DE102005037637B4 - Behälter für Gasspeichertanks in einem Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
ein Gehäuse (40) mit einem Innenraum;
zumindest einen unter Druck gesetzten Speichertank (42, 44), der im Innenraum des Gehäuses (40) angeordnet ist;
eine Brennstoffleitung (70), die mit dem Speichertank (42, 44) in Verbindung steht und aus dem Gehäuse (40) verläuft;
zumindest eine Lüftungsöffnung (88) in dem Gehäuse (40), die dazu dient, Fluid aus dem Innenraum des Gehäuses (40) zu entlüften;
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Ableitungsöffnung (90) in dem Gehäuse (40) vorgesehen ist, die dazu dient, eine Ableitung eines Fluids aus dem Innenraum des Gehäuses (40) zu ermöglichen,
dass sich die Lüftungsöffnung (88) an der Oberseite des oberen Teils (46) des Gehäuses (40) befindet und immer offen ist, und
dass sich die Ableitungsöffnung (90) an der Unterseite des unteren Teils (48) des Gehäuses (40) befindet.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffspeichersystem und konkre- ter auf unter Druck gesetzte Gasspeichertanks in einem mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeug.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Mit den sich ändernden Emissionsvorgaben für Fahrzeuge (z. B. Automobile, Busse, Lastkraftwagen etc.) werden an den Fahrzeugen alternative Antriebe (z. B. Brennstoffzellensysteme) und/oder Brennstoffe (z. B. Wasserstoff, flüssiges Erdgas, Propan etc.) eingeführt. Um für eine effiziente Speicherung dieser alternativen Brennstoffe zu sorgen, werden die Brennstoffe unter erhöhten Drücken gespeichert, um das Gas zu verdichten und mehr Gas in einem gegebenen Raumvolumen unterzubringen. Um das Speichern dieser Gase unter erhöhten Drücken zu erleichtern, werden typischerweise zylindrische oder zylinderartige Speichertanks verwendet.
- Entsprechende Brennstoffspeichersysteme werden beispielsweise in der
DE 35 15 220 A1 , in derWO 03/035419 A1 WO 00/24608 A1 - Heutige Fahrzeuge sind nicht für eine Montage eines Hochdruckspeichertanks an ihnen ausgelegt. Das heißt, heutige Fahrzeuge speichern typischerweise ihren flüssigen Brennstoff in einem drucklosen oder geringfügig unter Druck gesetzten Speichertank, der dem Unterboden des Fahrzeugs benachbart angeordnet und so geformt ist, dass er sich nach dem zur Verfügung stehenden Raum des Unterbodens richtet. Da die Speichertanks für flüssigen Brennstoff so geformt werden konnten, dass sie der Ausgestaltung des Unterbodens entsprachen, wurde der Unterboden nicht für eine effiziente oder optimale Nutzung zylindrischer Hochdruckspeichertanks ausgelegt. Außerdem sind die Fahrzeuge und der Unterboden nicht dafür ausgelegt, die Hochdruckspeichertanks gegen die Gefährdungen beim Fahren oder im Fall einer Kollision zu schützen.
- Dementsprechend ist es vorteilhaft, ein Kraftstoffspeichersystem zu schaffen, das an einem Fahrzeug angebracht werden kann und einen Hochdruckspeichertank aufnehmen kann. Es wäre vorteilhaft, falls ein solches System einen Schutz für die Hochdruckspeichertanks beinhalten würde, um gegen Gefährdungen aus einer Bewegung des Fahrzeugs und/oder einer Kollision zu schützen. Um die Montage von ein solches Brennstoffspeichersystem nutzenden Fahrzeugen zu erleichtern, ist es außerdem vorteilhaft, ein Brennstoffspeichersystem zu schaffen, das als modulare Einheit am Fahrzeug angebracht werden kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffspeichersystem anzugeben, bei dem gasförmige und flüssige Fluide zuverlässig aus dem die Speichertanks aufnehmenden Gehäuse ausgetragen werden können.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einem Brennstoffspeichersystem gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
- Ein Brennstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung umfasst einen Behälter, der in ein Fahrzeug eingebaut und unter dem Unterboden des Fahrzeugs oder an einer anderen geeigneten Stelle installiert werden kann. Der Behälter ist dafür eingerichtet, den verfügbaren Raum zum Speichern von Brennstoff an einem Fahrzeug zu maximieren, und schließt Platz für eine Stromsteuervorrichtung ein, die im Behälter enthalten sein soll. Der Behälter weist auch Entlüftungs- und Ableitungsöffnungen auf, um die Entnahme von Gas und Flüssigkeiten aus dem Inneren des Behälters zu ermöglichen.
