WO2021175889A1 - Strömungskanal zur durchströmung mit einem gas - Google Patents

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WO2021175889A1
WO2021175889A1 PCT/EP2021/055256 EP2021055256W WO2021175889A1 WO 2021175889 A1 WO2021175889 A1 WO 2021175889A1 EP 2021055256 W EP2021055256 W EP 2021055256W WO 2021175889 A1 WO2021175889 A1 WO 2021175889A1
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WO
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flow channel
flow
actuator
valve body
gas
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Application number
PCT/EP2021/055256
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas BITALA
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10242—Devices or means connected to or integrated into air intakes; Air intakes combined with other engine or vehicle parts
    • F02M35/10255—Arrangements of valves; Multi-way valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/12—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having slidably-mounted valve members; having valve members movable longitudinally of conduit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • 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
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a flow channel for a gas to flow through
  • Flow ducts for example for supplying air to internal combustion engines, are known from the prior art.
  • a throttle valve or a control valve for example, can be provided in the flow channel as a metering device.
  • the invention is based on the knowledge that in conventional flow channels for a gas to flow through, in which a gas quantity for a consumer (e.g. an internal combustion engine) is to be metered in a metered manner by means of a "plunger" valve (piston valve or tappet valve), the flow channel causes a change in the direction of flow of the gas at the location of the valve.
  • the direction of flow is deflected by approx. 90 ° or even deflected twice by approx. 90 ° each time (S-shaped).
  • Such a pressure drop can be, for example, approximately 7% to 11%, for example between 250 mbar and 400 mbar at a working pressure of 3.5 bar.
  • the inlet pressure must be increased. This requires a more stable design of the flow channel and / or a more powerful pump. Both lead to higher costs.
  • the pressure control range of the flow channel is limited by the high pressure drop.
  • this control range extends only to a range from 0 (zero) mbar when the valve is closed to 3150 mbar when the valve is fully open. In this example, this reduces the available control range by 10%.
  • a laminar gas flow can also break off at the location of the valve and turbulence can occur.
  • a passage in a wall of the flow channel for a movable element which displaces the valve body is necessary. This passage must be sealed gas-tight.
  • a flow channel for a gas to flow through in particular for metering gas, which at high pressures, for example in the range from 3 bar to 30 bar or in the range from 3.5 bar to 20 bar, For example, it can be operated at 3.5 bar, 5 bar or 10 bar, which can be operated at high (gas) flow rates, e.g.
  • a valve arranged in the flow channel (consisting of Valve seat and valve body) can regulate the gas flow in the flow channel as far as possible over the entire pressure range, which ranges from the inlet pressure when the valve is fully open to zero pressure when the valve is closed and at which the valve has little or no leakage rate when it is closed.
  • a valve arranged in the flow channel can regulate the gas flow in the flow channel as far as possible over the entire pressure range, which ranges from the inlet pressure when the valve is fully open to zero pressure when the valve is closed and at which the valve has little or no leakage rate when it is closed.
  • there may be a need that there is no excessively high pressure drop at the location of the valve e.g. a pressure drop of at most 3%, preferably of at most 1% and particularly preferably of less than 0.5%.
  • the gas may also flow in a laminar manner in the vicinity of the valve.
  • an actuator of the valve body should be connectable to the valve body as simply as possible and should have a long service life.
  • a flow channel for a gas to flow through is proposed.
  • the flow channel has:
  • the valve seat is formed on an inner wall of the straight section, the valve body being displaceable along the main flow direction by means of the actuator between an open first position and a closed second position, the actuator being arranged in the interior of the straight section.
  • the gas is also at high flow rates (e.g. between 100kg / h and 40,000 kg / h, e.g. 400 kg / h or 500 kg / h) and high operating pressures (e.g. 3.5 bar or 5 bar or 7, 5 bar or 10 bar) can flow evenly through the flow channel, also in the area of the valve.
  • high operating pressures e.g. 3.5 bar or 5 bar or 7, 5 bar or 10 bar
  • the pressure drop in the area of the valve can also advantageously be limited to very low values, e.g. to less than 3% or even to less than 1%, e.g. to 0.4%, when the valve is open (valve body in the first position). This advantageously increases the pressure regulation range of the valve or of the flow channel.
  • the actuator is advantageously not arranged outside the flow channel, but inside the flow channel, so that the valve body does not have to be oriented transversely to the main flow direction. This in turn favors a laminar flow of the gas in the area of the valve body or the valve seat.
  • the flow channel is advantageously more compact towards the outside because the actuator does not protrude (so far) outward from the flow channel.
  • the pressure drop can, for example, be determined as an absolute value as the difference between a pressure upstream of the valve body and a pressure downstream of the valve body.
  • the actuator can, for example, be arranged completely in the interior of the straight section.
  • the valve body can, for example, be plate-shaped or plate-shaped. It can be curved at its edge cooperating with the valve seat.
  • the valve body can in principle also have a different shape, for example the shape a sphere or a spherical segment or in the form of a cone or a truncated cone or tapering.
  • a conical shape or a teardrop shape (streamlined shape) can reduce a pressure drop even more. The maintenance of a laminar flow is thereby advantageously improved.
  • the flow channel can, for example, be a flow channel for a fuel cell or be set up for use in a fuel cell or a fuel cell system.
  • the flow channel can be set up, for example, for air, oxygen and / or hydrogen or a fuel to flow through it.
  • the actuator can e.g. be designed as an electric motor, e.g. as a brushless direct current motor.
  • it can also be designed as an electromagnet or electromagnetic actuator.
  • It can also be designed pneumatically or hydraulically, for example.
  • the actuator can, for example, have a linearly displaceable element or be connected to a linearly displaceable element. Alternatively or additionally, the actuator can have a rotating element.
  • the straight section of the flow channel preferably extends without curves along a straight line.
  • the interior of the straight section extends along a straight line and, in relation to a gas flow, essentially without curves.
  • a curve or bend deflects the gas flow along the entire flow cross-section in the same direction.
  • the main flow direction is to be understood as the flow direction of a (eg laminar) flowing gas in the interior.
  • the focus here is more on the overall flow than on the individual movement of individual gas molecules.
  • the main flow direction runs in the straight section in which the valve is arranged, essentially without deflection - in contrast to flow channels from the prior art, in which the flow is deflected by at least 90 ° in the area of the valve, sometimes even an S-shaped deflection of the flow, i.e. two deflections by approx. 90 ° each.
  • the flow channel can, for example, have a circular cross section or an elliptical cross section or a rectangular cross section.
  • the straight section extends on both sides of the valve seat over at least twice the length of the diameter of the valve seat. In other words: in the area of the valve seat there is no curve or bend in the flow channel which forces a deflection of the gas flow, in particular everywhere in the same direction.
  • a gas flow in the straight section does not experience a change in direction of more than 40 ° to the main flow direction.
  • a gas flow in the straight section does not experience a double change in direction of more than 40 ° in each case.
  • an expansion or reduction in the diameter of the flow channel in the area of the valve seat should not conflict with the term “straight section”. This is especially true if a Such a change in diameter deflects the gas stream no more than 50 °, preferably no more than 40 ° from the main flow direction and the gas stream flows again along the main flow direction after passing the point with the change in diameter.
  • a change in diameter usually causes a different change in the gas flow than a bend or curve. In a bend or curve, the gas flow is deflected in the same direction everywhere (namely along the direction of the bend or curve). In contrast, when the diameter changes, the outer flow lines are deflected in mutually opposite directions. With a diameter reduction towards one another radially inwards and with an increase in diameter away from one another radially outwards.
  • the term “straight section” is therefore to be understood in particular with regard to the gas flow in the interior.
  • a through-flow opening for the gas that is delimited by the valve seat has a surface normal that is oriented essentially perpendicular to the main flow direction advantageously reduces the risk of a laminar flow break in the area of the valve seat and / or causes a particularly low pressure drop and / or particularly low turbulence is caused.
  • valve in the closed state can also advantageously be pushed further into the closed position (main flow direction runs towards the valve seat), so that it is advantageously self-sealing and, for example, only a small amount of current is required for the actuator to keep the valve closed (valve body in the second position).
  • the selected arrangement can also advantageously shift the valve very quickly from the closed state to the open state (main flow direction runs away from the valve seat). In this way, a requested amount of gas can be made available very quickly (and e.g. without high power requirements for the actuator) (valve body in the first position).
  • a wall of the flow channel which separates an outer space of the flow channel from the inner space of the flow channel, has a wall thickness
  • the inner space at the location of the valve seat is not separated from the outside space by more than twice the wall thickness.
  • the valve seat sits very close to the outer wall and does not block the gas flow or only blocks it very little - in contrast to flow channels from the prior art, in which the valve seat is formed by a structure protruding inwards like a partition, in this structure the valve seat or a throughflow opening is formed, for example, with a surface normal transverse to the direction of flow.
  • the valve seat advantageously limits the flow cross-section in the flow channel only slightly, as a result of which the flow resistance at the location of the valve seat - at least when the valve is open - is only slightly impaired.
  • the interior space is not separated from the exterior space by more than 1.2 times the wall thickness. As a result, the flow resistance is increased particularly little.
