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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung der Vorrichtung.
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Vorrichtungen zum Speichern von Gas unter hohem Druck sind an sich aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie können insbesondere zur Speicherung von komprimiertem Erdgas eingesetzt werden. Dies erfolgt typischerweise bei Nenndrücken in der Größenordnung von 200–250 bar. Insbesondere können die Vorrichtungen auch zum Speichern von Wasserstoff eingesetzt werden. In diesem Fall liegen die Nenndrücke bei 350 bar bzw. aktuell meist bei 700 bar. Auch Aufbauten mit höherem Nenndruck sind, insbesondere für die Speicherung von Wasserstoff, bereits diskutiert und angedacht. Auch für sie kann die Vorrichtung entsprechend eingesetzt werden.
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Vorrichtungen zum Speichern von Gas unter hohem Druck umfassen typischerweise einen oder normalerweise mehrere Druckgasbehälter, welche zu der Vorrichtung zusammengefasst sind. Hierfür sind die Druckgasbehälter typischerweise zusammen mit entsprechenden Steuerungselementen, Sicherheitseinrichtungen und dergleichen auf einem gemeinsamen Tragrahmen angeordnet, um so eine im Idealfall selbsttragende Vorrichtung zum Speichern von Gasen unter hohem Druck auszubilden. Jeder der Druckgasbehälter weist dabei den allgemein bekannten und üblichen Aufbau auf, bei welchem der Druckgasbehälter aus einem Rumpfabschnitt und zwei axialen Abschlussteilen ausgebildet ist. In wenigstens einem der Abschlussteile, welche auch als BOSS bezeichnet werden, ist dabei wenigstens eine Öffnung zur Aufnahme eines Ventils vorgesehen.
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Im Stand der Technik, beispielsweise in Form der
DE 10 2007 017 425 A1 , ist ein solcher Druckgasbehälter als Gaskraftstofftank für Kraftfahrzeuge bekannt. Das hier als Halsabschnitt bezeichnete Abschlussteil zur Aufnahme eines Ventils weist hier einen Mehrkant, auf welcher gleichzeitig zur Aufnahme des Gastanks in einer Halterung dient. Ferner ist aus der
DE 10 2006 026 118 A1 ein Aufbau bekannt, bei dem ein Schutzelement für das Ventil gleichzeitig ein Befestigungsmittel zum Befestigen des Druckgasbehälters an einem Tragrahmen ausbildet.
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Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik sind außerdem Lagerelemente, sogenannte Brackets, bekannt, welche an axialen Überständen der Abschlussteile der Druckgasbehälter angreifen, um diese entsprechend zu lagern, beispielsweise auf dem angesprochenen Tragrahmen aufzunehmen.
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All dies ist relativ aufwändig hinsichtlich der Anzahl der Bauteile und insbesondere hinsichtlich der in der Hauptachse des Druckgasbehälters axialen Länge dieser Aufbauten, was insbesondere bei begrenzten Bauvolumen für die Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck, wie es typischerweise in Fahrzeugen der Fall ist, zu einer Verringerung des Speichervolumens führt.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck anzugeben, welche diese Nachteile vermeidet, und welche einen kompakten und effizient zu montierenden Aufbau der Vorrichtung gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung gemäß Anspruch 8 die Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrzeugs sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben. Ferner ist im Anspruch 13 eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung dargestellt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck nutzt als Verbindung zwischen dem Tragrahmen und dem Anschlussteil ein Ventilgehäuse des Ventils. Da ein Ventilgehäuse für das Ventil typischerweise immer vorhanden ist und mit einem der axialen Abschlussteile verbunden wird, kann dieses in dem erfindungsgemäßen Aufbau ideal dazu genutzt werden, um gleichzeitig den Tragrahmen mit dem Abschlussteil zu verbinden. Das Ventilgehäuse übernimmt also sowohl die Funktionalität des Ventilgehäuses als auch die Funktionalität, welche bisher im Aufbau gemäß dem Stand der Technik von dem Lagerelement bzw. Bracket übernommen worden ist. Hierdurch wird bei gleicher Funktionalität der Aufbau in axialer Richtung des Druckgasbehälters entsprechend kürzer. Erfolgt eine ähnliche Aufnahme auf der anderen Seite an dem anderen Abschlussteil, welches häufig ein Überdrucksicherheitsventil als Ventileinrichtung aufweist, dann lässt sich insgesamt ein signifikant kürzerer Aufbau des Druckgasbehälters samt seiner Ventile in axialer Richtung erzielen. Bei gleichem Bauraum kann diese Länge, an der Stelle des maximalen Durchmessers des Druckgasbehälters in seinem Rumpfabschnitt, zur Vergrößerung des Speichervolumens eingesetzt werden. Mit minimalem Aufwand hinsichtlich der Bauteile lässt sich so, bei gleicher Baugröße der Vorrichtung, eine Vergrößerung des Speichervolumens erzielen.
