(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体状の媒体を制御するためのガス圧力制限弁（１）であって、ハウジング（７）と弁体モジュール（１７）とを備えており、前記弁体モジュール（１７）は、長軸（１４）の方向に開放および閉止をする、すなわち可動の弁体（３）と、不動のシールシートプレート（２）とを有し、前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）のいずれかが長軸（１４）を中心として周回するシールシートエッジ（１２）を有し、該シールシートエッジは前記弁（１）が閉じた状態にあるときそれぞれ他方のコンポーネントとともにシールシート（６）を構成し、および前記長軸（１４）の方向で前記ハウジング（７）の中に配置された閉止ばね（８）を備えており、前記閉止ばね（８）は一方の側で前記長軸（１４）の方向へ閉止ばね支持部（１１）に支持されるとともに、これと向かい合う側で前記弁体（３）に少なくとも間接的に支持される、そのようなガス圧力制限弁において、前記弁体（３）または前記シールシートプレート（２）のいずれかがエラストマーコーティング（４）を有し、前記エラストマーコーティング（４）は前記弁（１）が閉じた状態にあるとき前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）のいずれかのシールシートエッジ（１２）とともに前記シールシート（６）を構成し、前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）のいずれかは周回するストッパ（５）を有し、前記周回するストッパ（５）によって前記エラストマーコーティング（４）への前記周回するシールシートエッジ（１２）の圧入深さが前記長軸（１４）の方向で制限され、
前記弁体（３）は前記エラストマーコーティング（４）を有している領域の半径方向外部で前記ストッパ（５）と接触することを特徴とするガス圧力制限弁。
【請求項２】
前記エラストマーコーティング（４）は複数の層からなり、前記層はそれぞれ異なる材料特性を有し、前記長軸（１４）の方向に積層が行われることを特徴とする、請求項１に記載のガス圧力制限弁（１）。
【請求項３】
気体状の媒体を制御するためのガス圧力制限弁（１）であって、ハウジング（７）と弁体モジュール（１７）とを備えており、前記弁体モジュール（１７）は、長軸（１４）の方向に開放および閉止をする、すなわち可動の弁体（３）と、不動のシールシートプレート（２）とを有し、前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）のいずれかが長軸（１４）を中心として周回するシールシートエッジ（１２）を有し、該シールシートエッジは前記弁（１）が閉じた状態にあるときそれぞれ他方のコンポーネントとともにシールシート（６）を構成し、および前記長軸（１４）の方向で前記ハウジング（７）の中に配置された閉止ばね（８）を備えており、前記閉止ばね（８）は一方の側で前記長軸（１４）の方向へ閉止ばね支持部（１１）に支持されるとともに、これと向かい合う側で前記弁体（３）に少なくとも間接的に支持される、そのようなガス圧力制限弁において、前記弁体（３）または前記シールシートプレート（２）のいずれかがエラストマーコーティング（４）を有し、前記エラストマーコーティング（４）は前記弁（１）が閉じた状態にあるとき前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）のいずれかのシールシートエッジ（１２）とともに前記シールシート（６）を構成し、前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）のいずれかは周回するストッパ（５）を有し、前記周回するストッパ（５）によって前記エラストマーコーティング（４）への前記周回するシールシートエッジ（１２）の圧入深さが前記長軸（１４）の方向で制限され、
前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）の前記周回するストッパ（５）は少なくとも１つの流動開口部（１６）を有し、少なくとも１つの前記流動開口部（１６）は前記長軸（１４）に対して径方向に延び、それによって前記周回するストッパ（５）と前記周回するシールシートエッジ（１２）との間での気体状の媒体が前記流動開口部（１６）を通って流出可能であることを特徴とするガス圧力制限弁（１）。
【請求項４】
前記気体状の媒体は水素であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のガス圧力制限弁（１）。
【請求項５】
