WO2021023434A1 - Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums - Google Patents

Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums Download PDF

Info

Publication number
WO2021023434A1
WO2021023434A1 PCT/EP2020/067804 EP2020067804W WO2021023434A1 WO 2021023434 A1 WO2021023434 A1 WO 2021023434A1 EP 2020067804 W EP2020067804 W EP 2020067804W WO 2021023434 A1 WO2021023434 A1 WO 2021023434A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
tank
servo
opening
channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/067804
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf Ohlhafer
Bernd Stuke
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2021023434A1 publication Critical patent/WO2021023434A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/36—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor
    • F16K31/40—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor
    • F16K31/406—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston
    • F16K31/408—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston the discharge being effected through the piston and being blockable by an electrically-actuated member making contact with the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0655—Lift valves
    • F16K31/0658—Armature and valve member being one single element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K39/00—Devices for relieving the pressure on the sealing faces
    • F16K39/02—Devices for relieving the pressure on the sealing faces for lift valves
    • F16K39/024—Devices for relieving the pressure on the sealing faces for lift valves using an auxiliary valve on the main valve
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • Tank device for storing a gaseous medium
  • the invention relates to a tank device with a tank and a Ventilvor direction for a fuel cell tank, in particular for storing what hydrogen, for example, for use in vehicles powered by fuel cells.
  • each tank device must have such a shut-off valve.
  • the shut-off valve can close the tank container in the event of damage to the tank device caused by an accident in the vehicle with a fuel cell drive or if a line in the tank device breaks, so that no gas can escape from the storage unit.
  • shut-off valves have to open large flow cross-sections in order to be able to represent the required maximum mass flow even at low tank pressures.
  • the tank device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the tank device can be opened efficiently and quickly in a structurally simple manner in order to provide gaseous medium, for example hydrogen for a fuel cell.
  • the tank device for storing a gaseous medium, in particular hydrogen has at least one tank and a valve device, which valve device has a valve housing.
  • a movable armature, a servo piston and a follower piston are arranged, the armature and the servo piston are firmly connected to each other and the armature and the follower piston are operatively connected to one another.
  • a control chamber is formed in the valve housing, which control chamber is fluidically connected to the tank by means of a throttle.
  • the servo piston acts to open or close a channel opening connected to an anode channel with a servo valve seat formed on the follower piston and the follower piston acts to open or close a connection between the tank and the anode canal with a main valve seat.
  • the channel opening and the anode channel are cylindrical and a diameter d of the channel opening is smaller than a diameter D of the anode channel. In this way, the time delay until the maximum mass flow is shown can be minimized.
  • the line between the valve device and the anode area is also filled with hydrogen and pressurized and the pressure in a control room is further reduced. Due to the small volume of the control room, this can be done in a short time so that the large cross-section can be opened in an efficient manner and the maximum mass flow is displayed.
  • the channel opening is formed in the follower piston and the channel opening opens into the anode channel. So a compact valve device is structurally in a simple manner he aims.
  • a closing spring is present, which closing spring presses the magnet armature together with the servo piston against the servo valve seat and the servo piston thereby rests against the servo valve seat.
  • the throttle is designed as a constriction of a connecting line, which connecting line opens into a tank channel of the tank. In this way, the flow from the tank in the direction of the control chamber can be throttled in a structurally simple manner.
  • the main valve seat is formed on a stroke adjustment element, the stroke adjustment element being arranged between the follower piston and the valve housing.
  • a spring is advantageously arranged between the follower piston and the stroke adjustment element, which spring acts on the follower piston with a force in the direction of the servo piston. In this way, an active connection between the servo piston and the follower piston can be produced in a simple manner.
  • the servo piston has a central piston opening, which piston opening merges into a transverse bore and via this opens into a control chamber.
  • the magnet armature has a central armature opening, which Ankeröff voltage opens into the piston opening of the servo piston. The gaseous medium can thus flow through the valve device in a simple manner.
  • the magnet armature can be lifted by means of a magnet coil.
  • the movement of the armature can thus be actively controlled.
  • the tank device described for storing compressed fluids is preferably used in a fuel cell arrangement for storing hydrogen for operating a fuel cell.
  • the tank device described for storing compressed fluids is preferably in a vehicle with a drive with gaseous fuels.
  • a Tankvor device for storing a gaseous medium, in particular hydrogen, are shown. It shows in:
  • Fig. 1 an embodiment of a tank device according to the invention with a tank and a valve device in longitudinal section.