  • the actuator is arranged essentially centrally in the interior of the straight section with respect to a flow cross-section in the straight section (e.g. a maximum of 20% eccentric, for example based on the center of the flow channel and the external dimensions of the actuator or its housing), the gas flow is advantageous particularly little disturbed.
  • a laminar flow is advantageously maintained and little turbulence is caused.
  • the actuator can, for example, be arranged concentrically to the cross section of the flow channel in the interior.
  • the actuator is flowed around the actuator essentially in a circumferential direction encircling the main flow direction, at least along 300 ° of its circumference, preferably along at least 330 °, preferably on all cross sections of the actuator.
  • This advantageously has the effect that, on the one hand, the actuator can be cooled by the gas flow.
  • the flow resistance of the gas flow is advantageously minimized and a laminar flow is maintained.
  • the gas flow can flow around the actuator, for example, in particular when the valve body is in the first position or when the valve body does not interrupt the gas flow.
  • valve body is mounted in a receptacle, the receptacle being connected to the flow channel, results in a particularly robust and stable design of the valve.
  • the storage and, if necessary, guidance by means of the receptacle ensures that the valve closes reliably even after the valve has been actuated many times.
  • the actuator can also advantageously be made more cost-effective. This is because there is a functional separation between the actuation (displacement) of the valve body and its mounting or guidance (by means of the receptacle).
  • the receptacle can advantageously also be adapted to different operating conditions, so that the same valve body or the same actuator can be used for different flow channels or operating conditions.
  • the actuator is arranged on a side of the receptacle facing away from the valve body.
  • the valve body, receptacle and actuator can advantageously be made particularly compact and there are no high bearing forces.
  • the actuator is arranged in an actuator housing, the actuator housing surrounding the actuator in particular in a fluid-tight manner, the service life of the actuator is advantageously increased.
  • the actuator can also advantageously be arranged in moist environments or when using aggressive (corrosive and / or combustible) gases in the interior of the flow channel.
  • the actuator housing can, for example, be cup-shaped and can be closed with a lid. It can be made of plastic, for example. For example, it can be manufactured as an injection-molded part. For example, it can have connections for electrical power for the actuator. Such connections can, for example, be cast or injected into the actuator housing or be designed as insert parts.
  • the material can comprise polyamide, for example PA66.
  • the material can be chosen, for example, in such a way that it has a very low permeability for hydrogen.
  • the housing can also be made of metal. Because the actuator housing is connected to the receptacle, the valve body, receptacle and actuator can have a particularly compact design and change the flow resistance in the flow channel particularly little. In this way, the actuator can also advantageously be fastened in the flow channel in a particularly simple manner. Finally, this can advantageously improve sealing of the actuator housing.
  • the receptacle closes an open side of the actuator housing like a cover.
  • a separate cover for the actuator housing can advantageously be saved.
  • the actuator housing can be screwed or clipped onto the receptacle or attached to the receptacle by means of a bayonet lock.
  • the actuator is coupled to the valve body by means of a spindle drive, a particularly precise and finely adjustable displacement of the valve body is advantageously made possible.
  • the displacement of the valve body per revolution of the spindle and the displacement force can be adapted to the operating requirements via a pitch of the spindle or its thread.
  • a small and therefore space-saving actuator can be used even at high pressures and therefore high clamping forces. This can then apply the necessary closing force with a higher number of revolutions.
  • valve body has a valve body shaft which has a recess on its side facing the actuator.
  • the spindle or the spindle drive can, for example, engage in this recess and interact with a thread arranged in the recess and thus displace the valve body (axially).
  • the spindle drive engages through the receptacle.
  • the receptacle can also have a guide structure, for example oriented in the axial direction, which interacts with a complementary structure of the valve body and in this way prevents rotation of the valve body when the spindle drive rotates.
  • a management structure can, for example, be a Be a groove or a rail.
  • the complementary structure can then be, for example, a rail or a groove.
  • a cross section of the flow channel in the area of the actuator is enlarged compared to a cross section of the flow channel in the area of the valve seat, so that a flow cross section available for the flow of gas in the area of the actuator is at most 25% of that for the flow of gas available flow cross-section in the area of the valve seat deviates, in particular by a maximum of 20%, preferably by a maximum of 15% and particularly preferably by a maximum of 10%.
  • This has the advantageous effect that, despite the actuator arranged in the interior, the flow resistance for the gas flow is not increased too much (e.g. by less than 20%) and / or the flow speed does not change too much. In this way, a laminar flow can advantageously be maintained.
  • the pressure drop in the area of the valve (and the actuator) can advantageously be kept low, the relative pressure drop can be, for example, less than 1%.
  • the flow channel when the valve body is in the second position, is closed in a fluid-tight manner to prevent the gas from flowing through.
  • the flow channel can advantageously be opened and, for example, a component located downstream of the valve body can be replaced.
  • valve which in particular comprises the valve body and the valve seat, can for example be designed in such a way that the gas flow through the flow channel is completely interrupted in the second position of the valve body.
  • valve seat has an elastomer on its side facing the valve body, a particularly low leakage rate is advantageously brought about when the valve is closed (valve body in the second position).
  • valve body has an elastomer on its side facing the valve seat. This advantageously results in a particularly low leakage rate when the valve is closed (valve body in the second position).
  • valve seat is made from an elastomer.
  • flow channel is made from an elastomer in the area of the valve seat.
  • a fuel cell arrangement with at least one flow channel as described above is proposed.
  • Fuel cell arrangement provided with a particularly well metered gas supply.
  • Air, oxygen and / or hydrogen or methane or another gas or fuel commonly used for fuel cell applications can be provided as the gas in the flow channel.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a flow channel 1 for a gas from the prior art to flow through.
  • the flow channel 1 has an interior 3 in which the gas flows from an inflow side 21 (on the left in FIG. 1) to an outflow side 22 (on the right in FIG. 1) along a main flow direction X.
  • the interior 3 is separated from an exterior 20 by a wall 9.
  • the wall 9 has an inner wall 7 or inner wall facing the interior 3.
  • the wall 9 has a wall thickness d.
  • the main flow direction X is referred to as the axial direction, a direction perpendicular to it as the radial direction R and a direction around the main flow direction X as the circumferential direction U.
  • the flow channel 1 also has a valve body 4, as well as a valve seat 5 and an actuator 6 for displacing the valve body 4.
  • the valve body 4 is by means of the actuator 6 between an open first position PI (shown here by dashed lines) and a closed second position P2 (shown here with a solid line).
  • the actuator 6 is arranged in the outer space 20 in the vicinity of the flow channel 1. It has a tappet 18 which reaches through the wall 9 of the flow channel 1 and can move the valve body 4 towards and away from itself (along the radial direction R).
  • the valve seat 5 is formed here by partition walls 23 protruding from the inner wall 7 into the interior 3, which delimit a throughflow opening 8 which is surrounded by the valve seat 5.
  • a surface normal of the throughflow opening 8 is oriented approximately perpendicular to the main flow direction X, i.e. in the radial direction R.
  • the valve body 5 is perpendicular to the Main flow direction X shifted from the first position PI to the second position P2 (and vice versa), i.e. along the radial direction R.
  • the flow channel 1 thus has a valve section 50 which is S-shaped.
  • the flow direction of the gas changes twice by approximately 90 °, in each case in different directions. This is indicated by the arrows labeled XI, X2 and X3.
  • the gas reaches the valve section 50 along a first flow direction XI from the inflow side 21.
  • the flow direction XI corresponds to that
  • Main flow direction X The gas flow is deflected by approx. 90 ° to the left (upwards in FIG. 1) by the partition walls 23 and then follows a second flow direction X2, which runs approximately perpendicular to the main flow direction X - that is, in the radial direction R. Passing through the through-flow opening 8, the gas flow is again deflected by approx. 90 °, this time to the right (also to the right in FIG. 1) and then follows one third flow direction X3, which corresponds approximately along the main flow direction X.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a flow channel 1.
  • the flow channel 1 for a gas to flow through has a straight section 2, in the interior 3 of which the gas flows along a main flow direction X.
  • the flow channel 1 also has a valve body 4. This can, for example, be plate-shaped or plate-shaped. A spherical shape or spherical segment shape is also possible in principle.
  • the flow channel 1 also has a valve seat 5 and an actuator 6 for displacing the valve body 4.
  • the valve seat 5 is formed on an inner wall 7 of the straight section 2, with the valve body 4 moving along the main flow direction X by means of the actuator 6 between an open first position PI (not shown here) and a closed second position P2 (shown here) is displaceable.
  • the actuator 6 is arranged in the interior 3 of the straight section 2.
  • the actuator 6 is arranged completely in the interior 3 of the straight section 2.
  • the valve or the valve body 4 of the valve is thus operated from the inside or from the interior 3 and not from the exterior 20.
  • the straight section 2 extends on both sides of the valve seat 5 (i.e. along the axial direction) at least over twice the length of a diameter D of the valve seat 5 or a flow opening 8.
  • a gas flow in the straight section 2 therefore does not experience a change in direction of more than 40 ° to the main flow direction X, in particular no double change in direction of more than 40 ° in each case.