前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）の少なくとも１つの前記周回するシールシートエッジ（１２）は熱処理を施されており、および／または前記周回するシールシートエッジ（１２）が前記シールシートプレート（２）または前記弁体（３）の前記エラストマーコーティング（４）と接触して前記シールシート（６）を構成する領域にコーティングを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のガス圧力制限弁（１）。
【請求項６】
前記弁体（３）はスリーブ状の部材（１３）と結合され、該スリーブ状の部材を介して前記閉止ばね（８）が前記弁体（３）に支持され、前記弁体（３）は前記スリーブ状の部材（１３）および前記閉止ばね（８）を案内する役目を果たす案内部材（９）を介して前記長軸（１４）の方向に前記ハウジング（７）の中で案内されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のガス圧力制限弁（１）。
【請求項７】
前記閉止ばね（８）のばね力は、前記弁体（３）および／または前記スリーブ状の部材（１３）が前記長軸（１４）の方向に動くとき、前記閉止ばね（８）の圧縮または弛緩の際に経路全体にわたって線形に延びるのでなく、前記閉止ばねは、ばね経路にわたって累進的に変化するばね定数を有することを特徴とする、請求項６に記載のガス圧力制限弁（１）。
【請求項８】
前記閉止ばね（８）の累進的に変化するばね定数は、前記閉止ばね（８）の巻回直径が変化することによって、および／または前記閉止ばね（８）が少なくとも２つのばねセグメントから構成されることによって実現され、前記ばねセグメントはそれぞれ異なるばね定数を有することを特徴とする、請求項７に記載のガス圧力制限弁（１）。
【請求項９】
前記閉止ばね（８）および／または前記スリーブ状の部材（１３）は前記長軸（１４）の方向で前記案内部材（９）により前記ハウジング（７）の中で案内され、前記案内部材（９）は前記閉止ばね（８）と前記ハウジング（７）の間に配置されることを特徴とする、請求項６から８のいずれか１項に記載のガス圧力制限弁（１）。
【請求項１０】
燃料電池（３０）への水素供給を制御するための、請求項１から９のいずれか１項に記載のガス圧力制限弁（１）を含んでいる燃料電池構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に燃料電池駆動装置を有する車両で使用するための、弁体モジュールを有する、気体状の媒体を、特に水素を制御および排出するための圧力制限弁、特にガス圧力制限弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両分野では、液体燃料のほかに気体状の燃料も将来的にますます大きな役割を担う。特に燃料電池駆動装置を有する車両では、水素ガス流が制御されなければならない。このときガス流は、液体燃料の噴射の場合のように不連続的に制御されるのではなく、少なくとも１つの高圧タンクからガスが取り出され、中圧配管システムの供給流配管を介してエジェクタユニットへと案内される。このエジェクタユニットが、低圧配管システムの接続配管を介して燃料電池へとガスを案内する。
【０００３】
特許文献１より、ハウジングと弁体モジュールとを有する圧力制限弁が公知であり、弁体モジュールは長軸の方向に開放および閉止をする弁体を有し、弁体はシールシートプレートのシールシートエッジに向かって閉止ばねにより押圧されてシールシートを構成する。このとき閉止ばねは、閉止ばね支持部に支持される。構成されるシールシートに基づき、特許文献１に記載の圧力制限弁は閉じた状態にあるとき、特定の圧力範囲が超過されない限り、媒体がシステムから外へ逃げられるようになるのを防止する。それぞれの中圧配管システムおよび／または低圧配管システムで臨界圧力を超過するとただちに、弁体がシールシートプレートのシールシートエッジから離れるように動き、そのようにしてシールシートが成立しなくなる。このようにして圧力制限弁が開き、システム圧力がクリティカルな圧力を再び下回るまで、媒体をそれぞれの配管システムから外へ逃がす。
【０００４】
特許文献１から公知の圧力制限弁は何かしらの欠点を有することがあり得る。
【０００５】
圧力制限弁の閉止プロセスのとき、閉じられた最終位置が実現されるのは、シールシートプレートのシールシートエッジが、シールシートを構成するために弁体に衝突することによる。特に硬質の金属素材からなる場合があるシールシートプレート、特にシールシートエッジ、および弁体の材料特性に基づき、損傷をもたらす可能性がある衝撃力や衝突力がこれら両方のコンポーネントに作用する。さらに、圧力制限弁が高速の閉止運動をするときの衝撃力に基づき、シールシートプレートと弁体という各コンポーネントが少なくとも１回互いにリバウンドするということが起こり得る。このことは、両方のコンポーネントの損傷につながる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１３２０４５６３Ａ１号明細書