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In einer sehr günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dabei vorgesehen, dass das Ventilgehäuse am äußeren Umfang eines axial überstehenden Bereichs des Abschlussteils angreift. Typischerweise steht das Abschlussteil in dem ein zentrales Gewinde für das Ventil umgebenden Bereich axial über den Rest des Abschlussteils und damit den Druckgasbehälter hinaus. Wird das Ventilgehäuse nun nicht nur in die entsprechende Aufnahmeöffnung des Abschlussteils eingeschraubt, sondern greift insbesondere am überstehenden Bereich bzw. dessen äußeren Umfang an, dann kann die Lagerung bzw. Befestigung des Druckgasbehälters über dieses Umgreifen des äußeren Umfangs erzielt werden. Das mittig weiterhin vorhandene Teil des Ventilgehäuses, welches in die Öffnung des Abschlussteils eingeschraubt ist, ist dann weitgehend frei von Lagerkräften, sodass die in diesem Bereich zu erzielende Abdichtung, beispielsweise bei Wasserstoff gegenüber einem Nenndruck von 700 bar, nicht durch auf das Gewinde einwirkende Lagerkräfte beeinträchtigt wird.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht es nun außerdem vor, dass das mit dem Ventil verbundene Abschlussteil über das Ventilgehäuse fest an dem Tragrahmen gelagert ist, während das andere Abschlussteil über ein Halteelement lose an dem Tragrahmen gelagert ist. Dieser Aufbau mit Festlagerung und Loslagerung ist aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Tragrahmen und Druckgasbehältern sowie der gegebenenfalls sehr großen Temperaturunterschiede von entscheidendem Vorteil. Sowohl das Festlager über das Ventilgehäuse als auch das Loslager über das Halteelement können dabei entsprechend einfach und effizient mit einem Minimum an Bauteilen reduziert werden. Ist auf dem dem Ventil abgewandten Abschlussteil des Druckgasbehälters eine weitere Öffnung vorhanden, beispielsweise zum Einsetzen eines Überdrucksicherheitsventils, dann kann auch hier dessen Ventilgehäuse als das Halteelement ausgebildet sein, welches in einer bevorzugten Weiterbildung ebenfalls am äußeren Umfang eines axial überstehenden Bereichs dieses Abschlussteils entsprechend angreift.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Druckgasbehälter sich im eingebauten Zustand auf dem in Richtung der Schwerkraft unterhalb seiner zentralen Achse verlaufenden Tragrahmen abstützt. Ein solcher unterhalb des wenigstens einen Druckgasbehälters angeordneten Tragrahmen, auf welchem sich der Druckgasbehälter über das Ventilgehäuse und gegebenenfalls das Halteelement abstützt, hat den Vorteil, dass der Tragrahmen gleichzeitig einen sehr guten Schutz für den Druckgasbehälter bietet, beispielsweise beim Einsatz in einem Fahrzeug im Falle eines Unfalls, oder bei der Anordnung im Unterboden im Falle einer Kollision mit größeren Steinen oder dergleichen.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Druckgasbehälter im eingebauten Zustand seitlich oder von unten in dem auf der Höhe oder oberhalb seiner zentralen Achse liegenden Tragrahmen aufgenommen ist. Bei dieser Anordnung ist der wenigstens eine Druckgasbehälter also seitlich oder insbesondere von unten in einem typischerweise im oberen Bereich angeordneten Tragrahmen befestigt. Letztlich hängt der wenigstens eine Druckgasspeicher also über das Ventilgehäuse und gegebenenfalls das Halteelement an dem Tragrahmen. Dies kann beispielsweise hinsichtlich der Montage einer fertig vormontierten Vorrichtung von entscheidendem Vorteil sein, sodass diese beispielsweise von unten in einen für sie vorgesehenen Bauraum eingesetzt und durch eine Verbindung des Tragrahmens zu tragenden Elementen, welche diesen Bauraum umgeben, befestigt werden kann. Insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen kann der im Vergleich zur zuvor beschriebenen Ausführungsform fehlende Schutz der Druckgasbehälter durch den Tragrahmen beispielsweise durch ein Blech als Unterfahrschutz ausgeglichen werden.
