截止阀以及具有截止阀的氢罐系统的制作方法

本发明涉及一种用于氢罐系统的截止阀。此外，本发明涉及一种具有根据本发明的截止阀的氢罐系统。

背景技术：

1、用于机动车的氢罐系统或者说移动的氢罐系统是已知的，所述氢罐系统用于向燃料电池或内燃机供给以氢气。对于故障，例如管路破裂或事故的情况，氢罐系统的各个容器必须能够分别借助截止阀封闭，以防止氢气不受控地逸出。因此，所使用的截止阀应实施为无电流地自主关闭的阀。

2、由现有技术已知无电流地自主的截止阀，该截止阀具有经由控制阀间接地控制的主阀。控制阀通常具有控制阀座以及控制阀活塞，所述控制阀座位于主阀的关闭作用的压力面中，所述控制阀活塞可以借助磁力从控制阀座抬起。在主阀上形成控制阀座的关闭的压力面在此限界所谓的控制室。在相对的端部上，主阀以其打开作用的压力面伸进所谓的阀室中，该阀室与压力存储器流体传导地连接。控制室和阀室通过节流部位彼此气动地分离。通过打开控制阀使控制室卸载。从而也使主阀的阀构件卸载。然后，借助弹簧的弹簧力或电磁促动器的磁力打开主阀。主阀的关闭通常由关闭作用的弹簧力引起。然而，这些截止阀的缺点是通常增加的结构空间需求，因为必须实现大的行程，这又要求大的电磁促动器和/或多个电磁促动器，使得结构空间需求和成本增加。

3、然而，在移动的氢罐系统中可供使用的空间是有限的。这尤其适用于具有压力气体容器的氢罐系统，所述压力气体容器具有应在其中集成有截止阀的瓶颈。瓶颈构成最稳定的和从而最安全的安装位置，但需要具有很小结构空间需求的截止阀。

4、此外，由现有技术已知间接地借助控制阀控制的用于内燃机的喷射阀，该喷射阀需要相对很小的结构空间，因为控制阀和主阀可以具有不同的行程并且因此用于控制阀的电磁促动器可以尺寸设计得更小。通过控制阀的打开引起控制室中的压力降，该压力降最终导致主阀的打开。在完全打开的状态下，主阀的阀构件和控制阀活塞被高压包围，使得仅需要朝关闭方向作用的弹簧的弹簧力用于自主关闭。然而，此后，仅当由于负载减小管路系统中的压力下降时，主阀才能够再次打开，因为较低的压力水平然后才又可供用于控制室。该持久的打开和关闭在氢领域中常见的塑料或弹性体阀座的情况下导致增加的磨损。

技术实现思路

1、因此，本发明所基于的任务是给出一种用于氢罐系统的截止阀，该截止阀如此程度地小型化，使得其能够集成到氢罐系统的压力气体罐的瓶颈中并且同时是尽可能磨损小的。

2、为了解决该任务，提出一种具有权利要求1特征的截止阀。本发明的有利扩展方案能够在从属权利要求中得出。此外，还给出一种具有至少一个根据本发明的截止阀的氢罐系统。

3、所提出的用于氢罐系统的截止阀包括：

4、-主阀，该主阀具有一件式或多件式实施的可往复运动的阀构件，所述阀构件在一端与阀座共同作用，在另一端限界控制室，

5、-控制阀，该控制阀具有可往复运动的控制阀活塞，用于释放和封闭壳体侧的控制阀座，通过该控制阀座，控制室能够与至少一个控制流出区域(absteuerbereich)连接，以及

6、-电磁线圈，用于作用到第一磁性衔铁以及第二磁性衔铁上，所述第一磁性衔铁与控制阀活塞连接或构成控制阀活塞，所述第二磁性衔铁与主阀的阀构件连接。

7、在所提出的截止阀中，通过打开控制阀引起主阀的打开。随着控制阀的打开，建立控制室与控制流出区域的连接，这导致控制室中的压力降。控制室中的压力降导致主阀的打开，使得处于高压下的氢气通过主阀的阀座从氢罐系统的储存容积流出。电磁线圈的磁力在此辅助主阀的打开。在主阀完全打开时，磁力引起保持力，该保持力在主阀的阀构件上完全压力平衡的情况下抵抗关闭地作用到阀构件上的弹簧力而可靠地保持该主阀打开。以这种方式可以有效地避免主阀的持续打开和关闭，如开头结合现有技术所描述的那样。

8、因此，主阀的打开基本上是压力控制的。在此，电磁线圈的磁力仅辅助地起作用。然而，对于完全压力平衡的情况，主阀也可以仅通过电磁线圈的磁力打开。

9、然而，电磁线圈的磁力优先被用于打开控制阀并且仅部分地被用于辅助主阀的打开运动。在控制阀座的相应地小的阀座直径时并且由于作用到主阀的阀构件上的气动打开力，电磁线圈可以相对较小地设计。这又能够实现所提出的截止阀的小型化。

10、根据本发明的一个优选实施方式，控制室与主阀的阀室流体节流地连接。如果为了关闭截止阀而关断电磁线圈的通电，则首先关闭控制阀。由此，控制室与控制流出区域的连接被断开，并且控制室通过流体节流的连接充注以来自阀室的气体。这导致控制室中的压力升高，该压力升高确保主阀的安全关闭。