【発明の概要】
【０００７】
請求項１との関連において、弁体またはシールシートプレートがエラストマーコーティングを有している圧送ユニットが提案される。このときエラストマーコーティングは、弁が閉じた状態にあるとき、シールシートプレートまたは弁体のシールシートエッジとともにシールシートを構成する。さらに、シールシートプレートまたは弁体は周回するストッパを有する。周回するストッパによって、エラストマーコーティングへの周回するシールシートエッジの圧入深さが長軸の方向で制限される。このようにして、中圧配管システムおよび／または低圧配管システムの確実な封止をもたらすことができ、さらには圧力制限弁が高頻度で作動するときに、両方のコンポーネントであるシールシートプレートと弁体の摩耗を減らすことができる。なぜなら、圧力制限弁が閉じるときに、シールシートプレートと弁体という各コンポーネントが互いに衝突するときの材料剥離を、軟質のエラストマーコーティングが、弾性的でばね作用のある特性によって低減するからである。さらに、必要な閉止力を低く抑えることができる。なぜなら、エラストマーコーティングを利用することで、弁体とシールシートプレートという各コンポーネントの間で、エラストマーコーティングの不使用の場合に可能であるよりも低い閉止力のとき、すでに弁の完全な封止を実現できるからである。
【０００８】
ストッパを適用することで、エラストマーコーティングへのシールシートエッジの深すぎる圧入が防止され、それにより、シールシートを構成するためのコンポーネントであるシールシートプレートと弁体の間の接触面を、ストッパの適用がない場合よりも小さく構成することができる。それにより、シールシートエッジの圧入によるエラストマーコーティングの負荷が減り、それに伴って生じるエラストマーコーティングの変形も減る。さらに、請求項１に記載の圧力制限弁の本発明に基づく構成により、特に接触面の縮小に基づいて、シールシートとエラストマーコーティングの間の付着力が低減され、このことは開放圧力のいっそう高い精度につながるとともに、圧力制限弁の遅延した反応挙動を防止する。このことは、特にエラストマーコーティングの弾性などの特性に関して、圧力制限弁の耐用寿命全体を通じての長期間効果について当てはまる。さらに、本発明による圧力制限弁は簡素でコンパクトな構造を有する。
【０００９】
従属請求項は本発明の好ましい発展例に関する。
【００１０】
特別に好ましい実施形態では、弁体は、エラストマーコーティングを有する領域の半径方向外部でストッパと接触する。このようにして、シールシートエッジがエラストマーコーティングと接触してシールシートを構成するために、深すぎる圧入によってエラストマーコーティングを損傷させることなしに、一定の深さまでのみエラストマーコーティングに圧入する。そのためにエラストマーコーティングは、長軸の方向で径方向に弁体の中央に配置され、それに対してシールシートプレートの周回するストッパは径方向で、エラストマーコーティングを有する弁体の領域の外部で弁体と接触する。このことは、シールシートプレートの周回するストッパが弁体の非弾性領域と接触し、そのようにして、圧力制限弁が閉じているときのシールシートプレートと弁体の間の一定の間隔を、特に閉止ばねによって印加される変動する閉止力に関わりなく遵守できるという利点を提供する。それにより、シールシートを構成するためのエラストマーコーティングへのシールシートエッジの一定の圧入深さを、圧入深さのばらつきを惹起する可能性がある外部要因に関わりなく遵守できることが保証される。弁体のエラストマーコーティングへのシールシートエッジの一定の圧入深さによって、シールシートとエラストマーコーティングの間の付着力が低減され、それによって開放圧力のいっそう高い精度と、圧力制限弁の最善の反応挙動とを実現することができる。
【００１１】