- Ein Brennstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse mit einem Innenraum auf. Zumindest ein unter Druck gesetzter Speichertank ist im Inneren des Gehäuses angeordnet. Im Inneren des Gehäuses gibt es eine Stromsteuervorrichtung. Die Stromsteuerung umfasst einen Druckregler, der an dem mindestens einen Speichertank angebracht ist und dazu dient, einen Druck des von dem mindestens einen Speichertank gelieferten Brennstoffs zu regulieren, und/oder ein automatisch gesteuertes Ventil, das dazu dient, einen Brennstoffstrom von dem zumindest einen Speichertank selektiv aus dem Gehäuse zu ermöglichen. Es ist eine Brennstoffleitung vorhanden, die an der Stromsteuervorrichtung angebracht ist und dazu dient, Brennstoff von dem zumindest einen Speichertank zuzuführen. Die Brennstoffleitung erstreckt sich von der Stromsteuervorrichtung aus dem Gehäuse.
- Ein anderes Brennstoffspeichersystem für ein Fahrzeug gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls offenbart. Dieses Brennstoffspeichersystem weist ein Gehäuse mit einem Innenraum auf. Es gibt zumindest einen unter Druck gesetzten Speichertank, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Eine Brennstoffleitung ist vorhanden, die mit dem Speichertank in Verbindung steht und sich aus dem Gehäuse erstreckt. Im Gehäuse gibt es mindestens eine Entlüftungsöffnung. Die Öffnung dient dazu, Fluid aus dem Inneren des Gehäuses zu entlüften.
- In einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug offenbart. Das Kraftfahrzeug enthält ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, der dazu dient, Brennstoff und ein Oxidationsmittel reagieren zu lassen, um elektrische Energie zu erzeugen. Ein Brennstoffspeichersystem ist vorhanden, das dazu dient, den Brennstoff zu speichern und zuzuführen. Das Brennstoffspeichersystem enthält zumindest einen Speichertank. Ein erster Träger ist vorhanden, der ein Teil des zumindest einen Speichertanks umgibt. Ein zweiter Träger umgibt ein anderes Teil des zumindest einen Speichertanks. Der erste und zweite Träger sind zusammen mit dem zumindest einen Speichertank angebracht, der zwischen dem ersten und zweiten Träger angeordnet ist. In einem der Träger gibt es auch mindestens eine Ableitungsöffnung. Die Ableitungsöffnung dient dazu, Fluid aus dem Inneren der Träger abzuleiten.
- Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der im Folgenden gelieferten detaillierten Beschreibung ersichtlich werden. Es sollte sich verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifischen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Veranschaulichungszwecken und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der Erfindung zu beschränken.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen vollständiger verstanden, wobei:
-
1 eine vereinfachte Aufrissansicht eines Fahrzeugs ist, das von einem Brennstoffzellensystem angetrieben wird und ein Brennstoffspeichersystem gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung aufweist; -
2 eine Querschnittansicht des Brennstoffspeichersystems von1 ist; -
3 eine auseinandergezogene Ansicht des Brennstoffspeichersystems von1 ist; und -
4 eine Querschnittansicht einer anderen Ausführung des Brennstoffspeichersystems von1 ist. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder Nutzungen beschränken.
- In
1 ist ein Fahrzeug20 , in diesem Fall ein Personenkraftwagen, mit einem Brennstoffspeichersystem24 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung und einem Brennstoffzellensystem26 veranschaulicht. Das Fahrzeug20 hat eine Karosserie28 und einen Unterboden30 , an dem das Brennstoffspeichersystem24 montiert ist. Das Brennstoffspeichersystem24 dient dazu, Brennstoff zu speichern und gespeicherten Brennstoff über einen Brennstoffstrom32 , wie im Folgenden beschrieben wird, an ein Brennstoffzellensystem26 zu liefern. Alternativ dazu kann das Fahrzeug20 einen (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor aufweisen, der den Brennstoffstrom32 vom Brennstoffspeichersystem24 empfängt. - Das Brennstoffzellensystem
