CN110958956B - 用于储存压缩流体的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于具有借助气态燃料的驱动装置的车辆的、用于储存压缩流体的装置，其中，所述装置包括至少两个管形的箱模块和具有至少一个集成的调节和安全技术装置的至少一个高压燃料分配器，其特征在于，所述至少两个管形的箱模块由金属组成并且与具有所述至少一个集成的调节和安全技术装置的所述至少一个高压燃料分配器模块化地连接成具有灵活的几何形状的模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于储存压缩流体的装置，该装置用于具有借助气态燃料的驱动装置的车辆。
背景技术
由通常的现有技术已知用于车辆的压力气体容器。尤其由通常的现有技术已知用于直至700bar的压力和大于该压力的所谓的型号IV-压力气体容器，该压力气体容器优选使用在机动车中以用于储存用于供给燃料电池的氢气。所述型号IV-压力气体容器具有由内壳组成的构造，该内壳由单层或多层的塑料构造组成。在此，内壳负责使之后的压力气体储存器对于储存在其中的气体是尽可能密封的。本身在机械方面不是太稳定的内壳在外部由稳定该内壳的、由纤维增强的塑料组成的外壳包围，该外壳承受出现在之后的压力气体容器中的压力。
这种构造的缺点是，这种压力气体容器尤其在使用氢气的情况下在运行中承受高的热和机械负载。在此出现的问题尤其是，内衬相对于氢气扩散不能将近100％密封地实施。
例如在DE 10 2010 033 623A1中描述了这种型号IV-压力气体容器。在那里描述的压力气体容器具有特定的构造，在该构造中内衬由不同塑料的多个层组成，然而这使得该构造在制造方面变得极其费事。类似的构造也由US 2004/026762A1已知。
由于型号IV-压力气体容器的费事的制造和与此相关的高费用，通常在每个车辆中压力气体容器的数量保持非常小。在大批量生产的车辆中已知具有一个至两个型号IV-压力气体容器作为用于氢气的箱的配备方案。所述型号IV-压力气体容器由于其约120L的储存空间的尺寸而规定具有相应大的空闲装入空间的特定车身设计。通常不考虑大批量车身的使用，因为所需要的装入空间在设置用于通过内燃机或电池驱动装置的驱动的这些车辆中不符合尺寸要求。
因此，产生对简单制造的压力气体容器模块的需求，该压力气体容器模块可以适配于可供使用的结构空间。
发明内容
具有权利要求1的特征的根据本发明的装置具有以下优点：实现一种可以适配于可供使用的结构空间的压力气体容器模块。
根据本发明，为此设置用于储存压缩流体的装置，该装置由至少两个管形的箱模块和具有至少一个集成的调节和安全技术装置的至少一个高压燃料分配器组成，其中，所述至少两个管形的箱模块由金属组成并且与具有所述至少一个集成的调节和安全技术装置的所述至少一个高压燃料分配器模块化地并且以灵活的几何形状的方式连接。
以有利的方式，这种用于储存压缩流体的装置可以简单地制造，所述装置具有在长度、直径、布置和结构空间方面的灵活的几何形状，并且经受高的热和机械负载。金属的使用提供不可燃和低费用的优点。此外，在使用金属的情况下，相对较低的氢扩散和由于高的断裂伸长量所引起的较高的碰撞安全性是有利的。金属的较高的导热性和高的热容量提供在加燃料时的相对较小的加热，由此在填充气态氢时由于负焦汤系数(Joule-Thomson-Koeffizienten)实现较高的填充度和/或较高的填充速率。
通过从属权利要求中提到的措施能够实现在独立权利要求中说明的装置的有利扩展方案。
有利地，针对用于储存压缩流体的装置的管形箱模块的制造使用钢。钢一方面是非常稳固的并且另一方面是成本有利的。有利地，钢能非常简单地加工。由于钢的高延展性得出具有管形箱模块的车辆的改善的碰撞安全性。
特别有利的，针对用于储存压缩流体的装置的管形箱模块的制造使用钛。钛的低比重以有利的方式导致所述装置的重量减小。以有利的方式，这种较轻的装置可以节省燃料地使用在机动车中。
优选地，用于储存压缩流体的装置由具有相同几何形状的多个管束组成。由此实现成本有利的生产。此外，用于储存压缩流体的装置可以作为标准组件以有利的方式不改变地用于不同的应用，由此可以提高制造件数并且充分利用大批量生产的成本效应。
