(57)【要約】  圧縮ガスタンク（２）からの高加圧ガス流のための抽気弁（４）は、一端で気密に密閉されている圧力スリーブ（９）と、動くことによって抽出断面を開放又は閉止する可動抽出ピストンであって、圧力スリーブ（９）の開口側で、その中に少なくとも部分的に突出している可動抽出ピストン（１７）と、を備える。圧力スリーブ（９）内で可動であって、磁化可能材料で構成されたアンカ（１６）が、電磁コイル（１２）と協働する。抽出ピストン（１７）内のパイロット孔（２３）は、圧力スリーブ（９）の内部を抽出ガス用の放出口（８）に接続している。シールを形成するようにして、バネ要素（２６）によってパイロット孔（２３）に押し当てられているシール要素（２４）は、アンカ（１６）が動くと開放される。抽出ピストン（１７）は、ガスケット（３６）によって圧力スリーブ（９）に対して封止されており、また、抽出ピストン（１７）内にバイパス孔（３５）が配置されて、該バイパス孔（３５）は、圧縮ガスタンク（２）に接続される領域に面した側と、圧力スリーブ（９）の内部に面した抽出ピストン（１７）の側と、の間に延在している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮ガスタンク（２）からの高加圧ガス流のための抽気弁（４）であって、
一端で気密に密閉されている圧力スリーブ（９）と、
動くことによって抽出断面を開放又は閉止する可動な抽出ピストンであって、前記圧力スリーブ（９）の開口側で、その中に少なくとも部分的に突出している可動な抽出ピストン（１７）と、
前記圧力スリーブ（９）を少なくとも部分的に取り囲む電磁コイル（１２）と、
前記圧力スリーブ（９）内で可動であって、磁化可能材料で構成されたアンカ（１６）と、
前記抽出ピストン（１７）内のパイロット孔であって、前記圧力スリーブ（９）の内部を抽出ガス用の放出口（８）に接続するパイロット孔（２３）と、
シールを形成するようにして、バネ要素（２６）によって前記パイロット孔（２３）に押し当てられているシール要素（２４）と、
前記シール要素（２４）と前記アンカ（１６）との間の作動接続であって、これにより、前記シール要素は、前記アンカ（１６）が動くと前記パイロット孔（２３）を開放する作動接続と、を備え、
前記抽出ピストン（１７）は、前記アンカ（１６）に面する側において、少なくとも部分的に磁化可能材料又は永久磁性材料（２２）で構成されている抽気弁において、
前記抽出ピストン（１７）は、ガスケット（３６）によって前記圧力スリーブ（９）に対して封止されていることと、
バイパス孔（３５）は、前記抽出ピストン（１７）内に配置されており、該バイパス孔（３５）は、前記圧縮ガスタンク（２）に接続される領域に面した側と、前記圧力スリーブ（９）の内部に面した前記抽出ピストン（１７）の側との間に延在する、
ことを特徴とする抽気弁。
【請求項２】
前記圧力スリーブ（９）の内部と反対の前記抽出ピストン（１７）の側に、前記圧力スリーブ（９）に堅固に接続された本体（３４）が配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の抽気弁（４）。
【請求項３】
前記バイパス孔（３５）内に絞り（３８）が設けられている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の抽気弁（４）。
【請求項４】
前記絞り（３８）は、前記パイロット孔（２３）よりも小さい孔径を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の抽気弁（４）。
【請求項５】
前記絞り（３８）は、特に圧入によって絞りスリーブ（３７）が取り付けられて、前記バイパス孔（３５）に組み込まれている、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の抽気弁（４）。
【請求項６】
前記抽出ピストン（１７）の方向に突出するニードル（４１）が、前記本体（３４）内に配置されており、該ニードルは、前記絞り（３８）と協働することで、前記抽出ピストン（１７）の位置に応じて異なる孔径で前記絞り（３８）の領域が開放されるようにする、
ことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の抽気弁（４）。
【請求項７】
前記ニードル（４１）は、前記抽出ピストン（１７）が前記圧力スリーブ（９）の内部と反対の端位置にあるときに、前記絞り（３８）と協働することで、開放される流れ断面が無いか、又は前記抽出ピストン（１７）が他方の端位置にあるときよりもはるかに小さい流れ断面が開放されるようにする、
ことを特徴とする請求項６に記載の抽気弁（４）。
