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CN105121933B - 一种用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置以及燃料能量转换装置和用于装配所述装置的方法 - Google Patents

一种用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置以及燃料能量转换装置和用于装配所述装置的方法 Download PDF

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CN105121933B
CN105121933B CN201480019150.5A CN201480019150A CN105121933B CN 105121933 B CN105121933 B CN 105121933B CN 201480019150 A CN201480019150 A CN 201480019150A CN 105121933 B CN105121933 B CN 105121933B
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wall
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T·兰泽尔
F·霍夫曼
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Ruihao Automobile Europe Co ltd
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Rehau AG and Co
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Abstract

本发明涉及一种用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置，其具有由塑料材质、优选由聚酰胺制成的容纳介质的介质容器(1)、至少一个与介质容器(1)连接的阀连接元件(2)、至少一个可与阀连接元件(2)连接的阀元件(3、3a、3b)，其中，介质容器(1)具有一体成型且从介质容器(1)伸出的具有套管外壁(5)和套管内壁(6)的套管(4)。复位元件(11、11a、11b)设置为在装配阀元件(3、3a)时套管(4)和复位元件(11、11a、11b)共同压缩在壁部(9)的部分区域(9a)和压缩部(10)之间，其中，复位元件(11、11a、11b)由交联塑料材质、优选由交联聚乙烯制成，并且其中，压缩部(10)、套管(4)和复位元件(11、11a、11b)相互匹配且构造成使得通过套管(4)和复位元件(11、11a、11b)的共同压缩可调节复位元件(11、11a、11b)的弹性变形(X)，该弹性变形大于在装置的使用期限中套管(4)的最大蠕变变形(Y)，从而套管(4)的蠕变变形(Y)可通过复位元件(11、11a、11b)补偿。此外，本发明涉及一种燃料能量转换装置、一种机动车和一种用来装配用于储存和输出在压力下的液态和/或气态介质的装置的方法。

Description

一种用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置以 及燃料能量转换装置和用于装配所述装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置，其具有由塑料材质制成的容纳该介质的介质容器、至少一个与该介质容器连接的阀连接元件和至少一个可与该阀连接元件连接的阀元件，其中，介质容器具有一体成型且从介质容器伸出的具有套管外壁和套管内壁的套管。在此，套管的端部限定介质容器的开口的自由截面，其中，阀连接元件布置在该开口的区域中并且套管外壁的部分区域与阀连接元件的壁部的部分区域相对布置。
背景技术
例如由EP 2 115 343 B1已知这种用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置。在此，阀元件的一部分穿过开口并且被套管壁包围。为了防止压力下的液态和/或气态介质可能从介质容器的内部泄露，在此设置成，在该部分的区域中在该部分和套管内壁之间设有多个O型密封环。基于O型环的变形特性可持久地防止介质的泄漏。然而在此不利的是，由于O型环的设计尺寸仅能够在非常微小的、即圆形环绕的区域中实现在阀元件的部分和套管内壁之间的密封。因此由该文件可得出，为了增大密封面积需要至少第二个O型环，以保证持久的介质密封性。此外，O型环相对于介质容器的套管内壁密封，从而必须保证O型环相对于塑料材质的持久密封性，塑料材质的长久变形或其蠕变变形很可能会导致非泄漏。
而文献EP 0 821 104 B1提出，可将夹紧环拧入阀连接元件中，该夹紧环过渡到截锥形区段中。于是，最后提及的截锥形区段将介质容器(其设有对应于该部分的斜面)的颈部的内壁压紧在阀连接元件的内壁上。在此不利的是，截锥形区段的斜面和套管内壁的对应的斜面必须非常精确地彼此匹配，以保证足够的密封性，使得处于压力下的介质不从夹紧环和阀连接元件的内壁之间(以及因而从阀连接元件的内壁和套管外壁之间)扩散过去或流过去且不从介质容器逸出。特别是当涉及由热塑性塑料材质制成的介质容器时，则难以实现持久的密封性。由于在由热塑性塑料材质制成的套管和截锥形部分之间产生的剪应力/压应力，因此热塑性塑料材质趋向于避开施加的剪应力/压应力。在此，这就是所谓的塑料材质的流动或蠕变。这导致该压缩部随着时间松动或松开并且由此不可避免地产生非密封性。
