DE102010000966B4 - Pressure accumulators, in particular hydrogen pressure accumulators - Google Patents

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Abstract

Druckspeicher (1) mit einem Behälterkörper (10) zu Aufnahme von Druckkräften, die durch Druckfüllung eines im Speicherraum (11) des Behälterkörpers (10) einfüllbaren Fluides gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterkörper (10) von einem Hüllkörper (12) umschlossen ist, wobei zwischen dem Behälterkörper (10) und dem Hüllkörper (12) ein Zwischenraum (13) gebildet ist, in welchem das Fluid unter einem Druck aufgenommen ist, der kleiner ist als der Fluiddruck im Speicherraum (11) und der größer ist als ein Atmosphärendruck, wobei der Zwischenraum (13) mit einem Verformungsenergie aufnehmenden Füllstoff, vorzugsweise mit einem Metallschaum ausgefüllt ist.Pressure accumulator (1) with a container body (10) for absorbing pressure forces which are formed by pressure filling of a fluid that can be filled in the storage space (11) of the container body (10), characterized in that the container body (10) is enclosed by an enveloping body (12) is, wherein between the container body (10) and the enveloping body (12) an intermediate space (13) is formed in which the fluid is received under a pressure which is less than the fluid pressure in the storage space (11) and which is greater than a Atmospheric pressure, the intermediate space (13) being filled with a deformation energy absorbing filler, preferably with a metal foam.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckspeicher mit einem Behälterkörper zur Aufnahme von Druckkräften, die durch Druckfüllung eines im Speicherraum des Behälterkörpers einfüllbaren Fluides gebildet sind.The present invention relates to a pressure accumulator with a container body for absorbing compressive forces which are formed by pressure filling of a fluid that can be filled in the storage space of the container body.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik bekannt sind Druckspeicher für beispielsweise Wasserstoff, die beispielsweise in ein Fahrzeug eingebaut werden. Bekannte Druckspeicher besitzen einen Behälterkörper, der unter hohem Druck steht, beispielsweise durch Wasserstofffüllung bis zu 700 bar. Der Wasserstoff kann über ein Ventil in den Speicherraum gefüllt und aus diesem entnommen werden.Pressure accumulators for hydrogen, for example, which are installed in a vehicle, for example, are known from the prior art. Known pressure accumulators have a container body which is under high pressure, for example by filling with hydrogen up to 700 bar. The hydrogen can be filled into and withdrawn from the storage space via a valve.

Zum Aufbau der Wandung des Behälterkörpers sind verschiedene Typen bekannt, wobei frühere Typen I und II Stahl als Tankwandmaterial verwenden, die für Druckspeicher, die beispielsweise in Fahrzeuge eingebaut werden, sehr schwer und damit unvorteilhaft sind. Neuere Typen III und IV bedienen sich eines innenliegenden Aluminium-Liners oder eines Polymer-Liners zur Bildung des Behälterkörpers, der von einem kohlefaserverstärkten Polymer umgeben ist. Der Aluminium-Liner hat dabei die Aufgabe, die Permeation des Wasserstoffes durch die Wandung des Behälterkörpers zu minimieren. Ein Druckspeicher nach Typ IV weist einen Behälterkörper aus einem kohlefaserverstärkten Polymer auf, wodurch jedoch eine erhöhte Permeation des Wasserstoffes gegenüber dem Druckspeicher Typ III in Kauf genommen werden muss, jedoch bieten kohlefaserbasierte Druckbehälter ein günstiges Gewicht im Verhältnis zum erzielbaren Tankvolumen.Various types are known for the construction of the wall of the container body, earlier types I and II using steel as the tank wall material, which is very heavy and therefore disadvantageous for pressure accumulators that are installed in vehicles, for example. Newer types III and IV use an internal aluminum liner or a polymer liner to form the container body, which is surrounded by a carbon fiber-reinforced polymer. The task of the aluminum liner is to minimize the permeation of hydrogen through the walls of the container body. A pressure accumulator according to type IV has a container body made of a carbon fiber reinforced polymer, which means that increased permeation of hydrogen compared to the pressure accumulator type III has to be accepted, but carbon fiber-based pressure tanks offer a favorable weight in relation to the achievable tank volume.

