und gibt eine Strömungsöffnung zur Abfuhr des unter Druck stehenden Mediums, beispielsweise eines Gases, aus dem System frei.
Insbesondere bei der Anwendung für einen Wasserstoffsystem entsteht nun neben der reinen Absicherung des Systems und/oder des Druckspeichers gegenüber einem
Überdruck zusätzlich die Problematik, dass zu Wartungszwecken eine Möglichkeit gegeben sein muss, das System kontrolliert zu entleeren. Insbesondere bei einem Wasserstoff System muss der Wasserstoffüberdruck im Druckspeicher beziehungsweise in im Bereich des Systems verbauten Rohrleitungen im Freien unter Berücksichtigung entsprechender Sicherheitsvorkehrungen abgelassen werden. Bei bestehenden
Systemen ist hierfür häufig ein separates Ablassventil vorhanden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass ein separates Bauteil notwendig ist, welches Bauraum benötigt, Kosten verursacht und das System beziehungsweise den Druckspeicher aufwändiger, teurer und schwerer macht. Eine Demontage eines bestehenden Bauteils, wie zum Beispiel einer Rohrleitungsverbindung in dem System, wäre prinzipiell auch möglich, da auch hierdurch eine Öffnung frei wird, durch die der Druck entweichen kann. Allerdings ist dies vergleichsweise gefährlich, da bei der Demontage des Bauteils dieses unter Druck steht und eine Sicherheitsgefährdung für den das Bauteil Demontierenden darstellenden kann.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine
Sicherheitseinrichtung für ein unter Druck stehendes System mit einem Überdruckventil nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art zu schaffen, welche gleichzeitig die Funktionalität einer Entleerung des Systems, beispielsweise zu Reparaturoder Wartungszwecken, ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sicherheitseinrichtung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen. Ferner ist eine besonders bevorzugte Verwendung der Sicherheitseinrichtung angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung für ein unter Druck stehendes System ist ein Überdruckventil vorgesehen ist, welches einen Ventilkörper aufweist, der durch eine Federkraft gegen einen Ventilsitz gepresst wird. Kommt es zu einem Überdruck, so steigt die Kraft auf den Ventilkörper an und er wird gegen die Federkraft bewegt und gibt den Ventilsitz frei. Zusätzlich ist außerdem ein Aktuator zum Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz unabhängig von der Druckkraft vorgesehen. Dieser zusätzliche Aktuator erweitert den Aufbau so, dass dieser durch den Aktuator auch dann betätigt werden kann, wenn kein kritischer Überdruck in dem unter Druck stehenden System vorliegt. Dadurch entsteht die Möglichkeit, das Überdruckventil zum Entleeren des Systems, beispielsweise für Wartungszwecke oder für eine Reparatur, zu verwenden.
Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung vereint dabei ein Überdruckventil, welches durch eine Feder, gegebenenfalls auch mit einstellbarer Federkraft, wie es aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist, eine sichere und zuverlässige Überdrucksicherung des unter Druck stehenden Systems gewährleistet. Gleichzeitig kann im selben Bauteil eine integrierte Ablassfunktion durch den Aktuator ausgelöst werden. Dadurch entsteht eine Doppelfunktionalität in einem einzigen Bauteil, welches durch diese Doppelfunktionalität nur minimal komplexer aufgebaut werden muss. Insgesamt lässt sich so der Aufwand minimieren und es entsteht mit einem einzigen Bauteil ein einfacher, leichter und sehr kompakter Aufbau für die Funktionalität sowohl der
Überdrucküberwachung als auch des Ablassens.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Sicherheitseinrichtung ist der Aktuator dabei als magnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Aktuator ausgebildet. Er kann dann beispielsweise über ein Steuergerät oder dergleichen aktiviert werden, um so ein Ablassen des Drucks aus dem unter Druck stehenden System zu erreichen.