因此现有技术的缺点是，特别是为了持久地保证介质容器的在阀连接元件和介质容器套管之间的密封性需要高成本的且特别是附加的密封元件。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置，其在使用很少数量的密封元件的情况下确保改善的且持久的密封性。
根据本发明，通过具有以下部件的用于储存和输出在压力下的液态和/或气态介质的装置实现该目的：
–容纳介质的介质容器，其由塑料材质制成、特别是由热塑性塑料材质制成、优选由聚酰胺制成，
–至少一个与介质容器连接的阀连接元件，
–至少一个可与阀连接元件连接的阀元件，
其中，介质容器具有一体形成且从介质容器优选向外伸出的具有套管外壁和套管内壁的套管，其中，套管的端部限定介质容器的开口的自由截面，其中，阀连接元件设置在开口的区域中并且套管外壁的部分区域与阀连接元件的壁部的部分区域相对布置，并且其中，阀元件具有压缩部，该压缩部在装置的装配状态下与套管内壁的部分区域相对布置，其中，在壁部的部分区域和压缩部之间附加地布置有至少一个复位元件，使得在装配阀元件时套管和复位元件共同压缩在壁部的部分区域和压缩部之间，其中，复位元件由交联的塑料材质制成、优选由交联聚乙烯制成，并且其中，压缩部、套管和复位元件相互匹配且构造成使得通过套管和复位元件的共同压缩可调节复位元件的弹性变形，该弹性变形大于套管在装置的使用期限中的最大蠕变变形，从而套管的蠕变变形可通过复位元件补偿并且在压缩部、套管、复位元件和壁部的部分区域之间产生持久的压配合。因此，对于复位元件贴靠在壁部的部分区域处的情况，能够相对于处于压力下的介质而密封在壁部的部分区域和复位元件之间的密封区域与在复位元件和套管之间的密封区域。同样对于套管贴靠在壁部的部分区域处的情况，也能够相对于处于压力下的介质而密封在壁部的部分区域和套管之间的密封区域。就此而言，持久的压配合意指至少在根据本发明的装置的通常的使用期限中并且在通常的使用条件下保持得到该压配合。使用期限特别是可相当应于5000次数量的从20bar到875bar的装置填充周期，其中，将一个介质或多个介质的填充率和温度调节为使得在填充时阀元件、特别是压缩部和/或阀连接元件的温度达到最高85℃的数值。在具有用于500km行程范围的油箱填充容量的机动车所用的装置中，五千次填充周期的数量例如相应于机动车的250000km的常规使用期限。根据本发明，套管的塑料材质的蠕变变形可通过由交联的塑料材质制成的复位元件来补偿。交联塑料、特别是热塑性交联塑料显示没有或仅可忽略不计的少量流动过程(蠕变)并且在很大程度上表现为纯弹性。因此，交联的塑料材质本身不受到或仅受到明显较少的蠕变变形并且在一定程度上进行回弹，从而补偿套管的蠕变变形，使得在压缩部、套管、复位元件和壁部的部分区域之间产生持久的压配合，该压配合相对于处于压力下的介质进行密封。
在此，使用交联聚乙烯用于复位元件的交联塑料材质已证实是特别有利的。在此，作为交联，特别是聚乙烯在高温下通过形成自由基的过氧化物的交联(PE-Xa)已证实是有利的。此外，还可应用聚乙烯的硅烷交联(PE-Xb)或聚乙烯的辐射交联(PE-Xc)。根据本发明，热塑性塑料或聚乙烯的交联度可为20％至95％，优选为50％至90％，并且特别优选为75％至85％。至少70％的交联度已证实特别适用于具有明显高于500bar的介质允许压力的介质的装置。原理上阀元件还称为油箱阀(On-Tank-Valve，简写为OTV)。处于压力下的介质特别是可为氢(H2)。则装置用于储存和输送压力下的液态和/或气态氢。在根据本发明的装置内部的介质允许压力可位于200bar至1500bar之间，优选位于400bar和1250bar之间，更优选位于600bar和1000bar之间，特别优选位于600bar和800bar之间。
介质容器可由塑料材质制成，优选由热塑性塑料材质制成。对此适用的特别是聚酰胺(优选聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚酰胺12、PA 6.10、PA 6.12、PA 10或PA 11)或者弹性体改性的聚酰胺(优选PA 6.66)、聚丙烯、聚乙烯(优选具有高密度的聚乙烯“HDPE”)、聚甲醛、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、类似的技术材料或高温塑料材质或者前述塑料材质的组合。作为替代，介质容器还可由交联的、优选比复位元件的塑料材质更少交联的塑料材质制成。例如可为具有在5％和50％之间、优选在5％和25％之间的交联度的交联聚乙烯。
压缩部、套管和复位元件优选彼此匹配和构造为使得通过套管和复位元件的共同压缩可调节复位元件的弹性变形，该弹性变形相当于在装配阀元件之前套管壁厚的至少0.3倍、优选至少0.5倍、更优选至少0.8倍、更加优选至少1.0倍、特别优选至少1.2倍。复位元件的壁厚相对于套管的壁厚或在复位元件的弹性变形和套管的壁厚之间的相应匹配的尺寸或设计尺寸已证实是特别有利的。这对于在保证装置的足够的介质密封性和在装配阀元件时须施加的装配力之间的平衡方面可以看出。
复位元件的壁厚优选比套管的壁厚大至少1.0倍、优选至少1.2倍、更优选至少1.5倍、更加优选至少1.8倍、更加优选至少2.2倍、更加优选至少2.5倍。在此，套管的壁厚特别是相应于由套管外壁的部分区域和套管内壁的部分区域包围的壁厚。
压缩部可具有柱形或截锥形几何形状。特别是柱形几何形状或连续阶梯式柱形几何形状在这种装置的制造中已证实是特别优选的，因为可最简单地实现且遵循在此须符合的公差。此外，柱形几何形状沿着在压缩部和套管或复位元件(根据设置复位元件的位置)之间的整个接触面(密封面)具有均匀的压配合和均匀的压应力分布。
