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DE102012024850A1 - Gas handling unit for tank system of vehicle, has pressure control device, overpressure security unit, low pressure measurement device and filtering apparatus accommodated in common housing divided into high and low pressure portions - Google Patents

Gas handling unit for tank system of vehicle, has pressure control device, overpressure security unit, low pressure measurement device and filtering apparatus accommodated in common housing divided into high and low pressure portions Download PDF

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DE102012024850A1
DE102012024850A1 DE201210024850 DE102012024850A DE102012024850A1 DE 102012024850 A1 DE102012024850 A1 DE 102012024850A1 DE 201210024850 DE201210024850 DE 201210024850 DE 102012024850 A DE102012024850 A DE 102012024850A DE 102012024850 A1 DE102012024850 A1 DE 102012024850A1
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pressure
gas handling
handling unit
bar
low
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Withdrawn
Application number
DE201210024850
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German (de)
Inventor
Erwin Weh
Wolfgang Weh
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Individual
Original Assignee
Individual
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Priority to PCT/EP2013/003823 priority patent/WO2014095050A1/en
Priority to PCT/EP2013/003824 priority patent/WO2014095051A2/en
Priority to DE112013006097.3T priority patent/DE112013006097A5/en
Priority to DE112013006072.8T priority patent/DE112013006072A5/en
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Abstract

The gas handling unit (1000) comprises a pressure control device, an overpressure security unit in low-pressure range, a low pressure measurement device and a filtering apparatus that are arranged to form a structural unit. The pressure control device, overpressure security unit in low-pressure range, low pressure measurement device and filtering apparatus are accommodated in the common housing (3). The common housing is designed with one or several portions and is divided into a high-pressure portion (HT) and a low-pressure portion (NT). Independent claims are included for the following: (1) vehicle; and (2) pressure regulating valve of gas handling unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gashandhabungseinheit, eine sogenannte Gashandling (GHU) für ein System, insbesondere ein Fahrzeug, bevorzugt ein Tanksystem eines Fahrzeuges mit einem fluiden Medium, insbesondere einem Gas, mit mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, auf einen Ausgangsdruck von weniger als 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar Druck.The invention relates to a gas handling unit, a so-called gas handling (GHU) for a system, in particular a vehicle, preferably a tank system of a vehicle with a fluid medium, in particular a gas, with more than 500 bar, in particular more than 700 bar, in particular in the area 700th bar to 1000 bar, to an outlet pressure of less than 50 bar, in particular less than 25 bar, in particular in the range 25 bar to 5 bar pressure.

Heute werden zunehmend gasförmige Medien wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff als Kraftstoffe zum Antrieb von Maschinen, insbesondere Fahrzeugen eingesetzt. Hierbei wird das gasförmige Medium, nachdem es von einer Tankstelle in einen Fahrzeugtank abgegeben wurde, beim Betrieb des Fahrzeugs kontinuierlich zu einem Verbraucher, beispielsweise einem Motor oder einer Brennstoffzelle, geführt und dort verbraucht. Hierbei ergibt sich das Problem, dass der Tank des Fahrzeugs bei Verwendung bestimmter fluider Medien, wie beispielsweise Wasserstoff, als Kraftstoff mit hohen Drücken mit mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, aufweist. Unter hohem Druck im Tank gelagerter Wasserstoff wird kontinuierlich an den Verbraucher, z. B. den Fahrzeugmotor oder die Brennstoffzelle abgegeben und unter gleichbleibendem Druck, bevorzugt einem Druck von weniger als 50 bar, insbesondere weniger als 25 bar, insbesondere im Bereich 25 bis 5 bar, verbraucht werden.Today, increasingly gaseous media such as natural gas or hydrogen are used as fuels for driving machines, in particular vehicles. Here, the gaseous medium, after it has been discharged from a gas station in a vehicle tank, during operation of the vehicle continuously to a consumer, such as a motor or a fuel cell, out and consumed there. This results in the problem that the tank of the vehicle when using certain fluid media, such as hydrogen, as a fuel with high pressures greater than 500 bar, in particular more than 700 bar, in particular in the range 700 bar to 1000 bar has. Hydrogen stored under high pressure in the tank is continuously fed to the consumer, e.g. B. the vehicle engine or the fuel cell discharged and under constant pressure, preferably a pressure of less than 50 bar, in particular less than 25 bar, in particular in the range 25 to 5 bar, consumed.

Es ist daher notwendig, eine Gashandhabungseinheit (GHU) zur Verfügung zu stellen, die eingangsseitig mit einem Druck von mehr als 500 bar aus dem Tank beaufschlagt werden kann und ausgangsseitig am Verbraucher, z. B. am Motor einen konstanten Druck von weniger als 50 bar, insbesondere im Bereich 25 bar bis 5 bar, bevorzugt 15 bar bis 9 bar, zur Verfügung stellt, wobei zu beachten ist, dass bei kontinuierlichem Verbrauch unter hohem Druck der Druck des im Behälter gespeicherten Kraftstoffs beständig abnimmt. Trotz Druckabnahme im Kraftstoffbehälter soll ausgangsseitig am Verbraucher immer derselbe Druck anliegen mit möglichst geringer Drucktoleranz.It is therefore necessary to provide a gas handling unit (GHU) available, which can be charged on the input side with a pressure of more than 500 bar from the tank and the output side on the consumer, eg. B. on the engine a constant pressure of less than 50 bar, in particular in the range 25 bar to 5 bar, preferably 15 bar to 9 bar, is available, it should be noted that with continuous consumption under high pressure, the pressure in the container stored fuel decreases steadily. Despite pressure decrease in the fuel tank output side should always be the same pressure on the consumer with the lowest possible pressure tolerance.

Eine Gashandhabungseinheit (GHU) gemäß dem Stand der Technik besteht aus vielen Einzelteilen, die miteinander verbunden sind – bspw. Rohre, Ventile, Regler. Mit der Anzahl an Verbindungen in einem System steigt das Risiko auf Versagen entsprechend der Anzahl der Komponenten. Auch die Fehleranalyse ist aufwändiger je mehr Teile verbaut sind. So ist eine Funktionsprüfung eine GHU gemäß dem Stand der Technik zeitaufwändig und bedarf genauer Kenntnisse der Baupläne sowie der Materialeigenschaften der verwendeten Komponenten.A gas handling unit (GHU) according to the prior art consists of many individual parts that are connected to each other -. For example, pipes, valves, regulators. With the number of connections in a system, the risk of failure increases according to the number of components. Also, the error analysis is more complex the more parts are installed. Thus, a functional test, a GHU according to the prior art is time-consuming and requires accurate knowledge of the blueprints and the material properties of the components used.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine kompakte Gashandhabungseinheit ohne Aufgabe von Leistungsmerkmalen, wie z. B. Fördermenge oder Druckbeständigkeit, zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art and a compact gas handling unit without the abandonment of features such. As delivery rate or pressure resistance to provide.

Des Weiteren soll sich die Gashandhabungseinheit (GHU) sich durch eine hohe Zuverlässigkeit sowie einen einfachen, kompakten Aufbau auszeichnen und einen ausreichenden Durchfluss bereitstellen.Furthermore, the gas handling unit (GHU) is characterized by a high reliability and a simple, compact design and provide sufficient flow.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gashandhabungseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst.According to the invention this object is achieved by a gas handling unit according to claim 1.

Die erfindungsgemäße Gashandhabungseinheit (GHU) umfasst:

  • – eine Druckregelvorrichtung
  • – eine Überdruckabsicherungseinheit im Niederdruckbereich
  • – eine Hochdruckmessvorrichtung
  • – eine Niederdruckmessvorrichtung
  • – eine Filtervorrichtung
The gas handling unit (GHU) according to the invention comprises:
  • - A pressure control device
  • - An overpressure protection unit in the low pressure range
  • - A high pressure measuring device
  • - A low pressure measuring device
  • - a filter device

Die GHU ist wenigstens dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung, die Überdruckabsicherungseinheit, die Hochdruckmessvorrichtung, die Niederdruckmessvorrichtung und die Filtervorrichtung eine bauliche Einheit ausbilden, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wobei das gemeinsame Gehäuse einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann und die Gashandhabungseinheit in einen Hochdruckteil (HT) und einen Niederdruckteil (NT) unterteilt ist.The GHU is at least characterized in that the pressure control device, the overpressure protection unit, the high pressure measuring device, the low pressure measuring device and the filter device form a structural unit, in particular housed in a common housing, wherein the common housing may be formed integrally or in several parts and the gas handling unit in a High pressure part (HT) and a low pressure part (NT) is divided.

