WO2023001498A1 - Ventilvorrichtung zum steuern eines gasförmigen mediums - Google Patents

Ventilvorrichtung zum steuern eines gasförmigen mediums Download PDF

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WO2023001498A1
WO2023001498A1 PCT/EP2022/067570 EP2022067570W WO2023001498A1 WO 2023001498 A1 WO2023001498 A1 WO 2023001498A1 EP 2022067570 W EP2022067570 W EP 2022067570W WO 2023001498 A1 WO2023001498 A1 WO 2023001498A1
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valve
fuel cell
gaseous medium
controlling
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Ulrike Dietze
Patrick Fayek
Tilman Miehle
Benjamin Zillmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes

Definitions

  • Valve device for controlling a gaseous medium
  • the invention relates to a valve device for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, for example for controlling a gaseous medium in the direction of a fuel cell in a fuel cell arrangement. This is used, for example, in vehicles powered by fuel cells.
  • DE 102012204565 A1 describes a valve device designed as a proportional valve for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, with the proportional valve comprising a nozzle body, a closing element and an elastic sealing element. At least one passage opening is formed in the nozzle body and can be opened or closed by the closing element on a valve seat. The elastic sealing element seals the valve seat.
  • valves with a valve seat in fuel cell systems which are in contact with a gaseous medium, for example hydrogen. Hydrogen embrittlement can also occur here, which leads to leaks in the valve in the fuel cell system, in particular due to damage to the valve seat.
  • the valve device according to the invention for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen has the advantage that despite opening and closing processes of the valve device and contact with hydrogen, the tightness of the valve seat is guaranteed.
  • the valve device for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen has a valve housing in which a longitudinally movable closing element is arranged, which interacts with a valve seat to open and close an opening cross-section from an inlet area into a through-opening.
  • the valve seat is made of an amorphous me-metallic material.
  • the wear resistance of the valve device in particular the valve seat, can be increased in a structurally simple manner, even with constant contact with the gaseous medium, here hydrogen.
  • the amorphous metallic material comprises metallic glass.
  • Metallic glasses have the advantage of better elasticity combined with high strength and wear resistance. The higher elasticity offers the advantage of better sealing behavior compared to classic steels.
  • the valve device is made of an amorphous me-metallic material.
  • the amorphous metallic material advantageously comprises metallic glass. If the entire valve device is made of the same material as the valve seat, the number of materials used can be reduced and further production steps can be saved.
  • the valve device is designed as a valve device that is actively controlled by an electromagnet.
  • valve device is designed as a passively controlled valve device.
  • the valve device described is preferably suitable in a fuel cell arrangement for controlling a supply of hydrogen to an anode area of a fuel cell.
  • the advantages are the low pressure fluctuations in the anode path and quiet operation.
  • the drawing shows possible exemplary embodiments of a valve device according to the invention for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, to a fuel cell in a fuel cell system. It shows in
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a Ventilvorrich device according to the invention in longitudinal section
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a Ventilvorrich device according to the invention in longitudinal section
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of a fuel cell arrangement in a schematic view.
  • Fig.l shows a first embodiment of a Ventilvor device 1 according to the invention in longitudinal section.
  • the valve device 1 has a valve housing 7 in which an interior space 37 is formed.
  • an electromagnet 130 is arranged, which comprises a magnet coil 43, an inner pole 39 and an outer pole 41.
  • the inner pole 39 is connected to the valve housing 7 via a spacer sleeve element 45 made of non-magnetic material.
  • a removable magnet armature 47 with a pin-shaped element 42 is arranged in an armature space 50 enclosed by the interior 7, the pin-shaped element 42 being firmly connected to the magnet armature 47 and both in a recess 52 of the inner pole 39 and in a recess 48 of the valve housing 7 is received and guided.
  • the magnet armature 47 is constructed as a plunger and is received in a recess 49 of the inner pole 39 during its lifting movement.