  • a surface normal of a throughflow opening 8 for the gas bounded by the valve seat 5 is oriented essentially perpendicular to the main flow direction X. In other words: the gas flow does not have to be deflected in order to pass through the flow opening 8.
  • a wall 9 of the flow channel 1, which separates an outer space 20 of the flow channel 1 from the inner space 3 of the flow channel 1, has a wall thickness d, with the inner space 3 not being more than twice the wall thickness d separated from the outer space 20 at the location of the valve seat 5, in particular no more than 1.2 times the wall thickness d.
  • no partition walls 23 are arranged in the interior 3, which form the flow opening 8 and the valve seat 5 in the first place.
  • the actuator 6 is arranged with respect to a flow cross section in the straight section 2 essentially centrally in the interior space 3 of the straight section 2. In the approximately circular cross section of the flow channel 1 shown here, the actuator is arranged approximately concentrically to this cross section.
  • the actuator 6 When the valve is open (valve body 4 in the first position PI), the actuator 6 is flowed around by the gas essentially in a circumferential direction U encircling the main flow direction X, at least along 300 ° of its circumference.
  • the valve body 4 is mounted in a receptacle 10, the receptacle 10 being connected to the flow channel 1 or attached or fixed to the flow channel 1.
  • the receptacle 10 is here connected to the wall 9 by means of a web.
  • the valve body On its side facing away from the valve seat 5, the valve body has a valve body shaft 14 in which a recess 15 is arranged.
  • a thread is arranged in the recess 15.
  • a spindle drive 13, for example, which is arranged on the actuator 6 and has an external thread, can engage in this thread 13.
  • the valve body 4 can be displaced along the axial direction (here corresponding to the main flow direction X) by rotating the actuator 6 and the spindle drive 13 connected to it.
  • the actuator 6 is arranged on a side of the receptacle 10 facing away from the valve body 4, that is to say here on the outflow side 22.
  • the actuator 6 is arranged in an actuator housing 11.
  • the actuator housing 11 surrounds the actuator 6 in a fluid-tight manner, for example. In particular, no moisture and / or no combustible or corrosive gases should be able to penetrate into the actuator housing 11.
  • the actuator housing 11 is formed here - merely by way of example - in the shape of a cup and accommodates the actuator 6 in its interior.
  • the actuator housing can have a streamlined shape, for example in the manner of a drop. In this way, the gas flow in the interior 3 is disturbed particularly little.
  • the actuator housing 11 is connected to the receptacle 10 here.
  • the receptacle 10 closes an open side 12 of the actuator housing 11 like a cover. In this way, a separate cover for the actuator housing 11 can advantageously be dispensed with.
  • the actuator 6 can advantageously be fixed or fixed in the flow channel 1 by means of the actuator housing 11 and the receptacle 10 fixed in the flow channel 1.
  • the actuator 6 is coupled to the valve body 4 by means of a spindle drive 13.
  • the spindle drive 13 extends through the receptacle 10.
  • the actuator 6 can also be connected directly to the valve body 4. It can also be connected to the valve body 4 by means of a tappet, for example.
  • the actuator 6 can be designed as an electric motor, for example.
  • the actuator 6 can, for example, also be designed as an electromagnetic actuator (linear actuator) or as a pneumatic or hydraulic actuator.
  • a cross section of the flow channel 1 in the area of the actuator 6 is enlarged compared to a cross section of the flow channel 1 in the area of the valve seat 5.
  • the wall 9 of the flow channel 1 runs conically in order to enlarge the flow channel 1 from the smaller diameter to the larger diameter.
  • the change in the cross section has the effect that a flow cross section available for the flow of gas in the area of the actuator 6 deviates by at most 25% from a flow cross section available for the flow of gas in the area of the valve seat 5, in particular by at most 20%, preferably by at most 15% and particularly preferably by at most 10%. This reduces the risk of stall or turbulence.
  • the valve seat 5 is formed here in the transition region 24, so that the valve seat 5 is formed on a surface that is inclined to the main flow direction X.
  • the valve body 4 also has an inclined surface on its outside, a kind of inclined edge.
  • the valve body here has, for example, a plate-like shape with a type of plate rim.
  • valve seat 5 here has an elastomer on its side facing the valve body 4, which improves the seal. In principle, even the entire valve seat 5 or the flow channel 1 in the area of the valve seat 5 can be made from an elastomer.
  • valve body 4 has an elastomer on its side facing the valve seat 5.
  • the seal can also be improved in this way.
  • the gas flow through the straight section 2 of the flow channel 1 shown here takes place continuously along the main flow direction X, i.e. without a deflection.
  • the gas flow is not deflected at all points in the same direction as when flowing through a bend. Rather, starting from the center, the gas flow is deflected radially outward (that is, along the radial direction R) and continues to flow along the main flow direction X (in the axial direction). This can prevent large pressure differences and / or a break in the laminar flow and / or turbulence from occurring.
  • the flow channel 1 can be set up for use in a fuel cell arrangement. It goes without saying that the flow channel 1 is also suitable for being operated in the opposite direction, through which the gas flows.
  • the reference number 22 corresponds to the upstream side and the reference number 21 to the downstream side.
  • the main flow direction then corresponds to the dashed arrow with the reference symbol X '.
  • the gas flow can advantageously improve the sealing effect when the valve is closed, so that when the valve is closed, the actuator 11 has to be supplied with little or no current.
  • the flow channel is thus designed to be self-sealing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strömungskanal (1) zur Durchströmung mit einem Gas, der Strömungskanal (1) aufweisend: - einen geraden Abschnitt (2), in dessen Innenraum (3) das Gas entlang einer Hauptströmungsrichtung (X) strömt; - einen Ventilkörper (4), - einen Ventilsitz (5), - einen Aktuator (6) zur Verlagerung des Ventilkörpers (4), wobei der Ventilsitz (5) an einer Innenwand (7) des geraden Abschnitts (2) ausgebildet ist, wobei der Ventilkörper (4) entlang der Hauptströmungsrichtung (X) mittels des Aktuators (6) zwischen einer geöffneten ersten Position (PI) und einer geschlossenen zweiten Position (P2) verlagerbar ist, wobei der Aktuator (6) im Innenraum (3) des geraden Abschnitts (2) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Strömungskanal zur Durchströmung mit einem Gas
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem Gas
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Strömungskanäle z.B. für die Luftzufuhr von Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Um die Luftzufuhr der Verbrennungskraftmaschine zu regeln kann in dem Strömungskanal als Dosiervorrichtung z.B. eine Drosselklappe vorgesehen sein oder ein Steuerventil.
Aus der DE 43 15 438 Al und aus der DE 10 2006 013 291 Al sind Strömungskanäle mit derartigen Ventilen bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass bei herkömmlichen Strömungskanälen zur Durchströmung mit einem Gas, bei denen mittels eines „Plunger“-Ventils (Kolbenventil bzw. Stößelventil) eine Gasmenge für einen Verbraucher (z.B. einen Verbrennungsmotor) dosiert zugemessen werden soll, der Strömungskanal am Ort des Ventils eine Änderung der Strömungsrichtung des Gases bewirkt. Die Strömungsrichtung wird dabei um ca. 90° abgelenkt oder sogar zweimal um je ca. 90° abgelenkt (S-förmig). Dies ermöglicht eine sehr einfache Platzierung eines Aktuators an einer Außenseite des Strömungskanals, wobei der Aktuator einen Ventilkörper mittels eines Stößels oder eines Kolbens quer zur Erstreckungsrichtung des Strömungskanals auf einen quer zur Erstreckungsrichtung des Strömungskanals ausgebildeten Ventilsitz pressen kann (Ventil ist geschlossen) bzw. vom Ventilsitz abheben kann (Ventil ist offen). Es hat sich jedoch gezeigt, dass es bei herkömmlichen Strömungskanälen bei höheren (Gas-) Durchflussraten (z.B. 100kg/h bis zu 2000kg/h (Kilogramm pro Stunde), z.B. 400kg/h oder 500kg/h oder 1000kg/h oder 2000kg/h) und relativ hohen Arbeitsdrücken von z.B. zwischen 3bar bis 20 bar, z.B. 3,5 bar oder 5 bar oder 10 bar oder sogar bar durch die Richtungsänderung(en) und/oder Querschnittsänderungen am Ort des Ventils zu einem starken Druckabfall kommt bzw. zu starken Druckänderungen kommt, was unerwünscht ist.