26 enthält einen Brennstoffzellenstapel34 , der aus mehreren Brennstoffzellen besteht und dazu dient, den Brennstoffstrom32 mit einem Oxidationsmittelstrom36 zur Reaktion zu bringen, um elektrische Energie zu erzeugen, wie in der Brennstoffzellentechnik bekannt ist. In Brennstoffzellen vom Typ mit Protonenaustauschmembran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle geliefert, und Sauerstoff wird an die Kathode geliefert. Wenn ein Brennstoffzellenstapel34 Brennstoffzellen vom PEM-Typ nutzt, ist demgemäß der Brennstoffstrom32 ein wasserstoffhaltiger Strom, und der Oxidationsmittelstrom36 ist ein sauerstoffhaltiger Strom. PEM-Brennstoffzellen enthalten eine Membranelektrodenanordnung (MEA) mit einer dünnen, protonendurchlässigen, nicht-elektrisch leitenden festen Polymerelektrolytmembran mit dem Anodenkatalysator auf einer ihrer Seiten und dem Kathodenkatalysator auf der gegenüberliegenden Seite. Die MEA ist sandwichartig zwischen einem Paar elektrisch leitender Elemente angeordnet, die als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen, die geeignete Kanäle und/oder Öffnungen darin enthalten, um die gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen des jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysators zu verteilen. Eine typische PEM-Brennstoffzelle und ihre MEA sind in denUS-Patenten 5,272,017 und5,316,871 beschrieben, die am 21. Dezember 1993 bzw. 31. Mai 1994 erteilt und General Motors Corporation übertragen wurden, deren Offenbarungen durch Verweis hier miteinbezogen sind. - Der Ausdruck ”Brennstoffzelle” wird typischerweise verwendet, um je nach Kontext auf entweder eine einzelne Zelle oder mehrere Zellen zu verweisen. Mehrere einzelne Zellen werden gewöhnlich zusammen gebündelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden. Jede Zelle innerhalb des Stapels weist die früher beschriebene MEA auf, und jede derartige MEA liefert ihr Spannungsinkrement. Typische Anordnungen mehrerer Zellen in einem Stapel sind beschrieben in dem
US-Patent Nr. 5,763,113 , das General Motors Corporation übertragen wurde und durch Verweis hier einbezogen ist. Obgleich der Brennstoffzellenstapel34 als ein Typ eines Brennstoffzellenstapels mit Protonenaustauschmembranen beschrieben ist, sollte festgestellt werden, dass andere Brennstoffzellenstapel verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die durch das Brennstoffzellensystem24 erzeugte elektrische Energie wird genutzt, um elektrische Leistung an das Fahrzeug20 zu liefern, die verwendet werden kann, um das Fahrzeug20 durch die Nutzung von Elektromotoren anzutreiben. - In
1 ist nun das Fahrzeug20 mit der bevorzugten Ausführungsform eines Brennstoffspeichersystems24 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Brennstoffspeichersystem24 nutzt ein Gehäuse40 , das ein Paar Speichertanks42 ,44 umgibt. Das Gehäuse40 ist am Unterboden30 des Fahrzeugs20 angebracht. Das Gehäuse40 sorgt für einen Schutz des Brennstoffspeichersystems24 und insbesondere der Speichertanks42 ,44 vor einer Beschädigung, die durch Trümmer oder andere Fremdkörper verursacht wird, die das Brennstoffspeichersystem24 , während das Fahrzeug20 sich bewegt, und/oder im Fall einer Kollision treffen. - Die Speichertanks
42 und44 sind dafür ausgelegt, den Brennstoff für das Fahrzeug20 zu speichern. Die Speichertanks42 und44 sind dafür ausgelegt, den Brennstoff unter einem erhöhten Druck zu speichern, um den Brennstoff zu verdichten und die Brennstoffspeicherung für den verfügbaren Raum zu maximieren. Um eine Verdichtung des Brennstoffs zu bewerkstelligen, sind die Speichertank42 und44 vorzugsweise dafür ausgelegt, dass sie einem Druck von mindestens 70 MPa standhalten können. Es ist jedoch festzustellen, dass niedrigere und höhere Drücke genutzt werden können und die Speichertanks42 und44 dafür ausgelegt sein können, den niedrigeren und höheren Drücken standzuhalten, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich zur Fähigkeit, den Brennstoff unter diesen hohen Drücken zu speichern, sollen die Speichertanks42 und44 auch dafür ausgelegt sein, im Fall eines zufälligen Kontakts mit einem Fremdkörper wie zum Beispiel im Fall einer Kollision des Fahrzeugs20 einem Durchstechen standzuhalten. Eine Vielzahl von Speichertanks kann verwendet werden, die die oben angegebenen Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können die Speichertanks42 und44 Speichertanks vom Typ III sein, die eine