  • the valve housing 7 and the inner pole 39 delimit a spring chamber 33 into which a plate-shaped end 35 of the pin-shaped element 42 of the magneto-kers 47 protrudes.
  • a closing spring 8 is supported on the plate-shaped end 35 of the pin-shaped element 42, by means of which the magnet armature 47 with the pin-shaped element 42 is pretensioned.
  • the end of the pin-shaped element 42 facing away from the closing spring 8 is firmly connected to a flat closing element 3 .
  • the closing element 3 has an elastomer coating 4 on its end remote from the pin-shaped element 42 and is arranged in an inlet area 28 of the valve device 1 .
  • the spring chamber 33 and the armature chamber 50 are fluidically connected to the miteinan via a first connecting channel 38 and the armature chamber 50 and the inlet area 28 via a second connecting channel 40 .
  • Inflow channels 44 are formed radially to a longitudinal axis 14 of the valve device 1, through which the inflow region 28 of the valve device 1 can be filled with gaseous medium.
  • the inlet area 28 is next to the valve housing 7 is limited by a sealing seat plate 2, in which a passage opening 18 is formed.
  • the opening of the valve device 1 from FIG. 1 can be actively controlled via the electromagnet 130 here.
  • the valve device comprises a valve housing 7, a valve element assembly 17, a sleeve-shaped element 13 on which a closing spring 8 is supported, a guide element 9, in particular for guiding the closing spring 8 and a closing spring support 11.
  • the valve element assembly 17 also has a sealing seat plate 2 and a valve element 3, the valve element 3 being in contact with the sleeve-shaped element 13 in the direction of a longitudinal axis 14' or, in an alternative embodiment, being connected to the sleeve-shaped element 13.
  • the sleeve-shaped element 13 also has at least one passage opening 15, so that when the valve device 1 is open, the gas can flow through in the direction of the longitudinal axis 14' from an inlet II, here the inlet area 28, to an outlet III.
  • the more than one passage opening can be arranged circumferentially on the sleeve-shaped element 13 .
  • valve element 3 has an elastomer coating 4, the elastomer coating 4 being arranged on the side of the valve element 3 facing the sealing seat plate 2 in the direction of the longitudinal axis 14'.
  • the sealing seat plate 2 is rotationally symmetrical about the longitudinal axis 14 and has a stop 5 running around the longitudinal axis 14' and a sealing seat edge 12 running around the longitudinal axis 14'.
  • the sealing seat plate 2 has a passage opening 18 which runs along the center of the sealing seat plate 2 the longitudinal axis 14' runs.
  • the sealing seat plate 2 is connected to the housing 7.
  • the opening of the valve device from FIG. 2 can be passively controlled here via the pressure of the flowing gaseous medium.
  • valve device 1 described in FIGS. 1 and 2 have a valve seat 12 made of an amorphous metallic material.
  • the amorphous metallic material includes metallic glass.
  • Metallic glasses have the advantage of significantly better elasticity combined with high strength and wear resistance. The higher elasticity offers the advantage of better sealing behavior in contrast to classic steels.
  • valve device 1 is made of an amorphous me-metallic material.
  • the amorphous metallic material can include metallic glass. In this way, the number of materials used can be reduced and production steps can also be saved. Structural component and functional component are integrated in one and offer high wear resistance.
  • the valve device 1 is configured as a valve device 1 that is actively controlled by an electromagnet 130 .
  • valve device is designed as a passively controlled valve device.
  • the fuel cell arrangement 100 comprises a fuel cell 30 with an anode region 31 and a cathode region 32. Furthermore, the fuel cell arrangement 100 comprises an anode inlet region 101 and a cathode inlet region, not shown here.
  • the gaseous medium stored in a tank 27 here hydrogen, is fed to an inflow area 21 of an ejector unit 10 via an inflow line 28 .
  • the ejector unit 10 is connected to the fuel cell 30 via a connecting line 25 .