In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ist es vorgesehen, dass der Aktuator als von dem Überdruckventil unabhängiges Bauteil ausgebildet ist, welches mit wenigstens einer Aufnahme in einem Bauteil des Überdruckventils zusammenwirkt. Ein solcher unabhängig vom
Überdruckventil ausgebildeter Aktuator hat den Vorteil, dass dieser beispielsweise beim Wartungspersonal vorgehalten werden kann. Dann besteht die Möglichkeit für das Wartungspersonal über die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung in der
beschriebenen Weiterbildung das System zu entleeren. Andererseits wird durch einen speziellen unabhängig von dem Überdruckventil ausgebildeten Aktuator verhindert, dass das System unbefugt oder durch eine Störung in einem Steuergerät oder dergleichen ungewollt entleert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ist es vorgesehen, dass das Überdruckventil auf der einem Druckgasspeicher abgewandten Seite wenigstens einer ersten Stufe eines Druckregelventils angeordnet ist. Diese Anordnung für die Sicherheitseinrichtung beziehungsweise das Überdruckventil in Strömungsrichtung eines Gases nach der ersten Druckreduzierung hat den besonderen Vorteil, dass ein Druckregler, insbesondere ein mechanischer Druckregler, den
Ausgangsdruck auf einen fixen Druckbereich unabhängig vom Eingangsdruck beziehungsweise Druck in dem Druckgasbehälter reduziert. So lässt sich das Volumen des Massenstroms, welcher über das Überdruckventil, in seiner Verwendung als
Ablassventil abgelassen werden soll, sehr gut und sicher auslegen. Eine Gefährdung durch einen unerwartet großen Volumenstrom kann so vermieden werden. Eine besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ist dabei die Überdrucksicherung und gezielte Entleerung eines Wasserstoff
aufweisenden unter Druck stehenden Systems. Insbesondere für solche Systeme, welche beispielsweise Erdgas, Wasserstoff oder andere (brennbare) Gase unter hohem Druck speichern, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den oben beschriebenen Vorteilen von besonderer Eignung. Dies gilt insbesondere für Wasserstoffsysteme oder
Wasserstoffspeicher, bei welchen der Wasserstoff typischerweise unter sehr hohen Drücken von 350 oder 700 bar gespeichert ist. Für Wasserstoff gelten besondere Sicherheitsvorschriften, sodass hier eine sichere und zuverlässige Entleerung durch Wartungspersonal vor einer eventuellen Wartung und/oder Reparatur des Systems unumgänglich ist. Insbesondere für diesen Einsatzzweck ist die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung, welche Überdruckventil und Ablassventil in einem Bauteil vereint, von besonderem Vorteil.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der Verwendung ist es dabei vorgesehen, dass das unter Druck stehende System als Wasserstoffsystem in einem Brennstoffzellensystem ausgebildet ist, welches elektrische Antriebsenergie für ein Fahrzeug bereitstellt. Bei Fahrzeugen gelten besondere Sicherheitsanforderungen, da diese häufig in Verbindung mit Personen bewegt werden und dadurch die Sicherheit des unter Druck stehenden Systems so konzipiert werden muss, dass eine Schädigung von Personen möglichst vermieden werden kann. Zusätzlich ist der Aufbau in einem Fahrzeug typischerweise sehr beengt, sodass Bauraum, Baukosten und Gewicht eine
entscheidende Rolle spielen. Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung, welche Überdrucksicherung und Ablassventil in einem Bauteil vereint, ist daher für diesen Anwendungszweck von besonderem Vorteil.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung ergeben sich femer aus den abhängigen Patentansprüchen und werden aus dem
Ausführungsbeispiel deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein beispielhaft angedeutetes Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem;
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung im geschlossenen Zustand; Fig. 3 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung im geöffneten Zustand;
Fig. 4 ein Detail einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Sicherungseinrichtung;
Fig. 5 ein weiteres Detail aus der Ausführungsform gemäß Fig. 4; und
Fig. 6 eine weitere alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Sicherungseinrichtung.
