燃料电池系统、气体罐设备和用于气体罐设备的截止装置的制作方法

本发明涉及一种燃料电池系统、尤其用于燃料电池系统的气体罐设备和用于气体罐设备的截止装置。

背景技术：

1、燃料电池系统通常包括燃料电池组件，例如呈具有多个电串联连接的燃料电池的堆叠形式，气态燃料，例如氢气从罐经由燃料供应管路被供应给所述燃料电池组件。不但在固定应用中而且在移动应用中，例如在车辆中，气态燃料在罐中通常处于高压下，该高压例如可以为高达700bar或更高。因此，罐构成高压储存器。燃料电池组件被供应通常具有较低压力的燃料，例如在2bar至20bar之间的范围内的压力。燃料供应管路可以例如通过压力调节装置与罐连接，在所述压力调节装置中燃料的压力减小。罐和压力调节装置之间的管路通常实施为高压管路并且在下面称为供给管路，因为燃料电池系统经由该供给管路被供给燃料。罐通常设有截止阀，以便截止从罐中的燃料流出，例如当燃料电池组件停止使用时或在故障情况下。

2、用于高压气体罐的截止阀通常设计为无电流地闭合的电磁阀。通常，阀针通过弹簧抵着密封座预紧并且能够通过磁力抵抗弹簧的预紧力从密封座抬起，所述磁力能够借助线圈产生。由于罐中的高压，根据阀的结构类型而定需要大的打开力。这需要功率强的线圈并且使阀的小型化变得困难。

3、de 10 2006 027 712 a1公开一种用于氢压力罐的截止阀，该截止阀具有壳体和阀杆，所述壳体具有第一阀座和第二阀座，所述阀杆能够通过电线圈运动，所述阀杆在其外周上间隔开地承载第一和第二密封元件。在阀的关闭位态中，密封元件通过弹簧抵着阀座预紧，以便将入口相对于构造在壳体中的阀座之间的出口密封。阀杆具有第一开口，该第一开口在入口和第一密封元件的高压侧之间形成流体连接。由此，由于在入口处作用的压力而施加关闭力到第一密封元件上。此外，阀杆具有将位于第二密封元件的低压侧上的子腔室与入口连接的通孔。由此，打开力被施加到第二密封元件上，该打开力与作用到第一密封体上的关闭力相反地作用。该结构的目标是降低由于压差而作用到阀杆或密封元件上的力，以便减小通过电磁线圈待产生的、用于打开阀的打开力。

技术实现思路

1、根据本发明设置一种具有权利要求1特征的用于气体罐设备的截止装置、一种具有权利要求8特征的气体罐设备和一种具有权利要求10特征的燃料电池系统。

2、根据本发明的第一方面，用于气体罐设备的截止装置包括用于与高压罐连接的第一接头；用于与供给管路连接的第二接头；主阀室，该主阀室具有与第一接头流体传导地连接的第一开口，与第二接头流体传导地连接的第二开口和第一控制开口；构造为可切换的电磁阀的主阀，该主阀具有布置在主阀室中的主阀针，该主阀针能够在关闭位态和打开位态之间运动，在所述关闭位态中，主阀针贴靠在围绕第二开口的主阀座上，以便将第二开口相对于第一开口密封，在所述打开位态中，主阀针从主阀座抬起。主阀针将主阀室分成出口空间和控制空间，第一和第二开口通到该出口空间中，第一控制开口通到该控制空间中并且该控制空间与出口空间流体传导地连接。

3、截止装置还包括与主阀室空间上分开的伺服阀室，该伺服阀室具有与第一控制开口流体传导地连接的第二控制开口和与第二接头流体传导地连接的伺服开口；构造为可切换的电磁阀的伺服阀，该伺服阀具有布置在伺服阀室中的伺服阀针，该伺服阀针能够在关闭位态和打开位态之间运动，在所述关闭位态中，伺服阀针贴靠在围绕伺服开口的伺服阀座上，以便将伺服开口相对于第二控制开口密封，在所述打开位态中，伺服阀针从伺服阀座抬起。

4、根据本发明的第二方面设置一种尤其用于燃料电池系统的气体罐设备。根据本发明的气体罐设备包括用于接收气体，例如氢气的高压气体罐和根据本发明的第一方面的截止装置，其中，截止装置的第一接头与高压气体罐的出口开口连接。