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In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Ventil ein Überdrucksicherheitsventil auf, welches mit einer Abblasleitung in Verbindung steht. Eine solche Abblasleitung, welche auch als Venting Tube bezeichnet wird, ist ebenfalls aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und sorgt beim Einsatz eines Überdrucksicherheitsventils dafür, dass im Falle eines Überdrucks, beispielsweise wenn die Vorrichtung einem Brand ausgesetzt ist, abgeblasenes Gas gezielt von der Vorrichtung weggeleitet wird. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist es nun so, dass die Abblasleitung zumindest teilweise in den Tragrahmen integriert oder durch diesen ausgebildet ist. Insbesondere die Ausbildung der Abblasleitung durch hohle Elemente des Tragrahmens, was insbesondere beim Aufbau des Tragrahmens als Gitterrohrrahmen von entscheidendem Vorteil sein kann, spart die entsprechenden Bauteile und damit Bauvolumen und Gewicht für die Abblasleitung ein. Hinsichtlich des Bauvolumens gilt dies auch, wenn eine eigene Abblasleitung zumindest teilweise in den Tragrahmen integriert ausgeführt ist. In beiden Fällen hat der Aufbau den entscheidenden Vorteil, dass durch die feste Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse und dem Tragrahmen eine feste Verbindung zwischen der Abblasleitung und dem Ventilgehäuse auftritt, sodass das Entweichen von Gas an die Umgebung der Verbindungsstelle einerseits ausgeschlossen werden kann, und andererseits beide Bauteile den gleichen Vibrationen und Schwingungen ausgesetzt sind, sodass eine Beschädigung beispielsweise eines Auslösemechanismus des Überdruckssicherheitsventils, insbesondere einer Glasampulle, durch Schwingungen der Abblasleitung sicher und zuverlässig entgegengewirkt werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass das Ventilgehäuse eine mit dem Überdrucksicherheitsventil verbundene Öffnung aufweist, welche bei der Montage des Ventilgehäuses auf dem Tragrahmen mit einer dort befindlichen korrespondierenden Einlassöffnung der Abblasleitung in Verbindung tritt. Insbesondere ein solcher Aufbau, bei dem bei der Montage des Ventilgehäuses auf dem Tragrahmen gleichzeitig eine Verbindung zwischen einer Öffnung, welche mit dem Überdrucksicherheitsventil in Verbindung steht, und der Einlassöffnung der Abblasleitung entsteht ist sehr einfach. Er kann sehr effizient montiert werden. Typischerweise ist es dabei ausreichend, wenn zwischen der Einlassöffnung der Abblasleitung und der mit dem Überdrucksicherheitsventil verbundenen Öffnung des Ventilgehäuses eine direkte metallische Anlage erfolgt, da für die nur im Notfall genutzte Verbindung eine vollständige Abdichtung unterbleiben kann. Die Montage ist damit sehr effizient. Dennoch reicht der zwischen den metallischen Partnern auftretende Kontakt aus, um zu verhindern, dass das abgeblasene Gas in größerer Menge in ungewünschte Bereiche eindringt oder durch einen Sog-Effekt gegebenenfalls Luft aus der Umgebung der Verbindungsstelle angesaugt werden kann. Hierdurch wird sicher und zuverlässig verhindert, dass sich ein Luft-Gas-Gemisch bildet, welches insbesondere bei Wasserstoff und entsprechender Durchmischung von Luft und Wasserstoff zu einem brennbaren oder explosiven Gemisch führen könnte.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nun, wie bereits angedeutet, insbesondere in einem Fahrzeug Verwendung finden, in welchem sie zur Speicherung von Gas vorgesehen wird, welches unter hohem Druck in dem Fahrzeug gespeichert ist und als Treibstoff zumindest mittelbar zum Antrieb des Fahrzeugs dient. In dem Fahrzeug kann es sich dementsprechend beispielsweise um ein mit komprimiertem Erdgas betriebenes Fahrzeug, um ein mit Wasserstoff und einem Verbrennungsmotor betriebenes Fahrzeug oder insbesondere um ein Fahrzeug handeln, welches mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, welches aus Wasserstoff ektrische Energie zum Antreiben des Fahrzeugs erzeugt.