好ましい発展例では、エラストマーコーティングは、積層が長軸の方向に延びていて各層がそれぞれ異なる材料特性を有する複数の層からなる。このようにして、弁体とシールシートプレートという各コンポーネントの間の改善されたシールシートを実現することができ、それに対して、シールシートでの付着力は低減させることができる。これらの利点は、たとえばシールシートプレートのほうを向いている弁体のエラストマーコーティングの側にある一番上の層が高い変形可能性と弾性を有し、それに対して、第２の層をこれよりも低い変形可能性と弾性で構成することによって実現することができる。それにより、エラストマーコーティングの一番上の層だけに、最善の密閉性と最善のシールシートを促進する特性を与えることが可能である。シールシートプレートが、特に周回するシールシートエッジが、エラストマーコーティングへ過度に圧入すると、そのコンポーネントが、変形性と弾性が低いエラストマーコーティングの第２の層へ圧入する。第２の層のこのような材料特性により、周回するシールシートエッジのエラストマーコーティングの中へのそれ以上の圧入運動が妨げられ、それにより、エラストマーコーティングと周回するシールシートエッジとの間の接触面を小さく抑えることができ、このことは、ひいては圧力制限弁が開くときに発生する付着力を最小化する。さらに、エラストマーコーティングがその長さ全体にわたっての長軸の方向に変形可能性がより低いことに基づき、エラストマーコーティングの耐用寿命を改善することができ、その間に良好な密閉性特性が維持される。
【００１２】
好ましい実施形態では、シールシートプレートまたは弁体の周回するストッパは少なくとも１つの流動開口部を有し、少なくとも１つの流動開口部は特に長軸に対して径方向に延び、それにより周回するストッパと周回するシールシートエッジとの間での気体状の媒体の隔絶された容積のカプセル封じが防止される。本発明に基づくこの実施形態は、圧力制限弁が閉じたときに、周回するストッパと周回するシールシートエッジとの間での媒体のカプセル封じを回避することができるという利点を提供する。圧力制限弁が閉じた状態にあるとき、弁体とシールシートプレートの間で媒体のカプセル封じが生じることがあり、カプセル封じされた媒体は流入部および／または流出部の領域の媒体と接触するのでなく、これらの領域によってカプセル封じされる。そのため、カプセル封じされた領域の媒体と、流入部および／または流出部の領域の媒体との入れ替えを行うことができない。このときカプセル封じされた空間は、特に、シールシートプレートの周回するシールシートエッジと、周回するストッパと、弁体との間に生じる。圧力制限弁の好ましい実施形態により、圧力制限弁が閉じた状態にあるときでも、周回するストッパにあるこのような少なくとも１つの流動開口部を通して、媒体がカプセル封じされた領域から特に流出部の領域に逃げることができるという利点を実現することができる。媒体が流動開口部を通って流出部の方向へ逃げられることにより、特に圧力制限弁が高速で開くときに発生する可能性があるキャビテーションの発生が回避される。キャビテーションが回避および／または低減されることで、これに伴って生じる周囲のコンポーネントへの有害な現象を低減することができ、それによってシールシートプレートおよび弁体という各コンポーネントの損傷および／または摩耗が防止され、または少なくとも低減される。それにより、圧力制限弁全体の故障発生確率を低減することができ、そのようにして圧力制限弁の耐用寿命を延ばすことができる。
【００１３】
圧力制限弁が高速で閉じたときにも、シールシートプレートと弁体の間の媒体が特に流動開口部を通して流出部の方向へ流れ出ることができ、流入部および流出部から切り離されたカプセル封じされた領域が構成され得ないことによって、さらに別の利点がもたらされる。このことは、圧力脈動の低減および／または回避を実現できるという利点を提供し、圧力脈動は、圧力制限弁が高速で閉じるときに、特にカプセル封じされた空間で発生する。脈動の回避および／または低減により、圧力制限弁全体の故障発生確率を低減し、そのようにして耐用寿命を延ばすことができる。さらに、周回するストッパのエッジおよび周回するシールシートエッジでの摩耗が低減される。なぜなら、圧力制限弁が最低限にのみ開いたときに、ないしは軽微に開いたときに、流出部の方向への媒体の流出挙動が改善されるからであり、このことは請求項４に記載の圧力制限弁の実施形態によって可能となる。
【００１４】
特別に好ましい発展例では、少なくとも１つの周回するシールシートエッジは、特にシールシートエッジがエラストマーコーティングと接触する領域で、熱処理を施されている。さらに、少なくとも１つの周回するシールシートエッジはこの領域にコーティングを有する。このようにして、シールシートプレートの周回するシールシートエッジと弁体のエラストマーコーティングとの間で付着力の低減を実現することができる。
【００１５】
熱処理により、一方では、熱処理されていない状態では小さな起伏や汚れを有している可能性があるシールシートエッジの表面広さを縮小できることによって、付着力を低減することができる。他方では熱処理によって、表面のいっそう高い硬度を実現できるようにシールシートエッジの材料特性を変えることができ、このことは、シールシートエッジとエラストマーコーティングとの間で生じることが可能な付着現象の確率を低減する。このことは、開放圧力のいっそう高い精度と、圧力制限弁の最善の反応挙動とを実現することができるという利点をもたらす。さらに、シールシートエッジの熱処理によって、いっそう高い耐摩耗性およびこれに伴ってコンポーネントすなわちシールシートプレートのいっそう長い耐用寿命を実現することができる。