In der Darstellung der Figur 1 ist beispielhaft angedeutet ein Fahrzeug 1 zu erkennen. Dieses Fahrzeug 1 soll über ein Brennstoffzellensystem 2 mit elektrischer
Antriebsleistung für einen im Bereich eines Rades angedeuteten Fahrmotor 3 versorgt werden. Das Brennstoffzellensystem 2 ist dafür über eine Leistungselektronik 4 sowie gegebenenfalls einen Energiespeicher mit dem Fahrmotor 3 verbunden. Dem
Brennstoffzellensystem 2 wird in an sich bekannter Weise Luft als Sauerstofflieferant zugeführt. Außerdem ist in dem Fahrzeug 1 ein Druckspeicher 5 beziehungsweise ein Tanksystem vorhanden. Dieses liefert den Brennstoff für das Brennstoffzellensystem 2, typischerweise Wasserstoff, welcher unter hohem Druck, beispielsweise unter Drücken von ca. 700 bar gespeichert wird. Der Druckspeicher 5, welcher auch als
Druckgasspeicher 5 bezeichnet werden kann, da er zur Speicherung von Gas
vorgesehen ist, kann ein einziges Speichervolumen oder mehrere über Leitungen miteinander verbundene Speichervolumina aufweisen. Die nachfolgend beschriebenen Ventileinrichtungen können dabei für jedes einzelne Speichervolumen oder
typischerweise einmal für alle Speichervolumen gemeinsam vorhanden sein. Diese Ventileinrichtungen umfassen ein Druckregelventil 6, vorzugsweise ein mechanische Druckregelventil 6. Dieses Druckregelventil kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein und dient zur Reduzierung des vergleichsweise hohen Drucks in dem Druckgasspeicher 5 auf ein niedrigeres Niveau. Nach der ersten Stufe des Druckregelventils 6 befindet sich eine Sicherungseinrichtung mit einem Überdruckventil 7, auf welches später noch näher eingegangen wird. Zwischen der Sicherungseinrichtung mit dem Überdruckventil 7 und dem Brennstoffzellensystem 2 selbst kann sich außerdem eine weitere Stufe eines Druckregelventils beziehungsweise ein Dosierventil 8 oder eine Kombination hiervon befinden.
Das unter dem Druck des Wasserstoffs stehende System umfasst neben dem
Druckgasspeicher 5 selbst also diese Ventileinrichtungen 6, 7, 8 sowie die Rohrleitungen zwischen diesen Ventileinrichtungen 6, 7, 8 sowie gegebenenfalls zwischen den einzelnen Speichervolumen des Druckgasspeichers 5. Dieser Bereich ist über die
Sicherungseinrichtung mit dem Überdruckventil 7 gegenüber einem übermäßigen
Druckanstieg abgesichert. Die Sicherungseinrichtung mit dem Überdruckventil 7 kann dabei vorzugsweise nach der ersten Stufe des Druckregelventils 6 angeordnet sein, da hier im Falle eines Öffnens ein kontinuierlicher Volumenstrom zu erwarten ist. Die Sicherungseinrichtung könnte ebenso gut an anderer Stelle, insbesondere auch im Bereich des Druckgasspeichers 5 selbst, angeordnet sein.