Zwischen einer vollen Druckfüllung des Speicherraumes im Behälterkörper, beispielsweise mit Wasserstoff bis zu 700 bar, und einer vollständigen Entleerung bis zu lediglich 5 bar, kann der Behälterkörper eine Dehnung von bis zu 2 % des Volumens aufweisen. Dadurch nimmt der Durchmesser und die Länge eines Druckspeichers in zylindrischer Form in der Größenordnung von cm zu bzw. ab. Diesen Effekt nennt man das „Atmen“ des Druckspeichers. Beim Druckspeicher Typ III führt die Wechselbeanspruchung leicht zu erhöhten Undichtigkeiten. Folglich werden auch an eine Polymerhülle hohe Anforderungen hinsichtlich hoher mechanischer Stabilität und niedriger Wasserstoff-Permeabilität gestellt.Between a full pressure filling of the storage space in the container body, for example with hydrogen up to 700 bar, and a complete emptying up to only 5 bar, the container body can have an expansion of up to 2% of the volume. As a result, the diameter and length of a pressure accumulator in a cylindrical shape increases or decreases in the order of cm. This effect is called the "breathing" of the pressure accumulator. In the case of type III pressure accumulators, alternating loads can easily lead to increased leaks. Consequently, high demands are also placed on a polymer shell with regard to high mechanical stability and low hydrogen permeability.

Aus der DE 10 2008 039 573 A1 ist ein Druckspeicher mit einem Behälterkörper zur Aufnahme von Druckkräften bekannt, der mehrschichtig aufgebaut ist und wenigstens eine Innenschale und eine Außenschale besitzt. Die jeweiligen Schalen des Druckspeichers bauen mechanisch aufeinander auf, wobei ein Filament-Wickelprozess für die Außenschale vorgeschlagen wird, um die hohen Druckkräfte durch die Druckfüllung im Speicherraum aufzunehmen. Hingegen dient die Innenschale zur Erzeugung der Dichtheit, so dass vorgeschlagen wird, die Innenschale aus einem Polyethylen, einem PET, einem Ethylenvinylalkohol oder einem Ethylen-Vinylacetat-Terpolymer herzustellen. Folglich entspricht der gezeigte Druckspeicher dem Typ IV, wobei der Liner durch ein Kunststoffmaterial gebildet ist.From the DE 10 2008 039 573 A1 a pressure accumulator with a container body for absorbing compressive forces is known, which is constructed in several layers and has at least one inner shell and one outer shell. The respective shells of the pressure accumulator build on each other mechanically, a filament winding process being proposed for the outer shell in order to absorb the high pressure forces caused by the pressure filling in the storage space. In contrast, the inner shell is used to create the tightness, so that it is proposed to produce the inner shell from a polyethylene, a PET, an ethylene vinyl alcohol or an ethylene-vinyl acetate terpolymer. Consequently, the pressure accumulator shown corresponds to type IV, the liner being formed by a plastic material.

Aus der DE 101 60 701 A1 ist weiterhin ein Tank für unter Druck stehende Flüssigkeiten oder/und Gase bekannt, welcher mehrere Behälter aufweist. Wenigstens zwei dieser Behälter sind ineinander verschachtelt.From the DE 101 60 701 A1 a tank for pressurized liquids and / or gases is also known which has a plurality of containers. At least two of these containers are nested within one another.

Aus der US 3 282 459 A ist ein Tank für Fluide mit hohem Druck und hoher Temperatur bekannt.From the U.S. 3,282,459 A is known a tank for high pressure, high temperature fluids.

Aus der US 4 805 445 A ist eine Speichereinheit mit mehreren Ummantelungen bekannt.From the U.S. 4,805,445 A a storage unit with multiple casings is known.

Aus der US 2008 / 0 168 776 A1 ist ein Druckgasspeicher mit einer Ummantelung bekannt.From US 2008/0168776 A1 a compressed gas reservoir with a casing is known.

Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Druckspeichern ergibt sich der Nachteil, dass einerseits eine hohe Permeabilität in Kauf genommen werden muss, was zu einem Verlust des Fluides im Speicherraum führt. Ferner ergibt sich auch bei mehrschichtigen Behälterkörpern der Nachteil, dass in einem Crashfall, beispielsweise bei einer mechanischen äußeren Einwirkung auf die Behälterwand, ein Leck entstehen kann oder im schlimmsten Fall sogar ein schlagartiger Druckverlust die Folge sein kann. Daher ist es wünschenswert, die Sicherheit von Druckspeichern, insbesondere von Wasserstoffspeichern, weiter zu erhöhen, wobei zugleich eine Minimierung der Permeabilität und damit der Druckverlust des Wasserstoffes als Ziel verfolgt wird.In such pressure accumulators known from the prior art, there is the disadvantage that, on the one hand, a high permeability has to be accepted, which leads to a loss of the fluid in the storage space. Furthermore, even with multi-layer container bodies there is the disadvantage that in the event of a crash, for example in the event of a mechanical external effect on the container wall, a leak can occur or, in the worst case, even a sudden pressure loss can result. It is therefore desirable to further increase the safety of pressure accumulators, in particular of hydrogen accumulators, the aim being at the same time to minimize the permeability and thus the pressure loss of the hydrogen.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckspeicher vorstehend bezeichneter Art mit einer erhöhten Sicherheit bei äußerer mechanischer Einwirkung und bei gleichzeitig verringerter Permeabilität zur Minimierung des Verlustes von im Behälterkörper aufgenommenen Fluides zu erzielen. It is therefore the object of the present invention to achieve a pressure accumulator of the type described above with increased safety in the event of external mechanical action and with simultaneously reduced permeability in order to minimize the loss of fluids received in the container body.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Druckspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved on the basis of a pressure accumulator according to the preamble of claim 1 in conjunction with the characterizing features. Advantageous further developments of the inventions are given in the dependent claims.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Behälterkörper von einem Hüllkörper umschlossen ist, wobei zwischen dem Behälterkörper und dem Hüllkörper ein Zwischenraum gebildet ist, in welchem das Fluid unter einem Druck aufgenommen ist, der kleiner ist als der Fluiddruck im Speicherraum und der größer ist als ein Atmosphärendruck.The invention includes the technical teaching that the container body is enclosed by an enveloping body, an intermediate space being formed between the container body and the enveloping body, in which the fluid is received under a pressure that is less than and greater than the fluid pressure in the storage space is than an atmospheric pressure.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung eines Druckspeichers wird der Vorteil erreicht, dass durch einen Aufbau des Druckspeichers mit einem Behälterkörper und einem Hüllkörper mit einem zwischen dem Behälterkörper und dem Hüllkörper vorgesehenen Zwischenraum sowohl die Sicherheit des Druckspeichers erhöht werden kann als auch die Permeabilität minimiert wird. In einem Crashfall, beispielsweise durch einen Unfall eines Fahrzeugs, in dem der Druckspeicher eingebaut ist, wirkt eine mechanische Einwirkung hauptsächlich oder ausschließlich auf den Hüllkörper ein, wobei erst durch eine massive Verformung des Hüllkörpers eine Einwirkung auf den Behälterkörper erfolgen kann. Durch den erfindungsgemäßen Zwischenraum zwischen dem Behälterkörper und dem Hüllkörper wird folglich die mechanische Einwirkung auf den Behälterkörper minimiert oder sogar ausgeschlossen. Ebenso wird die Permeation minimiert, da diese eine Funktion der Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite einer Wandung ist. Da im Zwischenraum ein sehr geringer Fluiddruck herrscht, erfolgt lediglich eine minimale oder gar keine Diffusion des eingefassten Fluides zur Außenseite des Hüllkörpers, auf der Atmosphärendruck herrscht. Der Zwischenraum wirkt folglich als eine Art Druckpuffer, wobei das durch den Behälterkörper diffundierende und in den Zwischenraum eintretende Fluid ebenfalls einer Nutzung zugeführt werden kann, wie untenstehend näher beschrieben.The design of a pressure accumulator according to the invention has the advantage that by constructing the pressure accumulator with a container body and an enveloping body with an intermediate space provided between the container body and the enveloping body, both the security of the pressure accumulator can be increased and the permeability can be minimized. In the event of a crash, for example due to an accident in a vehicle in which the pressure accumulator is installed, a mechanical effect acts mainly or exclusively on the enveloping body, and an effect on the container body can only take place through massive deformation of the enveloping body. The intermediate space according to the invention between the container body and the enveloping body consequently minimizes or even excludes the mechanical effect on the container body. The permeation is also minimized, since this is a function of the pressure difference between the inside and the outside of a wall. Since there is a very low fluid pressure in the intermediate space, there is only minimal or no diffusion of the enclosed fluid to the outside of the enveloping body, on which atmospheric pressure prevails. The intermediate space consequently acts as a type of pressure buffer, wherein the fluid diffusing through the container body and entering the intermediate space can also be used, as described in more detail below.