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In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des Fahrzeugs kann es nun ferner vorgesehen sein, dass die Vorrichtung an ihrem Tragrahmen in dem Fahrzeug aufgenommen ist. Dieser Aufbau hat den entscheidenden Vorteil, dass die Vorrichtung mit einem oder typischerweise mehreren Druckgasbehältern, der entsprechenden Verrohrung, den Sicherheitseinrichtungen, Betankungsventilen und dergleichen, vormontiert werden kann. Dieser gesamte Aufbau der Vorrichtung, welcher auf dem Tragrahmen, zumindest für einen Montageschritt selbsttragend vorbereitet ist, kann dann einfach und effizient in das Fahrzeug integriert werden.
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In einer sehr günstigen Ausgestaltung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass die Vorrichtung an ihrem Tragrahmen schwimmend in dem Fahrzeug gelagert ist. Hierdurch wird verhindert, dass Vibrationen des Fahrzeugs auf die Vorrichtung einwirken, sodass eine sichere und zuverlässige Verbindung der Bauteile der Vorrichtung untereinander gewährleistet bleibt, ohne dass diese den durch von dem Fahrzeug in die Vorrichtung eingetragene Vibrationen ausgesetzt sind.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist es nun außerdem vorgesehen, dass die Vorrichtung von unten in ein Fahrzeug-Chassis eingehängt ist. Das Einhängen kann dabei entweder schwimmend, beispielsweise unter Verwendung von zwischengelegten Gummipuffern, oder auch durch eine feste Montage erfolgen. Der Vorteil dieses Einbringens von unten, was idealerweise mit einem oben liegenden Tragrahmen kombiniert ist, ermöglicht eine sehr einfache Montage und Demontage der Vorrichtung. Diese kann beispielsweise nach dem Entfernen von Unterfahrschutzblechen von unten in dem Fahrzeug montiert bzw. demontiert werden, sodass ein einfacher Ausbau der gesamten Vorrichtung, beispielsweise zur Überprüfung oder zum Austausch von Einzelkomponenten, vorgenommen werden kann. Bei der Remontage wird dann die Vorrichtung von unten wieder in das Fahrzeug eingebracht und entsprechend befestigt. Anschließend können gegebenenfalls vorhandene Schutzbleche, ein geschlossener Unterboden oder dergleichen wieder montiert werden.
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Wie bereits erwähnt, eignet sich die Vorrichtung insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff bei einem Nenndruck von mehr als 300, insbesondere von mehr als 600 bar. Insbesondere bei der Speicherung von Wasserstoff sind hohe Drücke notwendig, um eine entsprechende Speicherdichte zu verwirklichen. Derzeit sind Nenndrücke von 700 bar üblich. An Vorrichtungen, welche einem dermaßen hohen Druck ausgesetzt sind, sind entsprechend hohe Anforderungen zu richten. Diese sind durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Vorrichtung problemlos zu erzielen. Gleichzeitig kann durch die geringe axiale Baulänge der Hilfskomponenten an den Druckgasbehältern ein großes Volumen der Druckgasbehälter bei unverändertem Bauvolumen der Vorrichtung erzielt werden, sodass die Speicherdichte noch weiter gesteigert werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des Fahrzeugs ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer möglichen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 eine Prinzipdarstellung der Aufnahme eines Druckgasbehälters in dem Tragrahmen;
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3 eine Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform eines Ventilgehäuses in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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4 eine Prinzipdarstellung einer Draufsicht mit Teilschnitt in einem Aufbau gemäß der Erfindung in einer ersten möglichen Ausführungsform;
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5 eine Prinzipdarstellung einer Draufsicht mit Teilschnitt in einem Aufbau gemäß der Erfindung in einer zweiten möglichen Ausführungsform; und
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6 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem montierten Zustand (a) und einem demontierten Zustand (b).