复位元件和套管可构造为套筒形并且在此可插入彼此之中或插在彼此上面。在此，套筒形还指在纵截面中构造为梯形或者矩形和梯形的几何形状。在此，套管和/或复位元件可具有漏斗形。在此，压缩部可被复位元件和套管包围，其中，压缩部在装配阀元件之前的外径大于套管和/或复位元件在装配阀元件之前的内径。最后提到的内径取决于在复位元件-套管的零件对中是复位元件还是套管设置在内部，其中存在的可能性是，两个内径(即套管和复位元件的内径)本身都小于压缩部的外径。在截锥形几何形状的情况中，压缩部在阀元件装配之前的相应的外径大于复位元件和/或套管相应的(在已装配状态中则是对应的或对置的)内径。
优选地，压缩部的外径与复位元件和/或套管的内径的差相对于复位元件和/或套管的内径的比例位于在0.001和0.3之间的范围中、优选在0.01和0.2之间的范围中、更优选在0.08和0.15之间的范围中、更加优选在0.1和0.12之间的范围中。这种可称为过盈的比例对于这些范围具有最优化的值。这些最优化的值在持久保证密封性的压配合下保证阀元件的可接受的装配力。该过盈例如在装配阀元件时促使套筒形的套管和复位元件压缩，其中，复位元件优选构造为其不仅在径向上压缩而且在装配方向上延长。
作为替代，复位元件可构造为圆盘形。在此，可在套管的上端部处模制出围绕开口的、优选与套管围成20°至170°范围的角的凸缘，其中，凸缘下侧形成套管外壁的部分区域并且凸缘上侧形成套管内壁的部分区域。
作为替代，可考虑将复位元件构造为由套筒形和圆盘形几何形状的组合形成。在此，则可在阀元件处设置多个压缩部，其中，一个压缩部被复位元件和套管包围，其中，在装配阀元件之前该压缩部的外径大于套管和/或复位元件的内径，并且其中，在套管的上端部处附加地模制有围绕开口的、优选与套管围成20°至170°范围的角的凸缘，其中，凸缘下侧形成套管外壁的部分区域并且凸缘上侧形成套管内壁的部分区域，并且在装配状态下另一压缩部与凸缘上侧对置。
复位元件在其表面上或其表面中可具有至少一个特别是由成型部或凹口形成的限定的表面不平整性。该表面不平整性引起压应力的逐点或线性的提高并且可实现密封效果的进一步改善。
作为替代或以组合的形式，同样套管或者说套管外壁或套管内壁也可具有至少一个限定的表面不平整性。该表面不平整性引起压应力的逐点或线性的提高并且可实现密封效果的进一步改善。限定的表面不平整性例如为在复位元件和/或套管的表面上或表面中的有针对性地调节的粗糙度、限定地引入的人字形花纹、肋部或其他成型部或凹口。
限定的表面不平整性特别是可由在纵截面和/或横截面中波浪形的复位元件和/或波浪形的套管形成。在此，复位元件和/或套管优选具有不变的壁厚。
在纵截面和/或横截面中构造为波浪形的复位元件和/或在纵截面和/或横截面中构造为波浪形的套管可在部分区域中、区段性地或在整个长度上构造为波浪形。由于套管和复位元件的共同压缩，在纵截面和/或横截面中波浪形的套管和/或在纵截面和/或横截面中波浪形的复位元件在很大程度上变平滑，使得不出现波浪形或者出现与在阀元件装配之前的初始状态相比扁平的波浪形。由此可有利地实现具有更高压缩性的压配合，而不会以相同的程度提高阀元件的装配力。由于根据本发明使用交联塑料材质、优选交联聚乙烯用于复位元件，交联塑料材质在温度变化、特别是温度提高的情况下会有再次具有初始波浪形的趋势，使得在温度变化、特别是温度提高的情况下此外还在阀连接元件的壁部的部分区域、套管、复位元件和压缩部之间产生自密封的效应。阀连接元件的壁部的部分区域同样具有优选呈肋部或成型部形式的限定的表面不平整性，肋部或成型部更优选地同样以波浪形设置，由此可促进上述效应。于是，套管和/或复位元件的近乎记得其原来形状的材料在温度变化、特别是温度提高的情况下自动密封地拉伸到肋部或成型部之间的间隙中。阀连接元件的内壁的表面不平整性优选由设置成波浪形的肋部或成型部形成，其中，波浪形的波长和/或幅度选为小于在纵截面和/或横截面中波浪形的复位元件和/或套管的波长和/或幅度。这有利地保证了在纵截面和/或横截面中波浪形的复位元件和/或套管的波峰与阀连接元件的壁部的部分区域的波峰对置并且在该区域中细节地产生非常高的压缩性和与之结合的进一步改善的密封性。
特别优选的是，在复位元件处设置至少一个锁定元件，该锁定元件与在阀连接元件的内壁处构造的锁定匹配元件共同作用，使得在装配阀元件时防止复位元件相对于阀连接元件和/或套管的移动。在此，锁定元件优选一体地模制在复位元件处并且进一步优选地在装配状态中设置在套管的上方。可有利地进一步增强压配合或压缩，因为在此虽然需要更高的装配力以装配阀元件，然而该更高的装配力不会导致复位元件和/或套管的不利的移动或压皱，因为由于锁定元件-锁定匹配元件的元件组对妨碍或防止了复位元件和/或套管的移动。锁定元件特别是可从复位元件侧向伸出，使得锁定元件由于阀元件的引入到套管或复位元件中的压缩部而不再能从锁定匹配元件退回。
作为替代，锁定匹配元件可从阀连接元件的壁部的部分区域或在该部分区域上方伸出并且锁定元件可由在复位元件和/或套管中的凹口或开口形成，锁定匹配元件可接合在该凹口或开口中。
锁定元件优选与锁定匹配元件或套管构造为一体，例如由锁定匹配元件或套管以机械的方式构造(例如通过铣削)或者已经在制造中进行模制或成型(例如在制造复位元件11、11a时通过注塑工艺)。
套管的壁厚优选小于相邻的介质容器的壁厚。介质容器的典型的壁厚位于2至6mm的范围中，其中，套管的减小的壁厚优选位于0.5至2mm的范围中。