Metallauskleidung enthalten, oder Speichertanks vom Typ IV, die aus Verbundmaterialien und Kunststoffen wie zum Beispiel hochdichtem Polyethylen und Kohlenstofffaser hergestellt sind. Tanks vom Typ IV vergrößern sich, wenn sie unter Druck gesetzt werden, und demgemäß ist, wenn Tanks vom Typ IV verwendet werden, das Gehäuse40 dafür eingerichtet, die Änderung der Abmessungen der Speichertanks42 und44 zu erlauben, während sich der Druck innerhalb der Speichertanks42 und44 ändert. Wie dargestellt ist, haben außerdem die Speichertanks42 und44 verschiedene Größen. Die unterschiedlichen Größen werden gewählt, um eine effiziente Speicherung des Brennstoffs in dem verfügbaren Raum zu bewerkstelligen. Das heißt, die spezifische Größe jedes Speichertanks42 und44 wird so gewählt, dass für eine effiziente Speicherung des Brennstoffs im verfügbaren Raum gesorgt wird. Zu diesem Zweck kann zusammen mit dem Einstellen der Größe der Speichertanks die Anzahl der Speichertanks, die verwendet werden, ebenfalls variieren. Beispielsweise können, wie in4 gezeigt ist, zwei Speichertanks der gleichen Größe verwendet werden. Außerdem können drei Speichertanks gleicher oder unterschiedlicher Größen verwendet werden, falls dies für eine effiziente Speicherung von Brennstoff im am Fahrzeug20 verfügbaren Raum sorgt. Die Größe der Speichertanks42 und44 und die Anzahl der Speichertanks wird somit variieren, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. - Das Gehäuse
40 besteht aus einem ersten oder oberen Teil46 , das so ausgeführt ist, dass es einen Teil der Speichertanks42 ,44 umgibt, und einem zweiten oder unteren Teil48 , das so ausgeführt ist, dass es den verbleibenden Teil der Speichertanks42 ,44 umgibt. Das obere und untere Teil46 und48 sind so aneinander angebracht, dass sie ein Gehäuse40 bilden, das die Speichertanks42 ,44 schützt. Das obere und untere Teil46 und48 können auf eine Vielzahl von Arten aneinander angebracht werden. Zum Beispiel werden, wie in2 und3 gezeigt ist, Bolzen52 und komplementäre Muttern54 verwendet, um das obere und untere Teil46 und48 aneinander zu befestigen. Alternativ dazu können Schrauben, Klemmen, Gelenke oder andere mechanische Verbindungselemente verwendet werden. Das obere und untere Teil46 und48 müssen nicht fluiddicht aneinander angebracht werden, da das Gehäuse40 nicht als sekundäre Kapselung für den Brennstoff in den Tanks42 ,44 dienen soll. - Die äußere Form des oberen und unteren Teils
46 und48 kann so variieren, dass sie sich an den Ort im Fahrzeug20 anpasst, an dem sich das Brennstoffspeichersystem24 befindet. Das heißt, wie in2 gezeigt ist, weisen das obere und untere Teil46 und48 eine Außenfläche auf, die sich im Verlauf zwischen gegenüberliegenden Seiten ändert. Diese äußere Ausführung ist so konturiert, dass sie zu einer Kontur des Unterbodens30 des Fahrzeugs20 komplementär ist. Im Gegensatz dazu kann, wie in4 gezeigt ist (die eine alternative Ausführungsform des Brennstoffspeichersystems24 ist), die äußere Ausführung des oberen und unteren Teils46 und48 im Allgemeinen einheitlich sein und für eine rechtwinklige Umhüllung sorgen, wenn die Ausführung des Unterbodens30 eine derartige Ausführung für das obere und/oder untere Teil46 und48 ermöglicht. Folglich kann sich die äußere Ausführung des Gehäuses40 unterscheiden und kundenspezifisch ausgeführt sein, so dass sie dem verfügbaren Raum am Fahrzeug20 entspricht, in dem das Brennstoffspeichersystem24 angeordnet ist. Die äußere Ausgestaltung des Gehäuses40 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass der verfügbare Raum im Fahrzeug20 , in dem das Brennstoffspeichersystem24 angeordnet ist, effizient genutzt wird. Zusätzlich zur kundenspezifischen bzw. individuellen Anpassung der externen Ausführung des Gehäuses40 , um den verfügbaren Raum im Fahrzeug20 effizient zu nutzen, werden die Größen und Anzahl der Speichertanks42 und44 , die verwendet werden, ebenfalls so gewählt, dass der verfügbare Raum effizient genutzt wird. - Das untere Teil