Ein solcher Druckabfall kann z.B. ca. 7% bis 11% betragen, z.B. bei einem Arbeitsdruck von 3,5 bar zwischen 250mbar und 400mbar. Dies verringert die Effizienz des Strömungskanals, denn um die gewünschte Flussrate bei (vollständig) geöffnetem Ventil zu bewirken muss dann entweder der Querschnitt des Strömungskanals erhöht werden, was Bauraum kostet. Alternativ oder zusätzlich muss der Eingangsdruck erhöht werden. Dies erfordert eine stabilere Auslegung des Strömungskanals und/oder eine stärkere Pumpe. Beides führt zu höheren Kosten. Außerdem ist durch den hohen Druckabfall der Druck- Regelbereich des Strömungskanals mit seinem eingeschränkt. Denn dieser Regelbereich erstreckt sich bei einem Eingangsdruck von z.B. 3,5 bar und einem Druckabfall von 350mbar nur auf einen Bereich von 0 (Null) mbar bei geschlossenem Ventil bis 3150 mbar bei vollständig offenem Ventil. Dadurch verringert sich in diesem Beispiel der zur Verfügung stehende Regelbereich um 10%. Auch kann bei herkömmlichen Strömungskanälen eine laminare Gasströmung am Ort des Ventils abreißen und es kann zu Verwirbelungen kommen. Außerdem ist eine Durchführung in einer Wandung des Strömungskanals für ein bewegliches Element, welches den Ventilkörper verlagert, notwendig. Diese Durchführung muss gasdicht abgedichtet werden.
Es kann daher ein Bedarf bestehen, einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem Gas, insbesondere für die Dosierung von Gas, bereitzustellen, der bei hohen Drücken, z.B. im Bereich von 3 bar bis 30 bar oder im Bereich von 3,5 bar bis 20 bar, z.B. bei 3,5 bar, 5 bar oder 10 barbetrieben werden kann, der mit hohen (Gas-)Strömungsraten, z.B. im Bereich von 100kg/h bis zu 4000kg/h betrieben werden kann, bei dem ein im Strömungskanal angeordnetes Ventil (bestehend aus Ventilsitz und Ventilkörper) den Gasdurchfluss im Strömungskanal möglichst über den gesamten Druckbereich regulieren kann, der vom Eingangsdruck bei vollständig offenem Ventil bis zu einem Nulldruck beim geschlossenen Zustand des Ventils reicht und bei dem das Ventil im geschlossenen Zustand nur eine geringe oder gar keine Leckrate aufweist. Insbesondere kann ein Bedarf bestehen, dass am Ort des Ventils kein allzu hoher Druckabfall entsteht, z.B. ein Druckabfall von höchstens 3%, bevorzugt von höchstens 1% und besonders bevorzugt von weniger als 0,5%. Weiterhin kann ein Bedarf bestehen, dass bevorzugt die Strömung des Gases auch in der Umgebung des Ventils laminar erfolgt. Gleichzeitig soll ein Aktuator des Ventilkörpers möglichst einfach mit dem Ventilkörper verbindbar sein und eine lange Lebensdauer aufweisen. Schließlich soll der Strömungskanal nach außen dauerhaft gasdicht sein.
Vorteile der Erfindung
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß der unabhängigen Ansprüche gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Strömungskanal zur Durchströmung mit einem Gas vorgeschlagen.
Der Strömungskanal weist auf:
-- einen geraden Abschnitt, in dessen Innenraum das Gas entlang einer Hauptströmungsrichtung strömt;
-- einen Ventilkörper, -- einen Ventilsitz,
-- einen Aktuator zur Verlagerung des Ventilkörpers.
Der Ventilsitz ist an einer Innenwand des geraden Abschnitts ausgebildet, wobei der Ventilkörper entlang der Hauptströmungsrichtung mittels des Aktuators zwischen einer geöffneten ersten Position und einer geschlossenen zweiten Position verlagerbar ist, wobei der Aktuator im Innenraum des geraden Abschnitts angeordnet ist.
Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Gas auch bei hohen Durchflussraten (z.B. zwischen 100kg/h und 40000 kg/h, z.B. 400 kg/h oder 500 kg/h) und hohen Betriebsdrücken (z.B. 3,5 bar oder 5 bar oder 7,5 bar oder 10 bar) gleichmäßig durch den Strömungskanal strömen kann, auch im Bereich des Ventils. Weiterhin vorteilhaft kann dadurch der Druckabfall im Bereich des Ventils auf sehr geringe Werte begrenzt werden, bei geöffnetem Ventil (Ventilkörper in der ersten Position) z.B. auf weniger als 3% oder sogar auf weniger als 1%, z.B. auf 0,4%. Dadurch steigt vorteilhaft der Druckregelbereich des Ventils bzw. des Strömungskanals an. Weiterhin vorteilhaft ist der Aktuator nicht außerhalb des Strömungskanals angeordnet, sondern innerhalb des Strömungskanals, so dass der Ventilkörper nicht quer zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet sein muss. Dies wiederum begünstigt eine laminare Strömung des Gases auch im Bereich des Ventilkörpers bzw. des Ventilsitzes. Weiterhin vorteilhaft baut der Strömungskanal nach außen dadurch vorteilhaft kompakter, da der Aktuator nicht (so weit) nach außen vom Strömungskanal abragt. Weiterhin vorteilhaft sind dadurch auch keine beweglichen Teile vorhanden, die vom Innenraum in den Außenraum, geführt werden und aufwändig abgedichtet werden müssten. Dadurch wird vorteilhaft die Betriebssicherheit verbessert.
Der Druckabfall kann z.B. als absoluter Wert bestimmt werden als Differenz aus einem Druck stromaufwärts des Ventilkörpers und einem Druck stromabwärts des Ventilkörpers.
Der Aktuator kann z.B. vollständig im Innenraum des geraden Abschnitts angeordnet sein.
Der Ventilkörper kann z.B. tellerförmig oder plattenförmig ausgebildet sein. Er kann an seinem mit dem Ventilsitz kooperierenden Rand gebogen ausgebildet sein. Der Ventilkörper kann grundsätzlich auch eine andere Form aufweisen, z.B. die Form einer Kugel oder eines Kugelsegments oder in der Form eines Kegels bzw. eines Kegelstumpfs oder konisch zulaufend. Eine konisch zulaufende Form oder eine Tropfenform (Stromlinienform) kann einen Druckabfall noch stärker reduzieren. Der Erhalt einer laminaren Strömung wird dadurch vorteilhaft verbessert.
Der Strömungskanal kann z.B. ein Strömungskanal für eine Brennstoffzelle sein bzw. eingerichtet sein zur Verwendung in einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellensystem. Der Strömungskanal kann z.B. für die Durchströmung mit Luft, Sauerstoff und/oder Wasserstoff oder einem Brennstoff eingerichtet sein.
Im Kontext dieser Anmeldung ist der Ausdruck „aufweisen“ grundsätzlich synonym zum Ausdruck „umfassen“ zu verstehen.
Der Aktuator kann z.B. als Elektromotor ausgebildet sein, z.B. als bürstenloser Gleichstrommotor. Es kann z.B. auch als Elektromagnet bzw. elektromagnetischer Steller ausgebildet sein. Er kann z.B. auch pneumatisch ausgebildet sein oder hydraulisch. Der Aktuator kann z.B. ein linear verlagerbares Element aufweisen bzw. mit einem linear verlagerbaren Element verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Aktuator ein rotierendes Element aufweisen.
Der gerade Abschnitt des Strömungskanals erstreckt sich vorzugsweise ohne Kurven entlang einer Geraden. Insbesondere erstreckt sich der Innenraum des geraden Abschnitts entlang einer Geraden und bezogen auf einen Gasstrom im Wesentlichen ohne Kurven. Eine Kurve oder Biegung lenkt dabei den Gasstrom entlang des gesamten Strömungsquerschnitts in dieselbe Richtung um.
Die Hauptströmungsrichtung ist als die Strömungsrichtung eines (z.B. laminar) im Innenraum strömenden Gases zu verstehen. Dabei ist mehr auf die Gesamtströmung abzustellen als auf die individuelle Bewegung einzelner Gasmoleküle. Insbesondere verläuft die Hauptströmungsrichtung im geraden Abschnitt, in dem das Ventil angeordnet ist, im Wesentlichen ohne Umlenkung - im Unterschied zu Strömungskanälen aus dem Stand der Technik, bei denen im Bereich des Ventils zumindest eine Umlenkung der Strömung um ca. 90° erfolgt, teilweise sogar eine S-förmige Umlenkung der Strömung, also eine zweimalige Umlenkung um je ca. 90°. Der Strömungskanal kann z.B. einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen oder einen elliptischen Querschnitt oder einen rechteckigen Querschnitt. Eine Querschnittsfläche des Strömungskanals kann bei einem kreisförmigen Querschnitt z.B. aus einem Durchmesser des Strömungskanals im Bereich von 10mm bis 80mm bestimmt werden, bevorzugt im Bereich von 20mm bis 70mm (Querschnittsfläche = PI * (D/2)2). Analog kann ein solche Querschnittsfläche auch bei anderen Querschnittsformen vorgesehen sein.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass sich der gerade Abschnitt auf beiden Seiten des Ventilsitzes wenigstens über die doppelte Länge des Durchmessers des Ventilsitzes erstreckt. Mit anderen Worten: im Bereich des Ventilsitzes ist keine Kurve bzw. Biegung des Strömungskanals vorgesehen, die eine Umlenkung des Gasstroms, insbesondere überall in dieselbe Richtung, erzwingt.