阀元件可构造为多件式，其中，压缩部优选设置在阀元件的独立的、更优选为套筒形的第一区段处。多件式的结构对于根据本发明的装置的维护或维修情况是有利的，因为必要时仅须更换或维护阀元件的一个部件或一个区段。
优选的是，在套管和/或复位元件上方设置附加的密封元件、优选O型环，其相对于阀元件密封阀连接元件。由此，有利地在阀连接元件和阀元件之间密封，而不在阀连接元件和套管之间密封。特别是当阀连接元件和阀元件由金属材料(特别是由如铝、钛或镁这样的轻金属)制成时，则这是有利的。这种金属材料在装置的工作温度下没有蠕变的倾向，使得通过金属阀连接元件相对于金属阀元件的借助于密封元件的直接密封保证了附加的持久密封。密封元件可通过支撑元件(例如支撑环)固定位置。支撑元件防止在装置的使用中或使用期间密封元件进入到在阀元件和阀连接元件之间的间隙中的位置变化。此外，支撑元件可防止密封元件从其在阀元件处的容纳部(例如在阀元件内部的环绕的环槽)松脱。支撑元件优选与密封元件位于相同的容纳部中。
阀元件构造为多件式，其中压缩部设置在阀元件的独立的、优选为套筒形的第一区段处并且在套管和/或复位元件上方设有密封元件、优选O型环，其相对于阀元件密封阀连接元件，对于这种情况密封元件优选设置在阀元件的独立的第二区段处。则可有利地更容易地更换或维护密封元件。
特别优选的是，在压缩部的区域中且在壁部的部分区域中不设有单独的密封元件。特别是同样在压缩部的区域和壁部的部分区域之间也不设有单独的密封元件。复位元件和套管的根据本发明的压缩促使在阀连接元件的壁部的部分区域和压缩部之间形成比在现有技术的至今已知的装置中明显更大的密封面积，使得在该区域中可完全省去附加的密封元件。对于复位元件贴靠在壁部的部分区域处的情况，可在没有附加密封元件情况下相对于处于压力下的介质密封在壁部的部分区域和复位元件之间的密封区域和在复位元件和套管之间的密封区域。同样对于套管贴靠在壁部的部分区域处的情况，也可在没有附加密封元件情况下相对于处于压力下的介质密封在壁部的部分区域和套管之间的密封区域。
介质容器可在套管或复位元件的区域外部与阀连接元件固定地连接，使得保持获得尽可能平面贴靠的压配合的优点。对此可设置成，介质容器借助于螺纹连接和/或借助于粘接剂层与阀连接元件固定地连接。
在套管上方设有在阀元件和阀连接元件之间的螺纹连接。作为替代，在构造为套筒形的插入彼此之中或插在彼此上面的复位元件和套管的情况下，压缩部被复位元件和套管包围，其中在装配阀元件之前压缩部的外径大于套管和/或复位元件的内径，在这种情况下可通过压入阀元件或阀元件的独立的、优选为套筒形的第一区段而省去螺纹连接。通过力配合连接和形状配合连接，阀元件足够固定地与阀连接元件连接。
阀连接元件的壁部的部分区域可具有至少一个限定的表面不平整性。
介质容器可被优选为缠绕的或编织的加强层包围。特别是为了在介质容器内部实现在几百巴内压的典型范围中的介质压力，加强层是强制必需的。加强层可具有例如呈丝线或纤维形式的细丝。细丝可由碳、玻璃、聚酰胺、矿物材料或所列举材料的组合制成。加强层可埋置在由热塑性或热固性树脂形成的基质中。
本发明的另一部分是燃料能量转换装置，其具有燃料电池单元、至少一个介质连接管路、至少一个减压器和至少一个根据本发明的装置，其中，介质连接管路将装置与燃料电池单元传导介质地连接并且减压器在介质流动方向上设置在燃料电池单元之前。
此外，本发明的又一部分是机动车，其具有根据本发明的装置或具有根据本发明的燃料能量转换装置。
用于装配根据本发明的用于储存和输出在压力下的液态和/或气态介质的装置的方法包括以下步骤：
-提供以成形工艺、优选以吹塑成形工艺制造的介质容器，
-将阀连接元件布置在介质容器上，
-装配阀元件，其中，将套管和复位元件共同压入在壁部的部分区域和压缩部之间，
-继续进行阀元件的装配，直到套管和复位元件的共同压缩促使复位元件变形，该变形大于套管在装置的使用期限中的最大蠕变变形，
-从而套管的蠕变变形通过复位元件得以补偿并且在压缩部、套管、复位元件和壁部的部分区域之间产生持久的压配合。
附图说明
下面借助于仅示出实施例的附图阐述本发明。其中示意性地：
图1a、图1b示出了在装配阀元件之前和之后根据本发明的装置的轴向纵截面，
图2a、图2b示出了在装配阀元件之前和之后另一根据本发明的装置的轴向纵截面，
图3a、图3b示出了在装配图1a、图1b、图2a、图2b中的阀元件之前和之后的轴向纵截面的细节图示，
图4a、图4b示出了另一根据本发明的装置的轴向纵截面的细节图示，
图5a、图5b示出了又一根据本发明的装置的轴向纵截面的细节图示，
图6a、图6b、图6c示出了根据本发明的装置的工作原理的图示，
图7示出了根据本发明的燃料能量转换装置的图示，
图8示出了图1a至图3b中的复位元件的部分的三维图示。
在附图中，相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1a、图2a和图3a中示出了在装配阀元件3之前根据本发明的装置的轴向纵截面。在此示出的用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质、特别是氢的装置具有由塑料材质制成(在本情况中由聚酰胺制成)的容纳介质的介质容器1、与介质容器1连接的优选由铝制成的阀连接元件2、和可与阀连接元件2连接的阀元件3。介质容器1具有一体成型且从介质容器1向外伸出的具有套管外壁5和套管内壁6的套管4。套管4的端部7限定介质容器的开口8的自由截面。阀连接元件2设置在该开口8的区域中并且套管外壁5的部分区域5a与阀连接元件2的壁部9的部分区域9a相对而置。阀元件3具有压缩部10，在装置的在图1b、图2b和图3b中所示的装配状态下该压缩部部分与套管内壁6的部分区域6a相对布置。