  • the valve device 1 described in FIG. 1 can be designed in one embodiment in the ejector unit 10 as a hydrogen metering valve in combination with a jet pump. At least indirectly, the gaseous medium, here hydrogen, is metered and/or supplied from the tank 27 in the direction of the fuel cell 30 by means of the valve device 1 from FIG.
  • valve device described in Figure 2 can be arranged in the connecting line 25 of the fuel cell arrangement 100, in particular between the ejector unit 10 and the fuel cell 30.
  • a return line 26 is arranged in the fuel cell assembly 100, which connects the anode area 31 of the fuel cell 30 with an intake area 22 of the ejector unit 10 during operation of the fuel cell assembly 100.
  • the return line 26 it is possible to return the gaseous medium that is not used during the operation of the fuel cell arrangement 100 , here hydrogen, in the fuel cell 30 to the intake area 22 .
  • a mixture of hydrogen, nitrogen and water vapor is discharged from the fuel cell 30 as a waste product, which is separated again during the return to the intake area 22 so that only pure hydrogen is returned to the fuel cell 30 .
  • the valve device described in FIG. the first shut-off valve 24 is arranged between the valve device of FIG. 2 and the tank 27 and the second shut-off valve 19 is arranged between the valve device of FIG. 2 and the ejector unit 10 .
  • the shut-off valves 24, 19 are provided to interrupt the inflow of the first gaseous medium from the tank 27 to the valve device of FIG.
  • the waste product constituents that are also present in the return line 26 can be drained to the outside of nitrogen and steam. This is particularly advantageous for separating the mixture of hydrogen, nitrogen and water vapor and only feeding pure hydrogen back to the fuel cell 30 .
  • a recirculation fan is arranged in the return line 26 for optimized and active hydrogen return.

Abstract

Ventilvorrichtung (1, 1') zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Ventilgehäuse (7), wobei in dem Ventilgehäuse (7) ein längsbewegliches Schließelement (3) angeordnet ist, welches Schließelement (3) zum Öffnen und Schließen eines Öffnungsquerschnitts von einem Zulaufbereich (28) in eine Durchlassöffnung (18) mit einem Ventilsitz (12) zusammenwirkt. Darüber hinaus ist der Ventilsitz (4) aus einem amorphen metallischen Werkstoff hergestellt.

Description

Beschreibung
Ventilvorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Mediums
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Me diums, insbesondere Wasserstoff, beispielsweise zum Steuern eines gasförmi gen Mediums in Richtung einer Brennstoffzelle in einer Brennstoffzellenanord nung. Dies findet beispielsweise Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellen antrieb.
Stand der Technik
Die DE 102012204565 Al beschreibt ein als Proportionalventil ausgebildetes Ventilvorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Was serstoff, wobei das Proportionalventil einen Düsenkörper, ein Schließelement und ein elastisches Dichtelement umfasst. In dem Düsenkörper ist wenigstens eine Durchlassöffnung ausgebildet, welche durch das Schließelement an einem Ventilsitz freigegeben oder verschlossen werden kann. Das elastische Dichtele ment dichtet dabei am Ventilsitz ab.
Im normalen Betrieb eines Proportionalventils, insbesondere bei der Anwendung des Proportionalventils in einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems treten häufige Öffnungs- und Schließvorgänge auf. Häufiges Öffnen und Schlie ßen des Proportionalventils führt jedoch zu Verschleiß am Ventilsitz. Weiterhin wird der Verschleiß des Ventilsitzes durch Wasserstoffversprödung begünstigt. Dies hat wiederum negative Auswirkungen auf die Dichtheit des gesamten Pro portionalventils.