48 hat ein Paar Klammern56 , die sich zwischen den Seiten des unteren Teils48 quer zur Ausrichtung der Speichertanks42 ,44 erstrecken. Die Klammern56 sind zur äußeren Ausführung der Tanks42 ,44 komplementär und bilden ein Gestell, auf dem die Tanks42 ,44 ruhen. Die Klammern56 können mehrere Klammern sein, die wie gezeigt entlang der Länge des Gehäuses40 beabstandet sind, oder können eine einzige Klammer sein, die sich über einen Abschnitt oder eine gesamte Länge des unteren Teils48 des Gehäuses40 erstreckt. Die Tanks42 ,44 sind an den Klammern56 und dem unteren Teil48 vorzugsweise mit Riemen58 angeschnallt. Alternativ dazu können die Tanks42 ,44 am unteren Teil48 mit Zargen montiert sein, wie in der Technik bekannt ist. - Das obere und untere Teil
46 und48 weisen jeweilige Schaumelemente60 ,62 auf. Die Schaumelemente60 ,62 sind so bemessen, dass sie zum Innenraum des oberen und unteren Teils46 und48 , den Klammern56 , Riemen58 und der äußeren Gestalt der Speichertanks42 ,44 komplementär sind. Außerdem sind die Schaumelemente60 ,62 so bemessen, dass sie für etwaige Rohrleitungshardware, elektrische Hardware und andere Komponenten Platz lassen, die mit den Speichertanks42 ,44 verbunden sind. In einer alternativen Ausführungsform werden, wie in4 gezeigt ist, die Tanks42 ,44 durch das untere Schaumelement62 und das untere Teil48 des Gehäuses40 abgestützt. Diese Ausführungsform kann genutzt werden, wenn das Gewicht der Tanks42 ,44 gering genug ist, so dass die Tanks42 ,44 durch das untere Schaumelement62 und das untere Teil48 des Gehäuses40 ohne Bedarf an Klammern56 sicher abgestützt werden können. In dieser Ausführungsform stehen die Schaumelemente60 ,62 mit den Innenwänden des jeweiligen oberen und unteren Teils46 und48 in direktem Kontakt, so dass die Schaumelemente60 ,62 sich in Bezug auf das obere und untere Teil46 und48 nicht bewegen. Jedes Schaumelement60 ,62 ist so konturiert, dass es zu einer Außenkontur der Speichertanks42 ,44 komplementär ist, so dass die Speichertanks42 ,44 zwischen den Schaumelementen60 ,62 befestigt sind, wenn das obere und untere Teil46 und48 aneinander angebracht sind. Die Schaumelemente60 ,62 sind in direktem Kontakt mit dem Äußeren der Speichertanks42 ,44 so ausgebildet, dass die Tanks42 ,44 ausreichend abgestützt sind und eine geringfügige Bewegung der Tanks42 ,44 in Bezug auf das Gehäuse40 möglich ist. Die Speichertanks42 ,44 können folglich durch die Klammer56 und/oder Schaumelemente60 ,62 abgestützt werden. - Zusätzlich zum Vorsehen eines Trägers für die Speichertanks
42 ,44 sorgen die Schaumelemente60 ,62 im Fall einer Kollision des Fahrzeugs20 oder des Brennstoffspeichersystems24 mit einem Fremdkörper auch für eine Energieabsorption. Die energieabsorbierenden Eigenschaften der Schaumelemente60 ,62 dienen dazu, während einer Kollision übertragene Energie zu dissipieren, so dass die Speichertanks42 ,44 und die zugeordneten Komponenten weniger wahrscheinlich beschädigt werden. Um die energieabsorbierenden Eigenschaften zu liefern, sind die Schaumelemente60 ,62 vorzugsweise aus Schaum mit geschlossenen Zellen wie zum Beispiel PU (Polyurethan), Epoxid-Schaum und PMI (Polymethacrylimid) hergestellt. Es ist jedoch festzustellen, dass andere Arten von Materialien wie zum Beispiel Schaum mit offenen Zellen oder andere Stöße absorbierende Materialien und Strukturen (zum Beispiel Bienenwabenstrukturen) genutzt werden können, um die Schaumelemente60 ,62 herzustellen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Schaumelemente60 ,62 können daher die duale Funktionalität der Abstützung der Speichertanks42 ,44 und des Schutzes des Brennstoffspeichersystems24 im Fall eines Unfalls liefern. - Wie oben festgestellt wurde, sind die Schaumelemente
60 ,62 so ausgebildet, dass sie Platz vorsehen, damit die verschiedenen Komponenten des Brennstoffspeichersystems24 in das Gehäuse40 passen. Konkret umfasst das Brennstoffspeichersystem24 eine Stromsteuervorrichtung, in diesem Fall in Form eines Paars Druckregler64 , die an den jeweiligen Speichertanks42 ,44 angebracht sind, und automatisch gesteuerte Ventile oder Solenoide66 . Die Druckregler64 sind durch eine Brennstoffleitung68 miteinander verbunden und dienen dazu, den Druck des von den Speichertanks42 ,44 zugeführten Brennstoffs zu steuern. Die Brennstoffleitung68 und eines der Ventile66 ermöglichen, dass Brennstoff zwischen den Reglern64 und zwischen den Speichertanks42 ,44 über die Regler64 geleitet wird. Die Ventile66 arbeiten mit den Reglern64 , um