Bei der erfindungsgemäßen GHU wird das Systemgewicht und die Anzahl an Komponenten verringert, ohne Leistungseinbußen hinnehmen müssen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Komponenten in ein einziges Bauteil integriert sind. Komponenten der GHU sind bevorzugt vereinheitlicht und standardisiert zu einem Komponentenmodul zusammengefasst. Dadurch wird eine Verarbeitungsvereinfachung erreicht. Sind die Komponenten in einem einzigen Bauteil integriert, so ist die Breite des Bauteils bevorzugt geringer als 100 mm, die Höhe des Bauteils geringer als 100 mm und die Länge des Bauteils geringer als 180 mm. Bevorzugt sind die Maße geringer als 70 × 70 × 150 mm (Breite × Höhe × Länge). Ein besonders bevorzugtes Bauteil hat Maße von 64 × 64 × 145 mm (Breite × Höhe × Länge).In the GHU according to the invention, the system weight and the number of components is reduced, without sacrificing performance. This is achieved by integrating the components into a single component. Components of the GHU are preferably unified and standardized to form a component module. This achieves a processing simplification. If the components are integrated in a single component, the width of the component is preferably less than 100 mm, the height of the component less than 100 mm and the length of the component less than 180 mm. Preferably, the dimensions are less than 70 × 70 × 150 mm (width × height × length). A particularly preferred component has dimensions of 64 × 64 × 145 mm (width × height × length).

Die erfindungsgemäße Gashandhabungseinheit zeichnet sich somit durch minimalen Arbeitsraum bei gleichzeitiger Optimierung der Gesamtbauteilgröße und des Gewichtes aus.The gas handling unit according to the invention is thus characterized by minimal working space with simultaneous optimization of the overall component size and the weight.

Des Weiteren werden die Verbindungs- und Leckagestellen minimiert sowie die Anzahl der Befestigungsarmaturen. Furthermore, the connection and leakage points are minimized and the number of mounting fittings.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Druckregelvorrichtung in Form eines Druckregelventils wenigstens ein Schieberbauteil, einen Kolben sowie eine Feder umfasst und die Druckregeleinheit derart ausgestaltet ist, dass der Eingangsdruck mittels des Kolbens über die Feder und das Schieberbauteil kontinuierlich auf den Ausgangsdruck geregelt wird.It is particularly preferred if the pressure control device in the form of a pressure control valve at least one slide member, a piston and a spring and the pressure control unit is configured such that the input pressure is controlled by the piston via the spring and the slide member continuously to the output pressure.

Bevorzugt ist der Kolben gegenüber dem Schieberbauteil schwimmend gelagert. Hierdurch kann für einen mechanischen, einstufigen Druckregler eine sehr geräuscharme hohe Regelgenauigkeit erreicht werden. Des Weiteren erlaubt die schwimmende Lagerung den Ausgleich von hohen Querkräften, die beispielsweise durch die Feder, die bei dem breiten zu regelnden Druckbereich sehr starke Rückstellkräfte aufweist, erzeugt werden. Die schwimmende Lagerung des Kolbens erlaubt, dass der Kolben pendeln kann und so die z. B. durch die Feder bedingten Querkräfte ausgleicht. Durch den pendelnden Kolben kann der Verschleiß, der insbesondere durch die hohen, auf den Kolben wirkenden Querkräfte bedingt ist, stark reduziert werden, so dass sich das erfindungsgemäße Druckregelventil durch eine hohe Lebensdauer und insbesondere auch eine hohe Regelgenauigkeit auszeichnet, die zudem über die Lebensdauer von bis zu 20 Jahren auch einen geringen Drift des Ausgangsdruckes aufweist. Die Regelgenauigkeit des Druckregelventils gemäß der Erfindung ist ±5 bar, insbesondere ±2 bar, besonders bevorzugt ±0,5 bar für einen Ausgangsdruck ausgangsseitig von weniger als 25 bar, insbesondere 5 bis 15 bar, bevorzugt beispielsweise 9 bar. Regelgenauigkeit bedeutet vorliegend, dass der Ausgangsdruck auf beispielsweise 9 ± 0,5 bar eingehalten werden kann, bei Eingangsdrücken von bis zu 900 bar. Geringe Drift bedeutet vorliegend, dass der Ausgangsdruck über die Zeit nur wenig abdriftet, beispielsweise in 10 Jahren, insbesondere 20 Jahren, nur um ±1 bar, bevorzugt ±0,5 bar, d. h. der Ausgangsdruck hat sich in 10 Jahren, insbesondere 20 Jahren, nur von 9,0 bar auf 9,5 bar, beispielsweise durch Verschleiß, geändert.Preferably, the piston is mounted floating relative to the slide member. As a result, a very quiet high control accuracy can be achieved for a mechanical, single-stage pressure regulator. Furthermore, the floating bearing allows the compensation of high shear forces, which are generated for example by the spring, which has very strong restoring forces at the wide pressure range to be controlled. The floating bearing of the piston allows the piston to oscillate and so the z. B. compensated by the spring-related transverse forces. By the oscillating piston, the wear, which is due in particular to the high, acting on the piston shear forces are greatly reduced, so that the pressure control valve according to the invention is characterized by a long life and in particular a high control accuracy, which also over the life of up to 20 years also has a slight drift in the initial pressure. The control accuracy of the pressure control valve according to the invention is ± 5 bar, in particular ± 2 bar, more preferably ± 0.5 bar for an output pressure on the output side of less than 25 bar, in particular 5 to 15 bar, preferably for example 9 bar. In the present case, control accuracy means that the outlet pressure can be maintained at, for example, 9 ± 0.5 bar, at inlet pressures of up to 900 bar. In the present case, low drift means that the initial pressure drifts only slightly over time, for example in 10 years, in particular 20 years, only by ± 1 bar, preferably ± 0.5 bar, d. H. the outlet pressure has changed in 10 years, especially 20 years, only from 9.0 bar to 9.5 bar, for example due to wear.

Um die Rückstellkraft in der Feder und damit auch den Ausgangsdruck ausgangsseitig einstellen zu können, ist vorgesehen, dass der Kolben auf dem Schieberbauteil beispielsweise mittels eines Gewindes verschoben werden kann. Um den Kolben in Position zu halten, kann eine Arretiervorrichtung, die als Verdrehsicherung mit Arretieröffnungen, in die ein Bolzen des schwimmend, gelagerten Kolbens eingreifen kann, ausgelegt ist, vorgesehen sein.In order to set the restoring force in the spring and thus the output pressure on the output side, it is provided that the piston can be moved on the slider member, for example by means of a thread. In order to hold the piston in position, a locking device, which is designed to prevent rotation with locking holes into which a bolt of the floating, stored piston is designed, may be provided.

Um den Druck einstellen zu können, ist vorgesehen, dass die Feder der Druckregeleinheit eine Vorspannung aufweist und die Feder auf den Kolben zur Einstellung des Ausgangsdruckes wirkt.In order to adjust the pressure, it is provided that the spring of the pressure control unit has a bias and the spring acts on the piston to adjust the output pressure.

Die erfindungsgemäße Gashandhabungseinheit zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Gas von der Eingangsseite zur Ausgangsseite strömungsoptimiert strömen kann. Hierzu ist vorgesehen, dass das Schieberbauteil eine Bohrung zum Hindurchleiten des fluiden Mediums, insbesondere des gasförmigen Mediums, von der Eingangsseite mit dem Eingangsdruck zu der Ausgangsseite mit dem Ausgangsdruck und/oder einen spitzen Abschnitt umfasst, wobei die Bohrung und/oder der spitze Abschnitt bevorzugt strömungsoptimiert ausgestaltet ist.The gas handling unit according to the invention is also distinguished by the fact that the gas can flow in a flow-optimized manner from the inlet side to the outlet side. For this purpose, it is provided that the slide member comprises a bore for passing the fluid medium, in particular the gaseous medium, from the inlet side with the inlet pressure to the outlet side with the outlet pressure and / or a pointed portion, wherein the bore and / or the pointed portion preferred designed optimized flow.