【請求項８】
前記ニードル（４１）は、前記抽出ピストン（１７）が前記圧力スリーブ（９）の内部と反対の端位置にあるときに、前記絞り（３８）と協働することで、前記抽出ピストン（１７）が他方の端位置にあるときよりも小さいか、又ははるかに小さい流れ断面が開放されるようにする、
ことを特徴とする請求項７に記載の抽気弁（４）。
【請求項９】
前記小さい流れ断面は、前記パイロット孔（２３）よりも小さいか、又ははるかに小さく、前記大きい流れ断面は、前記パイロット孔（２３）よりも大きい、
ことを特徴とする請求項８に記載の抽気弁（４）。
【請求項１０】
前記抽出ピストン（１７）が前記圧力スリーブ（９）の内部と反対の端位置にあるときに、前記ニードル（４１）と前記抽出ピストン（１７）との間に、特に金属シール面であるシール面が形成される、
ことを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１つに記載の抽気弁（４）。
【請求項１１】
前記ニードル（４１）の先端は、少なくとも２つの当接面によるテーパ状である、
ことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１つに記載の抽気弁（４）。
【請求項１２】
前記本体（３４）内にガイドピン（３９）が配置されており、該ガイドピンは、前記抽出ピストン（１７）内のガイド孔（４０）と協働することで、前記抽出ピストンがその長手軸の周りに回転不可能としている、
ことを特徴とする請求項２ないし１１のいずれか１つに記載の抽気弁（４）。
【請求項１３】
車両（１）用の燃料としてのガスを圧縮ガスタンク（２）から抽出するための、請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の抽気弁（４）の使用方法であって、
前記ガスは、２５０バール超の、特に６５０バール超の定格圧力で貯蔵されている、
ことを特徴とする使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の、圧縮ガスタンクからの高加圧ガス流のための抽気弁に関するものである。本発明は、さらに、かかる抽気弁の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には２６０バール又は７００バールの定格圧力で貯蔵される、特に圧縮天然ガス又は圧縮水素用の、圧縮ガスタンクからの高加圧ガス流のための抽気弁が、一般的技術水準で知られている。本発明の文脈における抽気弁は、ガスを抽出できるだけではなく、圧縮ガスタンク内へのガスの流入を阻むこともできる。典型的には、このアセンブリは、いわゆるパイロット弁として設計されており、この場合、抽気弁又は抽出断面を制御する弁の抽出ピストンの開閉を支援するために、抽気弁のさらなる作動要素を有する圧力スリーブ内のガスの圧力を、パイロット孔とバイパス孔又は制御孔との調整比によって用いる。
【０００３】
典型例となる抽気弁は、欧州特許第１６８２８０１号に具体的に記載されている。上記のアセンブリの問題は、特に、この場合、抽出されるべきガスがガスケット、ラビリンス、及び間隙を通って抽出ピストンの一方の側から抽出ピストンの他方の側へ伝播するように調整される圧力差によって、抽出ピストンがその開位置に維持されなければならないことにある。その機能性を保証するためには、適切な圧力差が与えられなければならない。この圧力差の目的は、抽出ピストンを開位置に維持できるようにすることである。間隙、ラビリンス、及びガスケットで、所望の機能性を保証するのに十分な圧力差は得られないことが、実践によって分かっている。これは、原理的には想定され得るが、適切な圧力差を得るためには、多くの実験的研究に基づいたガスケットの極めて詳細な設計が必要となる。このため、ガスケットの領域で、極めて高い製造公差が維持されなければならない。さらには作動によって摩耗が生じることで、短い使用期間の後であっても、所望の比が維持されることはもはや不可能となって、何らかの状況で抽出ピストンが意図せずに閉じるという問題が再発する。そのピストンは、電磁力によって再び開くことができる。ところが、これによって、抽出ピストンの「フラッタリング」が発生して、一方で抽出流が極めて不連続になり、他方で発生する騒音が増大する。さらに、フラッタリングによって、抽気電磁弁の内部で多大な摩耗が生じることで、その寿命が短くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記の抽気弁を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上記目的は、請求項１の特徴部に記載の特徴によって解決される。効果的な実施形態及び改良は、従属請求項に示されている。請求項１３は、さらに、抽気弁の特に好ましい使用方法を示している。