【００１６】
周回するシールシートエッジのコーティングにより、一方では、ポリマーコーティングと接触するシールシートエッジの領域の表面広さが縮小することによって付着力を低減することができ、それは、非常に小さい表面粗さを有するコーティングが選択されることによる。他方では材料特性によって、特にエラストマーコーティングの材料とのペアリングで、非常に低い付着特性を構成するコーティングを選択することができる。それによって付着力を最小化することができ、開放圧力のいっそう高い精度と、圧力制限弁の最善の反応挙動とを実現することができる。
【００１７】
好ましい発展例では、弁体はスリーブ状の部材と結合され、該部材を介して閉止ばねが弁体に支持される。このとき弁体は、特にスリーブ状の部材と、特に閉止ばねを案内する役目を果たす案内部材とを介して、ハウジングの中で長軸の方向に案内される。このようにして、圧力制限弁の耐用寿命を延ばせるようにすることが可能となる。なぜなら、個別部品の数が少なくなることに基づき、圧力制限弁の複雑性が低減されるからである。さらに、コンポーネントである弁体のハウジングの中での長軸方向への別個の案内部が必要なくなる。なぜなら、閉止ばねが支持されるスリーブ状の部材が、すでに案内部材によってハウジングの中で案内されるからであり、このとき案内部材は特に閉止ばねを案内するための役目を果たし、さらには、弁体とスリーブ状の部材という各コンポーネントが結合されることで、弁体が案内部材によって共に案内されるからである。このような方策により、圧力制限弁の故障発生確率を低減することができ、耐用寿命を延ばすことができる。
【００１８】
好ましい実施形態では、閉止ばねのばね力は、特に弁体および／またはスリーブ状の部材が長軸の方向に動くとき、閉止ばねが圧縮または弛緩するときの経路にわたって線形ではない。このとき閉止ばねは、ばね経路にわたって特に累進的に変化するばね定数を有する。このとき累進的に変化する閉止ばねのばね定数は、閉止ばねの巻回直径が変化することによって実現され、および／または、閉止ばねが少なくとも２つのばねセグメントから構成されて、それぞれのばねセグメントが異なるばね定数を有することによって実現される。このようにして、シールシートの封止特性とカプセル封じ特性を改善することができ、それに対して弁体、特にエラストマーコーティング、特に周回するストッパのシールシートプレート、およびシールシートエッジという各コンポーネントの摩耗を低減することができるという利点が実現される。このことが特に該当するのは、圧力制限弁が比較的長い期間にわたって開かれないケースである。累進的に変化するばね定数により、圧力制限弁が閉じられる間に１つの領域では高い力が適用されて弁体が閉止位置に接近するが、まだシールシートプレートとは接触しないことが可能である。圧力制限弁の最後の閉止運動の領域では、すなわちシールシートプレートと接触するために長軸の方向へ弁体が運動する領域では、ばね定数およびこれに伴ってばね力が低下する。それにより、エラストマーコーティングにシールシートエッジが当たることがよりソフトにより低い力で行われ、ついにはシールシートを構成することができてストッパが弁体と当接する程度まで、シールシートエッジがエラストマーコーティングの中へ入るように動くことが可能となる。
【００１９】
このとき、圧力制限弁の高速での閉止が保証されることによってさらに別の利点がもたらされる。なぜなら、その場合、弁体の初期の閉止運動のときに高いばね定数に基づいて高いばね力が印加されるからである。しかし弁の残りの閉止運動では、および特にエラストマーコーティングにシールシートエッジが当たるときには、閉止ばねの力の累進的な低減が引き起こされ、それによってコンポーネントであるエラストマーコーティングの損傷を回避することができ、衝撃力による周囲のコンポーネントの損傷も減る。それにより、圧力制限弁の耐用寿命を延ばすことができる。さらに、閉止ばねのいっそうコンパクトな設計形態を実現することができ、このことは材料削減に基づくコスト削減につながる。
【００２０】
特別に好ましい発展例では、閉止ばねおよび／またはスリーブ状の部材は長軸の方向で案内部材を介してハウジング（７）の中で案内され、案内部材は閉止ばねとハウジングの間に配置される。このようにして、弁の開放と閉止の機能のために必要となる３つの可動のコンポーネントを、ただ１つのコンポーネントの利用によってハウジングの中で案内することができる。これら３つの可動のコンポーネントは、閉止ばね、スリーブ状の部材、およびエラストマーコーティングを有する弁体である。閉止ばねとハウジングの間に案内部材が配置されることで、閉止ばねを案内し、圧力制限弁が開閉するときに閉止ばねの傾動を防止し、組立のときの簡易化と迅速化をもたらすことが可能となる。このような簡易化、迅速化された組立は、組立コストを節減することができ、閉止ばねの組付けのときの不具合発生を減らすことができるという利点を提供する。なぜなら、案内部材の形状に基づき、組付けのときに閉止ばねの誤った挿入や位置決めが起こるリスクを回避できるからである。
