CN115038606A - 用于燃料电池系统的箱设备 - Google Patents

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CN115038606A
CN115038606A CN202180011695.1A CN202180011695A CN115038606A CN 115038606 A CN115038606 A CN 115038606A CN 202180011695 A CN202180011695 A CN 202180011695A CN 115038606 A CN115038606 A CN 115038606A
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K·韦贝尔
R·哈马达
F·穆埃勒德尔
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

一种用于燃料电池系统的箱设备(1)，其中，所述箱设备(1)包括用于存储氢气的至少两个箱容器(2)、框架形壳体元件(24)和能够与所述箱容器(2)连接的供应管线(4)，其中，所述框架形壳体元件(24)包围所述至少两个箱容器(2)和供应管线(4)，其中，所述至少两个箱容器(2)与纵轴线(9)平行地伸展。根据本发明，所述至少两个箱容器(2)中的每个箱容器借助至少一个可变的紧固元件(3)与所述框架形壳体元件(24)连接。

Description

用于燃料电池系统的箱设备
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池系统的箱设备，所述箱设备用于存储氢气，尤其用于在燃料电池组件中应用。所述箱设备例如在具有燃料电池驱动器的车辆中使用。
背景技术
DE 10 2017 212 485 A1描述了一种用于存储被压缩的流体的装置，所述被压缩的流体用作车辆的燃料，其中，该装置包括至少两个管形的箱容器和至少一个高压燃料分配器，所述高压燃料分配器具有至少一个集成的调节与安全技术装置。此外，所述至少两个管形的箱容器由金属构成，并且与具有至少一个集成的调节与安全技术装置的至少一个高压燃料分配器模块化地连接成具有呈灵活几何构型的模块。
在行驶运行中，应保护箱容器以免受到机械负载和/或热负载，例如抖动、制动或者加速。这同样适用于在发生事故时对箱容器的保护。否则，在发生事故时和在运行模式中，不能够保证箱容器不受到损伤。
然而，如果一个或者多个箱容器受到损伤，则会导致被压缩的流体(例如氢气)逸出或者甚至导致箱容器爆裂。
发明内容
与此相对地，根据本发明的具有权利要求1的特征的设备具有如下优点：通过箱设备的紧凑且固定的构造随时满足关于气密性的高安全要求。
为此，用于燃料电池系统的箱设备包括用于存储氢气的至少两个箱容器、框架形壳体元件和能够与箱容器连接的供应管线。框架形壳体元件包围所述至少两个箱容器和所述供应管线，其中，所述至少两个箱容器与纵轴线平行地伸展。根据本发明，所述至少两个箱容器中的每个箱容器借助至少一个可变的紧固元件与框架形壳体元件连接。
通过这种方式，能够将各个箱容器固定在框架形壳体元件中并且在装配情况下相对于彼此定位。也能够在行驶运行期间固定所述箱容器，例如以防抖动、制动或者加速，从而不损伤这些箱容器。另外能够实现如下优点：例如在发生事故时保护箱容器，从而不导致箱容器的损伤或者甚至不导致箱容器的爆裂。这导致整个箱设备的增加的使用寿命并且保护环境以防不受控的氢气逸出。