【０００６】
本発明による抽気弁では、動くことによって抽出断面を開放又は閉止する可動抽出ピストンが設けられることが規定される。それは圧力スリーブの開口側で、その中に少なくとも部分的に突出するように構成される。さらに、圧力スリーブの周囲に電磁コイルが配置される。圧力スリーブ内に可動アンカが配置されて、このアンカは、磁化可能材料で構成されており、これは、コイルに電流が印加されると適切に動かされ得る。現状技術と同様に、抽出ピストンは、圧力スリーブの内部を抽出ガス用の放出口に接続するパイロット孔を有する。バネ要素によって、シール要素がシールを形成するようにしてパイロット孔に押し当てられており、これは、アンカが動くと、シール要素とアンカとの作動接続によって、パイロット孔を開放することができる。本発明によれば、抽出ピストンは、アンカに面する側において、少なくとも部分的に磁化可能材料又は永久磁性材料で構成されている。少なくともアンカに面する側において磁化可能材料又は永久磁性材料で構成されるような抽出ピストンの設計では、磁力線がアンカを横切るアンカの開位置において、それらの磁力線の一部は、磁化可能材料を通って延びるか、又は永久磁性材料と相互作用する。これにより、抽出ピストンは、コイルが励磁されると磁力でアンカの方向に引かれて、その結果、アンカが開位置に達すると、その位置に維持される。このようにして、コイルが励磁されている限り、意図せずにパイロット孔が閉じることは、シール要素がアンカと連動していることによって安全かつ確実に防ぐことができる。これにより、極めて単純かつ安全な機能性が実現され得る。
【０００７】
本発明による抽気弁の構成では、この場合、さらに、抽出ピストンと圧力スリーブとの間にガスケットが設けられることが規定され、これにより、上記のような抽出ピストンの動きを許可しつつ、それでも圧力スリーブと抽出ピストンとの間に高信頼性の気密シールを確保する。圧力スリーブ内の圧力の伝播は、機能性にとって重要であることから、本発明による構成では、さらにバイパス孔が抽出ピストン内に配置されており、このバイパス孔は、タンクに接続される領域と、圧力スリーブの内部に面した抽出ピストンの領域と、を相互に接続している。このバイパス孔によって、適切な圧力補償を確立することができ、これにより、抽出ピストンの閉位置で、圧力スリーブが、少なくともいくらかの時間の後に、圧縮ガスタンク内の圧力の作用を受けるようにさせる。所望の機能性に応じて、バイパス孔を通るガス流を絞り調整するか、又は変化させることが有用である。
【０００８】
そこで、本発明の効果的なさらなる実施形態によれば、バイパス孔内に絞りが配置されることを規定することができる。そのような絞りは、バイパス孔の適切な孔径によって実現され得る。本コンセプトの特に好適かつ効果的なさらなる実施形態では、絞りは、バイパス孔に特に圧入で取り付けられる絞りスリーブの形態で実現することもできる。この場合、バイパス孔は、より大きな孔径、例えば約１ミリメートル又は数ミリメートルの孔径では、比較的簡単に実現され得る。このときは、その孔径に対応するスリーブが圧入され、このスリーブによって、絞り径を、例えば５０〜１５０μｍ程度の孔で規定する。
【０００９】
本コンセプトの効果的なさらなる実施形態によれば、さらに、絞りは、パイロット孔よりも小さい孔径を有することが規定される。この構成によって、抽気弁の開動作が常に高信頼性で実施されることが保証される。パイロット孔が開かれると、圧力スリーブ内部の圧力の抽出ガス流が放出口の方向に流出される。パイロット孔の孔径は、絞り径よりも大きいので、タンクの領域からのガスは、パイロット孔を通って流れるよりも低い速度で、絞りを通って流れる。抽出ピストンの開位置の動作は、この構成によって支援される。
【００１０】
この場合、これらの孔の相対サイズは、可能な限り差が大きいことが理想的であり得る。しかしながら、これは、抽気弁が閉じるとき、すなわち抽気弁が逆方向に動作するときに、問題となる。そこで、実際には、絞りが、パイロット孔の孔径の３分の１〜２分の１程度の大きさの孔径を有する妥協案が採択される。
【００１１】