【００２１】
さらに、媒体の貫流領域の範囲外への案内部材の配置を通じて、特に、スリーブ状の部材にある少なくとも１つの通過開口部の領域の範囲外へと長軸の方向で案内部が移ることによって、圧力制限弁が開いたときに流入部から流出部への媒体の最善の貫流が実現され得る。さらに本発明の特徴は、圧力制限弁の耐用寿命を延ばすことができるという利点を提供する。なぜなら、削減された個別部品の個数に基づいて弁の複雑性が低減されるからである。
【００２２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。図面には次のものが示されている：
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好ましい実施例に基づくガス圧力制限弁を示す模式的な断面図であり、ガス圧力制限弁は閉じた状態にある。
【図２】本発明の好ましい実施例に基づくガス圧力制限弁を示す模式的な断面図であり、ガス圧力制限弁は開いた状態にある。
【図３】図２に符号Ｖで表されている周回するストッパを流動開口部とともに示す拡大した図面の断面図である。
【図４】図１に符号Ａ−Ａで表されているシールシートプレートを示す断面図である。
【図５】燃料電池と、図１の少なくとも１つのガス圧力制限弁とを有する、本発明による燃料電池構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１および図２の図面には、気体状の媒体を制御および排出するための圧力制限弁１の、特にガス圧力制限弁１の実施例が示されている。
【００２５】
図１から明らかなとおり、ガス圧力制限弁１は、ハウジング７と、弁体モジュール１７と、閉止ばね８が支持されるスリーブ状の部材１３と、特に閉止ばね８を案内するための案内部材９と、閉止ばね支持部１１とを含んでいる。さらに、弁体モジュール１７はシールシートプレート２と弁体３とを有しており、弁体３は長軸１４の方向でスリーブ状の部材１３と当接し、または、別案の実施形態ではスリーブ状の部材１３と結合される。さらにスリーブ状の部材１３は少なくとも１つの通過開口部１５を有しており、それにより、ガス圧力制限弁１が開いたときに長軸１４の方向で流入部ＩＩから流出部ＩＩＩへのガスの貫流が可能となる。このとき１つを超える通過開口部が、スリーブ状の部材１３に周回するように配置されていてよい。
閉止ばね８は、考えられる別の実施形態では、閉止ばね８が圧縮または弛緩するときに、ばね力が経路全体にわたって線形に推移するのでないように施工されていてよい。そのために閉止ばね８は設計的に、閉止ばね８の巻回直径が変化するように、特に増加または減少するように施工され、または、閉止ばね８がそれぞれ異なるばね定数を有する少なくとも２つのばねセグメントを有するように施工されていてよい。
【００２６】
さらに弁体３はエラストマーコーティング４を有しており、エラストマーコーティング４は長軸１４の方向で見てシールシートプレート２のほうを向いている弁体３の側に配置されている。シールシートプレート２は長軸１４を中心として回転対称に施工されるとともに、長軸を中心として周回するストッパ５と、長軸１４を中心として周回するシールシートエッジ１２とを有している。さらにシールシートプレート２は、シールシートプレート２の中心で長軸１４に沿って延びる第１の切欠き１８を有している。シールシートプレート２はハウジング７と結合されている。ガス圧力制限弁１の別案の実施形態は、シールシートプレート２が弁体３のほうを向く側にエラストマーコーティング４を有するように施工される。この別案の実施形態では弁体３が、長軸１４を中心として周回するシールシートエッジ１２を有する。ストッパ５も長軸１４を中心として周回するように、ただし弁体３に配置されていてよい。
【００２７】
さらに、周回するシールシートエッジ１２は熱処理を施されていてよく、および／またはコーティングを有することができ、それにより、シールシートエッジ１２とエラストマーコーティング４の間で発生する付着力を減らすことができ、さらには、シールシートプレート２の耐摩耗性を高めることができる。このような付着力は特に低い温度のときに発生し、および／または低い温度によって強められる。
【００２８】