  • the tank device 1 shows an exemplary embodiment of a tank device 1 according to the invention, for example for use in vehicles with fuel cell drives, in cross section.
  • the tank device 1 has a tank 14 and a valve device 100.
  • the valve device 100 has a multi-part valve housing 101 in which a liftable magnet armature 12, a liftable servo piston 11 and a liftable follower piston 10 are arranged.
  • valve housing 101 comprises a coil housing 102 in which a magnet coil 3 is arranged, whereby the lifting movement of the magnet armature 12 can be actively controlled.
  • the magnet armature 12 has a central cylindrical armature opening 16 in which a closing spring 4 is arranged, the closing spring 4 applying a force to the magnet armature 12 in the direction of the follower piston 10, the magnet armature 12 being firmly connected to the servo piston 11, for example designed as a one-piece structural component, welded or pressed. At one end of the armature opening 16 in the direction of the servo piston 11, the armature opening 16 has a smaller diameter than at any other point.
  • the closing spring 4 is supported on a support element 2 in the valve housing 101, the support element 2 being arranged in an armature space 21.
  • the servo piston 11 has a central cylinder-shaped piston opening 13 which merges into a transverse bore 22 and via this opens into a control chamber 5.
  • the control chamber 5 surrounds the servo piston 11 and is bounded by the magnetic armature 12 and the follower piston 10.
  • the follower piston 10 has a central cylindrical channel opening 19 which is connected to a cylindrical anode channel 17.
  • the anode channel 17 guides gaseous medium, for example hydrogen, in the direction of an anode region 15 of a fuel cell.
  • the diameter d of the channel opening 19 is smaller than the diameter D of the anode channel 17.
  • a stroke adjustment element 9 is arranged in the valve housing 101, which, together with the follower piston 10, delimits a spring chamber 25 in which a spring 20 is arranged.
  • This spring 20 is supported on the one hand on the Stroke adjustment element 9 and, on the other hand, on the follower piston 10 and presses it against the servo piston 11 so that the follower piston 10 is operatively connected to the servo piston 11.
  • the control chamber 5 is connected via a throttle 6 with a connecting line 24 which opens into a tank channel 23 of the tank 14.
  • the throttle 6 is designed as a constriction of the connecting line 24.
  • the tank channel 23 opens into the spring chamber 25, which is also fluidically connected to the connecting line 24 in this way.
  • a servo valve seat 7 is formed on the follower piston 10 and cooperates with the servo piston 11 to open or close the channel opening 19 and thus a connection between the control chamber 5 and the anode channel 17.
  • the connection between the control chamber 5 and the anode channel 17 is closed because the servo piston 11 rests on the follower piston 10 and so no gaseous medium can flow from the control chamber 5 into the anode channel 17.
  • a main valve seat 8 is formed on the stroke adjustment element 9, which interacts with the follower piston 10 to open or close a connection between the spring chamber 25 and the anode channel 17 and thus a connection between the tank 14 and the anode channel 17.
  • the main valve seat 8 is blocked when the solenoid 3 is de-energized.
  • the control chamber 5 In the de-energized state of the magnetic coil 3, the control chamber 5 has the same pressure of gaseous medium as the tank 14. The pressure in the tank 14 and thus in the control chamber 5 is greater than the pressure of the gas-conveying medium present on the follower piston 10 Migen medium as a result of the anode channel 17. So acts on the servo piston 11 infol gemba and due to the force of the closing spring 4, which is transmitted due to the firm connection between the armature 12 and the servo piston 11 via the magnet armature 12 to the servo piston 11, a Force in the direction of the servo valve seat 7.
  • This force is transmitted from the servo piston 11 to the follower piston 10 due to the operative connection, so that the follower piston 10 is acted upon by force in the direction of the main valve seat 8.
  • the force of the spring 20 counteracts this force on the follower piston 10, the force of the spring 20 being designed so that it is smaller than the force transmitted by the servo piston 11 to the follower piston 10.
  • a closing force acts on the follower piston 10 so that the main valve seat 8 is blocked.
  • the closing force of the servo piston 11 also has the consequence that the servo valve seat 7 is also locked.
  • the magnet coil 3 If the magnet coil 3 is energized, a magnetic force is generated which acts on the magnet armature 12 and causes it to move.