本コンセプトの代替実施形態では、さらに、抽出ピストンの方向に突出するニードルが、圧力スリーブの反対側で抽気ピストンの下方に堅固に取り付けられた本体内に配置されることを規定することができ、このニードルは、絞り位置と協働することで、抽出ピストンの位置に応じて異なる孔径で絞り領域が開放されるようにする。このようなニードルは、理想的には、例えば抽出ピストンが下方位置すなわち閉位置にあるときにニードルと絞りとの間で開放される断面が極めて小さくなるようにニードルに適合させた絞り開口と、協働することができる。これによって、抽気弁の開動作を効果的に支援する上記の効果が得られる。抽出ピストンが上方に動くことによって、その後、より大きな断面が、理想的にはパイロット孔の孔径よりもさらに大きい断面が、開放される。この場合も同様に、理想的には圧力スリーブ内へのガスが、より大きな孔径を通って、そのガスがパイロット孔を通って流出し得るよりも速く流れることで、その閉動作が支援される。磁力がオフに切り替えられると、抽気弁は、抽出ピストンが動くことによって、極めて迅速かつ高信頼性で閉動作が実施されることができる。
【００１２】
この場合、ニードルは、効果的には、バネ要素によって抽出ピストンに対して予め付勢されるとともに、抽出ピストンへの途中でストッパによって制限されるように、構成されることができる。このような構成によって、最小限の製造公差で、安全かつ高信頼性の機能性が可能となる。ニードルは、特に抽出ピストンの方向に円錐状端部を備えて形成されることができる。これは、これに対応する絞りの金属部分に突き入れることができる。この場合、抽出ピストンの下方位置すなわち閉位置で、ニードルを、バネの力によって、その面に対して押し当てることができ、これにより比較的小さな流れ断面が開放状態に維持されるか、又はこれらの要素が相互に押し当てられると、開放状態に維持される断面は無くなるか、若しくはほとんど無くなる。この場合、抽出ピストンの開動作が理想的に支援される。抽出ピストンがその上方位置に動くと、このときニードルは、ストッパに達する前の行程部分でしか動かされない。これにより、抽出ピストンのストロークがニードルの最大許容ストロークよりも大きい場合には、ニードルと絞りとの間に比較的大きい流れ断面が開放される可能性が得られる。このようにして、パイロット孔の断面よりも大きい断面が得られることで、同様に閉動作も理想的に支援され得る。
【００１３】
本コンセプトの極めて好適なさらなる実施形態では、さらに、ニードルと抽出ピストンとの間にシール面が、特に金属シール面が形成されることを規定することができ、この面は、抽出ピストンが圧力スリーブ内部から反対のその位置すなわちその閉位置にあるときに、封止係合する。この場合、シール面は、理想的にはラジアルシール面として構成され、これにより、許容可能な公差で簡単に組み立てが可能である。
【００１４】
特に後者の場合には、原則として、ニードルの先端が円錐テーパ状ではなく、少なくとも２つの、特に３つの当接面によるテーパ状であることを規定することができる。これにより、小さいストロークで比較的迅速に、より大きな断面が開放され、また、ニードルは、比較的長い距離にわたる円錐テーパ状の非常に尖ったニードルと比較して、機械的に堅牢である。
【００１５】
本発明による抽気弁の極めて好適な別の構成では、この場合、さらに、ガイドピンが本体内に配置されることを規定することができ、このガイドピンは、抽出ピストン内のガイド孔と協働することで、抽出ピストンが長手軸の周りに回転不可能とする。これは、ニードルを使用する場合に特に効果的であるが、ニードルを備えない構成において採用することもできる。ガイドピンによって得られる回転防止効果によって、ニードルは、それが侵入するべき領域に正確に向けられ得ることで、損傷されないことが保証される。ニードルが不要な場合も、ニードルが必要な場合も同様に、さらに、圧縮ガスタンクと放出口との間のシール面が、一方で本体内に、他方で抽出ピストン内に配置されることによって、動作中に相互に回転しないことが保証される。それらの面は、ガスケットとシール面との間で、時間と共に相互に適合することで、互いに同じ対向位置に常に維持される。その結果、圧縮ガスタンクの領域と抽気口との間で主に使用されるそのガスケットの領域で、抽気弁のシールの顕著な改善が簡単な手段で得られる。
【００１６】
抽気弁は、前述のように、例えば、典型的には２６０バール程度の定格圧力で貯蔵される圧縮天然ガス用として、又は現今では７００バールの定格圧力で貯蔵される水素用として、特に高圧で使用することができる。特にこのような高圧用として、抽気弁は、極めて単純な構成で、極めて安全かつ高信頼性の機能性を提供する。従って、本発明による抽気弁の好ましい使用方法は、圧縮ガスタンクからの車両用燃料としてガスを抽出することにあり、この場合、ガスは、２５０バール超の、特に６５０バール超の定格圧力で貯蔵される。そして車両は、抽出ガスを用いて、例えば内燃機関によって駆動され得る。特に水素を貯蔵する場合は、水素の燃焼によるような駆動装置に代えて、燃料電池又は燃料電池システムでの水素の使用を提供することができ、これによって、車両用の駆動電力が供給される。