Es sind außerdem weiterhin weitere Ventile mit einem Ventilsitz in Brennstoffzel lensystemen bekannt, welche in Kontakt mit gasförmigem Medium, beispiels weise Wasserstoff, stehen. Auch hier kann Wasserstoffversprödung auftreten, was insbesondere durch Beschädigungen am Ventilsitz zu Undichtheiten des Ventils in dem Brennstoffzellensystem führt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Medi ums, insbesondere Wasserstoff, weist demgegenüber Vorteil auf, dass trotz Öff- nungs- und Schließvorgängen der Ventilvorrichtung sowie der Kontakt von Was serstoff die Dichtheit am Ventilsitz gewährleistet ist.
Dazu weist die Ventilvorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Mediums, ins besondere Wasserstoff, ein Ventilgehäuse auf, in dem ein längsbewegliches Schließelement angeordnet ist, das zum Öffnen und Schließen eines Öffnungs querschnitts von einem Zulaufbereich in eine Durchlassöffnung mit einem Ventil sitz zusammenwirkt. Darüber hinaus ist der Ventilsitz aus einem amorphen me tallischen Werkstoff hergestellt.
So kann in konstruktiv einfacher Weise die Verschleißbeständigkeit der Ventilvor richtung, insbesondere des Ventilsitzes, auch bei ständigem Kontakt mit dem gasförmigem Medium, hier Wasserstoff, erhöht werden.
In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der amorphe metalli sche Werkstoff metallisches Glas umfasst. Metallische Gläser haben den Vorteil einer besseren Elastizität bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Verschleißbestän digkeit. Die höhere Elastizität bietet den Vorteil eines besseren Abdichtungsver haltens im Vergleich zu klassischen Stählen.
In vorteilhafter Weiterbildung ist die Ventilvorrichtung aus einem amorphen me tallischen Werkstoff hergestellt. Vorteilhafterweise umfasst der amorphe metalli sche Werkstoff metallisches Glas. Ist die gesamte Ventilvorrichtung aus demsel ben Werkstoff wie der Ventilsitz kann die Anzahl der verwendeten Werkstoffe re duziert und weitere Fertigungsschritte eingespart werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Ventilvorrichtung als aktiv durch einen Elektromagneten gesteuerte Ventilvorrich tung ausgebildet ist.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Ventilvorrichtung als passiv gesteuerte Ventilvorrichtung ausgebildet ist.
Die beschriebene Ventilvorrichtung eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoff zellenanordnung zum Steuern einer Wasserstoffzufuhr zu einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle. Vorteile sind die geringen Druckschwankungen im Anoden pfad und ein leiser Betrieb.
Zeichnungen
In der Zeichnung sind mögliche Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Was serstoff, zu einer Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem, dargestellt. Es zeigt in
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrich tung im Längsschnitt,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrich tung im Längsschnitt,
Fig. 3 eine mögliche Ausführung einer Brennstoffzellenanordnung in schemati scher Ansicht.
Bauteile mit gleicher Funktion wurden mit derselben Bezugsziffer bezeichnet. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig.l zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvor richtung 1 im Längsschnitt. Die Ventilvorrichtung 1 weist ein Ventilgehäuse 7 auf, in dem ein Innenraum 37 ausgebildet ist. In dem Innenraum 37 ist ein Elektro magnet 130 angeordnet, welcher eine Magnetspule 43, einen Innenpol 39 und einen Außenpol 41 umfasst. Der Innenpol 39 ist dabei mit dem Ventilgehäuse 7 über ein Distanzbuchsenelement 45 aus nicht magnetischen Material verbunden.
Weiterhin ist in einem von dem Innenraum 7 umfassten Ankerraum 50 ein hubbe weglicher Magnetanker 47 mit einem stiftförmigen Element 42 angeordnet, wobei das stiftförmige Element 42 fest mit dem Magnetanker 47 verbunden ist und so wohl in einer Ausnehmung 52 des Innenpols 39 als auch in einer Ausnehmung 48 des Ventilgehäuses 7 aufgenommen und geführt ist. Der Magnetanker 47 ist als Tauchanker ausgebildet und wird bei dessen Hubbewegung in einer Ausneh mung 49 des Innenpols 39 aufgenommen.