在有利的第一扩展方案中设置，至少一个紧固元件是浮动轴承和/或是固定轴承。有利地，浮动轴承是轴向浮动轴承，该轴向浮动轴承尤其正交于纵轴线地固定箱容器和/或至少部分地允许箱容器关于纵轴线在轴向上的运动。另外有利地设置，所述至少两个箱容器分别在第一端部上具有至少一个轴向浮动轴承并且在第二端部上具有至少一个固定轴承。
通过这种方式能够实现如下优点：紧固元件将箱容器刚性地固定在第一端部上，而在另一端部上实现可变的紧固。因此，例如在加燃料时或者在行驶运行期间的压力和温度变化所引起的、所述箱容器的、主要在所述箱容器的纵向方向上的膨胀能够被补偿。
在有利的扩展方案中设置，浮动轴承包括具有引导钻孔的块元件，在该引导钻孔中接收和引导相对于箱容器的纵轴线可运动的螺栓元件，其中，该浮动轴承具有舌板元件，该舌板元件具有角元件，由此所述块元件与箱容器固定连接。有利地，固定轴承包括具有引导钻孔的块元件，螺栓形螺旋元件被接收在所述引导钻孔中并且与块元件固定连接，其中，所述固定轴承具有舌板元件，该舌板元件具有角元件，由此所述块元件与箱容器固定连接。因此，能够尤其以箱设备的模块化构造的方式实现浮动轴承的或固定轴承的节省空间的布置。
在本发明的另一构型中有利地设置，所述至少两个箱容器的第一端部和第二端部具有锥形的缩窄部。通过这种方式能够实现结构上的优点，例如紧凑且集成的构造方式。
在有利的扩展方案中，紧固元件在所述至少两个箱容器的锥形的缩窄部的区域中具有弹性预应力。
在有利的扩展方案中设置，框架形壳体元件具有周向壁和底部壁，其中，该底部壁在箱设备中位于在测地学上最低的部位处。通过这种方式能够实现箱设备的紧凑且节省空间的构造形式，该构造形式在整车中需要的构造空间少。另外，借助底部壁能够保护箱容器以免受到有害的环境影响，例如机械影响，例如抛起来的石头或者车道的不平整以及喷水和盐雾。因此，能够增加箱设备的使用寿命。
在本发明的另一构型中有利地设置，底部壁具有至少一个肋、尤其是至少一个加固肋，其中，所述至少一个肋与纵轴线平行地在箱容器的方向上并且在至少几乎该底部壁的整个长度上伸展、尤其在所述至少两个箱容器之间的中间空间的区域中伸展。通过这种方式能够增加箱设备的和框架形壳体元件的机械稳定性。因此，能够增加箱设备在机械应力的情况下的使用寿命。
在有利的扩展方案中设置，所述至少一个肋尤其至少几乎正交于纵轴线地与至少两个箱容器相贴靠。通过这种方式能够改善箱容器相对于彼此的模块化布置的机械稳定性、尤其是正交于纵轴线的机械稳定性。因此，能够增加箱设备在机械应力的情况下的使用寿命。
在有利的扩展方案中，至少两个箱容器由钢制成。因此，以简单的方式通过材料使用来实现成本节省。
在有利的扩展方案中，所述至少两个箱容器中的每个箱容器具有截止阀和/或安全阀。通过这种方式能够保证，在整车发生所述箱容器中的一个箱容器受到损伤的事故时，能够借助相应的箱容器上的相应的阀使该箱容器与箱设备的其余部分至少流体地分离。另外能够防止燃料会从至少多于一个的箱容器中泄漏，由此能够防止或者至少减小在整车发生事故之后由于逸出的燃料所造成的事故危险和爆炸危险。
所描述的箱设备优选适用于燃料电池组件中，该燃料电池组件用于存储用于燃料电池的运行的氢气。
在有利的应用中，所述箱设备能够在具有燃料电池驱动器的车辆中使用。
附图说明
下面，根据附图更详细地说明本发明。
其示出了：
图1根据本发明的箱设备的示意性俯视图，
图2根据本发明的用于存储气态介质的箱设备的侧视图，所述箱设备由箱容器组成，
图3a根据本发明的箱设备的剖视图，所述箱设备具有箱容器、框架形壳体元件和紧固元件，
图3b图3a的在浮动轴承的区域中的放大视图，
图3c图3a的在固定轴承的区域中的放大视图。