【００１７】
本発明による抽気弁のさらなる好適な実施形態及び効果的な改良は、図面を参照して以下でより詳細に説明される例示的な実施形態から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、車両を模式的に示している。
【図２】図２は、抽気弁の構成の模式断面図である。
【図３】図３は、本発明による第１の可能な実施形態における抽出ピストン部分を示す、図２の例示と同様の断面図である。
【図４】図４は、本発明による第２の可能な実施形態における抽出ピストン部分を示す、図２の例示と同様の断面図である。
【図５】図５は、本発明による第３の可能な実施形態における抽出ピストン部分を示す、図２の例示と同様の断面図である。
【図６】図６は、抽出ピストンが第１の位置にある、本発明による第４の可能な実施形態における抽出ピストン部分を示す、図２の例示と同様の断面図である。
【図７】図７は、抽出ピストンが第２の位置にある、図６と同様の図を示している。
【図８】図８は、本発明による第５の可能な実施形態における抽出ピストン部分を示す、図２の例示と同様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１の例示では、車両１を模式的に示している。車両１内に、圧縮ガスタンク２が示されており、このタンクは、例えば圧縮天然ガス又は水素用の貯蔵システムの一部であり得る。圧縮ガスタンクは、又は複数の圧縮ガスタンクを備える場合のその各々は、特定の弁３を有し、それは典型的には、いわゆるオンタンク式の弁（ＯＴＶ）である。抽気弁４は、圧縮ガスタンク２内で高圧下で貯蔵されるガス用の上記弁３の一部である。この部品は、図１の表示では明確には視認できないが、より詳細に後述する。抽出されたガスは、例として内燃機関又は燃料電池として構成され得るエネルギー変換器５に達する。変換器は、ガス中に蓄えられたエネルギーを利用して、レシプロエンジン内での燃焼により例えば機械的エネルギーを生成するか、又はガスと周囲空気からの酸素で燃料電池において例えば電気エネルギーを生成する。車輪７の１つに向かうこのエネルギーの流れは、単なる例として、参照符号６で示す点線矢印で表示されている。最後に、圧縮ガスタンク２に貯蔵されたガスによって、このように、車両１用の駆動エネルギーを供給することが可能となる。
【００２０】
抽気弁４自体は、例えば最初に述べた現状技術と同様に弁３内に配置されることができ、第１の可能な実施形態における図２の表示に、模式断面図で示されている。この場合、抽気弁４は、圧力スリーブ９を備え、これは、非磁性材料から、例として１．４４３５又はＳＵＳＦ３１６Ｌから、製造され得る。いわゆる圧力スリーブは、その一端で気密に密閉されており、他端で、この場合の図示の例示的な実施形態ではガスケットで封止されて、環状室１０に接続されており、環状室は、点線で示された管１１を介して圧縮ガスタンク２の内部につながれている。圧力スリーブ９内の全圧は、少なくともいくらかの時間の後に、圧力スリーブ９の内壁とその内部に取り付けられた構成要素との間の間隙を通って伝播される。圧力スリーブ９は、この場合、圧力スリーブ９の片側に示すコイル１２で囲まれている。コイル１２は、さらに、磁化可能なコイルヨーク１３を含み、これは、圧力スリーブ９の軸方向長さに関する中央領域に途切れ部１４を有している。これにより、コイル１２と、途切れ部１４を有するコイルヨーク１３は、好ましくは、回転対称又は鏡面対称に構成されるとともに、回転対称の圧力スリーブ９の周囲に配置されている。
【００２１】
圧力スリーブ９内には、図２の表示において圧力スリーブ９の上から下への順序で、すなわち圧力スリーブ９の密閉側から開口側への順序で、最初にコア１５が配置されており、これは、例えば１．４０１６ΙΜである磁化可能材料で構成されている。コア１５は、圧力スリーブ９内に圧入されて、これに、同じ材料で構成され得るアンカ１６が接続されている。アンカ１６の次に、抽出ピストン１７が配置されて、これは、この場合の図示の例示的な実施形態では、複数の部品で構成されている。抽出ピストンは、この場合の図示の例示的な実施形態では、シール装置１８を有し、これは、本例では本体３４上の平面であるカウンタ要素１９と協働して、圧縮ガスタンク２の内部に連通した環状室１０を、エネルギー変換装置に間接的に接続された中央の抽気口２０に対して、気密に封止する。抽出ピストン１７は、さらに、ねじ込み式の中央要素２１と、アンカ１６に面する側のリング２２と、を有し、リングは、例えば永久磁石で構成されるが、しかし特には、例えばアンカ１６及びコア１５と同じ材料である磁化可能材料で構成される。本例では、抽出ピストン１７のガスケット１８を除く残り部分は、この場合、例えば非磁性材料で、例えば圧力スリーブ９の材料で、構成することができる。圧力スリーブ９の密閉端に向いた抽出ピストン１７の領域に、さらにパイロット孔２３を有し、これは、典型的には、例えば数十〜数百μｍの孔径の極めて小径の孔として形成される。この孔は、中央要素２１内の放出口８に接続されている。このパイロット孔２３は、図２の表示では、抽気弁４の閉止状態において、シール要素２４により気密に封止されている。シール要素２４は、アンカ１６及びコア１５に貫通しているロッド２５と、圧力スリーブ９の密閉端のバネ要素２６とによって、支持されている。