図１に示すガス圧力制限弁１は、閉じた状態にある弁１である。ここでは弁体３がシールシートプレート２と当接して、シールシートプレート２の周回するシールシートエッジ１２が弁体３のエラストマーコーティング４とともにシールシート６を構成するようになっている。上で説明した別案の実施形態では配置が入れ替わり、弁体３の周回するシールシートエッジ１２がシールシートプレート２のエラストマーコーティングとともにシールシート６を構成する。そのために、シールシートプレート２の周回するシールシートエッジ１２が、長軸１４の方向へ弁体３の弾性的なエラストマーコーティング４に圧入し、そのようにして気密な結合部を形成し、カプセル封じを惹起する。
【００２９】
このとき周回するストッパ５が長軸１４の方向で弁体３の１つの領域と当接し、弁体３のこの領域は、エラストマーコーティング４を有している弁体３の領域の径方向外部に位置している。それにより、弁体３とシールシートプレート２の間の定義された間隔を遵守でき、シールシートエッジ１２がエラストマーコーティング４へさらに大きく圧入し、そのためにエラストマーコーティング４の損傷が惹起されることが防止される。
【００３０】
エラストマーコーティング４の１つの実施形態は、エラストマーコーティング４が複数の層からなり、その際に積層が長軸１４の方向に延びるように施工されていてよい。それにより、弁体３とシールシートプレート２という各コンポーネントの間でシールシート６の密閉性を向上させることができ、その一方で、シールシートでの付着力は低減させることができる。
【００３１】
図２にはガス圧力制限弁１が示されており、ここではガス圧力制限弁は開いた状態にある。以下において図１も援用しながら、ガス圧力制限弁１の開放プロセスがどのように進行するかを説明する。図２から明らかなとおり、シールシートプレート２は第１の切欠き１８を有していて、これを通して気体状の媒体が、ここには図示しないタンク２７（図４参照）および／またはエジェクタユニット１０（図４参照）から圧力のもとで矢印ＩＩの方向に供給され、これが流入部ＩＩをなしている。シールシートプレート２はここでは第１の切欠き１８を有していて、これを通して流れ込む媒体は、図１に示すように、シールシートプレート２のシールシートエッジ１２が弁体３のエラストマーコーティング４とともにシールシート６を構成している領域にまで進む。このとき弁体３には、流入部ＩＩのほうを向く側で、特にエラストマーコーティング４を有している領域で、ガス圧力制限弁１の構造に応じて接続配管２５（図５参照）の圧力または供給流配管２８（図５参照）の圧力に相当する圧力が生成される。
【００３２】
このように、変化する力が弁体３に対して長軸１４の方向で作用し、この力は、媒体の印加される圧力に基づき、弁体３の表面に対して、特にエラストマーコーティング４の表面に対して、第１の切欠き１８の領域で作用する。このように、印加される圧力に基づく力が弁体３に対して長軸１４の方向に作用して、特定の圧力を上回ったときに弁体３をシールシートプレート２から離れるように動かす。
【００３３】
弁体３は長軸１４の方向に可動であり、スリーブ状の部材１３と結合されて案内部材９により長軸１４の方向で径方向に案内され、それによって長軸１４に対して径方向への弁体３の運動を妨げることができる。流入部ＩＩの側で特定の圧力レベルを上回ったとき、弁体３は、スリーブ状の部材１３を介して閉止ばね８へと力を伝達することによって、長軸１４の方向へシールシートプレートから離れるように動く。なぜなら、閉止ばね８は、スリーブ状の部材１３に向かい合う側で閉止ばね支持部１１と当接しているので、閉止ばね８はそのばね定数に基づき、弁体３に対する圧力によりスリーブ状の部材１３を介して閉止ばね８に伝達される特定の力を上回ったときに縮まり、そのようにして閉止ばね８が長軸１４の方向に圧縮される。このとき案内部材９が、閉止ばね８および／またはスリーブ状の部材１３をハウジング７の中で案内する。
【００３４】
弁体３が長軸１４の方向でシールシートプレート２から離れるように動くことでシールシート６が解消され、それにより、媒体が流入部ＩＩから矢印ＩＶの方向へガス圧力制限弁１を通って流出部ＩＩＩへと流れることができる。このとき媒体は、スリーブ状の部材１３の少なくとも１つの通過開口部１５を通って流れることができる。
【００３５】
媒体の一部が流出部を介してシステムから排出されるとただちに、接続配管２５（図５参照）または供給流配管２８（図５参照）のシステム圧力が再び標準化および／または低下することができ、それにより、圧力に基づいて作用する弁体３に対する力が低下する。このとき長軸１４の方向に作用する力が、特に閉止ばね８のばね力が、弁体３を再びシールシートプレート２の方向へ、シールシートエッジ１２が再びエラストマーコーティング４の中へと動いてシールシート６が構成されるまで押圧する。弁体３の最終位置のとき、特に弁体３が周回するストッパ５と当接したとき、ガス圧力制限弁１が再び閉じられる。