所有附图仅仅是根据本发明的实施例的、根据本发明的箱设备或其组成部分的示意图。尤其间距和尺寸关系在附图中不是按比例地示出。
具体实施方式
根据图1的示意图是根据本发明的用于燃料电池系统31的箱设备1的示意性俯视图。箱设备1在此具有用于存储氢气的至少两个箱容器2，以及框架形壳体元件24和能与箱容器2连接的供应管线4。在此，框架形壳体元件24包围所述至少两个箱容器2和供应管线4，其中，所述至少两个箱容器2与纵轴线9平行地伸展。在此，所述至少两个箱容器2中的每个箱容器都具有至少一个阀8、10，所述箱容器基本上柱形地构造并且由钢制成。所述至少一个阀8、10是截止阀8和/或安全阀10。
在箱设备1的一种示例性实施方式中，所述至少两个箱容器2分别在第一端部20上具有截止阀8并且在第二端部21上具有安全阀10，其中，相应的端部20、21在纵轴线9的方向上位于相应的箱容器2上。两个箱容器2在此至少大致管形地实施。
另外，在图1中示出，截止阀8布置在相应的箱容器2与供应管线4之间，其中，供应管线4将相应的箱容器2与燃料电池系统31、尤其与燃料电池29连接。在燃料电池系统31的示例性实施方式中，来自箱设备1的氢气能够经由供应管线4到达燃料电池系统31的喷射泵的喷嘴和/或吸气区域，所述氢气尤其处在至少几乎700bar的高压下。此外，阀5能够位于供应管线4的区域中，尤其能够位于截止阀8与燃料电池系统31、尤其燃料电池系统31的阳极区域之间，和/或能够至少间接地与燃料电池29连接。在此，阀5能够位于框架形壳体元件24之内或者之外。
箱容器2在第二端部上具有安全阀10，在相应的箱容器2的第二端部21的区域中，箱容器2经由安全阀10与连接管线11连接。对此，连接管线11用于在发生事故和/或火灾的情况下将氢气从相应的箱容器2中从箱设备1中导出来并且因此抵御相应的箱容器2的爆裂。排出阀12能够位于连接管线11的背离安全阀10和/或箱容器2的端部上、尤其能够位于该连接管线的下游端部上，在发生事故或者火灾时，氢气能够经由所述排出阀排出到车辆的环境33中、尤其排出到如下区域中：在该区域中，燃烧的氢气不再会损害或者伤害整车和乘客。
在一种示例性实施方式中，保险阀10能够是所谓的TPRD(Thermal PressureRelief Device，热压力卸载设备)阀10，该TPRD阀具有温度敏感的元件，以便在紧急情况下在热量输入到箱容器2中时触发安全阀10的打开。因此，在该示例性实施方式中，相应的箱容器2借助其第一端部20经由截止阀8与供应管线4连接和/或借助其第二端部21经由安全阀10与连接管线11连接，该安全阀尤其实施为熔断安全阀10。
另外，另外的阀能够位于连接管线11的区域中、尤其在安全阀10与排出阀12之间。
有利地，钢用于制造管形箱模块2。钢一方面非常牢固，另一方面非常成本有利。有利的是，钢非常容易加工。由于钢的高的可延展性，产生具有管形箱模块的车辆的改善的碰撞安全性。
在图2中以侧视图示出根据本发明的箱设备1的实施例。箱设备1在此具有多个箱容器2，所述箱容器基本上柱形地构造。相应的箱容器2的相应的端部20、21具有锥形的缩窄部6并且因此具有典型的瓶颈结构。
在此在图2中示出，框架形壳体元件24具有周向壁26和底部壁25，箱容器2装入到该壳体元件中，其中，底部壁25在箱容器1中和/或车辆中位于在测地学上最低的部位处。框架形壳体元件24的周向壁26在此具有前壁28、左壁32、右壁34和后壁30。另外，箱容器2在装配前作为箱容器模块预装配，该箱容器模块能够由至少两个箱容器2连同阀8、10和另外的构件组成。底部壁25在此包括至少一个肋27、尤其至少一个加固肋27，其中，至少一个肋27与纵轴线9和/或箱容器2平行地且在至少几乎底部壁25的整个长度上伸展、尤其在所述至少两个箱容器2之间的中间空间14的区域中伸展。在此，至少一个肋27尤其至少几乎正交于纵轴线9地与至少两个箱容器2相贴靠，其中，通过这种方式能够改善根据本发明的箱设备1的稳定性和碰撞安全性。此外，这样能够实现各个管在壳体中的固定和相对于彼此的定位。