Weiterhin erfindungsgemäß ist der Zwischenraum mit einem Füllstoff ausgefüllt, der eine Energieaufnahme im Verformungsfall ermöglicht, wobei der Füllstoff vorzugsweise durch ein Metallschaum gebildet sein kann. Wichtig ist bei der Auswahl des Füllstoffes die Möglichkeit der Energieaufnahme im Crashfall, um eine Einwirkung auf den Behälterkörper zu minimieren, der die Druckkräfte durch die Druckbefüllung des im Speicherraum unter Druck gesetzten Fluides aufnimmt. Somit kann der Zwischenraum entweder einen Hohlraum bilden oder dieser ist mit dem Füllstoff wenigstens teilweise ausgefüllt, wobei der Füllstoff wiederum zur Erhöhung der Struktursteifigkeit des Druckspeichers dienen kann.Furthermore, according to the invention, the intermediate space is filled with a filler which enables energy to be absorbed in the event of deformation, wherein the filler can preferably be formed by a metal foam. When selecting the filler, it is important to be able to absorb energy in the event of a crash, in order to minimize any effect on the container body, which absorbs the pressure forces caused by the pressure filling of the pressurized fluid in the storage space. Thus, the intermediate space can either form a cavity or this is at least partially filled with the filler, wherein the filler can in turn serve to increase the structural rigidity of the pressure accumulator.

Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Druckspeicher für ein Fluid Anwendung finden, das aus Wasserstoff besteht, so dass der Druckspeicher als Wasserstoffdruckspeicher ausgebildet ist. Wasserstoff weist auf Grund des zweiatomigen Aufbaues und der geringen Größe der H2 Atome eine sehr hohe Diffusionsneigung auf, so dass ein erfindungsgemäß ausgeführter Druckspeicher insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff geeignet ist.The pressure accumulator according to the invention can advantageously be used for a fluid which consists of hydrogen, so that the pressure accumulator is designed as a hydrogen pressure accumulator. Due to the diatomic structure and the small size of the H 2 Atoms have a very high tendency to diffuse, so that a pressure accumulator designed according to the invention is particularly suitable for storing hydrogen.

Der Druckspeicher kann mit besonderem Vorteil zum Einbau in ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Insbesondere vorteilhaft ist ein Einbau in Kraftfahrzeugen, die mit Wasserstoff als Energieträger betrieben werden, wie beispielsweise mit einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor oder beispielsweise mit einem Brennstoffzellen-Antrieb. Dabei kann der erfindungsgemäße Wasserstoffdruckspeicher vorteilhaft eingesetzt werden.The pressure accumulator can be designed with particular advantage for installation in a motor vehicle. Installation in motor vehicles that are operated with hydrogen as the energy carrier, such as, for example, with a hydrogen internal combustion engine or with a fuel cell drive, is particularly advantageous. The hydrogen pressure accumulator according to the invention can advantageously be used here.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Behälterkörper aus einem Kunststoff-Liner oder einem Aluminium-Liner ausgebildet sein, der mit einer Wicklung eines Faserwerkstoffes umwickelt ist. Durch die geometrische Trennung des Behälterkörpers mit dem Hüllkörper findet die Bewegung durch die „Atmung“ des Behälterkörpers durch ein Druckbefüllen und ein Entleeren des Speicherraumes lediglich im Behälterkörper statt. Die Atmungsbewegung wird im Wesentlichen nicht auf den Hüllkörper übertragen, wodurch sich Vorteile bei der Anordnung des Druckspeichers ergeben, insbesondere bei einer Befestigung des Druckspeichers in einem Kraftfahrzeug.According to a further advantageous embodiment, the container body can be formed from a plastic liner or an aluminum liner around which a winding of a fiber material is wrapped. Due to the geometric separation of the container body with the enveloping body, the movement through the "breathing" of the container body through pressure filling and emptying of the storage space takes place only in the container body. The breathing movement is essentially not transmitted to the enveloping body, which results in advantages in the arrangement of the pressure accumulator, in particular when the pressure accumulator is fastened in a motor vehicle.

Der Behälterkörper kann grundsätzlich aus einem Kunststoff-Liner oder einem Aluminium-Liner ausgebildet sein, wobei der Liner mit einer Wicklung eines Faserwerkstoffes umwickelt ist. Der Liner bildet zunächst die Grundform des Behälterkörpers, wobei die Druckkräfte durch die Wicklung des Faserwerkstoffes aufgenommen werden. Folglich kann der Behälterkörper einen Druckspeicher bilden, der nach Art eines Druckspeichers Typ III oder Typ IV ausgeführt ist. Über diesen Stand der Technik hinaus wird der Hüllkörper mit einem Abstand zur Bildung des Zwischenraumes um den Behälterkörper herum geschaffen, um die der Erfindung zugrunde liegenden Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.The container body can in principle be formed from a plastic liner or an aluminum liner, the liner being wrapped with a winding of a fiber material. The liner initially forms the basic shape of the container body, the compressive forces being absorbed by the winding of the fiber material. Consequently, the container body can form a pressure accumulator which is designed in the manner of a type III or type IV pressure accumulator. In addition to this prior art, the enveloping body is created with a spacing for the formation of the intermediate space around the container body in order to overcome the disadvantages of the prior art on which the invention is based.

