[发明专利]快速切换阀的系统,燃料罐系统,用于提供所需的质量流的方法和燃料罐系统的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的在流体存储器上的脉冲调制的快速切换阀的系统，根据权利要求4所述的具有流体存储器的燃料罐系统，根据权利要求14所述的用于提供所需的质量流的方法和根据权利要求16所述的燃料罐系统的应用。 

背景技术

燃料电池已知作为用于在汽车行业中的机组的能量源。在此广泛应用具有质子交换膜(Proton Exchange Membrane PEM)的燃料电池，其中为燃料电池的阳极供给作为燃料的氢气，为阴极供给作为氧化剂的氧气。在此，阳极和阴极通过质子交换膜分开，通过该质子交换膜交换质子，然而质子交换膜不能导电。通过电化学反应，氢气和氧气转化成水。由此产生电能，该电能通过电极分别在阳极和阴极上获取。在燃料电池系统中包括多个电串联的燃料电池。 

在此，氢气在高压下存储在流体存储器中，该流体存储器在车辆中安装在尽可能受保护的位置处。随着逐渐升高地设计填充有氢气的流体存储器的最大压力，能减小其体积(进而尺寸)和/或能提高利用燃料电池系统驱动的车辆的续驶里程。在当今的燃料电池系统中，流体存储器能以最大压力700bar来填充氢气。氢气通过管路到达燃料电池系统中。进入燃料电池系统中的供给压力通常处于4bar以下，其中质量流基于功率处于0.008g/sec和2.500g/sec之间的范围内。由此，压力调节阀在管路的走向中连接在流体存储器和燃料电池系统之间，该压力调节阀将在流体存储器内的氢气的压力降低为在燃料电池系统中的供给压力进而实现匹配。 

被设计用于将例如700bar的压力降低至约10.0bar的传统的压力调节阀包括在其中导入氢气的缸、活塞和阀体，其设置在缸的内部。如果氢气在缸的下游侧的压力小于预先确定的压力，则活塞与复位力的方向相反沿着阀打开方向移位，其中活塞的一个端部打开阀体的开口。如果氢气在缸的下游侧的压力大于预先确定的压力，则活塞沿着复位力的方向移位到阀闭合位置中，其中活塞的一个端部闭合阀体的开口。 

在此，在活塞的面与阀体的入口之间的室中的压力比起重要作用。该压力与阀体的(最小)直径或内径相关。内径越小，在阀体的出口和压力室之间的压差越大。设置在缸内部的弹性元件将活塞压入阀打开位置中。一旦在缸的(低压)出口上的压力超过给定的(低)压力，由于在特别是弹性元件的弹力、活塞在入口和出口上的面与内径之间的共同作用，活塞移位到阀闭合位置，其中该移位与弹性元件的施加的力的方向相反地取向。在阀闭合位置中，在缸的出口上的压力实现降低为低于给定的(低)压力的压力，紧接着活塞沿着弹性元件的施加的力的方向移位到阀打开位置中。阀体的移位在压力降低驱动期间互反地(reziproke)重复，从而在压力调节阀的出口上以较小的波动形成预先确定的低压。 

具有作为机组的燃料电池系统的机动车通常包括多个燃料罐、例如四个燃料罐作为流体存储器，该燃料罐通过管路彼此连接。在此，供给燃料管路通过安装在第一燃料罐上的第一阀与第一燃料罐连接。从该第一阀开始，第一管路引导至第二燃料罐的第二阀。该第二燃料罐又通过第二管路与第三燃料罐连接，等等。因此，通过在燃料罐之间的各个管路总地形成在填充有氢气的燃料罐之间的压力平衡。上述压力调节阀在该系统的端部连接到最后的管路上并且与燃料电池形成流体连接。 

该布置的缺点是，全部管路直至压力调节阀的入口都处于高压下。由此，存在特别高的事故危险，因为处于高压下的管路易发生故障而变得不密封，由此不可控制的氢气流会到达外部环境并且可能会被点 燃。另一个缺点是，处于高压下的管路是昂贵的，具有高的重量。在制造时非常复杂，且此外必须通过昂贵的密封件连接。另一个缺点是，该管路必须具有大的直径，因为被设计用于将最大为700bar的压力降低至约10.0bar的压力调节阀已经包括一具有约3mm的内径的阀体。因为用于正确驱动压力调节阀的所述大直径在(管路的)其它分布中绝对不能减小，所以管路必须具有大的直径，这引起了增大的管路壁。由此再次提高了管路的费用，此外具有如此确定尺寸的管路壁的管路难以形成和铺设。 

另一个缺点是，该压力调节阀需要被设计用于将最大700bar的压力降低至约10.0bar的压力，因此该压力调节阀具有大体积，因此需要很多空间，并且具有高重量。已知的压力调节阀具有约7.0cm x7.0cm x 18.6cm的体积以及为约2.5kg的高重量。