Aufgrund der hohen Regelgenauigkeit des Druckregelventils ist es möglich, die Bohrung mit einem relativ großen Durchmesser von mehr als 1,7 mm, insbesondere mehr als 2 mm, auszubilden, wodurch ein Massendurchfluss von mehr als 8 kg fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, bevorzugt mehr als 12 kg fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, pro Stunde bei einem sehr geringen Eingangsdruck von nur 15 bar gewährleistet werden kann. Dies ermöglicht bei einem Verbau in einem Fahrzeug eine ausreichende Wasserstoffzufuhr zu einer Brennstoffzelle bei fast leerem Vorratstank, der zu geringen Eingangsdrücken von z. B. 15 bar führt.Due to the high control accuracy of the pressure control valve, it is possible to form the bore with a relatively large diameter of more than 1.7 mm, in particular more than 2 mm, whereby a mass flow of more than 8 kg of fluid medium, in particular hydrogen, preferably more than 12 kg of fluid medium, in particular hydrogen, per hour at a very low inlet pressure of only 15 bar can be guaranteed. This allows for a shoring in a vehicle sufficient hydrogen supply to a fuel cell with almost empty storage tank, the low input pressures of z. B. 15 bar leads.

Eine besonders gute Dichtheit wird erzielt, wenn an dem spitzen Abschnitt des Schieberbauteils das Druckregelventil eine Dichtung aufweist, die sowohl mit dem spitzen Abschnitt des Schieberbauteils als auch mit der Gehäusewand zur Anlage kommt. Sehr gute Dichtheitswerte und hohe Langlebigkeit bei gutem Verschleißverhalten sowie hohe Temperaturbeständigkeit und hohe Widerstandsfähigkeit können dann erreicht werden, wenn die Dichtung im Bereich des Spitzenabschnittes als Dichtmaterial aus einem wasserstoffbeständigen Material, insbesondere Polyamidimid, besteht. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die Dichtung nicht auf der Spitze des Schieberbauteiles aufgebracht und dichtet nur gegen Metall, sondern ist als Dichtring ausgebildet, und die angeschrägten Seiten des Spitzenabschnittes des Schieberbauteils liegen am Dichtring an, wodurch eine sehr hohe Dichtheit erreicht wird. Des Weiteren ist der Verschleiß des Dichtmaterials niedrig, da die Dichtfläche vom Massenstrom des strömenden Mediums abgewandt ist, so dass Partikel, die sich im Massenstrom befinden können, die Dichtung nicht zerstören bzw. angreifen können.A particularly good tightness is achieved if, at the pointed portion of the slide member, the pressure regulating valve has a seal which comes into contact with both the pointed portion of the slider member and the housing wall. Very good tightness and high durability with good wear behavior and high temperature resistance and high resistance can be achieved if the seal in the region of the tip portion as a sealing material made of a hydrogen-resistant material, in particular polyamideimide exists. In contrast to the prior art, the seal is not applied to the tip of the slide member and seals only against metal, but is designed as a sealing ring, and the tapered sides of the tip portion of the slide member abut the sealing ring, whereby a very high tightness is achieved. Furthermore, the wear of the sealing material is low because the sealing surface is remote from the mass flow of the flowing medium, so that particles that can be in the mass flow, the seal can not destroy or attack.

Der Dichtring liegt somit nicht direkt im Strom des fluiden Mediums, und ist somit verschleißarm. Dadurch wird eine hohe Lebensdauer erreicht, was wiederum zu einer erhöhten Regelgenauigkeit d. h. geringe Ausgangsdrucktoleranz sowie zu einem geringen Drift des Ausgangsdruckes über die Gesamtlebensdauer führt.The sealing ring is thus not directly in the flow of the fluid medium, and is thus wear. As a result, a long service life is achieved, which in turn leads to increased control accuracy ie low outlet pressure tolerance and to a low drift in the outlet pressure over the entire lifetime.

Der Dichtring selbst ist im Gehäuse des Druckreglers, das bevorzugt aus Aluminium ist, eingepresst.The sealing ring itself is in the housing of the pressure regulator, which is preferably made of aluminum, pressed.

Die Dichtheit des Druckregelventils nach innen, d. h. im Inneren der Druckregeleinheit, z. B. vom Hochdruck- zum Niederdruckteil ist derart, dass die Leckage geringer als 10 Ncm3/h H2 ist.The tightness of the pressure control valve inside, ie inside the pressure control unit, z. B. from high pressure to low pressure part is such that the leakage is less than 10 Ncm 3 / h H 2 .

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Leckage nach innen, d. h. das Überströmen vom Hochdruckteil in den Niederdruckteil geringer als 2·10–4 mbar l/s H2 ist, und zwar auch nach 10 Jahren, insbesondere nach 20 Jahren.It is particularly preferred if the leakage to the inside, ie the overflow from the high pressure part in the low pressure part is less than 2 · 10 -4 mbar l / s H 2 , even after 10 years, especially after 20 years.

Die Dichtheit des Druckregelventils nach außen, d. h. in die Umgebung ist derart, dass die Leckage geringer als 10 Ncm3/h H2 ist über alle dichtstellen.The tightness of the pressure control valve to the outside, ie in the environment is such that the leakage is less than 10 Ncm 3 / h H 2 is over all tight spots.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Leckage nach außen geringer als 2·10–4 mbar l/s H2 ist, und zwar auch nach 10 Jahren, insbesondere nach 20 Jahren.It is particularly preferred if the leakage to the outside is less than 2 · 10 -4 mbar l / s H 2 , even after 10 years, especially after 20 years.

Um praktisch gänzlich zu verhindern, dass Partikel mit dem Gasstrom eingangsseitig in das Druckregelventil gelangen und von dort beispielsweise in den Motor, wird bevorzugt die Gasbehandlungseinheit (GHU) mit einer Filtervorrichtung versehen. Bevorzugt ist die Filtervorrichtung als Feinfilter an der Eingangsseite in Strömungsrichtung vor dem Schieberbauteil ausgebildet, wobei es sich bevorzugt ohne Beschränkung hierauf um ein Filtersieb mit einer Maschenweite im Bereich 2 μm bis 100 μm, insbesondere 2 μm bis 40 μm, handelt. Ein derartiges Filtersieb ist in der für denselben Anmelder eingereichten aber nachveröffentlichten Anmeldung PCT/EP2012/004692 beschrieben, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird. Anstelle des Filtersiebes wie zuvor beschrieben wäre auch ein Sinterfilter denkbar oder ein drahtgewickelter Filter wie beispielsweise in der WO 02/00322A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich mit aufgenommen wird.In order to prevent almost completely that particles with the gas flow on the input side get into the pressure control valve and from there, for example, in the engine, the gas treatment unit (GHU) is preferably provided with a filter device. Preferably, the filter device is designed as a fine filter on the input side in the flow direction in front of the slide member, which is preferably without limitation a filter with a mesh size in the range 2 microns to 100 microns, especially 2 microns to 40 microns, is. Such a filter is in the filed for the same applicant but post-published application PCT / EP2012 / 004692 to which reference is made in its entirety. Instead of the filter screen as described above, a sintered filter would be conceivable or a wire wound filter such as in the WO 02 / 00322A1 whose disclosure content is included in full.

Bevorzugt umfasst das Filterbauteil neben dem Filtersieb einen Grundkörper, der den Stützkörper für das Filtersieb bzw. Filtermesh bildet. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine große Filterfläche auf kleinem Bauraum zur Verfügung gestellt. Des Weiteren erlaubt der Grundkörper einen mehrlagigen Aufbau der Filterfläche, wodurch eine Optimierung an den jeweils geforderten Gasdurchfluss möglich ist. Des Weiteren weist ein derartig aufgebautes Filterbauteil auch eine ausreichende Resistenz gegen Druckspitzen und Wechselbelastungen im Bereich 700 bar bis 875 bar auf.In addition to the filter screen, the filter component preferably comprises a base body which forms the support body for the filter screen or filter mesh. By such a configuration, a large filter surface is provided in a small space available. Furthermore, the base body allows a multilayer structure of the filter surface, whereby an optimization of the respective required gas flow is possible. Furthermore, such a constructed filter component also has sufficient resistance to pressure peaks and alternating loads in the range 700 bar to 875 bar.