Alternativ kann der Behälterkörper selbst aus einem faserverstärkten Polymer ausgebildet sein, wobei Werkstoffe bekannt sind, die als Faserverbundwerkstoffe nach einem thermischen Verfahren derart aushärten können, dass ein formstabiler Behälterkörper entsteht, wobei zur Aufnahme von Druckkräften der Faseranteil im Verbundwerkstoff dient.Alternatively, the container body itself can be made from a fiber-reinforced polymer, materials being known which, as fiber composites, can cure by a thermal process in such a way that a dimensionally stable container body is created, the fiber portion in the composite being used to absorb compressive forces.

Nach einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckspeichers kann ein Nebenspeicher vorgesehen sein, der mit dem Zwischenraum über eine Fluidleitung fluidisch verbunden ist. Der Nebenspeicher bietet einen Speicherraum, wobei durch die fluidische Verbindung dieses Speicherraums mit dem Zwischenraum eine Vergrößerung des Volumens des Zwischenraums ermöglicht wird. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Menge des Fluides, die durch Diffusion durch den Behälterkörper in den Zwischenraum gelangt, zu vergrößern. Der Nebenspeicher kann dabei räumlich getrennt vom Druckspeicher angeordnet sein, wobei die Fluidleitung zur Verbindung des Nebenspeichers mit dem Zwischenraum die entsprechende Länge aufweisen kann. Ebenso ergibt sich die Möglichkeit, den Nebenspeicher angrenzend an den Druckspeicher anzuordnen, so dass der Nebenspeicher den Druckspeicher beispielsweise wenigstens teilweise umschließt. Der Nebenspeicher kann beispielsweise eine Rechteckform oder jede Quader- oder Freiform aufweisen, wobei der Druckspeicher vorzugsweise eine zylindrische Form mit abgerundeten Enden besitzt, da ein runder Querschnitt des Druckspeichers hohe Druckkräfte durch die Druckfüllung des Speicherraums mit dem Fluid besser aufnehmen kann. Hingegen nimmt der Nebenspeicher das Fluid lediglich mit einem geringen Druck beispielsweise mit maximal 3 bar auf, so dass der Nebenspeicher mit Vorteil eine beliebige Form besitzen und den Behälterkörper bevorzugt umschließen kann. Damit ergibt sich eine verbesserte Platzausnutzung beim Einbau des Druckspeichers beispielsweise in ein Kraftfahrzeug.According to a further possible embodiment of the pressure accumulator according to the invention, a secondary accumulator can be provided which is fluidically connected to the intermediate space via a fluid line. The secondary storage offers a storage space, whereby through the fluidic connection this storage space with the interspace allows an increase in the volume of the interspace. This results in the possibility of increasing the amount of fluid that reaches the intermediate space by diffusion through the container body. The secondary storage can be arranged spatially separated from the pressure storage, wherein the fluid line for connecting the secondary storage with the intermediate space can have the appropriate length. There is also the possibility of arranging the secondary storage device adjacent to the pressure storage device, so that the secondary storage device at least partially encloses the pressure storage device, for example. The secondary storage device can, for example, have a rectangular shape or any cuboid or free form, the pressure storage device preferably having a cylindrical shape with rounded ends, since a round cross section of the pressure storage device can better absorb high pressure forces due to the pressure filling of the storage space with the fluid. In contrast, the secondary storage unit takes up the fluid only at a low pressure, for example a maximum of 3 bar, so that the secondary storage unit can advantageously have any shape and can preferably enclose the container body. This results in an improved utilization of space when installing the pressure accumulator, for example in a motor vehicle.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass der Nebenspeicher mit einem Tieftemperatur-Metallhydrid gefüllt ist. Ebenso kann der Zwischenraum mit einem Tieftemperatur-Metallhydrid gefüllt sein. Metallhydride eignen sich vorzugsweise zur Speicherung von Wasserstoff, ohne diesen unter hohen Druck zu setzen. Eine Raumeinheit Metallhydrid kann beispielsweise bis zu 600 Raumeinheiten gasförmigen Wasserstoffs speichern. Eine Kombination von Füllstoff zur Aufnahme von Verformungsenergie und von Metallhydrid zur Speicherung von Wasserstoff bietet eine weitere vorteilhafte Ausführung zur Auffüllung des Zwischenraumes.It is also advantageous that the secondary storage unit is filled with a low-temperature metal hydride. Likewise, the space can be filled with a low-temperature metal hydride. Metal hydrides are particularly suitable for storing hydrogen without putting it under high pressure. For example, a metal hydride unit can store up to 600 units of gaseous hydrogen. A combination of filler to absorb deformation energy and of metal hydride to store hydrogen offers a further advantageous embodiment for filling up the space.