【００３６】
図３には、図２に符号Ｖで表されているシールシートプレート２の周回するストッパ５の断面図が拡大図として示されている。ここでは周回するストッパ５は流動開口部１６を有していて、これを通してガス圧力制限弁１の中にある媒体を流出させることができる。流動開口部１６がなければ、ガス圧力制限弁１が閉じた状態にあるとき、シールシートプレート２の周回するストッパ５と、周回するシールシートエッジ１２と、弁体３との間にカプセル封じされた空間が生じることになる。このようにカプセル封じされた空間は、特にガス圧力制限弁１の開放および閉止のプロセスのとき、ガス圧力制限弁１を損傷させることがある。流動開口部のさらに別の実施形態は、たとえば流動開口部１６のエッジを面取りし、および／または流動最適化して成形することによって、流出していく媒体に対する流動抵抗が低減されるように成形されていてよい。
【００３７】
図４は、図１に符号Ａ−Ａで表されているシールシートプレート２の断面図を、長軸１４の方向の平面図として示している。ここに示されているように、ガス圧力制限弁１が閉じたときに、周回するストッパ５と周回するシールシートエッジ１２との間での媒体のカプセル封じを回避することができる。このことは、周回するストッパ５が少なくとも１つの、特に長軸１４に対して径方向に延びる流動開口部１６を有することによって実現される。図４には、周回するストッパ５が４つの流動開口部１６を有する、ガス圧力制限弁１の一例としての実施形態が示されている。さらに図４には、ハウジング７ならびに周回するシールシートエッジ１２も示されている。
【００３８】
図５から明らかなとおり、エジェクタユニット１０は接続配管２５を介して、アノード領域３１およびカソード領域３２を含む燃料電池３０と接続される。前掲の図面で説明したガス圧力制限弁１ａは、燃料電池構造の１つの実施形態では接続配管２５に、特にエジェクタユニット１０と燃料電池３０の間に配置されていてよい。さらに、燃料電池３０のアノード領域３１をエジェクタユニット１０の吸込領域２２と接続する帰還配管２６が設けられている。帰還配管２６により、燃料電池３０の作動時にアノード領域３１で生じる、基本的に水素、窒素、および水蒸気からなる混合物である第２の気体状の媒体を、吸込領域２２へ戻るように案内することができる。
【００３９】
図７からさらに明らかなとおり、タンク２７に蓄えられた第１の気体状の媒体は、供給流配管２８を介してエジェクタユニット１０の供給流領域２１に供給される。前掲の図面で説明したガス圧力制限弁１ｂは、燃料電池構造の１つの実施形態では供給流配管２８に、特に第１の遮断弁２４と第２の遮断弁１９の間に配置されていてよい。さらに、ガス圧力制限弁１とタンク２７の間に第１の遮断弁２４が配置され、ガス圧力制限弁１ｂとエジェクタユニット１０の間に第２の遮断弁１９が配置されている。遮断弁２４，１９は、場合によりタンク２７からガス圧力制限弁１ｂへの第１の気体状の媒体の供給流を、ないしはさらにエジェクタユニット１０へ供給流を遮断するために意図される。さらに帰還配管２６には、第３の遮断弁４６を有する分岐部３６がある。この第３の遮断弁４６により、帰還配管２６にある第２の気体状の媒体を外部へと排出することができる。
【００４０】
ガス圧力制限弁１ａ，ｂの配置は、接続配管２５と供給流配管２８が高すぎる圧力から防護されるという利点を提供する。なぜなら、規定された圧力レベルを上回ったとき、それぞれのガス圧力制限弁１ａ，ｂが開いてシステム圧力を低下させるからである。それにより、コンポーネントである燃料電池３０、特に燃料電池３０の隔膜、およびコンポーネントであるエジェクタユニット１０を損傷から防護することができる。なぜなら、これら両方のコンポーネントは、高すぎる圧力に対して極端に悪影響を受けやすい反応をするからである。
【００４１】
本発明は、ここで説明した実施例およびその中で強調した態様だけに限定されるものではない。むしろ、特許請求の範囲に記載されている範囲内で数多くの改変が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ガス圧力制限弁
２  シールシートプレート
３  弁体
４  エラストマーコーティング
５  周回するストッパ
６  シールシート
７  ハウジング
８  閉止ばね
９  案内部材
１１  閉止ばね支持部
１２  シールシートエッジ
１３  スリーブ状の部材
１４  長軸
１６  流動開口部
１７  弁体モジュール
３０  燃料電池
【図１】
0006963636.tif 000002
【図２】
0006963636.tif 000003
【図３】
0006963636.tif 000004
【図４】
0006963636.tif 000005
【図５】
0006963636.tif 000006