11、在所提出的截止阀的一个有利构型中，在主阀的阀构件的导向区域中，在控制室和阀室之间设置有密封元件。然后，优选地通过限定的节流部位，例如通过将控制室与阀室连接的节流孔建立流体节流的连接。气体流入到控制室中可以通过限定的节流部位优化地被控制。在没有密封元件的实施方式中，导向区域本身也可以实施为节流间隙。

12、优选地，控制阀的控制流出区域与主阀的控制流出区域连接，使得在两个控制流出区域中至少近似存在相同的压力。在控制阀打开时，即在控制室中的压力下降并且控制流出区域中的压力升高时，在主阀的阀构件上实现压力平衡，使得能够借助电磁线圈的磁力的辅助打开主阀。

13、优选地，控制阀的控制阀活塞朝控制阀座的方向被弹簧的弹簧力加载。借助弹簧的弹簧力可以引起控制阀活塞的复位或者说控制阀的关闭。弹簧在另一端可以支撑在主阀的一件式或多件式实施的阀构件上，使得该阀构件朝主阀的阀座的方向预紧。因此，在出现故障和/或事故时可以借助所述一个弹簧确保截止阀的自主关闭。

14、此外提出，主阀的一件式或多件式实施的阀构件朝打开方向被弹簧的弹簧力加载。这尤其在阀构件的多件式实施的情况下是有利的，因为借助另外的弹簧的弹簧力可以确保多个阀构件部分如一个阀构件工作。此外，通过打开的弹簧力和主阀的阀座直径可以调设主阀上的打开压差。如果实际的压差大于打开压差，则主阀保持关闭状态。即在主阀的多件式、尤其两件式实施的阀构件的情况下，主阀上的打开的弹簧力限制释放到系统中的压力冲击，使得系统中的构件负载下降，这导致在整个系统中的成本节约。

15、优选地，主阀的阀构件具有与阀座共同作用的第一阀构件部分以及限界控制室的另一阀构件部分。即阀构件多件式地实施。与一件式的实施方式相比，多件式的实施方式具有如下优点，即能够以简单的方式补偿由制造和/或装配公差引起的偏轴问题。例如，阀构件可以轴向地被引导，但引导部在不同于阀座的构件上形成。如果引导部和阀座不精确地同轴布置，则在一件式实施的阀构件中可能会出现倾斜位态，使得截止阀不再紧密地关闭。相反地，多件式的实施方式允许通过两个阀构件部分相对彼此的径向移动来补偿缺少同轴度。

16、限界控制室的阀构件部分优选地通过已经提及的导向区域可往复运动地被引导。因此，阀构件的引导通过远离阀座的阀构件部分实现，使得特别明显地发挥多件式的实施方式的优点。

17、替代地或补充地提出，限界控制室的阀构件部分具有与止挡共同作用的环形凸缘。通过该措施可以限制主阀的行程。

18、在一个特别有利的构型中，第二磁性衔铁、即主阀的磁性衔铁形成限界控制室的阀构件部分和/或行程止挡。

19、此外提出，控制阀活塞和/或第一磁性衔铁、即控制阀的磁性衔铁限界控制室，并且通过在控制阀活塞中和/或磁性衔铁中的至少一个通流开口建立控制室与控制阀室的连接。通过至少一个通流开口可以确保控制室和控制阀室的持久连接，具体而言与控制阀活塞或磁性衔铁的当前位置无关。

20、有利地，第一磁性衔铁、即控制阀的磁性衔铁实施为扁平衔铁或具有实施为扁平衔铁的区段。在作为扁平衔铁的实施方式中，控制阀和因此截止阀可以特别节省安装空间或结构空间地实施。

21、此外，第二磁性衔铁、即主阀的磁性衔铁优选实施为沉入式衔铁或具有实施为沉入式衔铁的区段。在该构型中，磁性衔铁被同时引导。

22、为了进一步减少结构空间需求提出，主阀和控制阀同轴地布置。即控制阀活塞和阀构件的纵轴线彼此重合。控制阀活塞和阀构件的打开运动在此是方向相反的。

23、替代地或补充地提出，主阀和控制阀接收在共同的壳体中。通过该措施也可以进一步降低截止阀的结构空间需求。此外，因为截止阀可以作为预装配的单元集成到压力气体容器中，优选地集成到氢罐系统的压力气体容器的瓶颈中，所以方便了截止阀的装配。

24、此外，气体管路优选地通到主阀的阀室中，通过所述气体管路，阀室能够与氢罐系统的压力气体容器的存储容积连接。因此，在主阀打开时可以建立控制流出区域与压力气体容器的存储容积的连接。

25、此外为了解决开头提到的任务所提出的氢罐系统包括至少一个压力气体容器以及根据本发明的截止阀。根据本发明的截止阀的小的结构空间需求能够实现将截止阀集成到压力气体容器中，使得能够单个地截止该压力气体容器。

26、因此，截止阀优选地集成到压力气体容器中，进一步优选地集成到压力气体容器的瓶颈中。截止阀特别安全地保留在瓶颈中，因为瓶颈是压力气容器的最稳定的部位。同样也可以是，截止阀仅部分地集成到瓶颈中。

27、所提出的氢罐系统尤其可以使用在燃料电池车辆中或具有氢燃烧装置的车辆中。