Um das Schieberbauteil führen zu können, besitzt das Druckregelventil beziehungsweise die Druckregelvorrichtung eine Führungsbuchse. Die Führungsbuchse ist bevorzugt von der Feder umgeben, die auf den Kolben wirkt. Der Kolben wiederum weist bevorzugt Dichtungen auf, die bevorzugt zwischen Kolben und Schieberbauteil und/oder Kolben und Gehäusewand angeordnet sind. Bei einer derartigen Anordnung der Kolben ist es möglich, dass ein druckloser Raum zwischen der Gehäusewand und dem Schieberbauteil ausgebildet wird, in dem die Feder angeordnet ist. Ein derartiger druckloser Raum im Bereich der Feder kann an ein Entlüftungssystem angeschlossen sein, so dass der Eintrag von Verunreinigungen von außen verhindert wird.In order to be able to guide the slider component, the pressure regulating valve or the pressure regulating device has a guide bushing. The guide bush is preferably surrounded by the spring, which acts on the piston. The piston in turn preferably has seals, which are preferably arranged between the piston and the slide member and / or piston and housing wall. With such an arrangement of the pistons, it is possible that a pressureless space between the housing wall and the slider member is formed, in which the spring is arranged. Such a non-pressurized space in the region of the spring may be connected to a venting system, so that the entry of contaminants from the outside is prevented.

Bevorzugt umfasst bei der Gashandhabungseinheit, die Hochdruckmessvorrichtung einen Hochdrucksensor in einer Gehäusebohrung, wobei die Gehäusebohrung fluidleitend – bevorzugt innerhalb des Gehäuses – mit dem Hochdruckteil der Druckregelvorrichtung verbunden ist. Bevorzugt ist zwischen dem Hochdruckteil der Druckregelvorrichtung und der Gehäusebohrung, in der der Hochdrucksensor angeordnet ist, ein Filter, insbesondere ein Sinterfilter mit einer Maschenweite von 20 μm und weniger, bevorzugt 10 μm, vorgesehen, so dass Verunreinigungen aus dem Bereich der Gehäusebohrung, wie z. B. Abrieb oder Partikel, nicht in den Hochdruckteil der Druckregelvorrichtung eindringen. Der Sinterfilter wird zunächst bevorzugt in eine Büchse, bevorzugt aus PEEK, eingepresst und anschließend in die Gehäusebohrung. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Hochdrucksensor in einem rohrförmigen Körper eingesetzt ist, der in die Bohrung mit Hilfe des in der WO 2009/100898 beschriebenen Abdichtkonzeptes für eine Hochdruckverschraubung, deren Offenbarungsgehalt in vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, eingebracht wird.In the case of the gas handling unit, the high-pressure measuring device preferably comprises a high-pressure sensor in a housing bore, wherein the housing bore is connected to the high-pressure part of the pressure-regulating device in a fluid-conducting manner, preferably within the housing. Preferably, between the high pressure part of the pressure control device and the housing bore, in which the high pressure sensor is arranged, a filter, in particular a sintered filter with a mesh size of 20 microns and less, preferably 10 microns, provided so that impurities from the housing bore, such , As abrasion or particles, do not penetrate into the high pressure part of the pressure control device. The sintered filter is first preferably pressed into a bush, preferably made of PEEK, and then into the housing bore. It is particularly preferred if the high-pressure sensor is inserted in a tubular body, which in the bore by means of in the WO 2009/100898 described sealing concept for a high pressure fitting, the disclosure of which is incorporated in the present application, is introduced.

In einer weitergebildeten Ausführungsform weist die Niederdruckmessvorrichtung der Gasbehandlungseinheit einen Niederdrucksensor in einer Gehäusebohrung auf, wobei die Gehäusebohrung fluidleitend – bevorzugt innerhalb des Gehäuses – mit dem Niederdruckteil der Druckregelvorrichtung verbunden ist. Ein Filter wie im Falle der Hochdruckmessvorrichtung ist hier nicht erforderlich.In a further developed embodiment, the low-pressure measuring device of the gas treatment unit has a low-pressure sensor in a housing bore, wherein the housing bore is fluid-conducting - preferably within the housing - connected to the low-pressure part of the pressure control device. A filter as in the case of the high pressure measuring device is not required here.

Bevorzugt umfasst die Überdruckabsicherungseinheit ein Überdruckventil, das in das Gehäuse der Gashandhabungseinheit (GHU) integriert ist, wobei das Überdruckventil bevorzugt bei Drücken von mehr als dem 1,5-fachen bis 2-fachen eines Nennausgangsdruckes auslöst. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Überdruckventil nicht zu schnell auslöst. Andererseits wird sichergestellt, dass ein Auslösen stattfindet bevor der maximale Betriebsdruck des Niederdruckteiles erreicht wird.The overpressure protection unit preferably comprises a pressure relief valve which is integrated in the housing of the gas handling unit (GHU), wherein the overpressure valve preferably triggers at pressures of more than 1.5 times to 2 times a nominal output pressure. This ensures that the pressure relief valve does not trip too fast. On the other hand, it is ensured that a triggering takes place before the maximum operating pressure of the low pressure part is reached.

Um einen Serviceanschluss in die Gashandhabungseinheit (GHU) zu intergrieren, ist des Weiteren eine in das Gehäuse integrierte Entleervorrichtung, insbesondere in Form eines Entleernippels vorgesehen, wobei die Entleervorrichtung an den Niederdruckteil angeschlossen ist. In order to integrate a service connection into the gas handling unit (GHU), an emptying device integrated in the housing, in particular in the form of an emptying nipple, is furthermore provided, the emptying device being connected to the low-pressure part.

Neben der Gasbehandlungsvorrichtung stellt die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einer Gashandhabungseinheit (GHU) zur Verfügung, wobei der Hochrdruckteil der Gashandhabungseinheit mit einem Tanksystem, insbesondere einem Tankbehälter fluidleitend verbunden ist und der Niederdruckteil mit einem Verbraucher, insbesondere einem Verbrennungsmotor des Fahrzeuges oder einer Brennstoffzelle.In addition to the gas treatment device, the invention also provides a vehicle with a gas handling unit (GHU), the high pressure part of the gas handling unit being fluid-conductively connected to a tank system, in particular a tank container, and the low-pressure part to a consumer, in particular an internal combustion engine of the vehicle or a fuel cell.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden.The invention will be described below with reference to the figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine Schnittansicht (Schnitt A-A gemäß 2) einer Gashandhabungseinheit mit einer Druckregelvorrichtung in Form eines Druckregelventil; 1 a sectional view (section AA according to 2 ) a gas handling unit having a pressure regulating device in the form of a pressure regulating valve;

2 eine Draufsicht auf das Gehäuse, der Gashandhabungseinheit wobei Hochdruck- und Niederdruckbereich gekennzeichnet sind; 2 a plan view of the housing, the gas handling unit wherein high pressure and low pressure area are marked;

3 Schnitt B-B durch den Hochdruckbereich gemäß 2; 3 Cut BB through the high pressure area according to 2 ;

4 schematische Ansicht eines Tanksystems imt GHU (Gashandhabungseinheit). 4 schematic view of a tank system imt GHU (gas handling unit).