特别有利的是，用于储存压缩流体的装置由一个或多个管束组成，所述管束在长度、直径、布置和结构空间方面具有灵活的几何形状。由此每个管束可以适配于例如通过车身预给定的装入空间。因此，以有利的方式实现预给定的结构空间的改进利用，这导致较大的可供使用的储存容积。另一方面，也可以在储存容积保持不变的情况下减小结构空间需求。管束的布置可以沿着或横向于行驶方向地实现。同样可能的是混合布置和倾斜的管束。弯曲管的使用同样是可能的。
有利地，由多个管和/或多个管束组成的、用于储存压缩流体的装置布置在壳体中。壳体能够以有利的方式适配于车辆的装入空间并且用作为用于管束和具有所述至少一个集成的调节和安全技术装置的高压燃料分配器的装配框架。通过壳体保护用于储存压缩流体的装置免受环境影响和腐蚀介质。
附图说明
本领域技术人员由下面对有利的实施方式的描述参照附图清楚得出本发明的其他特征和优点，然而所述实施方式不视为对本发明的限制。
在附图中：
图1：示出由箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的模块化构造的示意图；
图2：示出具有横向地装入在车辆底部中的、由箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的车辆的示意图；
图3：示出具有纵向地装入在车辆底部中的、由箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的车辆的示意图；
图4：示出具有适配于可供使用的装入空间的、由不同长度和不同直径的箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的车辆的示意图；
图5：示出具有装入在车辆底部和车辆尾部中的、由横向定向的箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的车辆的示意图；
图6：示出具有装入在车辆底部和车辆尾部中的、由纵向定向的箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的车辆的示意图；
图7：示出在型号IV-压力气体容器和由箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的模块化构造之间的比较的示意图；
图8：具有燃料电池驱动装置的车辆的示意图；
图9：具有装入在车辆底部中的、由横向布置的箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的车辆的示意图；
图10：示出由箱模块组成的、用于储存压缩气体的装置的示意图，该装置用于装入在车辆的预给定的装入空间中；
图11：具有装入在车辆底部中的、由纵向布置的箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置的车辆的示意图。
所有附图仅是根据本发明的方法或根据本发明的实施例的组成部分的示意图。尤其地，距离和尺寸关系在附图中未按比例描绘出。在不同附图中，相应的元件设有相同的参考数字。
具体实施方式
在图1中示出由箱模块组成的、用于储存压缩流体的装置10的模块化构造的示意图。该装置10由一批由金属制成的箱模块13组成。各个箱模块13可以由管形的半成品制成。箱模块13可以作为堆叠彼此相叠地或彼此并排地布置并且以任意的长度制成。箱模块13通过至少一个高压燃料分配器14与至少一个集成的调节和安全技术装置15连接。
图2示出具有横向地装入在车辆底部中的、由箱模块13组成的、用于储存压缩流体的装置10的车辆12的示意图。在该车辆12中，箱模块13横向于车辆12的行驶方向地布置。箱模块13在车辆12的乘客舱下方的布置是特别防止意外的，因为车辆12的消耗能量的区域、即所谓的撞击缓冲区在乘客舱前面和后面布置。因此，乘客舱和由此箱模块13在事故中针对损坏特别受保护。箱模块13的低的安装导致车辆12的低的重心，由此在转弯行驶和加速或制动动作时减小车身的摇摆和颠簸倾向。箱模块13通过至少一个高压燃料分配器14与所述至少一个集成的调节和安全技术装置15连接。