在壁部9的部分区域9a和压缩部10之间附加地设置有复位元件11、11a，使得在装配阀元件3时套管4和复位元件11、11a共同压缩在壁部9的部分区域9a和压缩部10之间。在此，复位元件11、11a由交联塑料材质、特别是交联聚乙烯制成。如图1b、图2b和图3b所示，压缩部10、套管4和复位元件11、11a相互匹配且构造成使得通过套管4和复位元件11、11a的共同压缩可调节复位元件11、11a的弹性变形X，该弹性变形大于套管4在装置的使用期限中的最大蠕变变形Y，使得套管4的蠕变变形Y可通过复位元件11、11a补偿并且在压缩部10、套管4和复位元件11、11a以及壁部9的部分区域9a之间产生持久的压配合。压配合可实现相应的密封区域相对于处于压力下的介质的密封。在图3a和图3b中可看到图1a、图2a、图1b和图2b所示的根据本发明的装置的轴向纵截面的相应放大的细节图示。在此可看出，弹性变形X、即复位元件的壁厚R和在套管4和复位元件11、11a共同压缩之后复位元件的壁厚r的差相当于在装配阀元件3、3a之前套管4的壁厚K的至少0.3倍、优选至少0.5倍、更优选至少0.8倍、更加优选至少1.0倍、最优选至少1.2倍。复位元件11、11a的壁厚R比套管4的由套管外壁5的部分区域5a和套管内壁6的部分区域6a围成的壁厚K至少大1.8倍。复位元件11a和套管4分别构造为套筒形并且彼此插入在一起，并且压缩部10被复位元件11a和套管4包围。作为替代，不同于图1a至图3b所示的图示，复位元件还可插在套管上而不插在套管中。在装配阀元件3、3a之前(参见图1a、图2a和图3a3b)压缩部10的外径D大于套管4和/或复位元件11a的内径d(参见图1a、2a和3a)。在装配阀元件3、3a之前压缩部10的外径D与套管4和/或复位元件11a的内径d的差(D-d)相对于(除以)在装配阀元件3、3a之前套管4和/或复位元件11a的内径d的比值(D-d)/d位于0.001和0.3之间的范围中、优选位于0.01和0.2之间的范围中、更优选位于0.08和0.15之间的范围中、更加优选位于0.1和0.12之间的范围中。复位元件11、11a在其表面上或其表面中具有特别是由成型部或凹口形成的限定的表面不平整性。该限定的表面不平整性由在纵截面中波浪形的复位元件11、11a形成，其中，复位元件11、11a在此具有不变的壁厚R。在图1a至图3b所示的复位元件11、11a处布置有多个锁定元件20，这些锁定元件与构造在阀连接元件2的内壁9处的锁定匹配元件21(在此呈环绕槽的形式)共同作用，使得在装配阀元件3、3a时防止复位元件11、11a相对于阀连接元件2和/或套管4的移动。设置至少一个锁定元件20提供的优点是，在装配阀元件3、3a时复位元件11、11a几乎自主地确保不朝介质容器1的方向压皱，这是由于一个或多个锁定元件20不再能从一个或多个锁定匹配元件21脱开，因为受到在回位弹簧处的压缩部10的阻碍。至少一个锁定元件20的另一优点在于，在将阀连接元件2与介质容器1连接(例如借助于螺纹连接和/或借助于粘接剂层)之前，已经能够将复位元件11、11a插在套管4上或套管4中，因为在将阀连接元件2安装到套管4上时复位元件20可能退回并且在阀连接元件2相对于介质容器1处于最终位置中时复位元件才以底切的形式锁定到多个或一个锁定匹配元件21中。锁定元件20优选与复位元件11、11a一体形成，例如由复位元件以机械的方式形成(例如通过铣削)或者已经在制造中进行模制或成型(例如在制造复位元件11、11a时通过塑料注塑工艺)。套管4的壁厚K小于相邻的介质容器1的壁厚M。此外，复位元件11、11a在压缩期间伸长，从而在未压缩的复位元件11、11a和套管4的较小壁厚K与相邻的介质容器的壁厚M的过渡部之间设有自由空间F。在套管4和/或复位元件11、11a的上方设有呈O型环形式的密封元件15，该密封元件相对于阀元件3附加地密封阀连接元件2。然而，在压缩部10的区域和壁部9的部分区域9a之中和之间不设有单独的密封元件。基于装置的根据本发明的结构不需要该密封元件。壁部9的部分区域9a具有至少一个呈波浪形结构形式的限定的表面不平整性。介质容器1被优选为在热固性基质中缠绕的或编织的碳纤维制成的加强层17包围。
从图2a和图2b可看到，阀元件3还可构造为多件式，其中，压缩部10设置在阀元件3的独立的、在本情况中为套筒形的第一区段3a处。在套管4和/或复位元件11、11a的上方同样设有呈O型环形式的密封元件15，该密封元件相对于阀元件3附加地密封阀连接元件2。然而，在压缩部10的区域和壁部9的部分区域9a中和这两个区域之间不设有单独的密封元件。基于装置的根据本发明的结构不需要该密封元件。前文提及的密封元件15设置在阀元件3的独立的第二区段3b处并且因此可容易地更换或维护。不仅阀元件3的第一区段3a而且阀元件的第二区段3b可借助于螺纹连接16a、16b与阀连接元件2连接。对此在套管4的上方在第一区段3a和阀连接元件2之间设有第一螺纹连接16a并且在阀元件3的第二区段3b和阀连接元件2之间设有第二螺纹连接16b。阀元件3的第一区段3a具有用于内六角扳手(Innensechskantschlüssel)的扳手容纳部，借助于该内六角扳手可将第一区段3a通过第一螺纹连接16a与阀连接元件2连接。阀元件阀连接元件3的第二区段3b具有引导介质的阀导通部的延长部，借助于该延长部可通过阀元件阀连接元件3或3b导出或导入介质。延长部构造为其穿过或接合阀连接元件3的第一区段3a的贯通孔并且在装置的已装配状态下伸入到介质容器1中的程度使得减小装置特别是在给介质容器1灌注时的热负荷。对此，延长部穿过第一区段3a伸到介质容器1中。优选的是，在装置的已装配状态下延长部的下部的伸到介质容器中的端部与第一区段3a间隔有至少大于或等于阀元件阀连接元件3的第一区段3a的压缩部10的外径D的间距。