1 zeigt im Schnitt A-A gemäß 2 eine Gashandhabungseinheit (GHU) 1000 mit einem Druckregelventil 1, das in vorliegendem Fall ohne Beschränkung hierauf in ein Gehäusebauteil 3 integriert ist. Vorliegend ist das Gehäuse 3 ohne Beschränkung hierauf zweigeteilt in ein erstes Gehäuse 3.1 und ein zweites Gehäuse 3.2. Erstes und zweites Gehäuse sind, wie in 2 gezeigt, miteinander durch eine Flanschverbindung verbunden. Das Druckregelventil 1 umfasst einen Kolben 5, der auf einem Schieberbauteil 10 schwimmend gelagert ist. Die schwimmende Lagerung bedingt, dass der Kolben pendeln kann und auf diese Art und Weise Querkräfte, die beispielsweise durch die Feder erzeugt werden, ausgeglichen werden können. Des Weiteren umfasst das Druckregelventil eine Eingangsseite 20, die bevorzugt an einen Fahrzeugtank (nicht dargestellt) angeschlossen ist. An der Eingangsseite 20 des Druckregelventils steht ein fluides Medium, insbesondere ein gasförmiges Medium mit einem sehr hohen Druck an. Bei der Verwendung von Wasserstoff, wie es in mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommt, kann der Druck mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar betragen. Das unter hohem Druck stehende fluide Medium strömt über Leitungen durch das Druckregelventil zur Ausgangsseite 30 des Druckregelventils, wobei ausgangsseitig am Druckregelventil im Bereich der Arbeitsmaschine bzw. der Brennstoffzelle stets ein gleich großer Druck von weniger als 25 bar, insbesondere beispielsweise 9 bar, anliegt. Der Regler zeichnet sich dadurch aus, dass der Ausgangsdruck auf beispielsweise 9 bar auf bevorzugt 9 ± 5 bar, insbesondere 9 ± 2 bar, besonders bevorzugt 9 ± 1 bar, insbesondere bevorzugt 9 ± 0,5 bar geregelt werden kann. 1 shows in section AA according to 2 a gas handling unit (GHU) 1000 with a pressure control valve 1 in the present case, without limitation, in a housing component 3 is integrated. In the present case is the housing 3 without limitation, split into a first housing 3.1 and a second housing 3.2 , First and second housings are as in 2 shown connected to each other by a flange connection. The pressure control valve 1 includes a piston 5 standing on a slider component 10 is floating. The floating bearing requires that the piston can oscillate and in this way lateral forces, which are generated for example by the spring, can be compensated. Furthermore, the pressure regulating valve comprises an input side 20 , which is preferably connected to a vehicle tank (not shown). At the entrance side 20 the pressure control valve is a fluid medium, in particular a gaseous medium at a very high pressure. When hydrogen is used, as used in fuel cell vehicles, the pressure may be more than 500 bar, in particular more than 700 bar, in particular in the range 700 bar to 1000 bar. The fluid under high pressure flows through lines through the pressure regulating valve to the outlet side 30 the pressure control valve, wherein the output side of the pressure regulating valve in the region of the working machine or the fuel cell always an equal pressure of less than 25 bar, in particular for example 9 bar, is applied. The regulator is characterized in that the outlet pressure can be regulated to, for example, 9 bar to preferably 9 ± 5 bar, in particular 9 ± 2 bar, particularly preferably 9 ± 1 bar, particularly preferably 9 ± 0.5 bar.

Um den Druck von beispielsweise 875 bar auf 9 bar herunter zu regeln, ist eine Feder 40 vorgesehen, so dass der Eingangsdruck an der Eingangsseite 20 mittels des Kolbens 5 über die Feder 40 und das Schieberbauteil 10 auf den Ausgangsdruck an der Ausgangsseite 30 herabgeregelt werden kann.To regulate the pressure from, for example, 875 bar down to 9 bar is a spring 40 provided so that the input pressure at the input side 20 by means of the piston 5 over the spring 40 and the slider member 10 to the outlet pressure on the outlet side 30 can be downgraded.

Der ausgangsseitige Druck wirkt auf die Kolbenaußenseite 50 des Kolbens 5, da das Gas von der Eingangsseite 20 über die Bohrung 60, die bevorzugt strömungsoptimiert für einen Durchfluss ausgelegt ist, in den Raum 70 an der Ausgangsseite 30 des Druckventils geleitet wird, wobei die Außenseite des Kolbens 5 beaufschlagt wird und die Feder 40 die notwendige Gegenkraft zur Druckreduzierung aufbringt. Die Bohrung kann aufgrund der hohen Regelgenauigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung relativ groß, beispielsweise mit einem Durchmesser von mehr als 1,7 mm, beispielsweise 2,0 mm, ausgebildet sein. Es ist dann möglich, einen großen Massendurchfluss an fluidem Medium, insbesondere Wasserstoff, zur Verfügung zu stellen, bevorzugt von mehr als 8 kg pro Stunde, insbesondere mehr als 12 kg pro Stunde bei 15 bar Eingangsdruck. Des Weiteren liegt ein stetiger Übergang bei sich veränderndem Querschnitt vor. Um den schwimmend gelagerten Kolben 5 auf dem Schieberbauteil 10 zu sichern bzw. zu arretieren, sind Öffnungen 80 in Schieberbauteil 10 vorgesehen, in die Bolzen 90, die durch den Kolben 5 hindurchgeführt werden, eingreifen können. Auf diese Art und Weise wird mittels Bolzen 90 der Kolben 5 in einer vorbestimmten Position auf dem Schieberbauteil drehsicher gehalten und der ausgangsseitige Druck eingestellt. Die Verdrehsicherung verhindert, dass der Kolben sich aus der Gewindeposition herausdreht.The output pressure acts on the outside of the piston 50 of the piston 5 because the gas from the input side 20 over the hole 60 , which is preferably designed flow optimized for a flow in the room 70 at the exit side 30 the pressure valve is passed, the outside of the piston 5 is applied and the spring 40 the necessary counterforce for pressure reduction applies. Due to the high control accuracy of the arrangement according to the invention, the bore can be relatively large, for example with a diameter of more than 1.7 mm, for example 2.0 mm. It is then possible to provide a large mass flow of fluid medium, in particular hydrogen, preferably of more than 8 kg per hour, in particular more than 12 kg per hour at 15 bar inlet pressure. Furthermore, there is a steady transition with changing cross section. Around the floating piston 5 on the slider component 10 to secure or lock, are openings 80 in slide component 10 provided in the bolt 90 passing through the piston 5 be passed through, can intervene. In this way is by means of bolts 90 The piston 5 held in a predetermined position on the slider member against rotation and set the output side pressure. The anti-rotation device prevents the piston from rotating out of the threaded position.

Während die Verdrehsicherung des Kolbens 5 mit Hilfe eines Bolzens 90 erfolgt, kann die Verschiebung des Kolbens 5 auf dem Schieberbauteil, beispielsweise mittels eines Gewindes, vorgenommen werden. Auch andere Ausführungsformen zur Verschiebung des Kolbens sind denkbar.While the rotation of the piston 5 with the help of a bolt 90 can be done, the displacement of the piston 5 be made on the slider member, for example by means of a thread. Other embodiments for displacement of the piston are conceivable.

Wenn mehrere Öffnungen 80 entlang des Schieberbauteils vorgesehen sind, kann der Kolben an unterschiedlichen Positionen verdreh gesichert werden und so der Ausgangsdruck auf verschiedene Werte eingestellt werden. Der Kolben 5 ist sowohl gegenüber dem Gehäuse 3 mittels einer Dichtung 7 abgedichtet sowie zu einem Schieberbauteil mittels der Dichtung 9. An der Vorderseite 52 des Kolbens 5, auf den die Feder 40 wirkt. an der Gehäusewand des Gehäuses 3 wird ein Raum 54 ausgebildet, der weitgehend drucklos ist.If several openings 80 are provided along the slide member, the piston be secured at different positions twist and so the output pressure can be set to different values. The piston 5 is both opposite the case 3 by means of a seal 7 sealed as well as a slider member by means of the seal 9 , On the front side 52 of the piston 5 on which the spring 40 acts. on the housing wall of the housing 3 becomes a space 54 trained, which is largely depressurized.

Der Raum 54 ist mittels eines Stopfens 56 verschlossen. Der Stopfen hat eine Membran, über die Druck von innen nach außen abgelassen werden kann, wenn im Raum 54, z. B. aufgrund von Undichtigkeiten, ein Druck aufgebaut wird. Andererseits wird durch die Membran verhindert, dass Schmutz und Feuchtigkeit in den Raum 54 eindringt. Die Führung des Schieberbauteils 10, auf dem der Kolben 5 schwimmend gelagert ist, wird mittels einer Führungsbuchse 100 gewährleistet. Durch die Führung wird ein Verkanten des Schieberbauteiles verhindert und damit die Regelgenauigkeit des erfindungsgemäßen Bauteiles erhöht.The space 54 is by means of a plug 56 locked. The plug has a membrane that allows pressure to be released from the inside to the outside when in the room 54 , z. B. due to leaks, a pressure is built up. On the other hand, the membrane prevents dirt and moisture from entering the room 54 penetrates. The guide of the slide component 10 on which the piston 5 is floating, is by means of a guide bush 100 guaranteed. By the guide tilting of the slider member is prevented and thus increases the control accuracy of the component according to the invention.