图3示出具有纵向地装入在车辆底部中的、由箱模块13组成的、用于储存压缩流体的装置10的车辆12的示意图。在该车辆12中，箱模块13沿着车辆12的行驶方向布置。箱模块13在车辆12的乘客舱下方的布置是特别防止意外的，因为车辆12的消耗能量的区域、即所谓的撞击缓冲区在乘客舱前面和后面布置。因此，乘客舱和由此箱模块13在事故中针对损坏特别受保护。箱模块13的低的安装导致车辆12的低的重心，由此在转弯行驶和加速或制动动作时减小车身的摇摆和颠簸倾向。箱模块13通过至少一个高压燃料分配器14与所述至少一个集成的调节和安全技术装置15连接。
图4示出具有适配于可供使用的装入空间的、由不同长度和/或不同直径的箱模块13组成的、用于储存压缩流体的装置10的车辆12的示意图。在箱模块13布置在车辆12的尾部中的这种情况下，将不同的箱模块13适配于预给定的装入空间。箱模块13的布置是任意的，箱模块13可以沿着行驶方向水平地、横向于行驶方向水平地、竖直地或任意倾斜地布置。箱模块13的混合布置特别适用于车辆12的预给定的装入空间的优化利用。箱模块13通过至少一个高压燃料分配器14与所述至少一个集成的调节和安全技术装置15连接。
在图5中以车辆12的示意图示出车辆12的车身的不同装入空间针对由箱模块13组成的、用于储存压缩流体的装置10的同时使用。横向于车辆12的行驶方向装入的箱模块13一方面在乘客舱的下底部中并且另一方面在车辆12的尾部区域中布置。由此通过箱模块13的低的安装得到车辆12的低的重心，由此在转弯行驶和加速或制动动作时减小车身的摇摆和颠簸倾向。箱模块13通过至少一个高压燃料分配器14与所述至少一个集成的调节和安全技术装置15连接。通过在车辆12的尾部区域中布置的箱模块13的附加容量扩大车辆12的向箱中填充一次燃料的行程距离。
在图6中以车辆12的示意图同样示出车辆12的车身的不同装入空间针对由箱模块13组成的、用于储存压缩流体的装置10的同时使用。沿着车辆12的行驶方向装入的箱模块13一方面在乘客舱的下底部中并且另一方面在车辆12的尾部区域中布置。由此通过箱模块13的低的安装得到车辆12的低的重心，由此在转弯行驶和加速或制动动作时减小车身的摇摆和颠簸倾向。箱模块13通过至少一个高压燃料分配器14与所述至少一个集成的调节和安全技术装置15连接。通过在车辆12的尾部区域中布置的箱模块13的附加容量扩大车辆12的向箱中填充一次燃料的行程距离。
图7示出在现有技术中的型号IV-压力气体容器18和由箱模块13组成的、用于储存压缩流体的装置10的模块化构造之间的比较的示意图。附图示出，如何能够通过由多个箱模块13组成的管束16来替代型号IV-压力气体容器18。此外，管束16可以通过添加箱模块13来充分利用车辆12中的以有角的形式实施的装入空间的角部，并且由此在没有附加的结构空间需要的情况下增大容量。箱模块13通过至少一个高压燃料分配器14与所述至少一个集成的调节和安全技术装置15连接。
图8示出具有燃料电池驱动装置的车辆12的示意图。燃料电池20由用于储存压缩流体的装置10通过具有集成的调节和安全技术装置15的高压燃料分配器14供给以气态燃料。用于储存压缩流体的装置10由一批由金属制成的箱模块13组成。箱模块13布置在壳体17中。由燃料电池20放出的电能被直流变压器22变换到直流中间电路26的电压水平上。由直流中间电路26给牵引逆变器24供给以电能。通过牵引逆变器24将直流中间电路26的直流电压转变成交流电流或三相电流，通过其来运行电动机19。电动机19通过传动机构23对驱动轮27进行驱动。直流中间电路26还与缓冲电池25连接。例如当在加速过程中电动机19的电能需求高于由燃料电池20放出的电能时，该缓冲电池25附加于燃料电池20地给电动机19供应以电能。此外，例如当电动机19的电能需求小于由燃料电池20放出的电能时，缓冲电池25接收过剩的电能。在车辆12制动时，电动机19作为发电机运行。当电动机19以发电的方式作为无磨损的制动器工作时，通过制动过程产生的电能同样由缓冲电池25接收。在此，牵引逆变器24将由电动机19放出的交流电流或三相电流转变成处于直流中间电路26的电压水平的直流电流。