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In der Darstellung der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Speicherung von Gas unter hohem Druck zu erkennen. Es kann sich dabei insbesondere um eine Vorrichtung 1 zur Speicherung von Wasserstoff bei einem Nenndruck von 700 bar handeln. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Tragrahmen 2 sowie mehreren in dem Tragrahmen 2 aufgenommenen Druckgasbehältern 3. Die Druckgasbehälter 3 weisen dabei den in 2 angedeuteten Aufbau auf, welcher aus einem im Wesentlichen zylindrischen Rumpfabschnitt 4 sowie zwei Abschlussteilen 5, 6 besteht. Die Abschlussteile werden auch als BOSS bezeichnet. Der BOSS 5, 6 ist typischerweise aus metallischem Material, beispielsweise durch zerspanende Verarbeitung hergestellt, wobei eines der Anschlussteile, im Beispiel der 2 das mit 6 bezeichnete Anschlussteil, einen Überstand 7 mit einer angedeuteten Öffnung 8 zur Aufnahme eines Ventils aufweist. Das andere Abschlussteil 5 weist typischerweise nur den axialen Überstand 7 auf, oder allenfalls eine kleine Öffnung, beispielsweise zur Aufnahme eines Überdrucksicherheitsventils, welches auf Basis einer Glasampulle oder eines Schmelzlots im Falle einer zu starken Erwärmung des Druckgasbehälters 3 auslöst und ein Abblasen des darin gespeicherten Gases ermöglicht.
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Um den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen und Temperaturen des Tragrahmens 2 einerseits und des Druckgasbehälters 3 andererseits gerecht zu werden ist es nun so, dass im Bereich des Abschlussteils 6, welches die Öffnung 8 für das Ventil 8 aufweist, ein Festlager 9 vorgesehen ist, während am anderen Ende ein Loslager 10 eingesetzt wird. Dies ist in der Darstellung der 2 prinzipmäßig angedeutet.
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Um Aufbauten für Lagerelemente, sogenannte Brackets, wie sie im Stand der Technik genutzt werden, einzusparen und dadurch die axiale Länge der Überstände 7 der Abschlussteile 5, 6 verkürzen und damit – bei gleicher Baulänge – den Rumpfabschnitt 4 verlängern zu können, ist es bei dem hier beschriebenen Aufbau nun vorgesehen, dass ein ohnehin benötigtes Ventilgehäuse 11, welches in der Schnittdarstellung der 3 prinzipmäßig angedeutet ist, gleichzeitig zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Druckgasbehälter 3 und dem Tragrahmen 2 ermöglicht. Das ohnehin benötigte Ventilgehäuse 11 kann so, gegebenenfalls mit einer leichten Verstärkung seiner Wandstärken, sowohl für das Ventil, welches typischerweise über eingeschraubte funktionale Elemente in dem Ventilgehäuse 11 ausgebildet wird, genutzt werden, als auch als Festlager 9 zur Aufnahme des Druckgasbehälters 3 auf dem Tragrahmen 2. Ein zusätzliches Lagerelement, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist nicht notwendig. Dadurch lässt sich die Länge des Aufbaus aus Druckgasbehälter 3 und Festlager 9 in axialer Richtung des Druckgasbehälters 3, welche über die Achse A in 2 angedeutet ist, verkürzen. Bei gleicher Baulänge des Druckgasbehälters 3 kann durch die Verkürzung des Überstands 7, welcher nun lediglich mit dem Ventilgehäuse 11 und nicht mehr zusätzlich mit einem Lagerelement korrespondieren muss, eine Verlängerung des Rumpfabschnitts 4 erreicht werden, sodass insgesamt ein höheres Speichervolumen erzielt werden kann. Bei dem hier beschriebenen Aufbau, bei dem die Vorrichtung 1 vier einzelne Druckgasbehälter 3 aufweist, lassen sich so einige zusätzliche Kilogramm an Wasserstoff speichern, was die Reichweite eines Fahrzeugs 12, welches später noch näher dargestellt sein wird, merklich erhöht.