Das Schieberbauteil 10 ist gegenüber dem Gehäuse vor der Buchse mit Dichtung 102 abgedichtet. Die Dichtung 102 hat den Zweck zu verhindern, dass fluides Medium, insbesondere Wasserstoff, an dem Schieberbauteil vorbei in den Raum 54 gelangt anstatt durch die Bohrung 60 auf die Rückseite des Kolbens 5.The slider component 10 is opposite the housing in front of the socket with seal 102 sealed. The seal 102 has the purpose of preventing fluid medium, in particular hydrogen, from passing the valve member into the space 54 instead of passing through the hole 60 on the back of the piston 5 ,

Der Hochdruckteil HT des Druckregelventils ist vom Niederdruckteil NT des Druckregelventils durch die Dichtung 200 getrennt. Die Dichtung 200, die den Hochdruckteil HT vom Niederdruckteil NT trennt, ist bevorzugt eine Dichtung aus einem wasserstoffbeständigen Material, beispielsweise Polyamidimid, Polyimid oder PEEK, das sehr gute Dichtheitswerte, ein sehr gutes Verschleißverhalten, eine hohe Langlebigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit aufweist.The high pressure part HT of the pressure regulating valve is from the low pressure part NT of the pressure regulating valve through the seal 200 separated. The seal 200 , which separates the high-pressure part HT from the low-pressure part NT, is preferably a gasket made of a hydrogen-resistant material, for example polyamideimide, polyimide or PEEK, which has very good tightness values, very good wear behavior, high durability and high temperature resistance and very high resistance.

Das Schieberbauteil 10 weist eine Spitze bzw. einen Spitzenabschnitt 12 mit einer Schräge auf. Durch das Anliegen der Schräge der Spitze an Dichtung 200 wird eine sehr hohe Dichtheit erreicht. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Dichtheit nach innen und nach außen für das Gesamtsystem von 2·10–4 mbar l/s H2 oder besser erzielt wird, ganz besonders bevorzugt für 10 Jahre, insbesondere für 20 Jahre, d. h. über den gesamten Lebenszyklus des Druckregelventils. Durch die Schräge wird ein Dichtkonus ausgebildet, der mit der Dichtung zur Anlage kommt. Um Druck aus dem Niederdruckteil NT des Druckreglers ableiten und den Druckregler vor Überdruck im Niederdruckteil NT schützen zu können, umfasst die Gashandhabungseinheit 1000 ein Überdruckventil 300. Das Überdruckventil kann bei Fehlfunktion des Druckreglers einen unzulässig hohen Druck abführen. Das Überdruckventil ist erfindungsgemäß in das Gehäuse der Gashandhabungseinheit integriert.The slider component 10 has a tip or a tip section 12 with a slant up. By the concern of the slope of the top to seal 200 a very high tightness is achieved. It is particularly preferred if a sealing inward and outward for the entire system of 2 × 10 -4 mbar l / s H 2 or better is achieved, most preferably for 10 years, especially for 20 years, ie over the entire life cycle of the pressure control valve. Due to the slope, a sealing cone is formed, which comes with the seal to the plant. To derive pressure from the low pressure part NT of the pressure regulator and to be able to protect the pressure regulator from overpressure in the low pressure part NT, the gas handling unit comprises 1000 a pressure relief valve 300 , The pressure relief valve can dissipate an impermissibly high pressure in case of malfunction of the pressure regulator. The pressure relief valve according to the invention is integrated in the housing of the gas handling unit.

Um das Druckregelventil selbst und die nachfolgenden Bauteilen vor Partikeln zu schützen, ist bei der Gashandhabungseinheit vorgesehen, im Hochdruckteil ein als Filtervorrichtung Filterbauteil 310 einzusetzen. Das Filterbauteil 310 umfasst beispielsweise einen Grundkörper 312, der bevorzugt kegelig oder zylindrisch ausgebildet ist sowie ein Filternetz 314, das über den Grundkörper 312 gespannt ist mit einer Maschenweite von 2 bis 100 μm, insbesondere 2 bis 40 μm.In order to protect the pressure control valve itself and the subsequent components from particles, is provided in the gas handling unit in the high pressure part as a filter device filter component 310 use. The filter component 310 includes, for example, a main body 312 , which is preferably conical or cylindrical and a filter network 314 that over the main body 312 is stretched with a mesh size of 2 to 100 .mu.m, in particular 2 to 40 microns.

Um das Tanksystem, das an die Hochdruckseite 20 des Druckregelventils angeschlossen sein kann, für Servicezwecke zu entleeren, umfasst die Gashandhabungseinheit ist auf der Niederdruckseite NT des Druckreglers ein Entleernippel 400, der eine einfache Entleerung des Tanksystems gestattet bei hoher äußerer Dichtheit. Insbesondere erlaubt diese Ausgestaltung, dass eine entsprechend ausgebildete Kupplung unter Druck leckagefrei angeschlossen werden kann. Auch der Entleernippel kann in das Gehäuse integriert sein, muss es aber nicht. Es wäre auch eine separate Anordnung möglich.To the tank system, to the high pressure side 20 the pressure control valve may be connected to drain for service purposes, the gas handling unit is on the low pressure side of the pressure regulator NT a drain nipple 400 , which allows easy emptying of the tank system with high external tightness. In particular, this embodiment allows that a correspondingly formed coupling can be connected leak-free under pressure. The emptying nipple can also be integrated into the housing, but it does not have to be. It would also be a separate arrangement possible.

In 2 ist eine Draufsicht auf die Gashandhabungseinheit die in 1 im Schnitt A-A dargestellt ist, gezeigt. Die Draufsicht zeigt die Draufsicht auf das Überdruckventil 300 sowie den Entleernippel 400. Die Eingangsseite ist mit 20 gekennzeichnet, die Ausgangsseite mit 30. Der Schnitt durch das Druckregelventil entlang der Linie A-A gemäß 1 ist in 2 eingezeichnet. Deutlich zu erkennen in 2 ist die Aufteilung des Gehäuses 3 eines einstufigen Druckregelventils in zwei Gehäuseteile 3.1 und 3.2 gezeigt. Sowohl im Hochdruckteil HT wie im Niederdruckteil NT kann die Gashandhabungeinheit 1000 Anschlüsse für Drucksensoren umfassen. In 3, Schnitt B-B dargestellt ist ein Hochdrucksensor (nicht gezeigt), der in einem Anschluss für einen Hochdrucksensor, insbesondere einer Bohrung 800 untergebracht ist. Die Bohrung 800 ist über leitung 820 fluidleitend mit dem Hochdruckteil verbunden, d. h. Leitung 820 mündet hochdruckseitig von der Dichtung 200. Um zu verhindern, dass Schmutzpartikel von der Bohrung 800 in den Hochdruckteil des Druckregelventils gelangen, ist ein Sinterfilter 830 mit einer Maschenweite von 10 μm gezeigt. Der Sinderfilter 830 ist in einer Buchse 840 in die Bohrung 800 eingesetzt, mit dem der Druck im Hochdruckteil bestimmt werden kann.In 2 FIG. 12 is a top view of the gas handling unit shown in FIG 1 is shown in section AA shown. The top view shows the top view of the pressure relief valve 300 as well as the emptying nipple 400 , The entrance page is with 20 marked, the output side with 30 , The section through the pressure regulating valve along the line AA according to 1 is in 2 located. Clearly visible in 2 is the division of the housing 3 a single-stage pressure control valve in two housing parts 3.1 and 3.2 shown. Both in the high pressure part HT as in the low pressure part NT, the gas handling unit 1000 Include connections for pressure sensors. In 3 , Section BB is shown a high-pressure sensor (not shown), which in a connection for a high-pressure sensor, in particular a bore 800 is housed. The hole 800 is via line 820 fluidly connected to the high pressure part, ie line 820 opens high pressure side of the seal 200 , To prevent dirt particles from drilling 800 get into the high pressure part of the pressure control valve is a sintered filter 830 shown with a mesh size of 10 microns. The Sinderfilter 830 is in a socket 840 into the hole 800 used, with which the pressure in the high pressure part can be determined.

Hochdruckteil HT und Niederdruckteil NT sind in vorliegender Ausführungsform zwei Bauteile, die miteinander über einen Flansch 900 dicht verflanscht sind.High-pressure part HT and low-pressure part NT in the present embodiment are two components which are connected to one another via a flange 900 are tightly flanged.