  • the armature 12 moves in the direction of the support element 2 - to the left in the figure.
  • the servo piston 11 Due to the fixed connection of the servo piston 11 to the armature 12, the servo piston 11 moves together with the armature 12 in the direction of the support element 2.
  • the servo piston 11 lifts off the servo valve seat 7, so that the connection between the control chamber 5 and the channel opening 19 is released and so gaseous medium flows from the control chamber 5 into the anode channel 17.
  • the follower piston 10 initially remains in its rest position due to the higher pressure in the control chamber 5 compared to the anode channel 17, so that the main valve seat 8 is blocked.
  • the throttle 6 is, however, designed so that the inflow of gaseous medium from the tank 14 into the control chamber 5 is smaller than the outflow from the control chamber 5 into the anode channel 17. Therefore, the pressure of the gaseous medium in the control chamber 5 drops so that this adapts more and more to the pressure of the gaseous medium in the anode channel 17.
  • the spring 20, which applies force to the follower piston 10 in the opening direction, i.e. in the direction of the servo piston 11, lifts the follower piston 10 out of the main valve seat 8 and releases the connection between the tank channel 23 and the anode channel 17.
  • valve device 100 is designed such that the main valve seat 8 can be overpressured during refueling, so that gaseous medium can be introduced into the tank 14.
  • the tank device 1 according to the invention for storing compressed fluids is particularly suitable as a tank device 1 for storing hydrogen in a fuel cell arrangement for operating a fuel cell.
  • tank device 1 according to the invention can also be used in a vehicle with, for example, a fuel cell drive.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Tankvorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit mindestens einem Tank (14) und einer Ventilvorrichtung (100), welche Ventilvorrichtung (100) ein Ventilgehäuse (101) aufweist, in welchem Ventilgehäuse (101) ein hubbeweglicher Magnetanker (12), ein Servokolben (11) und ein Folgekolben (10) angeordnet sind, wobei der Magnetanker (12) und der Servokolben (11) fest miteinander verbunden sind und der Magnetanker (12) und der Folgekolben (10) miteinander wirkverbunden sind. In dem Ventilgehäuse (101) ist ein Steuerraum (5) ausgebildet, welcher Steuerraum (5) mittels einer Drossel (6) mit dem Tank (14) fluidisch verbunden ist, wobei der Servokolben (11) zum Öffnen oder Schließen einer mit einem Anodenkanal (17) verbundenen Kanalöffnung (19) mit einem an dem Folgekolben (10) ausgebildeten Servoventilsitz (7) zusammenwirkt und der Folgekolben (10) zum Öffnen oder Schließen einer Verbindung zwischen dem Tank (14) und dem Anodenkanal (17) mit einem Hauptventilsitz (8) zusammenwirkt. Die Kanalöffnung (19) und der Anodenkanal (17) sind zylinderförmig ausgebildet und ein Durchmesser d der Kanalöffnung (19) ist kleiner als ein Durchmesser D des Anodenkanals (17).

Description

Beschreibung
Titel
Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums
Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung mit einem Tank und einer Ventilvor richtung für einen Brennstoffzellentank, insbesondere zur Speicherung von Was serstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenan trieb.
Stand der Technik
Die nicht vorveröffentlichte DE 102018209 057 Al beschreibt eine Tankvorrich tung zur Temperaturdruckentlastung eines Brennstoffzellentanks, wobei die Tankvorrichtung Tankbehälter mit verschiedenen Ventilen, wie beispielsweise ei nem Absperrventil, umfasst, welche eine ordentliche Funktionsweise beispiels weise eines Brennstoffzellensystems gewährleisten.
Die Sicherheitsvorrichtungen für solch eine Tankvorrichtung sind normiert. Dabei muss jede Tankvorrichtung solch ein Absperrventil aufweisen. So kann das Ab sperrventil bei einer Beschädigung der Tankvorrichtung hervorgerufen durch ei nen Unfall des Fahrzeugs mit Brennstoffzellenantrieb oder bei einem Bruch einer Leitung der Tankvorrichtung die Tankbehälter verschließen, so dass kein Gas aus der Speichereinheit austreten kann.