Das Ventilgehäuse 7 und der Innenpol 39 begrenzen einen Federraum 33, in welchen ein tellerförmiges Ende 35 des stiftförmigen Elements 42 des Magnetan kers 47 hineinragt. An dem tellerförmigen Ende 35 des stiftförmigen Elements 42 stützt sich eine Schließfeder 8 ab, durch welche der Magnetanker 47 mit dem stiftförmigen Element 42 vorgespannt ist. Das der Schließfeder 8 abgewandte Ende des stiftförmigen Elements 42 ist fest mit einem ebenen Schließelement 3 verbunden. Das Schließelement 3 weist an seinem dem stiftförmigen Element 42 abgewandten Ende eine Elastomerbeschichtung 4 auf und ist in einem Zulaufbe reich 28 der Ventilvorrichtung 1 angeordnet. Der Federraum 33 und der Anker raum 50 sind über einen ersten Verbindungskanal 38 und der Ankerraum 50 und der Zulaufbereich 28 über einen zweiten Verbindungskanal 40 fluidisch miteinan der verbunden.
Radial zu einer Längsachse 14 der Ventilvorrichtung 1 sind Zulaufkanäle 44 aus gebildet, durch welche der Zulaufbereich 28 der Ventilvorrichtung 1 mit gasförmi gem Medium befüllbar ist. Der Zulaufbereich 28 ist neben dem Ventilgehäuse 7 von einer Dichtsitzplatte 2 begrenzt, in welcher eine Durchlassöffnung 18 ausge bildet ist. An einer der Elastomerbeschichtung 4 zugewandten radial zu der Längsachse 14 der Ventilvorrichtung 1 konischen Sitzfläche 2a der Dichtsitz platte 2 ist eine umlaufende Dichtsitzkante 12 ausgebildet, an der ein Ventilsitz 6 ausgebildet ist. In einer geschlossenen Position der Ventilvorrichtung 1 liegt die Elastomerbeschichtung 4 durch die Kraftbeaufschlagung der Schließfeder 8 an dem Ventilsitz 6 an, so dass eine Verbindung zwischen dem Zulaufbereich 28 und der Durchlassöffnung 18 geschlossen ist.
Die Öffnung der Ventilvorrichtung 1 aus Fig.l ist hier aktiv über den Elektromag neten 130 steuerbar.
Fig.2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvor richtung im Längsschnitt. Die Ventilvorrichtung umfasst ein Ventilgehäuse 7, eine Ventilelement-Baugruppe 17, ein hülsenförmiges Element 13, an dem sich eine Schließfeder 8 abstützt, ein Führungs-Element 9, insbesondere zur Führung der Schließfeder 8 und eine Schließfeder-Abstützung 11. Die Ventilelement-Bau gruppe 17 weist zudem eine Dichtsitzplatte 2 und ein Ventilelement 3 auf, wobei das Ventilelement 3 in Richtung einer Längsachse 14‘ mit dem hülsenförmigen Element 13 in Anlage steht oder in einer alternativen Ausführung mit dem hülsen förmigen Element 13 verbunden ist. Das hülsenförmige Element 13 weist zudem mindestens eine Durchlass-Öffnung 15 auf, so dass ein Durchströmen des Ga ses bei geöffneter Ventilvorrichtung 1 in Richtung der Längsachse 14‘ von einem Zulauf II, hier der Zulaufbereich 28, zu einem Ablauf III ermöglicht wird. Die mehr als eine Durchlass-Öffnung kann dabei umlaufend am hülsenförmigen Element 13 angeordnet sein.