den Brennstoffstrom zwischen den Speichertanks42 ,44 und den Brennstoffstrom32 zu steuern. An einem der Regler64 ist eine Brennstofffüllleitung70 angebracht, die ermöglicht, dass die Speichertanks42 ,44 mit Brennstoff gefüllt werden. Die Brennstofffüllleitung70 weist an ihrem Ende ein Anschlussstück72 auf, das so ausgebildet ist, dass es mit einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug20 verbunden wird, um zu ermöglichen, dass die Speichertanks42 ,44 von einer günstigen Stelle am Fahrzeug20 aus mit Brennstoff gefüllt werden. Eine Brennstoffzufuhrleitung74 ist mit dem anderen der Regler64 verbunden. Die Brennstoffzufuhrleitung74 dient dazu, Brennstoff von den Speichertanks42 ,44 einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor oder Brennstoffzellensystem26 als Brennstoffstrom32 zuzuführen. Die Brennstoffzufuhrleitung74 weist ein Anschlussstück76 auf, das so ausgebildet ist, dass es an einem (nicht dargestellten) komplementären Stecker am Fahrzeug20 angebracht wird, um Brennstoff an das Brennstoffzellensystem26 zu liefern. Das Brennstoffspeichersystem24 weist auch Temperatursensoren78 auf, die die Brennstofftemperatur in den Tanks42 ,44 messen, und Drucksensoren80 , die den Druck in den Tanks42 ,44 und/oder Brennstoffleitungen68 ,70 und74 messen. Das Brennstoffspeichersystem24 enthält auch ein Erdungskabel82 , das genutzt wird, um die Speichertanks42 ,44 an der Karosserie28 des Fahrzeugs20 zu erden. Das Erdungskabel82 ist zusammen mit dem Rest der elektrischen Zuleitungen für die verschiedenen Komponenten des Brennstoffspeichersystems24 gebündelt und wird aus dem Gehäuse40 als ein Bündel84 mit einem Anschlussstück86 geführt, das an einem (nicht dargestellten) komplementären Anschlussstück am Fahrzeug20 angebracht werden kann, um die elektronischen Steuerungen und Sensoren des Brennstoffspeichersystems24 mit den Steuerungssystemen an Bord des Fahrzeugs20 zu verbinden. In der bevorzugten Ausführungsform sind folglich die Druckregler64 , Ventile66 und Temperatur- und Drucksensoren78 und80 im Gehäuse40 enthalten, und die Schaumelemente60 ,62 sind so ausgebildet, dass sie darin Ausnehmungen vorsehen, um diese Komponenten des Brennstoffspeichersystems24 unterzubringen. - Wie oben bemerkt wurde, ist das Brennstoffspeichersystem
24 nicht als sekundäre Kapselung für den in den Speichertanks42 ,44 enthaltenen Brennstoff ausgelegt. Das Brennstoffspeichersystem24 ist vielmehr dafür ausgelegt, dass etwaiges Gas, das im Inneren des Gehäuses40 auftreten kann, zusammen mit etwaiger Feuchtigkeit oder anderen Flüssigkeiten, die ihren Weg in den Innenraum des Gehäuses40 finden können, daraus entfernt werden kann. Um dies zu erreichen, nutzt das Brennstoffspeichersystem24 die natürliche Lüftung, wobei es mehrere Öffnungen88 gibt, die auf der Oberseite des oberen Teils46 des Gehäuses40 liegen. Die Öffnungen88 haben wie dargestellt vorzugsweise die Form von Lüftungsschlitzen, die dafür sorgen, dass etwaige Gase, die akkumuliert wurden oder innerhalb des Gehäuses40 auftreten, daraus entlüftet werden. Die Lüftungsschlitze88 liegen auf der Oberseite des oberen Teils46 , weil Wasserstoff leichter als Luft ist und zur Oberseite des Innenraums des Gehäuses40 steigen wird. Die Lüftungsschlitze88 sind zusammen mit dem Unterboden30 des Fahrzeugs20 so ausgebildet, dass sie einen Venturi-Effekt liefern, bei dem ein niedrigerer Druck unmittelbar außerhalb der Lüftungsschlitze88 auftritt, so dass Gas innerhalb des Gehäuses40 durch die Lüftungsschlitze88 leicht zur Außenseite des Gehäuses40 strömen wird. Zusätzlich zu den Lüftungsschlitzen88 hat das Gehäuse40 auch ein oder mehrere Ableitungslöcher oder -öffnungen90 . Die Ableitungsöffnungen90 befinden sich am Boden des unteren Teils48 des Gehäuses40 . Die Ableitungsöffnungen90 ermöglichen, dass etwaige Flüssigkeit, die innerhalb des Gehäuses40 austritt, von dort abgeleitet wird. Die Ableitungsöffnungen90 haben einen Deflektor oder eine Blende, um zu erschweren und/oder zu vermeiden, dass Flüssigkeiten oder andere Verunreinigungen hochspritzen oder über die Ableitungsöffnungen90 in das Gehäuse40 eindringen. Um die Lüftungsöffnungen88 und Ableitungsöffnungen90 und deren Funktion zu ermöglichen, weisen die Schaumelemente60 ,62 komplementäre durchgehende Öffnungen oder Kanäle auf, um den Strom der Gase und Flüssigkeiten aus dem Gehäuse40 durch die Lüftungsschlitze88 und Ableitungsöffnungen90 zu ermöglichen. Außerdem können die Schaumelemente60 ,62 mit einer optionalen Barriere wie zum Beispiel einer Metallfolienlage versehen werden, um die Permeation von leckendem Brennstoff in die Zellen der Schaumelemente60 ,62 in dem Fall zu hemmen, in dem ein Leck im Brennstoffspeichersystem24 auftritt. - Das Brennstoffspeichersystem