Diese Absperrventile müssen große Durchflussquerschnitte öffnen, um auch bei niedrigen Tankdrücken den erforderlichen maximalen Massenstrom darstellen zu können. Dafür müssen entweder große magnetische Kräfte aufgebracht werden oder es wird ein Druckausgleich vor und hinter dem Absperrventil erzielt, indem zuerst ein kleiner Querschnitt geöffnet wird, um so die Leitung zwischen dem Ab- Sperrventil und beispielsweise einem Anodenbereich einer Brennstoffzellenano rdnung mit Wasserstoff zu füllen und so nahezu Tankdruck zu erreichen. Mit der geringeren Druckdifferenz zwischen dem Tank und der Leitung sinkt die erforder liche Öffnungskraft für die Öffnung des Durchflussquerschnitts.
Die Leitung nach dem Absperrventil mit Wasserstoff zu füllen, um den entspre chenden Druck herzustellen, erfordert jedoch einen gewissen Zeitverzug zwi schen dem Öffnen der beiden Durchflussquerschnitte. Dies kann je nach Volu men in der Leitung zu einer merklichen Verzögerung führen, bis der maximale Wasserstoffmassenstrom der Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass in konstruktiv einfa cher Weise die Tankvorrichtung effizient und schnell geöffnet werden kann, um gasförmiges Medium, beispielsweise Wasserstoff für eine Brennstoffzelle, bereit zustellen.
Dazu weist die Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mindestens einen Tank und eine Ventilvorrichtung auf, welche Ventilvorrichtung ein Ventilgehäuse aufweist. In dem Ventilgehäuse sind ein hubbeweglicher Magnetanker, ein Servokolben und ein Folgekolben an geordnet, wobei der Magnetanker und der Servokolben fest miteinander verbun den sind und der Magnetanker und der Folgekolben miteinander wirkverbunden sind. Weiterhin ist in dem Ventilgehäuse ein Steuerraum ausgebildet, welcher Steuerraum mittels einer Drossel mit dem Tank fluidisch verbunden ist. Der Ser vokolben wirkt zum Öffnen oder Schließen einer mit einem Anodenkanal verbun denen Kanalöffnung mit einem an dem Folgekolben ausgebildeten Servoventil- sitz zusammen und der Folgekolben wirkt zum Öffnen oder Schließen einer Ver bindung zwischen dem Tank und dem Anodenkanal mit einem Hauptventilsitz zu sammen. Außerdem sind die Kanalöffnung und der Anodenkanal zylinderförmig ausgebildet und ein Durchmesser d der Kanalöffnung ist kleiner als ein Durch messer D des Anodenkanals. Auf diese Weise kann der Zeitverzug bis zum Darstellen des maximalen Massen stroms minimiert werden. Hierzu wird ebenfalls die Leitung zwischen der Ventil vorrichtung und dem Anodenbereich mit Wasserstoff befüllt und auf Druck ge bracht und weiterhin der Druck in einem Steuerraum abgesenkt. Aufgrund des kleinen Volumens des Steuerraums kann dies in kurzer Zeit erfolgen, so dass in effizienter Weise zeitnah der große Querschnitt geöffnet werden kann und der maximale Massenstrom dargestellt wird.
In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Kanalöffnung in dem Folgekolben ausgebildet ist und die Kanalöffnung in den Anodenkanal mün det. So wird konstruktiv in einfacher Weise eine kompakte Ventilvorrichtung er zielt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass eine Schließfeder vorhanden ist, welche Schließfeder den Magnetanker zusammen mit dem Servokolben an den Servoventilsitz drückt und der Servokolben dadurch an dem Servoventilsitz anliegt. So kann in konstruktiv einfacher Weise eine Wirk verbundenheit zwischen dem Magnetanker und dem Servokolben hergestellt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Drossel als eine Veren gung einer Verbindungsleitung, welche Verbindungsleitung in einen Tankkanal des Tanks mündet, ausgebildet ist. So kann in konstruktiv einfacher Weise die Strömung aus dem Tank in Richtung des Steuerraums gedrosselt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Hauptventilsitz an einem Hubeinstellelement ausgebildet ist, wobei das Hubein stellelement zwischen dem Folgekolben und dem Ventilgehäuse angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist zwischen dem Folgekolben und dem Hubeinstellelement eine Feder angeordnet, welche Feder den Folgekolben mit einer Kraft in Rich tung des Servokolbens beaufschlagt. So ist in einfacher Weise eine Wirkverbun denheit zwischen dem Servokolben und dem Folgekolben herstellbar. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Servokolben eine mittige Kolbenöffnung aufweist, welche Kolbenöffnung in eine Querbohrung übergeht und über diese in einen Steuerraum mündet. In vorteilhaf ter Weise weist der Magnetanker eine mittige Ankeröffnung auf, welche Ankeröff nung in die Kolbenöffnung des Servokolbens mündet. So kann das gasförmige Medium die Ventilvorrichtung in einfacher Weise durchströmen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Magnetanker mittels einer Magnetspule hubbewegbar ist. So ist die Bewegung des Magnetankers aktiv steuerbar.