此外在图2中示出，框架形壳体元件24在周向壁26的背离底部壁25的侧上具有环绕的凸肩15，其中，所述凸肩15与底部壁25平行地伸展并且具有至少两个钻孔17。这些钻孔17至少几乎正交于底部壁25的平面和/或凸肩15的平面伸展，其中，框架形壳体元件24能够借助钻孔17且例如借助螺旋接合装配在整车上。
框架形壳体元件24在此至少几乎完全围绕箱容器2和/或具有附装件的箱容器模块，并且借助紧固元件3与箱容器2固定连接。此外，框架形壳体元件24因此保护这些箱容器以免受到：
·环境影响，例如腐蚀性介质、湿气，
·机械负载，例如与车道或者碎石的接触，
·热负载，例如火、热空气、辐射或者对流。
框架形壳体元件24在此例如能够实施为使得该壳体元件附加地承担用于车辆的车身的加固功能。另外，借助框架形壳体元件24能够改善箱设备1与外部的加燃料系统的附接，因为箱设备1的可触及性被改善。此外，借助框架形壳体元件24能够确保传感机构和/或阀和/或管线系统和/或另外的构件的更简单的集成。
在图3a中以剖视图示出根据本发明的箱设备的实施例，该箱设备示例性地具有箱容器2、框架形壳体元件24和紧固元件3。示例性地示出箱容器2在框架形壳体元件24中借助紧固元件3来紧固，其中，另外的箱容器2通过相同的方式与壳体元件24连接。
紧固元件3一方面是浮动轴承3a和/或另一方面是固定轴承3b，所述浮动轴承和/或所述固定轴承尤其在箱容器2的锥形的缩窄部6中具有弹性预应力。
如图3b中的放大部IIIb所示，浮动轴承3a包括具有引导钻孔350的块元件35，在引导钻孔中接收和引导沿着纵轴线9可运动的螺栓元件37。另外，浮动轴承3a包括半圆形的舌板元件36，该舌板元件具有角元件38，该角元件不仅与舌板元件36固定连接、还与螺栓元件37固定连接。
另外，在舌板元件36上布置有阀、例如熔断保险阀10，并且借助该阀紧固在箱容器2的锥形的缩窄部6上。另外，块元件35借助角元件28与箱容器2固定连接。
此外，块元件35借助焊缝39与框架形壳体元件24固定连接。
如图3c中的放大部IIIc所示，固定轴承3b也包括具有引导钻孔350的块元件35。在此，螺栓形螺旋元件40被接收在引导钻孔350中并且与块元件35固定连接。在此，固定轴承3b也包括半圆形的舌板元件36，该舌板元件具有角元件28，该角元件不仅与舌板元件36固定连接、还与螺栓元件37固定连接。
此外，在舌板元件36上布置有阀、例如截止阀8，并且借助该阀紧固箱容器2的锥形的缩窄部6上。另外，块元件35在此也借助角元件28与箱容器2固定连接。
在固定轴承3b的情况下，块元件35也借助焊缝39与框架形壳体元件24固定连接。
通过这种方式能够保证，由在加注时和/或在行驶运行时的压力变化和温度变化所引起的、箱容器2的、尤其沿着箱容器2的纵轴线9的膨胀能够通过呈浮动轴承3a和固定轴承3b的形式的可变的紧固来补偿。这预防对箱容器2的损伤，并且因此除了遵守与安全相关的因素之外还导致整个箱设备1的高的使用寿命。

Claims (15)

1.一种用于燃料电池系统的箱设备(1)，其中，所述箱设备(1)包括用于存储氢气的至少两个箱容器(2)、框架形壳体元件(24)和能够与所述箱容器(2)连接的供应管线(4)，其中，所述框架形壳体元件(24)包围所述至少两个箱容器(2)和所述供应管线(4)，其中，所述至少两个箱容器(2)与纵轴线(9)平行地伸展，其特征在于，所述至少两个箱容器(2)中的每个箱容器借助至少一个可变的紧固元件(3)与所述框架形壳体元件(24)连接。