从图4a和图4b可看到根据本发明的装置的另一细节图。在此，复位元件11a和套管4同样构造为套筒形且插入彼此并且压缩部10被复位元件11a和套管4包围。在装配阀元件3、3a之前压缩部10的外径D(参见图4b)大于在装配阀元件3、3a之前套管4和/或复位元件11a的内径d(参见图4a)。在装配阀元件3、3a之前压缩部10的外径D与套管4和/或复位元件11a的内径d之差(D-d)相对于(除以)在装配阀元件3、3a之前套管4和/或复位元件11a的内径d的比值(D-d)/d位于在0.001和0.3之间的范围中、优选在0.01和0.2之间的范围中、更优选在0.08和0.15之间的范围中、更加优选在0.1和0.12之间的范围中。复位元件11、11a由交联塑料材质制成。压缩部10、套管4和复位元件11、11a相互匹配且构造成使得通过套管4和复位元件11、11a的共同压缩可调节弹性变形X(等于壁厚R相比于在装配阀连接元件2之后复位元件的壁厚r的差值)，该弹性变形大于在装置的使用期限中套管4的最大蠕变变形Y，从而套管4的蠕变变形Y可通过复位元件11、11a补偿并且在压缩部10、套管4、复位元件11、11a和壁部9的部分区域9a之间产生持久的压配合，该压配合相对于处于压力下的介质进行密封。在此，弹性变形X相当于在装配阀元件3、3a、3b之前套管4的壁厚K的至少0.3倍、优选至少0.5倍、更优选至少0.8倍、更加优选至少1.0倍、特别优选至少1.2倍。套筒形的复位元件11、11a在其背离介质容器1的端部处具有侧向伸出的法兰25，该法兰部分区段地或环绕地设置、特别是一体成型在复位元件11、11a处。在此，法兰25与在阀连接元件2的壁部9之内的阶梯形的底切(Hinterschnitt)共同作用并且因此防止在装配阀元件3、3a时复位元件11、11a和/或套管4朝介质容器1的方向压皱或压到介质容器1中。复位元件11、11a在介质容器1与阀连接元件2连接之后插到套管4中或套管4上。
图5a和图5b示出了根据本发明的装置的另一实施方式的细节图，其中，复位元件11b构造为圆盘形，并且其中，在套管4的上端部7处成型有包围开口8的、与套管4围成在80°至100°范围的角α的凸缘30，其中，凸缘下侧31形成套管外壁5的部分区域5a并且凸缘上侧32形成套管内壁6的部分区域6a。如图5b所示，通过装配阀元件3、3a进行套管4和复位元件11b的共同压缩，其中，套管4的凸缘30和复位元件11b共同压缩在壁部9的第一部分区域9a和第一压缩部10之间。构造为圆盘形的复位元件11b附加地与构造为套筒形的复位元件11a连接为一体。除了这样组合的复位元件11a、11b的更加改善的密封性之外，在装配阀元件3、3a时通过在套筒形的和圆盘形的复位元件11a、11b之间形成的底切有效地防止了压缩部10或阀元件3、3a将复位元件11a、11b和/或套管4压皱或者移动到介质容器1中。在此，弹性变形X分别相当于在装配阀元件3、3a之前套管4的壁厚K的至少0.3倍、优选至少0.5倍、更优选至少0.8倍、更加优选至少1.0倍、特别优选至少1.2倍。对于本实施方式，阀连接元件2可构造为两件式或多件式，使得阀连接元件2可围绕套管4或凸缘30装配。作为替代，凸缘30还可在将阀连接元件2和介质容器1连接之后才形成(例如通过成型工具由套管4的一部分区域形成)。
用于装配在图1a至图5b中所示的用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置的方法包括以下步骤：提供以成型工艺、优选以吹塑工艺制造的介质容器1；将阀连接元件2设置在介质容器1处；装配阀元件3、3a，其中，套管4和复位元件11、11a、11b共同压缩在壁部9的部分区域9a和压缩部10之间；继续进行阀元件3、3a的装配，直到套管4和复位元件11、11a、11b的共同压缩引起复位元件11、11a、11b的变形X，该变形大于套管4在装置的使用期限中的最大蠕变变形Y，使得套管4的蠕变变形Y可通过复位元件11、11a、11b补偿并且在压缩部10、套管4、复位元件11、11a、11b和壁部9的部分区域9a之间产生持久的压配合。该压配合可实现相对于处于压力下的介质而密封相应的密封区域。在此，弹性变形X相当于在装配阀元件3、3a之前套管4的壁厚K的至少0.3倍、优选至少0.5倍、更优选至少0.8倍、更加优选至少1.0倍、特别优选至少1.2倍。
从图6a至图6c可看到根据本发明的装置的优点的示意图。在此，图6a示出了在装配阀元件3、3a之前或将其与阀连接元件2连接之前装置的状态。套管外壁5的部分区域5a与阀连接元件2的壁部9的部分区域9a对置，其中，阀元件3、3a具有压缩部10，该压缩部在装置的装配状态下(参见图6b和6c)与套管内壁6的部分区域6a对置。在壁部9的部分区域9a和压缩部10之间附加地设置有复位元件11、11a、11b，使得在装配阀元件3、3a时套管4和复位元件11、11a、11b共同压缩在壁部9的部分区域9a和压缩部10之间(参见图6b和6c)。复位元件11、11a、11b由交联塑料材质、优选由交联聚乙烯制成。压缩部10、套管4和复位元件11、11a、11b相互匹配且构造成使得通过套管4和复位元件11、11a、11b的共同压缩可调节复位元件11、11a、11b的弹性变形X，该弹性变形大于在装置的使用期限中套管4的最大蠕变变形Y。在此，弹性变形X相当于在装配阀元件3、3a之前套管4的壁厚K的至少0.3倍、优选至少0.5倍、更优选至少0.8倍、更加优选至少1.0倍、特别优选至少1.2倍。由此待补偿的蠕变变形Y计算为壁厚k1和在达到最大蠕变变形时或者在套管4的纯弹性变形状态下最初的变形(相当于壁厚k1)和在蠕变变形期间或在最大蠕变变形Y下壁厚k2之间的中间阶段中的壁厚k2的差。套管4的蠕变变形Y可通过复位元件11、11a、11b补偿，使得在压缩部10、套管4、复位元件11、11a、11b和壁部9的部分区域9a之间产生持久的压配合。该压配合可实现相对于处于压力下的介质而密封相应的密封区域。在此，复位元件11、11a、11b的壁厚R比在装配阀元件3、3a之前套管4的壁厚K至少大1.8倍。在图6c中通过虚线箭头示意性地表明了通过复位元件11、11a、11b的弹性回弹实现套管4的蠕变变形Y的回弹和补偿。