Der Speicherraum kann über wenigstens ein Ventil fluidisch mit einem Verbraucher verbunden sein. Ferner kann der Zwischenraum und/oder der Nebenspeicher ebenfalls mit einem Verbraucher verbunden sein, wofür ein weiteres Ventil dienen kann. Beispielsweise kann bei Erreichen eines Grenzdruckes im Zwischenraum bzw. im Nebenspeicher ein Ventil öffnen, um das Fluid dem Verbraucher zuzuführen. Somit kann das durch Permeation aus dem Speicherraum des Behälterkörpers verlorene Fluid ebenfalls einem Verbraucher, vorzugsweise dem gleichen Verbraucher, zugeführt werden.The storage space can be fluidically connected to a consumer via at least one valve. Furthermore, the intermediate space and / or the secondary storage unit can also be connected to a consumer, for which purpose a further valve can be used. For example, when a limit pressure is reached in the intermediate space or in the secondary storage unit, a valve can open in order to supply the fluid to the consumer. The fluid lost through permeation from the storage space of the container body can thus also be fed to a consumer, preferably the same consumer.

FigurenlisteFigure list

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles eines Druckspeichers und
  • 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Druckspeichers mit einem Nebenspeicher.
Further measures improving the invention are shown in more detail below together with the description of preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the figures. It shows:
  • 1 a schematic view of an embodiment of a pressure accumulator and
  • 2 a schematic representation of a further embodiment of the pressure accumulator according to the invention with a secondary storage.

Der in 1 dargestellte Druckspeicher 1 bildet ein mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Druckspeicher 1 besitzt einen Behälterkörper 10 zur Aufnahme von Druckkräften, die durch Druckfüllung eines im Speicherraum 11 des Behälterkörpers 10 einfüllbaren Fluides gebildet sind. Der Behälterkörper 10 kann einen Aluminium- oder einen Kunststoff-Liner aufweisen, der zur Verstärkung mit einem Faserwerkstoff umwickelt ist. Damit kann der Behälterkörper 10 einem Druckspeicher gemäß Typ III oder Typ IV der eingangs beschriebenen Bauweise entsprechen. Im Speicherraum 11 ist Wasserstoff gespeichert, was mit der chemischen Angabe H2 gekennzeichnet ist.The in 1 illustrated pressure accumulator 1 forms one possible embodiment of the present invention. The pressure accumulator 1 has a container body 10 to absorb compressive forces caused by pressure filling a in the storage space 11 of the container body 10 fillable fluids are formed. The container body 10 can have an aluminum or a plastic liner, which is wrapped with a fiber material for reinforcement. This allows the container body 10 a pressure accumulator according to type III or type IV correspond to the design described above. In the storage room 11 is hydrogen stored, what with the chemical indication H 2 is marked.

Erfindungsgemäß ist der Behälterkörper 10 mit einem Hüllkörper 12 umschlossen, wobei zwischen dem Behälterkörper 10 und dem Hüllkörper 12 ein Zwischenraum 13 gebildet ist, in welchem das Fluid unter einem Druck aufgenommen ist, der kleiner ist als der Fluiddruck im Speicherraum 11 und der größer ist als Atmosphärendruck. Der Speicherraum 11 kann mit Wasserstoff von bis zu 700 bar gefüllt werden, wobei der Druck im Zwischenraum 13 auf beispielsweise 3 bar begrenzt sein kann. Der Hüllkörper 12 kann beispielsweise aus einem Leichtmetall oder einem Polymer hergestellt sein, wobei eine Druckschwankung von 0 bis beispielsweise 3 bar keine nennenswerte geometrische Änderung des Hüllkörpers 12 hervorruft. Jedoch kann sich der Behälterkörper 10 auf Grund der einleitend beschriebenen Atmungsbewegung ausdehnen, so dass der Zwischenraum 13 größer und kleiner wird. Die Druckkräfte, die die Bewegung im Behälterkörper 10 hervorrufen, sind durch Pfeile angedeutet. Der Zwischenraum 13 kann mit einem Verformungsenergie aufnehmenden Füllstoff wie beispielsweise einem Metallschaum gefüllt sein. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, den Zwischenraum 13 mit einem Tieftemperatur-Metallhydrid zu befüllen.According to the invention is the container body 10 with an enveloping body 12th enclosed, with between the container body 10 and the enveloping body 12th a gap 13th is formed in which the fluid is received under a pressure which is less than the fluid pressure in the storage space 11 and which is greater than atmospheric pressure. The storage room 11 can be filled with hydrogen of up to 700 bar, whereby the pressure in the gap 13th can be limited to, for example, 3 bar. The enveloping body 12th can for example be made of a light metal or a polymer, with a pressure fluctuation from 0 to, for example, 3 bar, no significant geometric change in the enveloping body 12th evokes. However, the container body can 10 expand due to the breathing movement described in the introduction, so that the space 13th gets bigger and smaller. The compressive forces that cause movement in the container body 10 cause are indicated by arrows. The gap 13th can be filled with a deformation energy absorbing filler such as a metal foam. There is also the possibility of the space in between 13th to be filled with a low-temperature metal hydride.