Dadurch wird vorteilhaft das Risiko für einen Abriss der laminaren Strömung im Bereich des Ventilsitzes verringert, auch bei hohen Arbeitsdrücken von z.B. bis zu 10 bar oder bis zu 20 bar und bei hohen Durchflussraten, z.B. im Bereich von 100 kg/h bis zu 4000 kg/h. Dies gilt vorteilhaft insbesondere für die vollständig geöffnete Position des Ventilkörpers (erste Position). Jedoch wird auch bei Positionen zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position des Ventilkörpers das Strömungsverhalten und der Druckabfall verbessert. Weiterhin vorteilhaft wird so ein starker Druckabfall und/oder eine Verwirbelung des durch den Strömungskanal strömenden Gases verhindert oder das Ausmaß des Druckabfalls bzw. von Verwirbelungen verringert, z.B. auf Werte von weniger als 3% oder sogar weniger als 1% des Eingangsdrucks. Dadurch wird die Effizienz des Strömungskanals verbessert. Außerdem wird der Regelungsbereich des Strömungskanals vorteilhaft verbessert.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass ein Gasstrom im geraden Abschnitt keine Richtungsänderung von mehr als 40° zur Hauptströmungsrichtung erfährt.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass ein Gasstrom im geraden Abschnitt keine zweifache Richtungsänderung um jeweils mehr als 40° erfährt.
Im Kontext dieser Anmeldung soll eine Aufweitung bzw. Verringerung des Durchmessers des Strömungskanals im Bereich des Ventilsitzes dem Begriff „gerader Abschnitt“ nicht entgegenstehen. Dies gilt insbesondere, wenn eine derartige Änderung des Durchmessers den Gasstrom nicht mehr als 50°, bevorzugt nicht mehr als 40° von der Hauptströmungsrichtung ablenkt und der Gasstrom nach Passieren der Stelle mit der Durchmesseränderung wieder entlang der Hauptströmungsrichtung fließt. Eine Durchmesseränderung bewirkt in der Regel eine andere Änderung des Gasstroms als eine Biegung bzw. Kurve. In einer Biegung bzw. Kurve wird der Gasstrom überall in dieselbe Richtung umgelenkt (nämlich entlang der Richtung der Biegung bzw. Kurve). Bei einer Änderung des Durchmessers werden dagegen die außen liegenden Strömungslinien in zueinander entgegengesetzte Richtungen abgelenkt. Bei einer Durchmesserverringerung aufeinander zu nach radial innen und bei einer Durchmesservergrößerung voneinander weg nach radial außen. Der Begriff „gerader Abschnitt“ ist somit insbesondere im Hinblick auf die Gasströmung im Innenraum zu verstehen.
Dadurch, dass eine vom Ventilsitz begrenzte Durchströmöffnung für das Gas eine Flächennormale aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist wird vorteilhaft das Risiko eines Abrisses einer laminaren Strömung im Bereich des Ventilsitzes verringert bzw. es wird ein besonders geringer Druckabfall bewirkt und/oder es werden besonders geringe Verwirbelungen bewirkt.
Je nach Richtung der Hauptströmungsrichtung kann so das Ventil im geschlossenen Zustand weiterhin vorteilhaft auch weiter in die geschlossene Position gedrückt werden (Hauptströmungsrichtung verläuft auf den Ventilsitz zu), so dass es vorteilhaft selbstdichtend ist und z.B. nur eine geringe Bestromung des Aktuators notwendig ist, um den geschlossenen Zustand des Ventils zu halten (Ventilkörper in der zweiten Position).
Bei umgedrehter Hauptströmungsrichtung kann weiterhin vorteilhaft durch die gewählte Anordnung das Ventil sehr rasch vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand verlagert werden (Hauptströmungsrichtung verläuft vom Ventilsitz weg). Es kann so sehr rasch (und z.B. ohne hohen Strombedarf für den Aktuator) eine angeforderte Gasmenge zur Verfügung gestellt werden (Ventilkörper in der ersten Position).
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Wandung des Strömungskanals, die einen Außenraum des Strömungskanals vom Innenraum des Strömungskanals trennt, eine Wandstärke aufweist, wobei am Ort des Ventilsitzes der Innenraum nicht mehr als die doppelte Wandstärke vom Außenraum getrennt ist. Mit anderen Worten: der Ventilsitz sitzt sehr nahe an der Außenwand und blockiert den Gasstrom nicht oder nur sehr wenig - im Unterschied zu Strömungskanälen aus dem Stand der Technik, bei denen der Ventilsitz durch eine trennwandartig nach innen ragende Struktur gebildet ist, wobei in dieser Struktur der Ventilsitz bzw. eine Durchströmöffnung z.B. mit einer Flächennormalen quer zur Strömungsrichtung ausgebildet ist.
Dadurch wird vorteilhaft das Risiko eines Abrisses einer laminaren Strömung im Strömungskanal besonders stark verringert. Auf diese Weise begrenzt der Ventilsitz vorteilhaft den Strömungsquerschnitt im Strömungskanal nur wenig, wodurch der Strömungswiderstand am Ort des Ventilsitzes - zumindest bei geöffnetem Ventil - nur wenig beeinträchtigt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass am Ort des Ventilsitzes der Innenraum nicht mehr als das 1,2-fache der Wandstärke vom Außenraum getrennt ist. Dadurch wird der Strömungswiderstand besonders wenig erhöht.
Dadurch, dass der Aktuator bezüglich eines Strömungsquerschnitts im geraden Abschnitt im Wesentlichen mittig im Innenraum des geraden Abschnitts angeordnet ist (z.B. maximal 20% exzentrisch, beispielsweise bezogen auf den Mittelpunkt des Strömungskanals und die Außenabmessungen des Aktuators oder seines Gehäuses) wird vorteilhaft der Gasstrom besonders wenig gestört. Es wird vorteilhaft eine laminare Strömung aufrecht erhalten und es werden wenige Verwirbelungen bewirkt.
Der Aktuator kann z.B. konzentrisch zum Querschnitt des Strömungskanals im Innenraum angeordnet sein.
Dabei kann z.B. vorgesehen sein, dass der Aktuator im Wesentlichen in einer die Hauptströmungsrichtung umlaufenden Umlaufrichtung zumindest entlang 300° seines Umfangs vom Gas umströmt ist, vorzugsweise entlang wenigstens 330°, vorzugsweise an allen Querschnitten des Aktuators. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass einerseits der Aktuator durch den Gasstrom gekühlt werden kann. Gleichzeitig wird dadurch vorteilhaft der Strömungswidertand des Gasstroms minimiert und ein Aufrechterhalten einer laminaren Strömung begünstigt. Die Umströmung des Aktuators durch den Gasstrom kann z.B. insbesondere dann erfolgen, wenn der Ventilkörper sich in der ersten Position befindet bzw. wenn der Ventilkörper den Gasstrom nicht unterbricht.
Dadurch, dass der Ventilkörper in einer Aufnahme gelagert ist, wobei die Aufnahme mit dem Strömungskanal verbunden ist wird eine besonders robuste und stabile Ausbildung des Ventils bewirkt. Durch die Lagerung und ggf. eine Führung mittels der Aufnahme wird ein sicheres Schließen des Ventils auch nach vielen Betätigungen des Ventils sichergestellt. Weiterhin vorteilhaft kann auf diese Weise der Aktuator kostengünstiger ausgeführt werden. Es findet nämlich eine Funktionstrennung zwischen der Aktuierung (Verlagerung) des Ventilkörpers und seiner Lagerung bzw. Führung statt (mittels der Aufnahme). Mit Vorteil kann die Aufnahme auf diese Weise auch an verschiedene Einsatzbedingungen angepasst werden, so dass derselbe Ventilkörper bzw. derselbe Aktuator für verschiedene Strömungskanäle bzw. Betriebsbedingungen verwendet werden kann.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Aktuator an einer von dem Ventilkörper abgewandten Seite der Aufnahme angeordnet ist. Dadurch können Ventilkörper, Aufnahme und Aktuator vorteilhaft besonders kompakt ausgebildet werden und es treten keine hohen Lagerkräfte auf.
Dadurch, dass der Aktuator in einem Aktuatorgehäuse angeordnet ist, wobei das Aktuatorgehäuse den Aktuator insbesondere fluiddicht umgibt wird vorteilhaft die Lebensdauer des Aktuators erhöht. Der Aktuator kann so weiterhin vorteilhaft auch in feuchten Umgebungen bzw. bei Verwendung aggressiver (korrosiver und/oder brennbarer) Gase im Innenraum des Strömungskanals angeordnet werden.
Das Aktuatorgehäuse kann z.B. becherförmig ausgebildet sein und mit einem Deckel verschließbar sein. Es kann z.B. aus Kunststoff gefertigt sein. Es kann z.B. als Spritzgussteil hergestellt sein. Es kann z.B. Anschlüsse für elektrischen Strom für den Aktuator aufweisen. Derartige Anschlüsse können z.B. in das Aktuatorgehäuse eingegossen bzw. eingespritzt sein bzw. als Einlegeteile ausgebildet sein.