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Der im Inneren des axialen Überstands 7 liegende mit 13 bezeichnete Abschnitt des Ventilgehäuses 11 sorgt typischerweise über ein Gewinde zwischen der inneren Oberfläche des axialen Überstands 7 und dem Abschnitt 13 für eine entsprechende Verbindung des Ventilgehäuses 11 mit dem Abschlussteil 6. In diesem Bereich ist typischerweise auch eine hier nicht explizit erkennbare Dichtung angeordnet. Um nun diese Dichtung nach Möglichkeit frei von Lagerkräften zu erhalten, sind um den Außenumfang des axialen Überstands 7 verlaufende mit 14 bezeichnete Abschnitte des Ventilgehäuses 11 vorgesehen. Diese umfassen den axialen Überstand 7 des Abschlussteils 6 von außen und haltern diesen so. Die Lagerkräfte werden zumindest weitestgehend über die Abschnitte 14 des Ventilgehäuses 13 übertragen. Zwischen dem axialen Überstand 7 und dem mit 13 bezeichneten in seinem Inneren eingeschraubten Teil des Ventilgehäuses 11 herrscht so annähernd Kräftefreiheit, was die über das Festlager 9 eingetragenen Kräfte angeht. Hierdurch wird die Abdichtung gegenüber dem unter hohem Druck stehenden Wasserstoff nicht gefährdet.
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Das Ventilgehäuse 11 wird mit dem hier beispielhaft mit L-förmigen Querschnitt dargestellten Tragrahmen 2 beispielsweise über eine angedeutete Verschraubung 15 fixiert. Das Loslager 10 auf der anderen Seite des Druckgasbehälters 3 kann im Wesentlichen ähnlich aussehen, wobei zwischen dem dort befindlichen axialen Überstand 14 und dem Loslager 10 eine axiale Beweglichkeit gegeben sein muss. Das Loslager 10 kann dabei ebenfalls als Ventilgehäuse 11, beispielsweise für ein Überdrucksicherheitsventil, welches auch auf der anderen Seite des Druckgasbehälters 3 entsprechend eingesetzt wird, ausgebildet sein. Genauso gut ist es denkbar, stattdessen für das Loslager ein Halteelement zu verwenden, welches keinerlei Funktionalität in Verbindung mit Elementen eines Ventils aufweist.
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In der Darstellung der 4 ist eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform des als Festlager 9 genutzten Ventilelements 11 zu erkennen. Der Aufbau ist dabei sehr ähnlich zu dem in 3 dargestellten Aufbau. Der Tragrahmen 2 besteht in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem rohrförmigen Rahmenelement 16, welches hier nur zum Teil dargestellt ist. Das rohrförmige Rahmenelement 16 ist wiederum über zwei angedeutete Verschraubungen 15 mit dem Ventilgehäuse 11 verschraubt. Außerdem ist im Bereich des Ventilgehäuses 11 ein Überdrucksicherheitsventil 17 prinzipmäßig angedeutet. Dieses Überdrucksicherheitsventil 17 kann beispielsweise eine Schmelzsicherungsschraube oder einem mit einem Alkoholgemisch gefüllten Glaskörper als Auslöseeinheit aufweisen. Im Falle einer Erwärmung, beispielsweise durch einen Brand, wird entweder das Schmelzlot aufgeschmolzen oder das Gemisch in dem Glaskörper zum Sieden gebracht. Hierdurch zerspringt der Glaskörper. Er gibt dann einen Pfropfen frei, welcher bisher eine mit dem Inneren des Druckgasbehälters 3 verbundenen Leitungsweg versperrt hatte. Vergleichbares gilt für das Lot, welches ebenfalls diesen Leitungsweg versperrt hatte. Das Ende dieses Leitungswegs in dem Ventilgehäuse 11 ist in der Darstellung der 4 in einem Teilschnitt