Über eine Fluidleitung 17 kann der Speicherraum 11 mit einem Ventil 16 verbunden sein, um den im Speicherraum 11 gespeicherten Wasserstoff zu entnehmen. Über eine weitere Fluidleitung 20 ist der Zwischenraum 13 mit einem Ventil 18 verbunden, um den Wasserstoff, der durch Permeation durch den Behälterkörper 10 vom Speicherraum 11 in den Zwischenraum 13 gelangt, über das Ventil 18 ebenfalls einem Verbraucher zuzuführen. Dabei kann das über das Ventil 16 bereitgestellte Fluid dem gleichen Verbraucher zugeführt werden wie das über das Ventil 18 bereitgestellte Fluid.Via a fluid line 17th can the storage space 11 with a valve 16 be connected to the one in the storage space 11 to remove stored hydrogen. Via another fluid line 20th is the space in between 13th with a valve 18th connected to the hydrogen that permeates through the container body 10 from storage space 11 in the space 13th gets through the valve 18th also to be supplied to a consumer. This can be done via the valve 16 provided fluid are fed to the same consumer as that via the valve 18th provided fluid.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 1 mit einem Behälterkörper 10, einem Hüllkörper 12 sowie einem zwischen dem Behälterkörper 10 und dem Hüllkörper 12 ausgebildeten Zwischenraum 13. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Nebenspeicher 14 vorgesehen, der über eine Fluidleitung 15 mit dem Zwischenraum 13 verbunden ist. Der Nebenspeicher 14 ist räumlich getrennt vom Druckspeicher 1 gezeigt, dieser ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jedoch Bestandteil des Druckspeichers 1. Der Nebenspeicher 14 bietet eine Erweiterung des Speichervolumens, das durch den Zwischenraum 13 gebildet ist. Im Nebenspeicher 14 ist beispielhaft ein Tieftemperatur-Metallhydrid 19 angedeutet, um eine volumeneffiziente Speicherung von Wasserstoff zu ermöglichen. Durch einen hohen Druck im Speicherraum 11, der bis zu 700 bar Wasserstoff H2 speichern kann, erfolgt eine Diffusion des Wasserstoffes durch die Wandung des Behälterkörpers 10 in den Zwischenraum 13. Der in den Zwischenraum 13 diffundierende Wasserstoff kann über die Fluidleitung 15 in den Nebenspeicher 14 gelangen und durch das Tieftemperatur-Metallhydrid 19 aufgenommen werden. Weiterhin ist beispielhaft eine Fluidleitung 21 gezeigt, die die Fluidleitung 15 mit einem Ventil 18 verbindet, über das Wasserstoff an einen Verbraucher bereitgestellt werden kann. Der Verbraucher kann der gleiche Verbraucher sein, der mit Wasserstoff über die Fluidleitung 17 und das Ventil 16 versorgt wird, welcher im Speicherraum 11 gespeichert ist. Das Ventil 16 kann dabei mit einem Druckminderer ausgestattet sein, der den bereitgestellten Wasserstoff vom Fülldruck im Speicherraum 11 auf einen Verbraucherdruck reduziert. 2 shows a further embodiment of a pressure accumulator according to the invention 1 with a container body 10 , an enveloping body 12th and one between the container body 10 and the enveloping body 12th formed space 13th . In this exemplary embodiment, there is a secondary memory 14th provided via a fluid line 15th with the space in between 13th connected is. The secondary storage 14th is spatially separated from the pressure accumulator 1 shown, but this is part of the pressure accumulator in the context of the present invention 1 . The secondary storage 14th provides an expansion of the storage volume, which is through the gap 13th is formed. In the secondary storage 14th is exemplary a low-temperature metal hydride 19th indicated in order to enable a volume-efficient storage of hydrogen. Due to a high pressure in the storage space 11 that can handle hydrogen up to 700 bar H 2 can store, a diffusion of the hydrogen takes place through the wall of the container body 10 in the space 13th . The one in the space 13th Diffusing hydrogen can pass through the fluid line 15th in the secondary storage 14th get through the low temperature metal hydride 19th be included. A fluid line is also an example 21 shown, which is the fluid line 15th with a valve 18th connects, via which hydrogen can be made available to a consumer. The consumer can be the same consumer that supplies hydrogen via the fluid line 17th and the valve 16 which is supplied in the storage space 11 is stored. The valve 16 can be equipped with a pressure reducer, which reduces the provided hydrogen from the filling pressure in the storage space 11 reduced to a consumer pressure.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktive Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The present invention is not limited in its implementation to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs. All of the features and / or advantages arising from the claims, the description or the drawings, including structural details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both individually and in a wide variety of combinations.