图7示出了根据本发明的具有燃料电池单元40、介质连接管路41、减压器42和根据本发明的装置43的燃料能量转换装置。介质连接管路41将装置43与燃料电池单元40传导介质地连接。通过介质连接管路41，储存在根据本发明的装置43中的介质(在此为氢)可流向燃料电池40。因为在根据本发明的装置43内部处于压力下的介质处于急剧提高的压力(在本实施例中氢具有750bar)下，在介质流动方向上在燃料电池单元40之前设置有减压器42。在燃料电池40中由燃料(在本情况中由氢)转换的电能通过电连接线44输送到用电器50(例如电动马达)或储能器50(例如牵引电池)。
图8示出了在图1a至3b中所示的复位元件11、11a，其具有多个锁定元件20，这些锁定元件相应地与构造在阀连接元件2的内壁9处的锁定匹配元件21共同作用，使得在装配阀元件3、3a时防止复位元件11、11a相对于阀连接元件2和/或套管4的移动。在此，锁定元件20与复位元件11、11a构造为一体。

Claims (29)

1.一种用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置，其具有：
-由塑料材质制成的容纳所述介质的介质容器(1)，
-至少一个与所述介质容器(1)连接的阀连接元件(2)，
-至少一个可与所述阀连接元件(2)连接的阀元件(3、3a、3b)，
其中，所述介质容器(1)具有一体形成且从所述介质容器(1)伸出的具有套管外壁(5)和套管内壁(6)的套管(4)，
其中，所述套管(4)的上端部(7)限定所述介质容器(1)的开口(8)的自由截面，
其中，所述阀连接元件(2)布置在所述开口(8)的区域中并且所述套管外壁(5)的部分区域(5a)与所述阀连接元件(2)的壁部(9)的部分区域(9a)相对布置，并且
其中，所述阀元件(3、3a)具有压缩部(10)，该压缩部在所述装置的装配状态下与所述套管内壁(6)的部分区域(6a)相对布置，
其中，在所述壁部(9)的部分区域(9a)和所述压缩部(10)之间附加地布置有至少一个复位元件(11、11a、11b)，使得在装配所述阀元件(3、3a)时所述套管(4)和所述复位元件(11、11a、11b)共同压缩在所述壁部(9)的所述部分区域(9a)和所述压缩部(10)之间，
其中，所述复位元件(11、11a、11b)由交联塑料材质制成，并且
其中，所述压缩部(10)、所述套管(4)和所述复位元件(11、11a、11b)相互匹配且构造成使得通过所述套管(4)和所述复位元件(11、11a、11b)的共同压缩可调节所述复位元件(11、11a、11b)的弹性变形(X)，该弹性变形大于在所述装置的使用期限中所述套管(4)的最大蠕变变形(Y)，
从而所述套管(4)的蠕变变形(Y)可通过所述复位元件(11、11a、11b)补偿并且在所述压缩部(10)、所述套管(4)和所述复位元件(11、11a、11b)以及所述壁部(9)的所述部分区域(9a)之间产生持久的压配合，
其特征在于，所述复位元件(11a)和所述套管(4)构造为套筒形并且插入彼此或插在彼此上面，并且所述压缩部(10)被所述复位元件(11a)和所述套管(4)包围，其中，在装配所述阀元件(3、3a)之前所述压缩部(10)的外径(D)大于所述套管(4)和/或所述复位元件(11a)的内径(d)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性变形(X)相当于所述套管(4)的壁厚(K)的至少0.3倍。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述复位元件(11、11a、11b)的壁厚(R)比所述套管(4)的壁厚(K)大至少1.5倍。
4.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述容纳所述介质的介质容器(1)由聚酰胺制成。
5.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述复位元件(11b)构造为圆盘形，并且，在所述套管(4)的上端部(7)处一体成型有包围所述开口(8)的凸缘(30)，其中，凸缘下侧(31)形成所述套管外壁(5)的所述部分区域(5a)并且凸缘上侧(32)形成所述套管内壁(6)的所述部分区域(6a)。
6.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述复位元件(11、11a、11b)在所述复位元件(11、11a、11b)的表面上或其表面中具有至少一处限定的表面不平整性。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述限定的表面不平整性由在纵截面和/或横截面中为波浪形的复位元件(11、11a、11b)形成。