【００２２】
図２の表示では、抽気弁４の閉止状態を示しており、このとき、抽出ピストン１７は、これによって環状室１０が抽気口２０に対して封止されるように、位置決めされている。この状態で、コイル１２が励磁されると、磁束が特にコイルヨーク１３内に生成される。ただし、コイルヨーク１３に途切れ部１４があるため、磁力線は、閉磁路を形成することはできない。従って、磁力線は、圧力スリーブ９の非磁性材料を通ってコア１５の材料の中へと移行する。これは、いくつかの点線で例示されている。磁力線は、アンカ１６を通り抜けてコイルヨークに戻るために、コア１５とアンカ１６との間の空隙２７を乗り越えようとする。空隙２７は、途切れ部１４よりも小さいので、図示の磁力線の経路が選好される。最大限の磁束を確保するためには、空隙２７は閉じていることが効果的である。従って、磁力によって、バネ要素２６の力に抗して支持されているシール要素２４及びロッド２５上のアンカ１６をコア１５の方向に動かし、これにより、空隙２７を閉じることができる。空隙２７は、開いた状態では典型的には０．７ｍｍ未満の間隙幅を有するが、ゼロになるまで閉じられることで、アンカ１６は、コア１５の上に直接位置するようになる。これによって、好ましい最大限の磁束の確保が促される。
【００２３】
アンカ１６がシール要素２４と連動する構成では、一方で、アンカが動くときにはバネ要素２６の力に打ち勝たなければならない。他方で、アンカ１６が動くと、シール要素２４がパイロット孔から外れることで、パイロット孔２３が開く。前述のように、圧力スリーブ９の内部は、典型的には、圧縮ガスタンク内と同じ圧力であり、すなわち、例えば水素を貯蔵している場合は、約７００バールの定格圧力である。エネルギー変換器５につながる抽気口２０は無圧であるか、又ははるかに低圧であるため、パイロット孔２３が開くと、圧力スリーブ９内のガスは、アンカ１６内のアンカ(16)とコア(15)との間の空隙及びこの空隙に対応する抽気口２０を通って放出される。環状室１０の領域の圧力は、抽出ピストン１７上方の圧力スリーブ９の領域と同じであるか、又はさらに高いこともある。圧力差がある場合は、磁力に加えてこの圧力差によって、抽出ピストン１７の図２に示す位置から上方へのシフトを促すことができる。圧力が同じである場合、すなわち圧力差がゼロである場合は、磁力のみによって、抽出ピストンは開かれるか、又は開状態に保持される。最大圧力差での切り替え動作は、特に回避されて、アクティブに切り替えられたパイロット孔２３のみによって圧力補償が実施される。
【００２４】
さらに抽出ピストン１７を安全かつ確実にその開位置に維持することを実現するために、磁化可能材料で構成された上述のリング２２が、アンカ１６に面する抽出ピストン１７の側に配置される。この構成によれば、少なくとも、抽出ピストン１７が、そのショルダ部２８がカウンタストッパ２９に当たるまで、圧力スリーブ９の密閉端の方向に動いたときには、磁力線の一部はリング２２も通るので、抽出ピストン１７は、コイル１２が励磁されている限り、アンカ１６の領域に確実に維持されることが可能となる。抽出ピストン１７の構成、特にアンカ１６に面するリング２２の側とショルダ部２８との間の距離は、これによって、リング２２とアンカ１６との間の空隙３０がゼロまで閉じることなく、ショルダ部２８がカウンタストッパ２９に当たることで最小限の空隙が常に残されて、抽気口２０と環状室１０との間に規定の断面が開放されるように設計されている。
【００２５】
コイル１２は、これによって弁を作動させるため、すなわち弁を開くために、励磁される。一般的に、アンカ１６が外れるまでは、少し大きめの電流が必要である。その後、アンカ１６を保持するように、電流を減少させることができる。これによって、上記の状態になる。抽気弁４を再び閉じる必要がある場合には、コイル１２がオフに切り替えられる。その後、アンカ１６と抽出ピストン１７は、磁性材料で構成されたそのリング２２によって、互いから離されて、これにより、パイロット孔２３は、バネ要素２６の力によってシール要素２４で、気密に閉止される。これによって、圧力スリーブ９の領域は、抽気口２０の領域と同じ圧力となって、バネ要素２６の力により、図２に示す閉状態にされる。