2.根据权利要求1所述的箱设备(1)，其特征在于，所述至少一个紧固元件(3)是浮动轴承(3a)和/或是固定轴承(3b)。
3.根据权利要求2所述的箱设备(1)，其特征在于，所述浮动轴承(3a)是轴向浮动轴承(3a)，所述轴向浮动轴承尤其正交于所述纵轴线(9)地固定所述箱容器(2)和/或至少部分地允许所述箱容器(2)关于所述纵轴线(9)在轴向上的运动。
4.根据权利要求3所述的箱设备(1)，其特征在于，所述至少两个箱容器(2)分别在第一端部(20)上具有至少一个轴向浮动轴承(3a)并且在第二端部(21)上具有至少一个固定轴承(3b)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的箱设备(1)，其特征在于，所述浮动轴承(3a)包括具有引导钻孔(350)的块元件(35)，在所述引导钻孔(350)中接收和引导相对于所述箱容器的纵轴线(9)可运动的螺栓元件(37)，其中，所述浮动轴承(3a)具有舌板元件(36)，所述舌板元件具有角元件(28)，由此所述块元件(35)与所述箱容器(2)固定连接。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的箱设备(1)，其特征在于，所述固定轴承(3b)包括具有引导钻孔(350)的块元件(35)，螺栓形螺旋元件(40)被接收在所述引导钻孔(350)中并且与所述块元件(35)固定连接，其中，所述固定轴承(3b)具有舌板元件(36)，所述舌板元件具有角元件(28)，由此所述块元件(35)与所述箱容器(2)固定连接。
7.根据上述权利要求所述的箱设备(1)，其特征在于，所述至少两个箱容器(2)的第一端部(20)和第二端部(21)具有锥形的缩窄部(6)。
8.根据上述权利要求所述的箱设备(1)，其特征在于，在所述至少两个箱容器(2)的锥形的缩窄部(6)的区域中，所述紧固元件(3)具有弹性预应力。
9.根据权利要求1所述的箱设备(1)，其特征在于，所述框架形壳体元件(24)具有周向壁(26)和底部壁(25)，其中，所述底部壁(25)在所述箱设备(1)中位于在测地学上最低的部位处。
10.根据上述权利要求所述的箱设备(1)，其特征在于，所述底部壁(25)具有至少一个肋(27)、尤其是至少一个加固肋(27)，其中，所述至少一个肋(27)与所述纵轴线(9)平行地在所述箱容器(2)的方向上并且在至少几乎所述底部壁(25)的整个长度上伸展、尤其在所述至少两个箱容器(2)之间的中间空间(14)的区域中伸展。
11.根据上述权利要求所述的箱设备(1)，其特征在于，所述至少一个肋(27)尤其至少几乎正交于所述纵轴线(9)地与至少两个箱容器(2)相贴靠。
12.根据上述权利要求中任一项所述的箱设备(1)，其特征在于，所述至少两个箱容器(2)由钢制成。
13.根据上述权利要求中任一项所述的箱设备(1)，其特征在于，所述至少两个箱容器(2)中的每个箱容器具有截止阀(8)和/或安全阀(10)。
14.一种燃料电池组件，其具有用于存储用于燃料电池的运行的氢气的、根据上述权利要求中任一项所述的箱设备(1)。
15.一种燃料电池运行的车辆，所述车辆具有用于存储被压缩的流体的、根据权利要求1至13中任一项所述的箱设备(1)。
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