Die beschriebene Tankvorrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden eig net sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle.
Die beschriebene Tankvorrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden eig net sich vorzugsweise in einem Fahrzeug mit einem Antrieb mit gasförmigen Kraftstoffen.
Zeichnungen
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Tankvor richtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasser stoff, dargestellt. Es zeigt in:
Fig. ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung mit einem Tank und einer Ventilvorrichtung im Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb im Querschnitt. Die Tankvorrichtung 1 weist einen Tank 14 und eine Ventilvorrichtung 100 auf. Die Ventilvorrichtung 100 weist dabei ein mehrteiliges Ventilgehäuse 101 auf, in dem ein hubbeweglicher Magnetanker 12, ein hubbeweglicher Servokolben 11 und ein hubbeweglicher Folgekolben 10 angeordnet sind.
Weiterhin umfasst das Ventilgehäuse 101 ein Spulengehäuse 102, in dem eine Magnetspule 3 angeordnet ist, wodurch die Hubbewegung des Magnetankers 12 aktiv gesteuert werden kann.
Der Magnetanker 12 weist eine mittige zylinderförmige Ankeröffnung 16 auf, in der eine Schließfeder 4 angeordnet ist, wobei die Schließfeder 4 den Magnetan ker 12 mit einer Kraft in Richtung des Folgekolbens 10 beaufschlagt, wobei der Magnetanker 12 mit dem Servokolben 11 fest verbunden ist, beispielsweise als einteilige Baukomponente ausgeführt, verschweißt oder verpresst. An einem Ende der Ankeröffnung 16 in Richtung des Servokolbens 11 weist die Ankeröff nung 16 einen geringeren Durchmesser als an jeder anderen Stelle auf. Die Schließfeder 4 stützt sich dabei an einem Stützelement 2 in dem Ventilgehäuse 101 ab, wobei das Stützelement 2 in einem Ankerraum 21 angeordnet ist.
Der Servokolben 11 weist eine mittige zylinderförmige Kolbenöffnung 13 auf, die in eine Querbohrung 22 übergeht und über diese in einen Steuerraum 5 mündet. Der Steuerraum 5 umgibt dabei den Servokolben 11 und wird durch den Magnet anker 12 und den Folgekolben 10 begrenzt.
Der Folgekolben 10 weist eine mittige zylinderförmige Kanalöffnung 19 auf, wel che mit einem zylinderförmigen Anodenkanal 17 verbunden ist. Der Anodenkanal 17 führt gasförmiges Medium, beispielsweise Wasserstoff, in Richtung eines Anodenbereichs 15 einer Brennstoffzelle. Dabei ist der Durchmesser d der Ka nalöffnung 19 kleiner als der Durchmesser D des Anodenkanals 17.
Weiterhin ist in dem Ventilgehäuse 101 ein Hubeinstellelement 9 angeordnet, welches zusammen mit dem Folgekolben 10 einen Federraum 25 begrenzt, in dem eine Feder 20 angeordnet ist. Diese Feder 20 stützt sich einerseits an dem Hubeinstellelement 9 und andererseits an dem Folgekolben 10 ab und drückt diesen so gegen den Servokolben 11, so dass der Folgekolben 10 mit dem Ser- vokolben 11 wirkverbunden ist.
Der Steuerraum 5 ist über eine Drossel 6 mit einer Verbindungsleitung 24 ver bunden, welche in einen Tankkanal 23 des Tanks 14 mündet. Die Drossel 6 ist dabei als eine Verengung der Verbindungsleitung 24 ausgebildet.
Der Tankkanal 23 mündet in den Federraum 25, welcher so ebenfalls mit der Verbindungsleitung 24 fluidisch verbunden ist.