Weiterhin weist das Ventilelement 3 eine Elastomerbeschichtung 4 auf, wobei die Elastomerbeschichtung 4 auf der in Richtung der Längsachse 14‘ der Dichtsitz platte 2 zugewandten Seite des Ventilelements 3 angeordnet ist. Die Dichtsitz platte 2 ist rotationssymmetrisch um die Längsachse 14 ausgeführt und weist ei nen um die Längsachse 14‘ umlaufenden Anschlag 5 und eine um die Längs achse 14‘ umlaufende Dichtsitzkante 12 auf. Des Weiteren weist die Dichtsitz platte 2 eine Durchlassöffnung 18 auf, die mittig an der Dichtsitzplatte 2 entlang der Längsachse 14‘ verläuft. Die Dichtsitzplatte 2 ist mit dem Gehäuse 7 verbun den.
Die Öffnung der Ventilvorrichtung aus Fig.2 ist hier passiv über den Druck des strömenden gasförmigen Mediums steuerbar.
Die in den Fig.l und Fig.2 beschriebene Ventilvorrichtung 1, weist in allen Ausführungen einen Ventilsitz 12 aus einem amorphen metallischen Werkstoff auf. Dabei umfasst der amorphe metallische Werkstoff metallisches Glas. Metalli sche Gläser haben den Vorteil einer deutlich besseren Elastizität bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Verschleißbeständigkeit. Die höhere Elastizität bietet den Vorteil eines besseren Abdichtungsverhaltens im Gegensatz zu klassischen Stählen.
In weiteren Ausführungen ist die Ventilvorrichtung 1, aus einem amorphen me tallischen Werkstoff hergestellt. Der amorphe metallische Werkstoff kann dabei metallisches Glas umfassen. So kann die Anzahl der verwendeten Werkstoffe re duziert und auch Fertigungsschritte eingespart werden. Strukturbauteil und Funk tionsbauteil sind in einem integriert und bieten eine hohe Verschleißbeständig keit.
Im ersten Ausführungsbeispiel, wie in Fig.l gezeigt, ist die Ventilvorrichtung 1 als aktiv durch einen Elektromagneten 130 gesteuerte Ventilvorrichtung 1 ausgebil det.
Im zweiten Ausführungsbeispiel, wie in Fig.2 gezeigt, ist die Ventilvorrichtung als passiv gesteuerte Ventilvorrichtung ausgebildet.
Fig.3 zeigt eine mögliche Ausführung eines Anodenbereichs einer Brennstoffzel lenanordnung 100 in schematischer Ansicht. Die Brennstoffzellenanordnung 100 umfasst eine Brennstoffzelle 30 mit einem Anodenbereich 31 und einem Katho denbereich 32. Weiterhin umfasst die Brennstoffzellenanordnung 100 einen Ano denzulaufbereich 101 und einen hier nicht gezeigten Kathodenzulaufbereich. Das in einem Tank 27 gespeicherte gasförmige Medium, hier Wasserstoff, wird über eine Zuströmleitung 28 einem Zuströmbereich 21 einer Ejektoreinheit 10 zu geführt. Die Ejektoreinheit 10 ist über eine Verbindungsleitung 25 mit der Brenn stoffzelle 30 verbunden.
Die in Fig.l beschriebene Ventilvorrichtung 1 kann in einer Ausführungsform in der Ejektoreinheit 10 als Wasserstoffdosierventil in Kombination mit einer Strahl pumpe ausgeführt sein. So wird zumindest mittelbar mittels der Ventilvorrichtung 1 aus Fig.l das gasförmige Medium, hier Wasserstoff, aus dem Tank 27 in Rich tung Brennstoffzelle 30 zudosiert und/oder zugeführt.
Die in Fig.2 beschriebene Ventilvorrichtung kann in einer Ausführungsform in der Verbindungsleitung 25 der Brennstoffzellenanordnung 100 angeordnet sein, insbesondere zwischen der Ejektoreinheit 10 und der Brennstoffzelle 30.