24 kann am Unterboden30 des Fahrzeugs20 auf viele verschiedene Arten montiert werden. Zum Beispiel kann, wie in1 –3 gezeigt ist, das untere Teil48 mehrere Flansche92 aufweisen, die vom unteren Teil48 nach außen verlaufen. Die Flansche92 sind mit Querträgern94 am Unterboden30 des Fahrzeugs20 ausgerichtet und mit Bolzen96 oder anderen mechanischen Verbindungselementen wie zum Beispiel Schrauben, Klemmen oder dergleichen an den Querträgern94 befestigt. Wie in4 gezeigt ist, können alternativ dazu ein oder mehrere Riemen98 an den Querträgern94 mit Bolzen96 befestigt werden, um das Gehäuse40 am Unterboden30 des Fahrzeugs20 aufzuhängen. Die Riemen98 können vorgeformt werden, so dass sie der äußeren Ausgestaltung des Gehäuses40 und der Lage der Querträger94 im Wesentlichen entsprechen, oder können so biegsam sein, dass die Riemen98 mit einer Vielzahl von Gehäusen40 mit verschiedenen äußeren Ausführungen genutzt werden können. - Das Brennstoffspeichersystem
24 wird im Fahrzeug20 als modulare Einheit installiert. Das heißt, das Gehäuse40 , die Speichertanks42 ,44 , die Regler64 ,66 und Brennstoffleitungen68 ,70 und74 , die Sensoren78 ,80 , das Erdungskabel82 und die zugeordneten elektrischen Drähte im Bündel84 werden in einer separaten Einrichtung oder einer stationären Station vormontiert. Das modulare Brennstoffspeichersystem24 wird dann am Unterboden30 des Fahrzeugs20 als modulare Einheit auf dem Montageband, das sich bewegen kann, installiert. Um das modulare Brennstoffspeichersystem24 zu installieren, werden die Flansche92 mit den Querträgern94 ausgerichtet, und die Bolzen96 werden dann genutzt, um die Flansche92 an den Querträgern94 zu befestigen. Alternativ dazu wird das modulare Brennstoffspeichersystem24 dem Unterboden30 benachbart angeordnet, und ein oder mehrere Riemen98 werden unter dem Gehäuse40 angeordnet und mit den Querträgern94 ausgerichtet, so dass die Bolzen96 genutzt werden können, um die Riemen98 am Unterboden30 zu installieren und dadurch das modulare Brennstoffspeichersystem24 am Unterboden30 aufzuhängen. Die Anschlussstücke72 ,76 an den jeweiligen Brennstofffüll- und -zufuhrleitungen70 und74 und das Anschlussstück86 am Bündel84 können dann mit komplementären Steckern am Fahrzeug20 verbunden werden. - Es ist festzustellen, dass, obgleich die Speichertanks
42 ,44 als zylindrisch oder zylinderförmig dargestellt sind, andere Formen einschließlich nicht zylindrischer und asymmetrischer Formen für die Speichertanks42 ,44 verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem kann das Brennstoffspeichersystem24 an anderen Stellen am Fahrzeug20 als dem Unterboden30 benachbart montiert werden. Beispielsweise kann das Brennstoffspeichersystem24 in einem Innenfach des Fahrzeugs20 montiert werden, das vom Fahrgastraum getrennt ist, wie zum Beispiel unter einem einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor oder dem Brennstoffzellensystem26 benachbarten vorderen Teil des Fahrzeugs20 . Außerdem sollte erkannt werden, dass, obgleich das Brennstoffspeichersystem24 an einem Personenkraftwagen installiert dargestellt ist, das Brennstoffspeichersystem24 an anderen Arten von Fahrzeugen wie zum Beispiel Bussen, Lastkraftwagen und dergleichen verwendet werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem kann ein Brennstoffsensor wie zum Beispiel ein Wasserstoffsensor im Brennstoffspeichersystem24 genutzt werden, um in dem Fall, dass ein Brennstoffleck auftritt, Alarm zu geben. - Die Beschreibung der Erfindung ist in ihrer Art nur beispielhaft, und folglich sollen Variationen, die vom Wesen der Erfindung nicht abweichen, innerhalb des Umfangs der Erfindung eingeschlossen sein. Solche Variationen werden nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung betrachtet.