Beispielsweise kann das Material Polyamid aufweisen, z.B. PA66. Das Material kann z.B. derart gewählt werden, dass es eine sehr geringe Permeabilität für Wasserstoff aufweist. Das Gehäuse kann auch aus Metall gebildet sein. Dadurch, dass das Aktuatorgehäuse mit der Aufnahme verbunden ist können Ventilkörper, Aufnahme und Aktuator besonders kompakt bauen und den Strömungswiderstand im Strömungskanal besonders wenig verändern. Weiterhin vorteilhaft kann auf diese Weise der Aktuator besonders einfach im Strömungskanal befestigt werden. Schließlich kann dadurch vorteilhaft eine Abdichtung des Aktuatorgehäuses verbessert werden.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Aufnahme eine offene Seite des Aktuatorgehäuses deckelartig verschließt. Dadurch kann vorteilhaft ein separater Deckel für das Aktuatorgehäuse eingespart werden.
Beispielswiese kann das Aktuatorgehäuse an die Aufnahme geschraubt werden oder angeclipst werden oder mittels eines Bajonettverschlusses an der Aufnahme befestigt werden.
Dadurch, dass der Aktuator mittels eines Spindeltriebs mit dem Ventilkörper gekoppelt ist wird vorteilhaft eine besonders präzise und fein regulierbare Verlagerung des Ventilkörpers ermöglicht. Über eine Steigung der Spindel bzw. ihres Gewindes kann die Verlagerung des Ventilkörpers pro Umdrehung der Spindel und die Verlagerungskraft an die Betriebserfordernisse angepasst werden. So kann z.B. auch bei hohen Drücken und demnach hohen Schließkräften ein kleiner und damit raumsparender Aktuator eingesetzt werden. Dieser kann dann mit einer höheren Anzahl von Umdrehungen die notwendige Schließkraft aufbringen.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Ventilkörper auf seiner dem Aktuator zugewandten Seite einen Ventilkörper-Schaft aufweist, der eine Ausnehmung aufweist. Die Spindel bzw. der Spindeltrieb kann z.B. in diese Ausnehmung eingreifen und mit einem in der Ausnehmung angeordneten Gewinde Zusammenwirken und so den Ventilkörper (axial) verlagern.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Spindeltrieb die Aufnahme durchgreift.
Die Aufnahme kann auch eine, z.B. in axialer Richtung ausgerichtete, Führungsstruktur aufweisen, die mit einer komplementären Struktur des Ventilkörpers zusammenwirkt und derart eine Drehung des Ventilkörpers bei Drehung des Spindeltriebs verhindert. Eine solche Führungsstruktur kann z.B. eine Nut sein oder eine Schiene. Die komplementäre Struktur kann dann z.B. eine Schiene oder eine Nut sein.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Aktuators gegenüber einem Querschnitt des Strömungskanals im Bereich des Ventilsitzes vergrößert ist, so dass ein für die Durchströmung von Gas verfügbarer Strömungsquerschnitt im Bereich des Aktuators um höchstens 25% von einem für die Durchströmung von Gas verfügbarer Strömungsquerschnitt im Bereich des Ventilsitzes abweicht, insbesondere um höchstens 20%, bevorzugt um höchstens 15% und besonders bevorzugt um höchstens 10%. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass trotz des im Innenraum angeordneten Aktuators der Strömungswiderstand für den Gasstrom nicht allzu stark erhöht wird (z.B. um weniger als 20%) und/oder die Strömungsgeschwindigkeit sich nicht allzu stark ändert. Dadurch kann vorteilhaft eine laminare Strömung aufrecht erhalten werden. Weiterhin vorteilhaft kann so der Druckabfall im Bereich des Ventils (und des Aktuators) gering gehalten werden, der relative Druckabfall kann z.B. weniger als 1% betragen.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der Strömungskanal, wenn der Ventilkörper sich in der zweiten Position befindet, fluiddicht gegen eine Durchströmung mit dem Gas verschlossen ist. Dadurch kann bei geschlossenem Ventil der Strömungskanal vorteilhaft geöffnet werden und z.B. eine stromabwärts des Ventilkörpers angeordnete Komponente ausgetauscht werden.
Mit anderen Worten: Das Ventil, welches insbesondere den Ventilkörper und den Ventilsitz umfasst, kann z.B. derart ausgebildet sein, dass in der zweiten Position des Ventilkörpers der Gasstrom durch den Strömungskanal vollständig unterbrochen ist.
Dadurch, dass der Ventilsitz an seiner dem Ventilkörper zugewandten Seite einen Elastomer aufweist wird vorteilhaft eine besonders geringe Leckrate bei geschlossenem Ventil (Ventilkörper in der zweiten Position) bewirkt.
Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Ventilkörper an seiner dem Ventilsitz zugewandten Seite einen Elastomer aufweist. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders geringe Leckrate bei geschlossenem Ventil (Ventilkörper in der zweiten Position) bewirkt. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Ventilsitz aus einem Elastomer gefertigt ist. Es kann z.B. auch vorgesehen sein, dass der Strömungskanal im Bereich des Ventilsitzes aus einem Elastomer gestaltet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Brennstoffzellenanordnung mit wenigstens einem Strömungskanal wie oben beschrieben vorgeschlagen.
Dadurch wird vorteilhaft eine besonders effektiv arbeitende
Brennstoffzellenanordnung mit besonders gut dosierbarer Gaszufuhr bereitgestellt.
Als Gas im Strömungskanal kann z.B. Luft, Sauerstoff und/oder Wasserstoff oder Methan oder ein anderes für Brennstoffzellenanwendungen üblicherweise verwendetes Gas bzw. Brennstoff vorgesehen sein.
Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Strömungskanals aus dem Stand der Technik;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Strömungskanals.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Strömungskanals 1 zur Durchströmung mit einem Gas aus dem Stand der Technik. Der Strömungskanal 1 weist einen Innenraum 3 auf, in dem das Gas von einer Anströmseite 21 (in Fig. 1 links) zu einer Abströmseite 22 (in Fig. 1 rechts) entlang einer Hauptströmungsrichtung X strömt. Der Innenraum 3 ist von einem Außenraum 20 durch eine Wandung 9 getrennt. Die Wandung 9 weist dem Innenraum 3 zugewandt eine Innenwand 7 bzw. Innenwandung auf. Die Wandung 9 weist eine Wandstärke d auf. Zur besseren Orientierung wird die Hauptströmungsrichtung X als axiale Richtung bezeichnet, eine dazu senkrechte Richtung als radiale Richtung R und eine um die Hauptströmungsrichtung X umlaufende Richtung als Umlaufrichtung U.
Der Strömungskanal 1 weist weiterhin einen Ventilkörper 4 auf, sowie einen Ventilsitz 5 und einen Aktuator 6 zur Verlagerung des Ventilkörpers 4. Der Ventilkörper 4 ist mittels des Aktuators 6 zwischen einer geöffneten ersten Position PI (hier gestrichelt dargestellt) und einer geschlossenen zweiten Position P2 (hier mit durchgezogener Linie dargestellt) verlagerbar.
Der Aktuator 6 ist im Außenraum 20 in der Nähe des Strömungskanals 1 angeordnet. Er weist einen Stößel 18 auf, der durch die Wandung 9 des Strömungskanals 1 hindurchgreift und den Ventilkörper 4 zu sich hin und von sich weg verlagern kann (entlang der radialen Richtung R).
Der Ventilsitz 5 ist hierbei durch von der Innenwand 7 in den Innenraum 3 abragende Trennwände 23 ausgebildet, die eine Durchströmöffnung 8 begrenzen, die vom Ventilsitz 5 umgeben ist. Entlang der Hauptströmungsrichtung X betrachtet (die sich in Fig. 1 von links nach rechts von der Anströmseite 21 zur Abströmseite 22 erstreckt) ist eine Flächennormale der Durchströmöffnung 8 ungefähr senkrecht zur Hauptströmrichtung X ausgerichtet, also in radialer Richtung R. Der Ventilkörper 5 wird senkrecht zur Hauptströmrichtung X von der ersten Position PI in die zweite Position P2 verlagert (und umgekehrt), also entlang der radialen Richtung R.
Der Strömungskanal 1 weist somit einen Ventilabschnitt 50 auf, der S-förmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten: im Ventilabschnitt 50 (in dem die Durchströmöffnung 8, der Ventilsitz 5 und der Ventilkörper 4 angeordnet sind) ändert sich die Strömungsrichtung des Gases zweimal um ungefähr 90°, jeweils in unterschiedliche Richtungen. Dies ist durch die Pfeile mit den Bezeichnungen XI, X2 und X3 angedeutet. Zunächst gelangt das Gas entlang einer ersten Strömungsrichtung XI von der Anströmseite 21 her in den Ventilabschnitt 50. Die Strömungsrichtung XI entspricht dabei der
Hauptströmungsrichtung X. Durch die Trennwände 23 wird der Gasstrom um ca. 90° nach links abgelenkt (in Fig. 1 nach oben) und folgt dann einer zweiten Strömungsrichtung X2, die ungefähr senkrecht zur Hauptströmungsrichtung X verläuft - also in radialer Richtung R. Nach dem Durchtritt durch die Durchströmöffnung 8 wird der Gasstrom erneut um ca. 90° abgelenkt, diesmal nach rechts (in Fig. 1 auch nach rechts) und folgt dann einer dritten Strömungsrichtung X3, die ungefähr entlang der Hauptströmungsrichtung X entspricht.