An dem Folgekolben 10 ist ein Servoventilsitz 7 ausgebildet, welcher zum Öffnen oder Schließen der Kanalöffnung 19 und damit einer Verbindung zwischen dem Steuerraum 5 und dem Anodenkanal 17 mit dem Servokolben 11 zusammen wirkt. Bei unbestromten Zustand der Magnetspule 3 ist die Verbindung zwischen dem Steuerraum 5 und dem Anodenkanal 17 geschlossen, da der Servokolben 11 auf dem Folgekolben 10 anliegt und so kein gasförmiges Medium aus dem Steuerraum 5 in den Anodenkanal 17 strömen kann.
Weiterhin ist an dem Hubeinstellelement 9 ein Hauptventilsitz 8 ausgebildet, wel cher zum Öffnen oder Schließen einer Verbindung zwischen dem Federraum 25 und dem Anodenkanal 17 und damit einer Verbindung zwischen dem Tank 14 und dem Anodenkanal 17 mit dem Folgekolben 10 zusammenwirkt. Der Haupt ventilsitz 8 ist bei unbestromter Magnetspule 3 gesperrt.
Funktionsweise der Tankvorrichtung
Im unbestromten Zustand der Magnetspule 3 weist der Steuerraum 5 denselben Druck an gasförmigem Medium auf wie der Tank 14. Der Druck im Tank 14 und somit im Steuerraum 5 ist größer als der an dem Folgekolben 10 anstehende Druck des gasför- migen Mediums infolge des Anodenkanals 17. So wirkt auf den Servokolben 11 infol gedessen und aufgrund der Kraft der Schließfeder 4, welche aufgrund der festen Ver bindung zwischen dem Magnetanker 12 und dem Servokolben 11 über den Magnetan ker 12 auf den Servokolben 11 übertragen wird, eine Kraft in Richtung des Servoventil- sitzes 7. Diese Kraft wird aufgrund der Wirkverbundenheit von dem Servokolben 11 auf den Folgekolben 10 übertragen, so dass der Folgekolben 10 in Richtung des Haupt ventilsitzes 8 kraftbeaufschlagt wird. Die Kraft der Feder 20 wirkt dieser Kraft auf den Folgekolben 10 entgegen, wobei die Kraft der Feder 20 so ausgelegt wird, dass diese kleiner ist als die von dem Servokolben 11 übertragene Kraft auf den Folgekolben 10. Somit wirkt insgesamt eine schließende Kraft auf den Folgekolben 10, sodass der Hauptventilsitz 8 gesperrt ist. Die schließende Kraft des Servokolbens 11 hat weiterhin zur Folge, dass der Servoventilsitz 7 ebenfalls gesperrt ist.
Wird die Magnetspule 3 bestromt, so wird eine magnetische Kraft erzeugt, welche auf den Magnetanker 12 einwirkt und diesen zu einer Hubbewegung veranlasst. Dazu be wegt sich der Magnetanker 12 in Richtung des Stützelements 2 - in der Fig. nach links. Aufgrund der festen Verbindung des Servokolbens 11 mit dem Magnetanker 12 bewegt sich der Servokolben 11 zusammen mit dem Magnetanker 12 in Richtung des Stützelements 2. Der Servokolben 11 hebt dabei von dem Servoventilsitz 7 ab, so dass die Verbindung zwischen dem Steuerraum 5 und der Kanalöffnung 19 freigegeben wird und so gasförmiges Medium aus dem Steuerraum 5 in den Anodenkanal 17 strömt.
Der Folgekolben 10 bleibt zunächst aufgrund des höheren Drucks im Steuerraum 5 im Vergleich zum Anodenkanal 17 in seiner Ruheposition, so dass der Hauptventilsitz 8 gesperrt ist. Die Drossel 6 ist jedoch so ausgelegt, dass die Zulaufmenge an gasförmi gem Medium aus dem Tank 14 in den Steuerraum 5 kleiner ist als die Ablaufmenge aus dem Steuerraum 5 in den Anodenkanal 17. Daher sinkt der Druck an gasförmigem Medium im Steuerraum 5, so dass sich dieser immer mehr an dem Druck des gasför migen Mediums in dem Anodenkanal 17 anpasst. Dies hat zur Folge, dass die Feder 20, welche den Folgekolben 10 in Öffnungsrichtung, also in Richtung des Servokol bens 11 kraftbeaufschlagt, den Folgekolben 10 aus dem Hauptventilsitz 8 anhebt und die Verbindung zwischen dem Tankkanal 23 und dem Anodenkanal 17 freigibt. Nun ist auch der große Öffnungsquerschnitt freigegeben, so dass gasförmiges Medium direkt aus dem Tank 14 in den Anodenkanal 17 strömt. Bei genügend langer Öffnungsdauer gleicht sich der Druck im Steuerraum 5 dem Druck im Anodenkanal 17 an. Zum Schließen der Ventilvorrichtung 100 wird die Magnetspule 3 nicht mehr bestromt, so dass keine magnetische Kraft mehr auf den Magnetanker 12 wirkt. Dieser wird auf grund der Kraft der Schließfeder 4 in Richtung des Folgekolbens 10 gedrückt, wodurch der Servokolben 11 wieder an den Servoventilsitz 7 gedrückt wird und dieser gesperrt wird. Infolgedessen drückt der Servokolben 11 den Folgekolben 10 wieder in den Hauptventilsitz 8, so dass dieser ebenfalls gesperrt wird.