Claims (17)
- Brennstoffspeichersystem (
24 ) zur externen Anbringung am Unterboden eines Fahrzeugs (20 ), wobei das Brennstoffspeichersystem (24 ) aufweist: ein Gehäuse (40 ) mit einem Innenraum; zumindest einen unter Druck gesetzten Speichertank (42 ,44 ), der im Innenraum des Gehäuses (40 ) angeordnet ist; eine Brennstoffleitung (70 ), die mit dem Speichertank (42 ,44 ) in Verbindung steht und aus dem Gehäuse (40 ) verläuft; zumindest eine Lüftungsöffnung (88 ) in dem Gehäuse (40 ), die dazu dient, Fluid aus dem Innenraum des Gehäuses (40 ) zu entlüften; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ableitungsöffnung (90 ) in dem Gehäuse (40 ) vorgesehen ist, die dazu dient, eine Ableitung eines Fluids aus dem Innenraum des Gehäuses (40 ) zu ermöglichen, dass sich die Lüftungsöffnung (88 ) an der Oberseite des oberen Teils (46 ) des Gehäuses (40 ) befindet und immer offen ist, und dass sich die Ableitungsöffnung (90 ) an der Unterseite des unteren Teils (48 ) des Gehäuses (40 ) befindet. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: eine Stromsteuervorrichtung (
64 ,66 ) in dem Innenraum des Gehäuses (40 ), wobei die Stromsteuervorrichtung einen Druckregler (64 ), der an dem zumindest einen Speichertank (42 ,44 ) angebracht ist und dazu dient, einen Druck von durch den zumindest einen Speichertank (42 ,44 ) zugeführtem Brennstoff zu regulieren, und/oder ein automatisch gesteuertes Ventil (66 ) umfasst, das dazu dient, einen Brennstoffstrom von dem zumindest einen Speichertank (42 ,44 ) aus dem Gehäuse (40 ) selektiv zu ermöglichen. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 2, wobei die Brennstoffleitung (
70 ) an der Stromsteuervorrichtung (64 ,66 ) angebracht ist und dazu dient, Brennstoff von dem zumindest einen Speichertank (42 ,44 ) zuzuführen, und wobei die Brennstoffleitung (70 ) von der Stromsteuervorrichtung (64 ,66 ) aus dem Gehäuse (40 ) verläuft. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Innenraums des Gehäuses (
40 ) mit einem Schaummaterial (60 ,62 ) gefüllt ist. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 4, wobei das Schaummaterial (
60 ,62 ) so ausgebildet ist, dass es zu einem Äußeren des zumindest einen Speichertanks (42 ,44 ) komplementär ist, und der mindestens eine Speichertank (42 ,44 ) durch das Schaummaterial (60 ,62 ) zumindest teilweise im Gehäuse (40 ) abgestützt ist. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 4, wobei das Schaummaterial (
60 ,62 ) ein Schaum mit geschlossenen Zellen ist. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei das obere Teil (
46 ) und das untere Teil (48 ) des Gehäuses (40 ) trennbar sind. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, das mindestens zwei Speichertanks (
42 ,44 ) umfasst. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Speichertank (
42 ,44 ) zylinderförmig ist. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (
40 ) zumindest eine Lüftungsöffnung aufweist. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Lüftungsöffnung (
88 ) mehrere Lüftungsöffnungen im Gehäuse (40 ) umfasst. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei die Ableitungsöffnung (
90 ) immer offen ist. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 1, wobei das obere Teil (
46 ) des Gehäuses (40 ) durch einen ersten Träger gebildet wird, der einen Teil des zumindest einen Speichertanks (42 ,44 ) umgibt; das untere Teil (48 ) des Gehäuses (40 ) durch einen zweiten Träger gebildet wird, der einen anderen Teil des zumindest einen Speichertanks (42 ,44 ) umgibt, wobei der erste und zweite Träger lösbar aneinander angebracht sind, wobei der zumindest eine Speichertank (42 ,44 ) zwischen dem ersten und zweiten Träger angeordnet ist. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 13, wobei der erste Träger einen Innenraum hat, der zu einem Äußeren des zumindest einen Speichertanks (
42 ,44 ) komplementär ist, und der zumindest eine Speichertank (42 ,44 ) durch den komplementären Innenraum abgestützt ist. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 14, wobei das Brennstoffspeichersystem (
24 ) ein Schaumelement (60 ,62 ) enthält, das im Inneren des ersten Trägers angeordnet, wobei das Schaumelement (60 ,62 ) zum Äußeren des zumindest einen Speichertanks (42 ,44 ) komplementär ist und den komplementären Innenraum des ersten Trägers bildet und das Schaumelement (60 ,62 ) den zumindest einen Speichertank (42 ,44 ) abstützt. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 14, wobei der zweite Träger einen Innenraum hat, der zum Äußeren des zumindest einen Speichertanks (
42 ,44 ) komplementär ist, und der zumindest eine Speichertank (42 ,44 ) durch den komplementären Innenraum des zweiten Trägers abgestützt wird. - Brennstoffspeichersystem nach Anspruch 16, wobei das Brennstoffspeichersystem (
24 ) ein Schaumelement (60 ,62 ) enthält, das in jedem der Innenräume der Träger angeordnet ist, wobei die Schaumelemente (60 ,62 ) zum Äußeren des zumindest einen Speichertanks (42 ,44 ) komplementär sind und die komplementären Innenräume der Träger bilden und die Schaumelemente (60 ,62 ) den zumindest einen Speichertank (42 ,44 ) abstützen.
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
US10/914,875 | 2004-08-10 | ||
US10/914,875 US7624753B2 (en) | 2004-08-10 | 2004-08-10 | Container for gas storage tanks in a vehicle |
Publications (2)
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