Bei hohen Durchflussraten und Betriebsdrücken von bis zu 10 bar oder sogar bis zu 20 bar oder sogar 30 bar kann es in Folge einer solchen (einfachen oder sogar doppelten) Umlenkung zu unerwünschten Verwirbelungen und Strömungsabrissen kommen. Außerdem kann es sich als schwierig gestalten, den durch die Wandung 9 hindurchragenden beweglichen Stößel 18 dauerhaft gasdicht abzudichten.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Strömungskanals 1.
Der Strömungskanal 1 zur Durchströmung mit einem Gas weist einen geraden Abschnitt 2 auf, in dessen Innenraum 3 das Gas entlang einer Hauptströmungsrichtung X strömt. Der Strömungskanal 1 weist weiterhin einen Ventilkörper 4 auf. Dieser kann z.B. tellerförmig oder plattenförmig ausgebildet sein. Auch eine Kugelform oder Kugelsegmentform ist grundsätzlich möglich. Der Strömungskanal 1 weist weiterhin einen Ventilsitz 5 auf sowie einen Aktuator 6 zur Verlagerung des Ventilkörpers 4. Der Ventilsitz 5 ist an einer Innenwand 7 des geraden Abschnitts 2 ausgebildet, wobei der Ventilkörper 4 entlang der Hauptströmungsrichtung X mittels des Aktuators 6 zwischen einer geöffneten ersten Position PI (hier nicht dargestellt) und einer geschlossenen zweiten Position P2 (hier dargestellt) verlagerbar ist. Der Aktuator 6 ist im Innenraum 3 des geraden Abschnitts 2 angeordnet. Dadurch sind alle beweglichen Teile im Innenraum 3 angeordnet, wodurch eine aufwändige Abdichtung beweglicher Teile in den Außenraum 20 entfallen kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Aktuator 6 vollständig im Innenraum 3 des geraden Abschnitts 2 angeordnet. Das Ventil bzw. der Ventilkörper 4 des Ventils wird somit von innen bzw. vom Innenraum 3 her bedient und nicht vom Außenraum 20 her.
Der gerade Abschnitt 2 erstreckt sich auf beiden Seiten des Ventilsitzes 5 (also entlang der axialen Richtung) wenigstens über die doppelte Länge eines Durchmessers D des Ventilsitzes 5 bzw. einer Durchströmöffnung 8. Ein Gasstrom im geraden Abschnitt 2 erfährt somit keine Richtungsänderung von mehr als 40° zur Hauptströmungsrichtung X, insbesondere keine zweifache Richtungsänderung um jeweils mehr als 40°. Eine Flächennormale einer vom Ventilsitz 5 begrenzten Durchströmöffnung 8 für das Gas ist im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung X ausgerichtet. Mit anderen Worten: der Gasstrom muss zum Durchtreten durch die Durchströmöffnung 8 nicht umgelenkt werden.
Eine Wandung 9 des Strömungskanals 1, die einen Außenraum 20 des Strömungskanals 1 vom Innenraum 3 des Strömungskanals 1 trennt weist eine Wandstärke d auf, wobei am Ort des Ventilsitzes 5 der Innenraum 3 nicht mehr als die doppelte Wandstärke d vom Außenraum 20 getrennt ist, insbesondere nicht mehr als das 1,2-fache der Wandstärke d. Mit anderen Worten: es sind - im Gegensatz zum Strömungskanal aus Fig. 1 - keine Trennwände 23 im Innenraum 3 angeordnet, die überhaupt erst die Durchströmöffnung 8 und den Ventilsitz 5 ausbilden.
Der Aktuator 6 ist bezüglich eines Strömungsquerschnitts im geraden Abschnitt 2 im Wesentlichen mittig im Innenraum 3 des geraden Abschnitts 2 angeordnet. Bei dem hier dargestellten ungefähr kreisförmigen Querschnitt des Strömungskanals 1 ist der Aktuator ungefähr konzentrisch zu diesem Querschnitt angeordnet.
Der Aktuator 6 wird bei geöffnetem Ventil (Ventilkörper 4 in der ersten Position PI) im Wesentlichen in einer die Hauptströmungsrichtung X umlaufenden Umlaufrichtung U zumindest entlang 300° seines Umfangs vom Gas umströmt.
Der Ventilkörper 4 ist in einer Aufnahme 10 gelagert, wobei die Aufnahme 10 mit dem Strömungskanal 1 verbunden ist bzw. an dem Strömungskanal 1 befestigt bzw. festgelegt ist. Die Aufnahme 10 ist hier mittels eines Steges mit der Wandung 9 verbunden. Der Ventilkörper weist an seiner von dem Ventilsitz 5 abgewandten Seite einen Ventilkörper-Schaft 14 auf, in dem eine Ausnehmung 15 angeordnet ist. In der Ausnehmung 15 ist ein Gewinde angeordnet. In dieses Gewinde 13 kann z.B. ein am Aktuator 6 angeordneter Spindeltrieb 13, der ein Außengewinde aufweist, eingreifen. So kann der Ventilkörper 4 durch eine Drehung des Aktuators 6 und des mit diesem verbundenen Spindeltriebs 13 entlang der axialen Richtung (hier der Hauptströmungsrichtung X entsprechend) verlagert werden.
Der Aktuator 6 ist an einer von dem Ventilkörper 4 abgewandten Seite der Aufnahme 10 angeordnet, hier also an der Abströmseite 22. Der Aktuator 6 ist in einem Aktuatorgehäuse 11 angeordnet. Das Aktuatorgehäuse 11 umgibt den Aktuator 6 beispielsweise fluiddicht. Insbesondere sollen keine Feuchtigkeit und/oder keine brennbaren oder korrosiven Gase in das Aktuatorgehäuse 11 eindringen können. Das Aktuatorgehäuse 11 ist hier - lediglich beispielhaft - becherförmig ausgebildet und nimmt in seinem Inneren den Aktuator 6 auf. Das Aktuatorgehäuse kann eine Stromlinienform, z.B. in der Art eines Tropfens, aufweisen. Auf diese Weise wird der Gasstrom im Innenraum 3 besonders wenig gestört.
Das Aktuatorgehäuse 11 ist hier mit der Aufnahme 10 verbunden. Die Aufnahme 10 verschließt eine offene Seite 12 des Aktuatorgehäuses 11 deckelartig. Auf diese Weise kann ein separater Deckel für das Aktuatorgehäuse 11 vorteilhaft entfallen. Weiterhin vorteilhaft kann der Aktuator 6 so mittels des Aktuatorgehäuses 11 und der in dem Strömungskanal 1 festgelegten Aufnahme 10 im Strömungskanal 1 festgelegt bzw. befestigt werden bzw. festgelegt oder befestig sein.
Der Aktuator 6 ist - wie oben bereits beschrieben - mittels eines Spindeltriebs 13 mit dem Ventilkörper 4 gekoppelt. Dabei durchgreift der Spindeltrieb 13 die Aufnahme 10.
Grundsätzlich kann der Aktuator 6 auch direkt mit dem Ventilkörper 4 verbunden sein. Er kann auch z.B. mittels eines Stößels mit dem Ventilkörper 4 verbunden sein. Der Aktuator 6 kann z.B. als ein Elektromotor ausgebildet sein. Beispielsweise als bürstenloser Gleichstrommotor. Der Aktuator 6 kann z.B. auch als elektromagnetischer Steller (Linearsteller) oder als pneumatischer oder hydraulischer Steller ausgebildet sein.
Es ist zu erkennen, dass ein Querschnitt des Strömungskanals 1 im Bereich des Aktuators 6 gegenüber einem Querschnitt des Strömungskanals 1 im Bereich des Ventilsitzes 5 vergrößert ist. In einem Übergangsbereich 24 verläuft die Wandung 9 des Strömungskanals 1 konisch, um den Strömungskanal 1 von dem kleineren Durchmesser auf den größeren Durchmesser zu vergrößern.
Durch die Änderung des Querschnitts wird bewirkt, dass ein für die Durchströmung von Gas verfügbarer Strömungsquerschnitt im Bereich des Aktuators 6 um höchstens 25% von einem für die Durchströmung von Gas verfügbarer Strömungsquerschnitt im Bereich des Ventilsitzes 5 abweicht, insbesondere um höchstens 20%, bevorzugt um höchstens 15% und besonders bevorzugt um höchstens 10%. Dadurch wird das Risiko für Strömungsabrisse oder Verwirbelungen reduziert.
Der Ventilsitz 5 ist hier im Übergangsbereich 24 ausgebildet, so dass der Ventilsitz 5 an einer zur Hauptströmungsrichtung X schrägen Fläche ausgebildet ist. Korrespondierend dazu weist der Ventilkörper 4 an seiner Außenseite ebenfalls eine schräge Fläche auf, eine Art schrägen Rand. Der Ventilkörper weist hier beispielhaft somit eine tellerartige Form auf mit einer Art Tellerrand.