In der Darstellung der Figur 2 ist die Sicherungseinrichtung mit dem Überdruckventil 7. im geschlossenen Zustand zu erkennen. Das Überdruckventil 7 wird typischerweise in ein Leitungselement oder Volumen des unter Druck stehenden Systems eingeschraubt, wobei in der Darstellung der Figur 2 lediglich ein Stück einer Wand 9 angedeutet ist. In dem nachfolgend mit 10 bezeichneten Inneren des unter Druck stehenden Systems befindet sich der unter Überdruck stehende Wasserstoff. Das Überdruckventil 7 weist als wesentliche Bestandteile einen Ventilkörper 11 auf, welcher dichtend sowie
gegebenenfalls mit eingesetzten optionalen Dichtungen 12 auf einem Ventilsitz 13 aufliegt. Er wird über eine Feder 14 in einem Ventilgehäuse 15 durch die Federkraft gegen den Ventilsitz 13 gedrückt. Der Ventilkörper 12 ist über ein Bauteil 16, welches hier als eine Art Ventilstange ausgebildet ist, geführt. Diese Ventilstange 16 läuft in dem dem Ventilsitz 13 abgewandten Teil des Ventilgehäuses 15 in einer Führung 17, wobei sich zwischen der Führung 17 und der mit dem Ventilkörper 11 verbundenen Seite der Ventilstange 16 die Feder 14 ausdehnt. Die Führung 17 kann beispielsweise über ein Gewinde in dem Ventilgehäuse 15 aufgenommen sein. Je weiter die Führung 17 in Richtung des Ventilsitzes 13 in das Ventilgehäuse 15 hineingeschraubt wird, desto höher wird die Federkraft, wodurch sich der Auslösedruck des Überdruckventils 7 einstellen lässt. Auf dem Ventilkörper 11 kommt es nun im Bereich der mit dem Inneren 10 des Druckgasspeichers 5 korrespondierenden Öffnung 18 zu einer Druckkraft. Diese
Druckkraft auf den Ventilkörper 11 , welche den Ventilkörper 11 vom Ventilsitz 13 abheben möchte, wirkt der Federkraft entgegen. Über die Auswahl und Einstellung der Feder 14 lässt sich so ein Kräftegleichgewicht bei einem genau vorgegebenen Überdruck einstellen. Übersteigt der Druck im Inneren 10 des Systems diesen Wert, wird also die durch den Druck auf den Ventilkörper 11 aufgebrachte Kraft größer als die Federkraft, dann hebt sich der Ventilkörper 11 von dem Ventilsitz 13 ab und der unter Druck stehende Wasserstoff kann durch das Ventilgehäuse 15 beispielsweise durch dort angebrachte Öffnungen oder dergleichen in die Umgebung abströmen.
Zusätzlich ist nun im Bereich der Ventilstange 16 eine Aufnahme 19 für einen Hebel 20 als erste Möglichkeit eines Aktuators vorgesehen. In der Darstellung der Figur 3 ist der Aufbau mit eingezeichnetem Hebel zu erkennen. Die Aufnahme 19 zwischen dem Hebel 20 und der Ventilstange 16 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel so realisiert, dass in dem Hebel 20 eine Öffnung vorhanden ist, und im Bereich der Ventilstange 16 auf ihrer dem Ventilkörper 1 1 abgewandten Seite der mit 19 bezeichnete Ring
beziehungsweise Vorsprung angeordnet ist. Der Hebel 20 wird nun in Eingriff mit diesem Vorsprung 19 als Aufnahme gebracht und stützt sich in dem mit S bezeichneten Bereich auf dem Ventilgehäuse 15 ab. Wirkt nun auf den Hebel 20 auf seiner der Aufnahme 19 abgewandten Seite die mit F eingezeichnete Kraft, so resultiert durch die Hebelwirkung im Bereich der Ventilstange 16 eine deutlich vergrößerte Kraft F2 nach oben. Diese mit F2 bezeichnete Kraft muss durch die entsprechende Konstruktion und die auf den Hebel aufgebrachte Kraft F nun so ausgelegt sein, dass die größer als die von der Feder 14 aufgebrachte Kraft ist und dadurch aufgrund der Kraft Fi am Hebel 20 ein Abheben des Ventilkörpers 1 1 vom Ventilsitz 13 ermöglicht.