In 4 ist der Einbau einer erfindungsgemäßen Gasbehandlungseinheit (GHU) 1000 in ein Tanksystem eines Fahrzeugs gezeigt. Die unterschiedlichen Tankreservoire des Tanksystems sind mit 2000.1, 2000.2, 2000.3 bezeichnet. Die einzelnen Tanks 2000.1, 2000.2, 2000.3 können über einen Tanknippel, und zwar von einem außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Vorratsbehälter betankt werden. In den Betankungsstrang vom Tanknippel 2100 über das Verteilstück 2200 zu den jeweiligen Tanks 2000.1, 2000.2, 2000.3 ist ein Rückschlagventil 2300 eingebracht. Nachdem das Fahrzeug über den Tanknippel betankt wurde und die einzelnen Tanks 2000.1, 2000.2, 2000.3 mit fluidem Gas, insbesonders H2, befüllt wurden, wird über das Verteilstück 2200 Gas mit hohem Druck zur Hochdruckseite HT der Gasbehandlungseinheit 1000 geleitet. In der Leitung vom Tanknippel 2100 zum Vorteilstück 2000 ist ein Rückschlagventil 2300 vorgesehen. Da in der Regel bereits im Tanknippel ein Rückschlagventil vorgesehen ist, dient das Rückschlagventil 2300 der Sicherheit. Ist beispielsweise das Rückschlagventil im Tanknippel undicht, so entleert sich nur die Strecke zwischen Tanknippel 2100 und dem zusätzlichen Rückschlagventil 2300. Wäre das zusätzliche Rückschlagventil 2300 nicht vorhanden, so würde sich das gesamte Leitungssystem entleeren. Tanknippel stellt sicher, dass gasförmiges Fluid ausschließlich zur Hochdruckseite der Gasbehandlungseinheit 1000 gelangt. Die Gasbehandlungseinheit 1000 stellt auf der Niederdruckseite NT einem Verbraucher, beispielsweise einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor 2500 fluides Gas zur Verfügung. In den Fluidweg von der Niederdruckseite NT zum Verbraucher 2500 ist das Absperrventil 2600 eingebracht sowie gegebenenfalls ein zweiter Druckregler. In 4 is the installation of a gas treatment unit (GHU) according to the invention 1000 shown in a tank system of a vehicle. The different tank reservoirs of the tank system are with 2000.1 . 2000.2 . 2000.3 designated. The individual tanks 2000.1 . 2000.2 . 2000.3 can be refueled via a tank nipple, namely by a reservoir arranged outside the vehicle. Into the fueling string from the tank nipple 2100 over the distribution section 2200 to the respective tanks 2000.1 . 2000.2 . 2000.3 is a check valve 2300 brought in. After the vehicle was refueled through the tank nipple and the individual tanks 2000.1 . 2000.2 . 2000.3 are filled with fluid gas, especially H2, via the distributor 2200 High pressure gas to the high pressure side HT of the gas treatment unit 1000 directed. In the pipe from the tank nipple 2100 to the advantage piece 2000 is a check valve 2300 intended. Since a check valve is usually already provided in the tank nipple, the check valve is used 2300 safety. For example, if the check valve in the tank nipple leaking, so only emptied the distance between the tank nipple 2100 and the additional check valve 2300 , Would that be the extra check valve 2300 not available, the entire pipe system would be emptied. Tank nipple ensures that gaseous fluid only to the high pressure side of the gas treatment unit 1000 arrives. The gas treatment unit 1000 represents on the low pressure side NT a consumer, such as a fuel cell or an internal combustion engine 2500 fluid gas available. In the fluid path from the low pressure side NT to the consumer 2500 is the shut-off valve 2600 introduced and optionally a second pressure regulator.

Das Absperrventil 2600, das auch als Sicherheitsabsperrventil bezeichnet wird, dient dazu den Gasstrom zum Verbraucher sicher unterbrechen zu können, falls es in der Druckregeleinheit eine erhöhte innere Undichtigkeit gäbe. Das Absperrventil 2600 kann in einer bevorzugten Ausführungsform in die Gashandhabungseinheit 1000 integriert sein.The shut-off valve 2600 , which is also referred to as Sicherheitsabsperrventil, serves to be able to interrupt the flow of gas to the consumer safely, if there were in the pressure control unit increased internal leakage. The shut-off valve 2600 may in a preferred embodiment in the gas handling unit 1000 be integrated.

Obwohl vorstehendes System für ein Fahrzeug beschrieben ist, ist der Einsatz einer Gasbehandlungseinheit auch bei einem stationären System möglich, d. h. z. B. bei einer stationären Brennstoffzelle. Auch hier stellt die Gasbehandlungseinheit sicher, dass ein bestimmter Druck auf der Niederdruckseite NT für den Verbraucher, beispielsweise die Brennstoffzelle, ständig zur Verfügung steht.Although the above system is described for a vehicle, the use of a gas treatment unit is also possible in a stationary system, i. H. z. B. at a stationary fuel cell. Again, the gas treatment unit ensures that a certain pressure on the low pressure side NT for the consumer, such as the fuel cell, is constantly available.

Erfindungsgemäß ist auch auf der Niederdruckseite ein Drucksensor (nicht dargestellt) angeordnet, der in eine Bohrung 910 eingesetzt ist. Im Unterschied zur Bohrung für den Niederdrucksensor ist hier kein Filter vorgesehen. Die Bohrung ist fluidleitend mit dem Niederdruckteil verbunden.According to the invention, a pressure sensor (not shown) is also arranged on the low-pressure side, which is in a bore 910 is used. In contrast to the hole for the low pressure sensor no filter is provided here. The bore is fluid-conductively connected to the low-pressure part.

Durch den Hochdrucksensor und den Niederdrucksensor kann der eingangs- wie der ausgangsseitige Druck des Druckregelventils ständig überwacht werden kann. Der auf der Niederdruckseite angeordnete Sensor ist Teil der Niederdruckmessvorrichtung, die wiederum Teil der erfindungsgemäßen Gashandhabungseinheit (GHU) ist. Die GHU ist so konzipiert, dass das Bauteil eine elektrische Leitfähigkeit aufweist.By the high pressure sensor and the low pressure sensor, the input and the output side pressure of the pressure control valve can be constantly monitored. The sensor arranged on the low-pressure side is part of the low-pressure measuring device, which in turn is part of the gas handling unit (GHU) according to the invention. The GHU is designed so that the component has an electrical conductivity.

Mit der Erfindung wird erstmals eine Gashandhabungseinheit angegeben, die eine geringe Anzahl an Komponenten aufweist ohne Leistungseinbußen hinnehmen zu müssen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Komponenten in ein einziges Bauteil integriert sind. Die Komponenten der GHU sind bevorzugt vereinheitlicht und standardisiert zu einem Komponentenmodul zusammengefasst. Dadurch wird eine Verarbeitungsvereinfachung erreicht.With the invention, a gas handling unit is first mentioned, which has a small number of components without having to accept losses in performance. This is achieved by integrating the components into a single component. The components of the GHU are preferably unified and standardized to form a component module. This achieves a processing simplification.

Die erfindungsgemäße Gashandhabungseinheit zeichne minimalen Arbeitsraum bei gleichzeitiger Optimierung der Gesamtbauteilgröße und des Gewichts aus.The gas handling unit according to the invention distinguishes minimal working space while optimizing the overall component size and the weight.