Der Strömungskanal 1 ist, wenn der Ventilkörper 4 sich in der zweiten Position P2 befindet, fluiddicht gegen eine Durchströmung mit dem Gas verschlossen.
Der Ventilsitz 5 weist hier an seiner dem Ventilkörper 4 zugewandten Seite einen Elastomer auf, der die Abdichtung verbessert. Grundsätzlich kann sogar der gesamte Ventilsitz 5 oder der Strömungskanal 1 im Bereich des Ventilsitzes 5 aus einem Elastomer gestaltet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Ventilkörper 4 an seiner dem Ventilsitz 5 zugewandten Seite einen Elastomer aufweist. Auch dadurch lässt sich die Abdichtung verbessern.
Der Gasstrom durch den hier dargestellten geraden Abschnitt 2 des Strömungskanals 1 erfolgt durchgehend entlang der Hauptströmungsrichtung X, d.h. ohne eine Umlenkung. Im Übergangsbereich 24 kommt es zwar in Folge des sich aufweitenden Querschnitts und des mittig angeordneten Aktuators 6 zu einer Aufweitungsbewegung des Gasstroms. Der Gasstrom wird dabei jedoch nicht an allen Stellen in dieselbe Richtung abgelenkt wie beim Durchströmen einer Biegung. Vielmehr wird der Gasstrom ausgehend vom Zentrum jeweils nach radial außen abgelenkt (also entlang der radialen Richtung R) und strömt dabei entlang der Hauptströmungsrichtung X (in axialer Richtung) weiter. Dadurch kann verhindert werden, dass es zu großen Druckdifferenzen und/oder einem Abriss der laminaren Strömung und/oder zu Verwirbelungen kommt.
Der Strömungskanal 1 kann eingerichtet sein für die Verwendung in einer Brennstoffzellenanordnung. Es versteht sich, dass der Strömungskanal 1 geeignet ist, auch in umgekehrter Richtung vom Gas durchströmt betrieben zu werden. In diesem Fall entspricht das Bezugszeichen 22 der Anströmseite und das Bezugszeichen 21 der Abströmseite. Die Hauptströmungsrichtung entspricht dann dem gestrichelt gezeichneten Pfeil mit dem Bezugszeichen X‘.
In diesem Fall (Hauptströmungsrichtung entlang X‘) kann vorteilhaft der Gasstrom die Dichtwirkung bei geschlossenem Ventil verbessern, so dass bei geschlossenem Ventil der Aktuator 11 nur wenig oder gar nicht bestromt werden muss. Der Strömungskanal ist damit selbstdichtend ausgebildet.

Claims

Ansprüche
1. Strömungskanal zur Durchströmung mit einem Gas, insbesondere für eine Brennstoffzelle, der Strömungskanal (1) aufweisend:
-- einen geraden Abschnitt (2), in dessen Innenraum (3) das Gas entlang einer Hauptströmungsrichtung (X) strömt;
-- einen Ventilkörper (4),
-- einen Ventilsitz (5),
-- einen Aktuator (6) zur Verlagerung des Ventilkörpers (4), wobei der Ventilsitz (5) an einer Innenwand (7) des geraden Abschnitts (2) ausgebildet ist, wobei der Ventilkörper (4) entlang der Hauptströmungsrichtung (X) mittels des Aktuators (6) zwischen einer geöffneten ersten Position (PI) und einer geschlossenen zweiten Position (P2) verlagerbar ist, wobei der Aktuator (6) im Innenraum (3) des geraden Abschnitts (2) angeordnet ist, insbesondere vollständig im Innenraum (3) des geraden Abschnitts (2) angeordnet ist.
2. Strömungskanal nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich der gerade Abschnitt (2) auf beiden Seiten des Ventilsitzes (5) wenigstens über die doppelte Länge des Durchmessers (D) des Ventilsitzes (5) erstreckt, so dass insbesondere ein Gasstrom im geraden Abschnitt (2) keine Richtungsänderung von mehr als 40° zur Hauptströmungsrichtung (X) erfährt, insbesondere keine zweifache Richtungsänderung um jeweils mehr als 40°.
3. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine vom Ventilsitz (5) begrenzte Durchströmöffnung (8) für das Gas eine Flächennormale aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (X) ausgerichtet ist.
4. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass eine Wandung (9) des Strömungskanals (1), die einen Außenraum (20) des Strömungskanals (1) vom Innenraum (3) des Strömungskanals (1) trennt, eine Wandstärke (d) aufweist, wobei am Ort des Ventilsitzes (5) der Innenraum (3) nicht mehr als die doppelte Wandstärke (d) vom Außenraum (20) getrennt ist, insbesondere nicht mehr als das 1,2-fache der Wandstärke (d).
5. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (6) bezüglich eines Strömungsquerschnitts im geraden Abschnitt (2) im Wesentlichen mittig im Innenraum (3) des geraden Abschnitts (2) angeordnet ist, wobei der Aktuator (6) im Wesentlichen in einer die Hauptströmungsrichtung (X) umlaufenden Umlaufrichtung (U) zumindest entlang 300° seines Umfangs vom Gas umströmt ist, insbesondere, wenn der Ventilkörper (4) sich in der ersten Position (PI) befindet.
6. Strömungskanal nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ventilkörper (4) in einer Aufnahme (10) gelagert ist, wobei die Aufnahme (10) mit dem Strömungskanal (1) verbunden ist.
7. Strömungskanal nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Aktuator (6) an einer von dem Ventilkörper (4) abgewandten Seite der Aufnahme (10) angeordnet ist.
8. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (6) in einem Aktuatorgehäuse (11) angeordnet ist, wobei das Aktuatorgehäuse (11) den Aktuator (6) insbesondere fluiddicht umgibt.
9. Strömungskanal nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aktuatorgehäuse (11) mit der Aufnahme (10) verbunden ist, wobei insbesondere die Aufnahme (10) eine offene Seite (12) des Aktuatorgehäuses (11) deckelartig verschließt.
10. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (6) mittels eines Spindeltriebs (13) mit dem Ventilkörper (4) gekoppelt ist, wobei der Spindeltrieb (13) insbesondere die Aufnahme (10) durchgreift.
11. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt des Strömungskanals (1) im Bereich des Aktuators (6) gegenüber einem Querschnitt des Strömungskanals (1) im Bereich des Ventilsitzes (5) vergrößert ist, so dass ein für die Durchströmung von Gas verfügbarer Strömungsquerschnitt im Bereich des Aktuators (6) um höchstens 15% von einem für die Durchströmung von Gas verfügbarer Strömungsquerschnitt im Bereich des Ventilsitzes (5) abweicht, insbesondere um höchstens 10%.
12. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungskanal (1), wenn der Ventilkörper (4) sich in der zweiten Position (P2) befindet, fluiddicht gegen eine Durchströmung mit dem Gas verschlossen ist.
13. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilsitz (5) an seiner dem Ventilkörper (4) zugewandten Seite einen Elastomer aufweist und/oder wobei der Ventilkörper (4) an seiner dem Ventilsitz (5) zugewandten Seite einen Elastomer aufweist.
14. Brennstoffzellenanordnung mit wenigstens einem Strömungskanal (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4315438A1 (de) 1993-05-08 1994-11-10 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine
DE102006013291A1 (de) 2006-03-23 2007-09-27 Robert Bosch Gmbh Schubumluftventil für Verbrennungskraftmaschinen
DE102007037359A1 (de) * 2007-08-08 2009-02-12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Drosselvorrichtung für ein strömendes Medium
DE102009034684A1 (de) * 2009-07-24 2011-05-12 Voith Patent Gmbh Injektorventil, insbesondere zur Druckluftaufladung einer Brennkraftmaschine
DE102017201348A1 (de) * 2017-01-27 2018-08-02 BMTS Technology GmbH & Co. KG Ventileinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1801383A (en) 1927-11-25 1931-04-21 Irwin B Winsor Valve
US4196886A (en) 1975-07-21 1980-04-08 Industrial Electronic Rubber Co. Fluid control valve
US6085786A (en) 1998-04-28 2000-07-11 Gt Development Corporation Cyclic flow valve
DE102008051759B3 (de) 2008-10-15 2010-04-29 Karl Dungs Gmbh & Co. Kg Rohrförmige Ventileinrichtung
CN103994254A (zh) 2014-04-22 2014-08-20 中方阀业淅川制造有限公司 新型稳流升降式止回阀
DE102015200187A1 (de) 2014-12-19 2016-06-23 Continental Automotive Gmbh Ventilvorrichtung in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4315438A1 (de) 1993-05-08 1994-11-10 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine
DE102006013291A1 (de) 2006-03-23 2007-09-27 Robert Bosch Gmbh Schubumluftventil für Verbrennungskraftmaschinen
DE102007037359A1 (de) * 2007-08-08 2009-02-12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Drosselvorrichtung für ein strömendes Medium
DE102009034684A1 (de) * 2009-07-24 2011-05-12 Voith Patent Gmbh Injektorventil, insbesondere zur Druckluftaufladung einer Brennkraftmaschine
DE102017201348A1 (de) * 2017-01-27 2018-08-02 BMTS Technology GmbH & Co. KG Ventileinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader

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