【００２６】
図２の表示では、この場合、アンカ１６とコアとの間の空隙２７のエッジ領域に、コア１５の突出部３１と、この突出部３１に対応するアンカ１６の再生材３２と、を示している。これは、全体をまとめて、コーンとも呼ばれるものであり、参照符号３３で示されている。このようなコーン３３によって、規定の距離にあるアンカ１６とコア１５との間の引力を最大化することが可能となる。
【００２７】
上述のように、この構成では、可動抽出ピストン１７によって常に必要とされる抽出ピストン１７と圧力スリーブ９との間の間隙空間を通って、圧力スリーブ９内で圧力が伝播することが必要である。これは、間隙のサイズが特にパイロット孔２３に対して必ずしも常に所望通りに正確とは限らないことから、捉えにくい動作と相互に作用し得る。
【００２８】
この状況を改善するため、図３及びそれに続く断面図に模式的に示されるさらなる実施形態において、この場合、抽出ピストン１７は、例えば図３の表示に示されるように、環状室１０と抽出ピストン１７の反対側との間にバイパス孔３５を有することが規定される。同時に、バイパス孔３５と平行な抽出ピストン１７と圧力スリーブ９との間に、ガスケット３６が設けられ、このガスケットは、圧力スリーブ９と抽出ピストン１７との間の間隙をガスが通り抜けることを防ぐ。バイパス孔３５によって、環状室１０から圧力スリーブ９内部への的を絞ったガス移動が実現される。
【００２９】
この場合、抽気弁４の開動作を支援するためには、バイパス孔３５は、パイロット孔２３よりも小さい孔径を有することが好ましい。理想的には、この場合の構成は、パイロット孔２３がバイパス孔３５の少なくとも２倍の大きさの孔径を有するように実現される。１５０〜２５０μｍのパイロット孔の場合は、バイパス孔３５の孔径は７５〜１２５μｍ程度となる。これは、バイパス孔３５の全長にわたって実現することは極めて難しいので、図４に示される効果的なさらなる改良によれば、絞りスリーブ３７がバイパス孔３５に挿入されることを規定することができ、これは、図示の例示的な実施形態では下端である一端に延在する。この絞りスリーブ３７は、例えば、ねじ込み、接着、又はその他の方法で取り付けられ得る。理想的には、絞りスリーブは、バイパス孔３５に圧入されることで、抽出ピストン１７の実体部分に接続される。この場合、絞りスリーブ３７自体の中で、絞りは、図中に参照符号３８で示される小孔として、極めて容易に実現され得る。絞り３８の孔径は、抽出ピストンとは独立に極めて高精度で製造されて、圧入により抽出ピストン１７に統合されることができる。
【００３０】
図５の表示では、図３の表示に類似した代替実施形態を示している。当然のことながら、これを、図４に示す構成と組み合わせることもできる。図５の表示における構成は、この場合、本体３４に堅固に接続されたガイドピン３９を示している。これは、この場合の図示では下方の閉位置にある抽出ピストン１７において、抽出ピストン１７内に配置されたガイド孔４０内に突き入れられており、抽出ピストン１７の回転防止ガイドを提供している。これは、ガスケット１８及びその接触面１９の領域では、これらの両要素が時間と共に相互に適合することでガスケット１８に経時的に誤差及び表面の凹みが現れることならびにその逆の可能性があることから、特に効果的である。これらの部品の相互の位置が変わることがないのであれば、より向上した気密シールが得られる。
【００３１】
上述のように、理想的には、抽気弁４の最適な開動作のために、バイパス孔３５若しくは絞り３８の孔径は、パイロット孔２３の孔径よりも小さいか、又ははるかに小さくあるべきである。これによって、圧力スリーブ９内部のガスが、パイロット孔を通り、抽出ピストン１７内の放出口８を通って放出され、さらに例えば中央の抽気口２０を通って、内燃機関又は燃料電池の領域に達することが実現する。抽気口２０において最小限の対抗圧での速い流出が可能であると、このとき、バイパス孔３５又は絞り３８を備える場合にこれを通るガス流は、環状室１０から低速で流れ、これにより、抽出ピストン１７は、環状室１０内の圧力によって上方に動かされて、その後、磁気的に保持される。一方、逆の場合では、パイロット孔２３の領域におけるよりも、バイパス孔３５の領域において孔径が大きいことが望ましく、なぜなら、この場合にのみ、逆方向への切り替え、すなわち、ガスがパイロット孔２３を通って放出されるよりも、速くガスが圧力スリーブ９内部へ流入することが実現され得るからである。これによって、電磁界がオフに切り替えられたときの抽出ピストン１７の迅速かつ高信頼性での閉動作が促される。この構成を得るために、図６の表示に示すように、本発明のコンセプトの効果的なさらなる実施形態によれば、本体３４内にニードルが配置されることを規定することができ、この場合、ニードル４１は、絞りスリーブ３７又はバイパス孔３５の絞り３８と協働する。このとき、絞りスリーブ３７は、やはり本構成の好ましい変形例を提供するものであるが、しかし原理的には、絞りスリーブ３７を備えない構成も想定され得る。