Des Weiteren kann durch die Druckregelvorrichtung in Form des Druckventiles ein Vordruck von bis zu 875 bar einstufig mechanisch mit einer hohen Regelgenauigkeit auf beispielsweise 9 bar auf bevorzugt 9 ± 5 bar, bevorzugt 9 ± 2 bar, insbesondere bevorzugt ±1 bar, ganz besonders bevorzugt 9 ± 0,5 bar und geringer Drift bei einer Lebensdauer von mehr als 10 Jahren, insbesondere mehr als 20 Jahren auf weniger als 25 bar, insbesondere ungefähr 9 bar, geregelt werden sowie ein hoher Durchfluss bereitgestellet werden. Des Weiteren zeichnet sich die Gashandhabungseinheit durch einen individuell wechselbaren Eingangsadapter 1000 in 1 aus, der an die jeweilige Kraftstoffleitung angepasst werden kann. Die Gashandhabungseinheit ermöglicht es, einen Tank in einem Fahrzeug, das mit einem fluiden Medium unter hohem Druck betrieben wird, beispielsweise einem Brennstoffzellenfahrzeug, den Tank direkt an den Verbraucher, beispielsweise die Brennstoffzelle, anzubinden. Hierdurch wird es möglich, Verbindungs- und Leckagestellen zu minimieren, Gewicht sowie Bauraum einzusparen. Die erfindungsgemäße pendelnde und schwimmende Lagerung des Kolbens auf dem Schieberbauteil in der Druckregeleinheit ermöglicht es, Querkräfte der Feder auszugleichen und damit die Regelgenauigkeit sowie die Verschleißbeständigkeit und das Ansprechverhalten zu verbessern. Des Weiteren ist die Federkraft einstellbar, bevorzugt vor Auslieferung der Gashandhabungseinheit.Furthermore, by the pressure control device in the form of the pressure valve, a pre-pressure of up to 875 bar single stage mechanically with a high control accuracy to 9 bar, for example 9 ± 5 bar, preferably 9 ± 2 bar, more preferably ± 1 bar, most preferably 9 ± 0.5 bar and low drift with a service life of more than 10 years, in particular more than 20 years to less than 25 bar, in particular about 9 bar, are regulated and a high flow can be provided. Furthermore, the gas handling unit is characterized by an individually changeable input adapter 1000 in 1 off, which can be adapted to the respective fuel line. The gas handling unit makes it possible to connect a tank in a vehicle, which is operated with a fluid medium under high pressure, for example a fuel cell vehicle, the tank directly to the consumer, such as the fuel cell. This makes it possible to minimize connection and leakage points, to save weight and space. The inventive oscillating and floating mounting of the piston on the slide member in the pressure control unit makes it possible to compensate for lateral forces of the spring and thus to improve the control accuracy and the wear resistance and the response. Furthermore, the spring force is adjustable, preferably before delivery of the gas handling unit.

Die Druckregeleinheit der Gashandhabungseinheit mit schwimmend gelagertem Kolben zeichnet sich durch hohe Verschleißarmut und sehr gute Führungen sowie sehr hohe Regelgenauigkeit und gutes Ansprechverhalten aus. The pressure control unit of the gas handling unit with floating piston is characterized by high low wear and very good guides and very high control accuracy and good response.

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Claims (10)

Gashandhabungseinheit (GHU) (1000) für ein System, insbesondere ein Fahrzeug, bevorzugt ein Fahrzeug mit einem Tanksystem mit einem fluiden Medium, insbesondere einem Gas, bevorzugt Wasserstoffgas von mehr als 500 bar, insbesondere mehr als 700 bar, insbesondere im Bereich 700 bar bis 1000 bar, bevorzugt im Bereich 700 bar bis 875 bar Druck mit – einer Druckregelvorrichtung – einer Überdruckabsicherungseinheit im Niederdruckbereich – einer Hochdruckmessvorrichtung – einer Niederdruckmessvorrichtung – einer Filtervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung, die Überdruckabsicherungseinheit, die Hochdruckmessvorrichtung, die Niederdruckmessvorrichtung und die Filtervorrichtung eine bauliche Einheit ausbilden, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wobei das gemeinsame Gehäuse ein- oder mehrteilig ausgebildet ist und die Gashandhabungseinheit in einen Hochdruckteil (HT) und einen Niederdruckteil (NT) unterteilt ist.Gas Handling Unit (GHU) ( 1000 ) for a system, in particular a vehicle, preferably a vehicle having a tank system with a fluid medium, in particular a gas, preferably hydrogen gas of more than 500 bar, in particular more than 700 bar, in particular in the range 700 bar to 1000 bar, preferably in the range 700 bar to 875 bar pressure with - a pressure control device - a Überdruckabsicherungseinheit in the low pressure area - a high pressure measuring device - a low pressure measuring device - a filter device, characterized in that the pressure control device, the Überdruckabsicherungseinheit, the high pressure measuring device, the low pressure measuring device and the filter device form a structural unit, in particular a common housing are housed, wherein the common housing is formed one or more parts and the gas handling unit is divided into a high pressure part (HT) and a low pressure part (NT). Gashandhabungseinheit (GHU), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelvorrichtung ein Schieberbauteil (10), einen Kolben (5) sowie eine Feder (40) umfasst und derart ausgestaltet ist, dass ein Eingangsdruck mittels Kolbens (5) über die Feder (40) und das Schieberbauteil (10) auf einen Ausgangsdruck geregelt wird.Gas handling unit (GHU), characterized in that the pressure control device is a slide component ( 10 ), a piston ( 5 ) and a spring ( 40 ) and is configured such that an input pressure by means of piston ( 5 ) over the spring ( 40 ) and the slide component ( 10 ) is regulated to an output pressure. Gashandhabungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) gegenüber dem Schieberbauteil (10) schwimmend, insbesondere pendelnd gelagert ist.Gas handling unit according to claim 2, characterized in that the piston ( 5 ) relative to the slide component ( 10 ) is floating, in particular oscillating. Gashandhabungseinheit Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (40) eine Vorspannung aufweist und die Feder (40) auf den Kolben (5) zur Einstellung des Ausgangsdruckes wirkt.Gas handling unit claims 2 to 3, characterized in that the spring ( 40 ) has a bias and the spring ( 40 ) on the piston ( 5 ) acts to adjust the output pressure. Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein Filterbauteil (310), insbesondere ein Filtersieb mit einer Maschenweite im Bereich 2 μm bis 100 μm, insbesondere 2 μm bis 40 μm oder einen drahtgewickelten Filter oder ein Sinterbauteil umfasst, das bevorzugt in Strömungsrichtung vor dem Schieberbauteil (10) der Druckregelvorrichtung angeordnet ist.Gas handling unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the filter device is a filter component ( 310 ), in particular a filter screen with a mesh size in the range 2 μm to 100 μm, in particular 2 μm to 40 μm or a wire-wound filter or a sintered component, which preferably in the flow direction in front of the slider component ( 10 ) of the pressure control device is arranged. Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckmessvorrichtung ein Hochdrucksensor (800) in einer Gehäusebohrung umfasst, wobei die Gehäusebohrung fluidleitend bevorzugt innerhalb des Gehäuses mit dem Hochdruckteil der Druckregelvorrichtung verbunden ist.Gas handling unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the high-pressure measuring device is a high-pressure sensor ( 800 ) In a housing bore, wherein the housing bore fluid-conducting preferably within the housing with the high pressure part of the pressure control device is connected. Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckmessvorrichtung einen Niederdrucksensor in einer Gehäusebohrung umfasst, wobei die Gehäusebohrung fluidleitend, bevorzugt innerhalb des Gehäuses mit dem Niederdruckteil der Druckregelvorrichtung verbunden ist.Gas handling unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the low-pressure measuring device comprises a low pressure sensor in a housing bore, wherein the housing bore is fluid-conducting, preferably connected within the housing with the low-pressure part of the pressure control device. Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckabsicherungseinheit ein Überdruckventil (300) umfasst, das in das Gehäuse der Gashandhabungseinheit integriert ist, wobei das Überdruckventil bei einem Auslösedruck auslöst, der bevorzugt das 1,5 bis 2-fache eines Nennausgangsdruckes auslöst.Gas handling unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the overpressure safety unit comprises a pressure relief valve ( 300 ), which is integrated in the housing of the gas handling unit, wherein the pressure relief valve triggers at a release pressure, which preferably triggers 1.5 to 2 times a rated output pressure. Gashandhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gashandhabungseinheit de Weiteren eine in das Gehäuse integrierte Entleervorrichtung, insbesondere in Form eines Entleernippels (400) umfasst, wobei die Entleervorrichtung an den Niederdruckteil angeschlossen ist.Gas handling unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the gas handling unit further comprises an emptying device integrated in the housing, in particular in the form of an emptying nipple ( 400 ), wherein the emptying device is connected to the low pressure part. Fahrzeug mit einer Gashandhabungseinheit, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil der Gashandhabungseinheit an das Tanksystem des Fahrzeuges angeschlossen ist und der Niederdruckteil an einen Verbraucher, insbesondere einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges oder eine Brennstoffzelle.Vehicle with a gas handling unit, according to one of claims 1 to 9, characterized in that the high-pressure part of the gas handling unit is connected to the tank system of the vehicle and the low-pressure part to a consumer, in particular an internal combustion engine of a vehicle or a fuel cell.
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