图9示出具有用于储存压缩流体的装置10的车辆12的示意图。这种用于储存压缩流体的装置10由一批由金属制成的箱模块13组成，所述箱模块横向于车辆12的行驶方向地布置。各个箱模块13通过高压燃料分配器14连接。在高压燃料分配器14中集成有调节和安全技术装置15。箱模块13共同形成管束16，该管束集成到车辆12的下底部中。箱模块13在车辆12的乘客舱下方的布置是特别防止意外的，因为车辆12的消耗能量的区域、即所谓的撞击缓冲区在乘客舱前面和后面布置。因此，乘客舱和由此箱模块13在事故中针对损坏特别受保护。
图10示出由箱模块13组成的、用于储存压缩流体的装置10的示意图，该装置用于装入到车辆12的设置用于牵引电池的装入空间中。为此，用于储存压缩流体的装置10布置在壳体17中。为了固定箱模块13，在壳体17中这样布置锚固部21，使得所述锚固部在事故中接收起作用的力并且箱模块13不受损坏。各个箱模块13通过高压燃料分配器14连接，在所述高压燃料分配器中集成有调节和安全技术装置15。壳体17保护由管束16组成的箱模块13与高压燃料分配器14和调节和安全技术装置15全部免受环境影响和腐蚀介质。壳体17例如可以这样实施，使得所述壳体附加地承担用于车辆12的车身的加固功能。为了检查或者在探测时，壳体17可以与用于储存压缩流体的装置10容易地从车辆中取出并且在检查之后或在维护之后又装入到车辆中。在将壳体17中的装置10装入到设置用于牵引电池的装入空间中时，由钢制成的管束的质量不要求在车辆12上的附加措施，因为最初设置的牵引电池同样具有类似大的重量。
图11示出具有用于储存压缩流体的装置10的车辆12的示意图。这种用于储存压缩流体的装置10由一批由金属制成的箱模块13组成，所述箱模块沿着行驶方向布置在壳体17中。各个由管束16组成的箱模块13在壳体17中通过高压燃料分配器14连接。在高压燃料分配器14中集成有调节和安全技术装置15。壳体17集成到车辆12的下底部中。在壳体17中的箱模块13在车辆12的乘客舱下方的布置是特别防止意外的，因为车辆12的消耗能量的区域、即所谓的撞击缓冲区在乘客舱前面和后面布置，并且由此具有箱模块13的壳体17和具有调节和安全技术装置15的高压燃料分配器14在事故中针对损坏特别受保护。
Claims (6)
1.用于储存压缩流体(11)的装置(10)，该压缩流体用作为用于车辆(12)的燃料，其中，所述装置(10)包括至少两个管形的箱模块(13)和具有至少一个集成的调节和安全技术装置(15)的至少一个高压燃料分配器(14)，其特征在于，所述至少两个管形的箱模块(13)仅仅由金属组成并且与具有所述至少一个集成的调节和安全技术装置(15)的所述至少一个高压燃料分配器(14)模块化地连接成具有灵活的几何形状的模块，所述装置(10)布置在壳体(17)中，所述壳体(17)能够实施为使得所述壳体附加地承担用于车辆(12)的车身的加固功能，所述壳体(17)能够与所述装置(10)容易地从车辆中取出并且在检查之后或在维护之后又装入到车辆中。
2.根据权利要求1所述的用于储存压缩流体(11)的装置(10)，其特征在于，所述至少两个管形的箱模块(13)由钢组成。
3.根据权利要求1所述的用于储存压缩流体(11)的装置(10)，其特征在于，所述至少两个管形的箱模块(13)由钛组成。
4.根据权利要求1所述的用于储存压缩流体(11)的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)由具有相同几何形状的多个管束(16)组成。
5.根据权利要求1所述的用于储存压缩流体(11)的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)由至少一个管束(16)组成，该管束在长度、直径、布置和结构空间方面具有灵活的几何形状。
6.根据权利要求5所述的用于储存压缩流体(11)的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)布置在壳体(17)中。
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