【００３２】
ニードル４１は、本体３４に堅固に接続されている。抽出ピストン１７が図６に示す下方位置にあるとき、すなわち弁４が閉じているときには、ニードル４１の円柱状部分は、少なくとも部分的にスリーブ３７の内部にある。これによって、最小限の流れ断面のみが開放されることが保証され、それは、例えば数μｍの絞りの、極めて強力な絞り３８を備えたバイパス孔３５に概ね相当する。製造精度によっては、ニードル４１の円柱状部分と、絞りスリーブ３７内の絞り３８の対応する部分との間に、金属シールを実現することもできる。ニードル４１は前方領域において尖っており、これは、比較的堅牢な構成の場合は、例えば、３つの当接面によって実現することができる。ここで、図７の表示に示すように、抽出ピストン１７が、その上方の開位置に動くと、この場合、本体３４に堅固に接続されたニードル４１と、ニードル４１の周りの絞りスリーブ３７とは、互いから離れるように外れて、比較的大きな流れ断面が開放される。この場合の比較的大きな流れ断面は、理想的には、パイロット孔２３の孔径よりも大きく、例えば、それは約３００〜５００μｍ程度である。この結果、開いた抽気弁４において、コイル１２への通電がオフにされた場合にはガスがパイロット孔２３を通って流出するよりも速くバイパス孔３５を通って圧力スリーブ９内部に流入し得ることで、抽気弁４の閉動作が極めて迅速に引き起こされる状況が得られる。これによって、抽出ピストン１７の下方への動きを支援する追加の押圧力が確立されて、ガスケット１８とその対向面１９の領域で所望のシール効果が実現される。
【００３３】
次に図８の表示に、ニードル４１の代替実施形態を示している。ニードル４１は、その上部領域において円錐状に延びており、この場合の図示の実施形態では、絞りスリーブ３７内に円錐状に構成された絞り３８と協働する。ニードル４１自体は、バネ要素４２によって抽出ピストン１７の方向に付勢されるようにして、本体３４内に取り付けられている。同時に、本体３４の実体部分とニードル４１の拡幅部４３によって、ストッパを形成しており、これにより、抽出ピストン１７の方向の、すなわち図８の表示では上向きの、ニードル４１の進路は制限される。この場合の図示の実施形態では、抽出ピストン１７はその閉位置にあって、バネ４２はわずかに圧縮されており、これにより、絞り３８の領域において、ニードル４１の安全かつ確実な位置決めが実現される。理想的には、それらの表面は、少なくともいくらかの動作時間の後に、高信頼性の金属シール効果が得られるほどに、相互に適合する。従って、そのような状況における流れ断面は、ゼロ〜数μｍの範囲であり、よって、パイロット孔２３の流れ断面よりもはるかに小さい。一方でバネ４２と円錐状ニードル４１を、他方で絞りスリーブ３７を用いることにより、このような状況では、比較的低い製造公差要求で、安全かつ確実なシール効果が実現される。
【００３４】
この場合、抽出ピストン１７が、その開位置に戻るように上方に動くと、このとき、本体３４の実体部分と拡幅部４３で形成されるストッパによってニードル４１の進路は制限され、しかもその進路は抽出ピストン１７の可能なストロークよりも短いので、ニードル４１は、絞りスリーブ３７内のその対向面から外れる。これによって、ニードル４１と絞りスリーブ３７内のその対向面との間に間隙を生じさせることができ、これにより、抽出ピストン１７が他方の位置にあるときよりも大きな流れ断面が開放され、その断面は、理想的にはパイロット孔２３の流れ断面よりも大きい。この構成は、図６及び７に記載された構成に類似しているが、ただし、弾性手段４２を使用していることによって、守るべき製造公差がより低いため、製造に関して若干有利である。
【００３５】
抽気弁４のさらなる可能な実施形態に関して、特に、アンカ１６、コア１５、ロッド２５、及びこれらと協働するバネに関して、独国特許出願公開第１０２０１３０１４１４１号を参照する。この文献に記載の実施形態は、本明細書に記載の実施形態におけるバイパス孔３５と任意に組み合わせることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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