5、根据本发明的第三方面，燃料电池系统包括燃料电池组件，该燃料电池组件具有至少一个燃料电池、用于供应气态燃料的燃料入口、用于供应氧化气体的氧化气体入口和用于导出反应产物的产物出口，与燃料入口连接的燃料供应管路和根据本发明的第二方面的气体罐设备，其中，截止装置的第二接头与燃料供应管路连接。

6、本发明所基于的思想在于实现一种截止装置，在所述截止装置中，主阀和伺服阀分别空间上彼此分开地布置。尤其，主阀针布置在第一腔室或主阀室中并且能够借助第一线圈在打开位态和关闭位态之间运动，而伺服阀针布置在空间上与主阀室隔开地布置并且与该主阀室流体传导地连接的第二腔室或伺服阀室中并且能够借助自身的第二线圈在打开位态和关闭位态之间运动。在此，主阀针在第一腔室中可移动地引导并且将该第一腔室分成控制空间和出口空间，该控制空间与第二腔室流体传导地连接，该出口空间具有与高压接头或第一接头连接的第一开口和与供给接头或第二接头连接的第二开口，该第二开口在主阀针的关闭位态中被该主阀针覆盖或封闭。第二腔室经由伺服开口也与供给接头流体传导地连接，所述伺服开口被伺服阀针在其关闭位态中覆盖或封闭。

7、本发明的优点在于伺服阀和主阀或它们的阀针容纳在空间上分开的腔室中并且能够通过自身的线圈运动。这便于伺服阀和主阀的结构空间优化的布置。通过打开伺服阀可以以相对较小的打开力在第二接头或者说供给接头与主阀室的控制空间之间建立流体传导的连接，所述第二接头或者说供给接头设置为用于与低压储存器如燃料供应管路连接。因为控制空间经由出口空间与第一接头或者说高压接头流体传导地连接，该第一接头或者说高压接头设置为用于与高压储存器如气体罐流体连接，所以在第二接头和控制空间之间存在压力平衡。在此，一方面，控制空间中的压力减小，同时第二接头中的压力升高。由此，在主阀针的关闭位态中产生远离主阀座指向的并且由此在主阀针从主阀座抬起时辅助主阀的线圈的力。由此，主阀针的线圈可以尺寸设计得更小，这进一步便于截止装置的小型化。

8、有利的构型和扩展方案由另外的从属权利要求以及由参照附图的描述得出。

9、根据一些实施方式可以设置，主阀室和伺服阀室构造在共同的壳体中。通过主阀室和伺服阀室在壳体中的空间上分开的布置，阀针可以相对彼此任意地取向，这进一步便于结构空间优化的布置或构型。

10、根据一些实施方式可以设置，第一控制开口和第二控制开口通过连接孔连接。

11、根据一些实施方式可以设置，主阀室的出口空间和控制空间之间的流体传导的连接如此设计尺寸，使得该流体传导的连接在伺服阀打开时并且主阀关闭时作为用于流体从出口空间流到控制空间中的节流部起作用。由此减慢了出口空间和控制空间之间的压力平衡，并且由此进一步增大作用到主阀针上的打开力。

12、根据一些实施方式可以设置，主阀室的出口空间和控制空间通过主阀针中的孔流体传导地相互连接。根据替代的实施方式可以设置，主阀室的出口空间和控制空间通过在主阀针的外周和围绕主阀室的壁之间形成的间隙流体传导地相互连接。间隙的宽度可以例如通过设置在壁与主阀针之间的配合，例如间隙配合限定。然而，间隙也可以仅局部地构造，例如通过在阀针的壁中和/或外周中形成槽。因此，实现控制空间和出口空间之间的结构简单且能成本低地制造的连接管路。

13、根据一些实施方式可以设置，主阀构造为无电流地闭合的电磁阀并且具有将主阀针预紧到关闭位态中的弹簧。

14、根据一些实施方式可以设置，伺服阀构造为无电流地闭合的电磁阀并且具有将伺服阀针预紧到关闭位态中的弹簧。

15、根据一些实施方式可以设置，截止装置接收在高压气体罐的出口开口中。