8.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述复位元件(11、11a)处布置有至少一个锁定元件(20)，所述锁定元件与构造在所述阀连接元件(2)的壁部(9)处的锁定匹配元件(21)共同作用，使得在装配所述阀元件(3、3a)时阻碍所述复位元件(11、11a)相对于所述阀连接元件(2)和/或所述套管(4)的移动。
9.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述套管(4)的壁厚(K)小于相邻的所述介质容器(1)的壁厚(M)。
10.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述阀元件(3)构造为多件式，其中，所述压缩部(10)布置在所述阀元件(3)的独立的第一区段(3a)上。
11.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述套管(4)和/或所述复位元件(11、11a、11b)的上方设有密封元件(15)，该密封元件相对于所述阀元件(3)密封所述阀连接元件(2)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述阀元件(3)构造为多件式，其中，所述压缩部(10)布置在所述阀元件(3)的独立的第一区段(3a)上，所述密封元件(15)布置在所述阀元件(3)的独立的第二区段(3b)上。
13.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述压缩部(10)和所述壁部(9)的所述部分区域(9a)的区域中和之间的区域中不设有单独的密封元件。
14.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述套管(4)的上方，在所述阀元件(3、3a、3b)和所述阀连接元件(2)之间布置有螺纹连接(16、16a、16b)。
15.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述壁部(9)的所述部分区域(9a)具有至少一个限定的表面不平整性。
16.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述介质容器(1)被加强层(17)包围。
17.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述复位元件(11、11a、11b)由交联聚乙烯制成。
18.根据上述权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述弹性变形(X)相当于所述套管(4)的壁厚(K)的至少0.8倍。
19.根据上述权利要求5所述的装置，其特征在于，所述凸缘(30)与所述套管(4)围成在20°至170°范围中的角(α)。
20.根据上述权利要求7所述的装置，其特征在于，所述复位元件(11、11a、11b)具有恒定的壁厚(R)。
21.根据上述权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一区段(3a)为套筒形。
22.根据上述权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一区段(3a)为套筒形。
23.根据上述权利要求11所述的装置，其特征在于，所述密封元件(15)为O型环(15)。
24.根据上述权利要求16所述的装置，其特征在于，所述加强层(17)为缠绕的或编织的。
25.根据上述权利要求6所述的装置，其特征在于，所述表面不平整性是由成型部或凹口形成的。
26.一种燃料能量转换装置，其具有：
-燃料电池单元(40)，
-至少一个介质连接管路(41)，
-至少一个减压器(42)；以及
-至少一个根据上述权利要求1至25中任一项所述的装置(43)，
其特征在于，所述介质连接管路(41)将所述根据上述权利要求1至25中任一项所述的装置(43)与所述燃料电池单元(40)传导介质地连接并且所述减压器(42)在介质流动方向上布置在所述燃料电池单元(40)之前。
27.一种具有根据上述权利要求1至25中任一项所述的装置或具有根据权利要求26所述的燃料能量转换装置的机动车。
28.一种用于装配根据权利要求1至25中任一项所述的用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
-提供以成形工艺制造的介质容器(1)，
-将所述阀连接元件(2)布置在所述介质容器(1)上，
-装配所述阀元件(3、3a)，其中，所述套管(4)和所述复位元件(11、11a、11b)共同压缩在所述壁部(9)的所述部分区域(9a)和所述压缩部(10)之间，
-继续进行所述阀元件(3、3a)的装配，直到所述套管(4)和所述复位元件(11、11a、11b)的共同压缩引起所述复位元件(11、11a、11b)的弹性变形(X)，该弹性变形大于在所述装置的使用期限中所述套管(4)的最大蠕变变形(Y)，
使得所述套管(4)的最大蠕变变形(Y)可通过所述复位元件(11、11a、11b)补偿并且在所述压缩部(10)、所述套管(4)、所述复位元件(11、11a、11b)和所述壁部(9)的所述部分区域(9a)之间产生持久的压配合。
29.根据上述权利要求28所述的用于储存和输送压力下的液态和/或气态介质的装置的方法，其特征在于，所述介质容器(1)以吹塑成形工艺制造。
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