angedeutet und mit dem Bezugszeichen 18 versehen. Diese mit dem Überdrucksicherheitsventil 17 korrespondierende Öffnung 18 steht nun in der Darstellung der 4 mit einer Bohrung 19 in dem Rohrelement 16 des Tragrahmens 2 in Verbindung. Die Öffnung 18 steht nach der Montage des Ventilgehäuses 11 auf dem Tragrahmen 2 also über die Bohrung 19 in Verbindung mit dem Inneren des Rohrelements 16. Kommt es zu einem Auslösen des Überdrucksicherheitsventils 17, dann wird Gas über die Öffnung 18 ausströmen und strömt gemäß dem mit V bezeichneten Pfeil durch das Rohrelement 16 des Tragrahmens 2, wobei über ein Sperrblech 20, welches beispielsweise in das Rohrelement 16 eingeschweißt sein kann, sodass der abgeblasene Gasstrom V in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nach rechts geleitet wird. Er kann dann an einer geeigneten Stelle in dem Tragrahmen 2 nach außen geleitet werden, sodass eine gezielte Abführung des über das Überdrucksicherheitsventil 17 abgelassenen Gases V erreicht werden kann. Sowohl die Anlage des Ventilgehäuses 11 auf dem Rohrelement 16 des Tragrahmens 2 als auch die Anbindung des Sperrblechs 20 an dem Rohrelement 16 des Tragrahmens 2 sollte dabei so ausgeführt werden, dass ein Eindringen von Wasser durch die Verbindungsstellen vermieden wird.
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In der Darstellung der 5 ist eine alternative Ausführungsform des soeben beschriebenen Aufbaus zu erkennen. Anstelle der von unten in den Ventilkörper 11 eingebrachten Verschraubungen sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Flansche 21 zu erkennen, welche die Verschraubung tragen. Anstelle der unmittelbaren Nutzung des Rohrelements 16 des Tragrahmens 2 ist in dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Abblasleitung 22 für den Gasstrom V als eigenständiges Bauteil angeordnet und teilweise in den Tragrahmen 2 integriert. Es kann beispielsweise mit dem Tragrahmen verschweißt ausgebildet sein. Eine Einlassöffnung 23 der Abblasleitung 22, welche auch als Venting Tube bezeichnet wird, tritt an die Stelle der Bohrung 19 in der Darstellung der 4. Die Funktionalität ist im Wesentlichen dieselbe, wobei durch die Abblasleitung 22 ein Aufbau erzielt wird, welcher die abgeblasenen Gase V noch gezielter leiten kann, als wenn diese nur durch die Rohrleitungselemente 16 des Tragrahmens 2 abgeführt werden. Auch hier ist eine wasserdichte Verbindung an den Stellen analog zur Darstellung in 4 sinnvoll. Die Rohrleitung 22 kann insbesondere mit einem Durchmesser von mehr als 6 mm ausgebildet sein, um den Wasserstoff vollständig und mit moderatem Druck im Bereich der Abblasleitung 22 abzublasen. Sie kann vorzugsweise in einfach abzulängenden Winkeln, beispielsweise 30°, 45° oder 60° hergestellt werden und idealerweise schräg nach unten durch das Rohrelement 16 des Tragrahmens 2 verlaufen.
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Dabei ist auch eine Kombination dieser beiden Aufbauten denkbar, beispielsweise eine Abführung der abgeblasenen Gase V durch die Rohrleitungselemente 16 des Tragrahmens bis zu einem Sammelpunkt, in dem eine Öffnung in dem Tragrahmen in die Einlassöffnung 23 der Abblasleitung 22 mündet, um von dort das Gas gezielt über die Abblasleitung 22 in einen Bereich abzublasen, welcher ein Wegstück entfernt von dem Tragrahmen 2 und damit der Vorrichtung 1 liegt.