Darüber hinaus ist die Ventilvorrichtung 100 so ausgelegt, dass der Hauptventilsitz 8 beim Betanken überdrückt werden kann, so dass gasförmiges Medium in den Tank 14 eingebracht werden kann.
Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung 1 zur Speicherung von verdichteten Flui den eignet sich in besonderem Maße als Tankvorrichtung 1 zur Speicherung von Wasserstoff in einer Brennstoffzellenanordnung für den Betrieb einer Brennstoff zelle.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Tankvorrichtung 1 auch in einem Fahr zeug mit beispielsweise Brennstoffzellenantrieb Verwendung finden.

Claims

Ansprüche
1. Tankvorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbeson dere Wasserstoff, mit mindestens einem Tank (14) und einer Ventilvorrich tung (100), welche Ventilvorrichtung (100) ein Ventilgehäuse (101) aufweist, in welchem Ventilgehäuse (101) ein hubbeweglicher Magnetanker (12), ein Servokolben (11) und ein Folgekolben (10) angeordnet sind, wobei der Mag netanker (12) und der Servokolben (11) fest miteinander verbunden sind und der Magnetanker (12) und der Folgekolben (10) miteinander wirkverbunden sind, und in welchem Ventilgehäuse (101) ein Steuerraum (5) ausgebildet ist, welcher Steuerraum (5) mittels einer Drossel (6) mit dem Tank (14) flui- disch verbunden ist, wobei der Servokolben (11) zum Öffnen oder Schließen einer mit einem Anodenkanal (17) verbundenen Kanalöffnung (19) mit einem an dem Folgekolben (10) ausgebildeten Servoventilsitz (7) zusammenwirkt und der Folgekolben (10) zum Öffnen oder Schließen einer Verbindung zwi schen dem Tank (14) und dem Anodenkanal (17) mit einem Hauptventilsitz (8) zusammenwirkt, wobei die Kanalöffnung (19) und der Anodenkanal (17) zylinderförmig ausgebildet sind und ein Durchmesser d der Kanalöffnung (19) kleiner ist als ein Durchmesser D des Anodenkanals (17).
2. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ka nalöffnung (19) in dem Folgekolben (19) ausgebildet ist und die Kanalöff nung (19) in den Anodenkanal (17) mündet.
3. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließfeder (4) vorhanden ist, welche Schließfeder (4) den Magnetan ker (12) zusammen mit dem fest verbundenen Servokolben (11) an den Ser voventilsitz (7) drückt und der Servokolben (11) dadurch an dem Servoventil sitz (7) anliegt.
4. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (6) als eine Verengung einer Verbindungs leitung (24), welche Verbindungsleitung (24) in einen Tankkanal (23) des Tanks (14) mündet, ausgebildet ist.
5. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptventilsitz (8) an einem Hubeinstellelement (9) ausgebildet ist, wobei das Hubeinstellelement (9) zwischen dem Folge kolben (10) und dem Ventilgehäuse (101) angeordnet ist.
6. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen dem Folgekolben (10) und dem Hubeinstellelement (9) eine Feder (20) angeordnet ist, welche Feder (20) den Folgekolben (10) mit einer Kraft in Richtung des Servokolbens (11) beaufschlagt.
7. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Servokolben (11) eine mittige Kolbenöffnung (13) aufweist, welche Kolbenöffnung (13) in eine Querbohrung (22) übergeht und über diese in einen Steuerraum (5) mündet.
8. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass der Magnetanker (12) eine mittige Ankeröffnung (16) auf weist, welche Ankeröffnung (16) in die Kolbenöffnung (13) des Servokolbens (11) mündet.
9. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (12) mittels einer Magnetspule (3) hubbewegbar ist.
10. Brennstoffzellenanordnung mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der vorher gehenden Ansprüche.
11. Fahrzeug mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von verdichteten Fluiden nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
PCT/EP2020/067804 2019-08-05 2020-06-25 Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums WO2021023434A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019211730.9 2019-08-05
DE102019211730.9A DE102019211730A1 (de) 2019-08-05 2019-08-05 Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021023434A1 true WO2021023434A1 (de) 2021-02-11

Family

ID=71515118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/067804 WO2021023434A1 (de) 2019-08-05 2020-06-25 Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019211730A1 (de)
WO (1) WO2021023434A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021205684A1 (de) * 2021-06-04 2022-12-08 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Absperrventil für Wasserstofftanksysteme, Wasserstofftanksystem sowie Verwendung eines Absperrventils in einem Wasserstofftanksystem

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112014004012T5 (de) * 2013-09-03 2016-05-25 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Ventilvorrichtung
DE102017210355A1 (de) * 2017-06-21 2018-12-27 Robert Bosch Gmbh Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums
WO2019020267A1 (de) * 2017-07-25 2019-01-31 Robert Bosch Gmbh Proportionalventil zum steuern eines gasförmigen mediums
DE102017214506A1 (de) * 2017-08-21 2019-02-21 Robert Bosch Gmbh Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums
DE102018209057A1 (de) 2018-06-07 2019-12-12 Robert Bosch Gmbh Tankvorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Brennstoffzellentanks

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112014004012T5 (de) * 2013-09-03 2016-05-25 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Ventilvorrichtung
DE102017210355A1 (de) * 2017-06-21 2018-12-27 Robert Bosch Gmbh Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums
WO2019020267A1 (de) * 2017-07-25 2019-01-31 Robert Bosch Gmbh Proportionalventil zum steuern eines gasförmigen mediums
DE102017214506A1 (de) * 2017-08-21 2019-02-21 Robert Bosch Gmbh Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums
DE102018209057A1 (de) 2018-06-07 2019-12-12 Robert Bosch Gmbh Tankvorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Brennstoffzellentanks

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019211730A1 (de) 2021-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3850252B1 (de) Ventilvorrichtung für ein gasförmiges medium und tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums
EP1882122B1 (de) Ventil, insbesondere proportional-druckbegrenzungsventil
DE102009012688B3 (de) Ventil zum Einblasen von Gas
EP2385291A1 (de) Anordnung von pulsmodulierten Schnellschaltventilen, Tanksystem, Verfahren zum Bereitstellen eines angeforderten Massenstroms und Verwendung eines Tanksystems
DE102017212725A1 (de) Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums
DE102020203700A1 (de) Ventilvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem und Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums
WO2021156083A1 (de) Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums
WO2021023434A1 (de) Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums
WO2008049671A1 (de) Kraftstoffinjektor
DE102020206678A1 (de) Absperrventil für einen Druckgasbehälter, Druckgasbehälter
EP4217640A1 (de) Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums mit einer ventilvorrichtung
EP4217629A1 (de) Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums mit einer ventilvorrichtung
DE102021000617A1 (de) Injektor zum Einblasen eines Gases in einen Brennraum oder in ein Saugrohr eines Kraftfahrzeuges
DE102020213577A1 (de) Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums
WO2021151616A1 (de) Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums für ein brennstoffzellensystem
DE19815754A1 (de) Schwimmergesteuertes Servoventil
WO2019052717A1 (de) Dosiervorrichtung zum steuern eines gasförmigen mediums
DE102019213628A1 (de) Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums
DE102010055308A1 (de) Ventil
DE102017210355A1 (de) Proportionalventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums
DE102021205684A1 (de) Absperrventil für Wasserstofftanksysteme, Wasserstofftanksystem sowie Verwendung eines Absperrventils in einem Wasserstofftanksystem
DE102019213627A1 (de) Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums
WO2016134930A1 (de) Teildruckausgeglichenes druckregelventil für einen hochdruckspeicher
WO2023160891A1 (de) Absperrventil sowie wasserstofftanksystem mit absperrventil
EP4217630A1 (de) Tankvorrichtung mit einer ventilvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20736942

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20736942

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1