Unabhängig von den Druckverhältnissen im Inneren 10 des unter Druck stehenden Systems kann so das in dem System befindliche Gas durch das in diesem Fall als Ablassventil genutzte Überdruckventil 7 der Sicherungseinrichtung abgelassen werden. Der Hebel 20 kann dabei als spezielles Bauteil vom Wartungspersonal vorgehalten werden, sodass ein ungewolltes beziehungsweise unbefugtes Ablassen des Gases sicher und zuverlässig verhindert werden kann.
In der Darstellung der Figur 4 ist eine weitere Alternative angegeben. In zwei benachbart zur Ventilstange 16 angeordneten Bereichen des Ventilgehäuses 15 sind dabei zwei fluchtende Bohrungen 21 angeordnet. Außerdem befindet sich in der Ventilstange 16 eine Öffnung 22, welche beispielsweise ebenfalls als Bohrung ausgebildet sein kann. Unter Bohrung im Sinne der Erfindung ist dabei jegliche Art von Öffnung zu verstehen. Dies bedeutet, dass diese nicht durch Bohren erzeugt sein und dadurch einen
kreisringförmigen Querschnitt aufweisen muss. Die Mittellinie der Öffnung 22 verläuft dabei knapp unterhalb der fluchtenden Mittellinien der Bohrungen 21 , also in Richtung des Ventilkörpers 11 versetzt. Die Öffnung 22 weist außerdem einen Fase 23 auf, welche so groß ausgestaltet ist, dass die Mittelachsen der fluchtenden Bohrungen innerhalb des größten Durchmessers der Fase liegen. Der Aktuator ist in dieser Ausgestaltung der Sicherungseinrichtung als Dorn 24 ausgebildet und neben dem bisher beschriebenen Detail dargestellt. Er weist beispielsweise einen hier angedeuteten Griff 25 zur besseren Handhabung auf. Der Dorn 24 wird nun durch die Bohrung 21 in das Ventilgehäuse 15 geschoben. Aufgrund der Fase 23 wird eine Spitze des Dorns 24 in jedem Fall auch die Öffnung 22 treffen und es kommt dadurch zu einem Anheben der Ventilstange 16 mit der als F3 eingezeichneten Kraft. Beim
Weiterschieben des Dorns 24 durch die Öffnung 22 hindurch dringt dieser in die fluchtende Bohrung 21 ein und stellt sicher, dass die gewünschte Position der
Ventilstange 16 beibehalten wird. Diese ist nun so gewählt, dass der Ventilkörper 11 vergleichbar zur Darstellung in Figur 4 vom Ventilsitz 13 abgehoben ist, und solange der Dorn 24 durch die fluchtenden Bohrungen 21 des Ventilgehäuses 15 geschoben ist, eine Abströmöffnung zwischen dem Ventilkörper 11 und dem Ventilsitz 13 freigegeben wird. Dadurch lässt sich analog zur oben beschriebenen Alternative ebenfalls eine Entleerung des unter Druck stehenden Systems erreichen.
Um ein Eindringen von Schmutz durch die fluchtenden Bohrungen 21 zu verhindern, kann es in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass im reinen Betrieb der Sicherungseinrichtung 7 als Überdruckventil 8 diese Bohrungen 21 durch einen Dichtring 26, welcher, wie in der Darstellung der Figur 5 zu erkennen ist, um das Ventilgehäuse 15 gelegt wird und dabei die Bohrungen 21 verschließt, abgedichtet werden. So wird das Eindringen von Schmutz in die fluchtenden Bohrungen 21 , welcher die Funktionalität des in Figur 4 beschriebenen Aufbaus beeinträchtigen könnte, verhindert.