Weiterhin ist in der Brennstoffzellenanordnung 100 eine Rückführleitung 26 an geordnet, die den Anodenbereich 31 der Brennstoffzelle 30 mit einem Ansaugbe reich 22 der Ejektoreinheit 10 beim Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 100 verbindet. Mittels der Rückführleitung 26 ist es möglich, das beim Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 100 nicht verwendete gasförmige Medium, hier Was serstoff, in der Brennstoffzelle 30 zum Ansaugbereich 22 zurückzuführen. Typi scherweise wird aus der Brennstoffzelle 30 als Abfallprodukt ein Gemisch aus Wasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf ausgeführt, welches während der Rückführung zum Ansaugbereich 22 wieder getrennt wird, so dass lediglich rei ner Wasserstoff wieder zurück zur Brennstoffzelle 30 geführt wird.
Die in Fig.2 beschriebene Ventilvorrichtung kann in einer Ausführungsform in der Zuströmleitung 28 insbesondere zwischen einem ersten Absperrventil 24 und einem zweiten Absperrventil 19 angeordnet sein. Zwischen der Ventilvorrichtung der Fig.2 und dem Tank 27 ist zudem das erste Absperrventil 24 und zwischen der Ventilvorrichtung der Fig.2 aus und der Ejektoreinheit 10 das zweites Ab sperrventil 19 angeordnet. Die Absperrventile 24, 19 sind dazu vorgesehen, um ggf. den Zustrom des ersten gasförmigen Mediums aus dem Tank 27 zu der Ventilvorrichtung der Fig.2 bzw. den Zustrom weiter zur Ejektoreinheit 10 zu unterbrechen. Ferner befindet sich in der Rückführleitung 26 eine Verzweigung 36 mit einem dritten Absperrventil 46. Durch dieses dritte Absperrventil 46 lassen sich die in der Rückführleitung 26 ebenfalls vorhandenen Abfallproduktbestand teile Stickstoff und Wasserdampf nach außen ablassen. Dies ist insbesondere von Vorteil, um das Gemisch aus Wasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf zu trennen und nur reinen Wasserstoff wieder zurück zur Brennstoffzelle 30 zu füh ren.
In weiteren Ausführungen ist in der Rückführleitung 26 zur optimierten und akti ven Wasserstoffrückführung ein Rezirkulationsgebläse angeordnet.

Claims

Ansprüche
1. Ventilvorrichtung (1, ) zum Steuern eines gasförmigen Mediums, ins besondere Wasserstoff, mit einem Ventilgehäuse (7), wobei in dem Ventilge häuse (7) ein längsbewegliches Schließelement (3) angeordnet ist, welches Schließelement (3) zum Öffnen und Schließen eines Öffnungsquerschnitts von einem Zulaufbereich (28) in eine Durchlassöffnung (18) mit einem Ventilsitz (12) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (12) aus einem amorphen metallischen Werkstoff hergestellt ist.
2. Ventilvorrichtung (1, ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der amorphe metallische Werkstoff metallisches Glas umfasst.
3. Ventilvorrichtung (1, ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Ventilvorrichtung (1, ) aus einem amorphen metallischen Werk stoff hergestellt ist.
4. Ventilvorrichtung (1, ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der amorphe metallische Werkstoff metallisches Glas umfasst.
5. Ventilvorrichtung (1, ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilvorrichtung (1) als aktiv durch einen Elektromagneten (130) gesteuerte Ventilvorrichtung (1) ausgebildet ist.
6. Ventilvorrichtung (1, ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (1) als passiv gesteuerte Ventilvorrichtung (1) ausgebildet ist.
7. Brennstoffzellenanordnung (100) mit einer Ventilvorrichtung (1, ) zum Steuern einer Wasserstoffzufuhr zu einer Brennstoffzelle (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2022/067570 2021-07-23 2022-06-27 Ventilvorrichtung zum steuern eines gasförmigen mediums WO2023001498A1 (de)

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