Claims (10)

Druckspeicher (1) mit einem Behälterkörper (10) zu Aufnahme von Druckkräften, die durch Druckfüllung eines im Speicherraum (11) des Behälterkörpers (10) einfüllbaren Fluides gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterkörper (10) von einem Hüllkörper (12) umschlossen ist, wobei zwischen dem Behälterkörper (10) und dem Hüllkörper (12) ein Zwischenraum (13) gebildet ist, in welchem das Fluid unter einem Druck aufgenommen ist, der kleiner ist als der Fluiddruck im Speicherraum (11) und der größer ist als ein Atmosphärendruck, wobei der Zwischenraum (13) mit einem Verformungsenergie aufnehmenden Füllstoff, vorzugsweise mit einem Metallschaum ausgefüllt ist.Pressure accumulator (1) with a container body (10) for absorbing pressure forces which are formed by pressure filling of a fluid that can be filled in the storage space (11) of the container body (10), characterized in that the container body (10) is enclosed by an enveloping body (12) is, wherein between the container body (10) and the enveloping body (12) an intermediate space (13) is formed in which the fluid is received under a pressure which is less than the fluid pressure in the storage space (11) and which is greater than a Atmospheric pressure, the intermediate space (13) being filled with a deformation energy absorbing filler, preferably with a metal foam. Druckspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasserstoff ist und dass der Druckspeicher (1) als Wasserstoffdruckspeicher (1) ausgebildet ist.Pressure accumulator (1) Claim 1 , characterized in that the fluid is hydrogen and that the pressure accumulator (1) is designed as a hydrogen pressure accumulator (1). Druckspeicher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (1) zum Einbau in ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist.Pressure accumulator (1) Claim 1 or 2 , characterized in that the pressure accumulator (1) is designed for installation in a motor vehicle. Druckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterkörper (10) aus einem Kunststoffliner oder einem Aluminium-Liner ausgebildet ist, der mit einer Wicklung eines Faserwerkstoffes umwickelt ist.Pressure accumulator (1) after one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the container body (10) is formed from a plastic liner or an aluminum liner around which a winding of a fiber material is wrapped. Druckspeicher (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterkörper (10) aus einem faserverstärkten Polymer ausgebildet ist.Pressure accumulator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the container body (10) is formed from a fiber-reinforced polymer. Druckspeicher (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nebenspeicher (14) vorgesehen ist, der mit dem Zwischenraum (13) über eine Fluidleitung (15) fluidisch verbunden ist.Pressure accumulator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a secondary accumulator (14) is provided which is fluidically connected to the intermediate space (13) via a fluid line (15). Druckspeicher (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenspeicher (14) mit einem Tieftemperatur-Metallhydrid (19) gefüllt ist.Pressure accumulator (1) Claim 6 , characterized in that the secondary storage (14) is filled with a low-temperature metal hydride (19). Druckspeicher (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (13) mit einem Tieftemperatur-Metallhydrid gefüllt ist.Pressure accumulator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate space (13) is filled with a low-temperature metal hydride. Druckspeicher (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum (11) über wenigstens ein Ventil (16) fluidisch mit einem Verbraucher verbunden ist.Pressure accumulator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the storage space (11) is fluidically connected to a consumer via at least one valve (16). Druckspeicher (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (13) bzw. der Nebenspeicher (14) fluidisch mit einem Verbraucher verbunden ist.Pressure accumulator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate space (13) or the secondary accumulator (14) is fluidically connected to a consumer.
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