In der Darstellung der Figur 6 ist eine alternative Ausführungsform des Überdruckventils 7 dargestellt. Das Überdruckventil 7 ist dabei analog zu dem in Figur 2 dargestellten Überdruckventil 7 ausgebildet. An dem dem Ventilkörper 1 1 abgewandten Ende der Ventilstange 16 befindet sich ein Aktuator 27, über welchen, ausgelöst durch ein über den Pfeil 28 symbolisiertes Steuersignal, eine Betätigung des Überdruckventils 7 als
Ablassventil erfolgen kann. Dieser Aktuator 27 kann beispielsweise magnetisch, hydraulisch, elektromotorisch oder auch pneumatisch betätigt sein. Alles in allem entsteht so ein einfacher und effizienter Aufbau, welcher die Funktionalitäten eines Überdruckventils 7 und eines Ablassventils in einer einzigen Sicherungseinrichtung effizient und kompakt vereint.

Claims

Patentansprüche
Sicherungseinrichtung für ein unter Druck stehendes System mit einem
Überdruckventil (7), mit einem durch Federkraft dichtend gegen einen Ventilsitz (13) gedrückten Ventilkörper (11), welcher bei einer gegen die Federkraft gerichteten, diese übersteigenden Druckkraft auf den Ventilkörper (11) den Ventilkörper (11) vom Ventilsitz (13) abhebt und eine Strömungsöffnung freigibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Aktuator (20, 24) zum Abheben des Ventilkörpers (11) vom Ventilsitz (13) unabhängig von der Druckkraft vorgesehen ist.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktuator als magnetisch, hydraulisch, elektromotorisch oder pneumatisch betätigbarer Aktuator (27) ausgebildet ist.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass,
der Aktuator (20, 24) als von dem Überdruckventil (7) unabhängiges Bauteil ausgebildet ist, welches mit wenigstens einer Aufnahme (19, 21 , 22) in einem Bauteil (16) des Überdruckventils (7) zusammenwirkt.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktuator einen Hebel (20) umfasst, welcher mit der wenigstens einen Aufnahme (19) in dem Überdruckventil (7) und/oder dem Ventilkörper (11) oder einem mit ihm verbundenen Bauteil (16) zusammenwirkt.
5. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hebel (20) mit der Aufnahme (19) in einem mit dem Ventilkörper (11) verbundenen Bauteil (16) zusammenwirkt, sich auf einem gegenüber dem
Ventilkörper (11) feststehenden Teil (S) des Überdruckventils (7) abstützt und durch eine mechanische Krafteinwirkung (F^ auf das der Aufnahme (19) abgewandte Ende des Hebels (20) den Ventilkörper (11) vom Ventilsitz (13) abhebt.
6. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass,
in zwei benachbart zum Ventilkörper (11) oder einem mit dem Ventilkörper (11) verbundenen Bauteil (16) liegende gegenüber dem Ventilkörper (11) feststehenden Abschnitten des Überdruckventils (7) fluchtende Bohrungen (21) angeordnet sind, wobei in dem Ventilkörper (11) oder dem mit dem Ventilkörper (1 1) verbundenen Bauteil (16) parallel in Richtung des Ventilkörpers (11) versetzt dazu eine Öffnung (22) angeordnet ist, welche zumindest auf einer Seite eine Fase (23) aufweist, welche so groß ausgebildet ist, dass die Mittelachsen der fluchtenden Bohrungen (21) innerhalb des größten Durchmessers der Fase (23) liegt.
7. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktuator einen Dorn (24) umfasst, welcher einen kleineren Durchmesser als die fluchtenden Bohrungen (21) und die Öffnung (20) aufweist.
8. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die fluchtenden Bohrungen (21) in dem gegenüber dem Ventilkörper (11) feststehenden Bauteil (16) bei nicht genutztem Aktuator (27) durch einen um das Überdruckventil (7) verlaufenden Dichtring (26) abgedichtet verschlossen sind.
9. Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Überdruckventil (7) auf der einem Druckgasspeicher (5) abgewandten Seite wenigstens einer ersten Stufe eines Druckregelventils (6) angeordnet ist.
10. Verwendung der Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Überdrucksicherung und gezielten Entleerung eines Wasserstoff aufweisenden unter Druck stehenden Systems.
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