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In jedem Fall reicht dabei eine direkte metallische Verbindung beispielsweise zwischen dem Ventilgehäuse 11 und der Oberfläche des Rohrelements 16 des Tragrahmens 2 in der Darstellung der 4 aus, um eine ausreichende Abdichtung zu erzielen, da im Falle eines Ansprechens des Sicherheitsüberdruckventils 17 minimale Leckagen entlang der Metall/Metallverbindung zwischen dem Ventilgehäuse 11 und dem Leitungselement 17 typischerweise unkritisch sind. Lediglich größere Spalten, sodass das Gas hier unkontrolliert in größerer Menge austreten kann, sollten verhindert werden. Der Aufbau hat den Vorteil, dass die Abblassleitung 22 bzw. das als Abblassleitung genutzte Rohrelement 16 des Tragrahmens 2 fest mit dem Tragrahmen 2 und dem Ventilgehäuse 11 verbunden sind, sodass keine von den Schwingungen des Gesamtaufbaus der Vorrichtung 1 abweichende Schwingungen über die Abblassleitung 22 in den Bereich des Ventilgehäuses 11 eingetragen werden können, da diese beispielsweise eine Glasampulle als Funktionselement des Überdrucksicherheitsventils 17 in ihrer Funktion nachhaltig beeinträchtigen könnten. Dies könnte dann zu einem unerwünschten Abblassen von Gas führen, was in jedem Fall vermieden werden muss.
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In der Darstellung der 6 ist das bereits angesprochene Fahrzeug 12 zu erkennen. Es soll sich hierbei beispielsweise um ein Brennstoffzellenfahrzeug handeln, welches mit elektrischer Leistung, welche in einem Brennstoffzellensystem erzeugt wird, angetrieben wird. Das Fahrzeug 11 ist neben dem hier nicht explizit dargestellten Brennstoffzellensystem mit der Vorrichtung 1 zum Speichern von Wasserstoff als Treibstoff für eben dieses Brennstoffzellensystem versehen. In der Darstellung der 6a ist die Vorrichtung 1 dabei montiert innerhalb des Fahrzeugs 12 zu erkennen. Im Gegensatz zu den bisher gezeigten Aufbauten ist dabei der Tragrahmen 2 oberhalb der Achsen A der Druckgasbehälter 2 angeordnet, sodass die Druckgasbehälter 3 über die Ventilgehäuse 11 als Festlager 9 und die Loslager 10 in dem Tragrahmen 2 hängen. Die in einem prinzipmäßigen Schnitt dargestellte Vorrichtung 1 ist dabei, wie bereits erwähnt, in dem Fahrzeug 12 montiert. Sie ist idealerweise von unten zugänglich, gegebenenfalls nachdem Unterfahrbleche als Schutz unterhalb der Vorrichtung 1 demontiert worden sind. Die Vorrichtung 1 kann dann beispielsweise für eine Demontage zu Wartungszwecken, zum Austausch von Ventilen oder dergleichen in der Vorrichtung 1 aus dem Fahrzeug abgesenkt werden, wie es in der Darstellung der 6b angedeutet ist. Dies ist außerordentlich einfach und effizient. Nach erfolgter Reparatur bzw. Wartung, oder auch bei der Erstmontage, kann die Vorrichtung 1 dann von unten in das Fahrzeug 12 eingebracht und mit dem Fahrzeug 12 entsprechend verbunden werden. Dabei ist einerseits ein Verschrauben denkbar, beispielsweise über Gummipuffer, sodass eine schwimmende Lagerung der Vorrichtung 1 in einem Chassis des Fahrzeugs 12, welches nicht explizit dargestellt ist, erzielt werden kann. Genauso gut könnte ein Einhängen oder ein festes Verschrauben zur Befestigung der Vorrichtung 1 in dem Fahrzeug 12 vorgesehen sein. Die Möglichkeit bei der Demontage und bei der Erstmontage bzw. Remontage die Vorrichtung 1 von unten in das Fahrzeug 12 einzubringen und entsprechend zu befestigen ist dabei sehr einfach und effizient, da einerseits eine einfache Montage und andererseits ein einfacher Ausbau beispielsweise zu Wartungszwecken möglich wird. Dies macht das Konzept insgesamt sehr servicefreundlich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007017425 A1 [0004]
- DE 102006026118 A1 [0004]
