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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumvorrichtung, insbesondere ein Sandwichelement, dessen Innenraum mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist.
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Die
JP 2003-130 291 A offenbart ein Schutzsystem für eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEFC).
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Die
WO 2009/046471 A1 offenbart eine Suspension für einen Wasserstoffgenerator.
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Vakuumvorrichtungen, insbesondere Sandwichelemente, deren Innenraum mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist, können insbesondere dadurch hergestellt werden, dass eine Hülle bereitgestellt und nach Evakuieren eines Innenraums der Hülle verschlossen wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumvorrichtung bereitzustellen, bei welcher ein Innenraum eines Vakuumelements der Vakuumvorrichtung gezielt mit Wasserstoff befüllbar und, insbesondere passiv, evakuierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vakuumvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Das Entfernen von Wasserstoff aus dem Wasserstoffgasraum ist insbesondere die Entnahme von Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffgasraum oder ein chemisches Binden, insbesondere Umwandeln, des Wasserstoffgases, insbesondere eine chemische Umwandlung des Wasserstoffs mit Sauerstoff zu Wasser.
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Durch das Entfernen von Wasserstoff aus dem Wasserstoffgasraum wird vorzugsweise der Druck in dem Wasserstoffgasraum reduziert.
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Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vakuumvorrichtung eine Wasserstoffentnahmevorrichtung vorgesehen ist, welche ein wasserstoffdurchlässiges Membranelement zum Entfernen von Wasserstoff aus dem Wasserstoffgasraum umfasst, kann das Wasserstoffgas insbesondere passiv aus dem Wasserstoffgasraum entfernt werden, so dass insbesondere keine energieaufwändige Pumpvorrichtung benötigt wird, um das Wasserstoffgas bei Bedarf aus dem Wasserstoffgasraum zu entfernen.
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Sämtliche Bauteile und Bestandteile der Vakuumvorrichtung können einfach oder mehrfach vorhanden sein.
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Mittels des wasserstoffdurchlässigen Membranelements ist vorzugsweise eine passive Evakuierung des Wasserstoffgasraums möglich.
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Vorzugsweise ist das Vakuumelement ausschließlich mit Wasserstoff als gasförmigem Stoff gefüllt.
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Das wasserstoffdurchlässige Membranelement ist vorzugsweise ausschließlich wasserstoffdurchlässig. Insbesondere Sauerstoff, Stickstoff, Wasser, etc. gelangen vorzugsweise nicht durch das Membranelement hindurch.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hülle eine Öffnung umfasst, welche mittels des wasserstoffdurchlässigen Membranelements verschlossen ist.
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Somit kann vorzugsweise nur Wasserstoff durch die Öffnung hindurchtreten.
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Die Vakuumvorrichtung umfasst vorzugsweise ferner eine wasserstoffundurchlässige Abdeckvorrichtung zum wahlweisen Abdecken oder Freigeben des wasserstoffdurchlässigen Membranelements.
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Unter dem Begriff ”wasserstoffundurchlässig” ist dabei vorzugsweise zu verstehen, dass ein Werkstoff einen möglichst hohen Diffusionswiderstand gegenüber Wasserstoff aufweist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Abdeckvorrichtung mindestens ein wasserstoffundurchlässiges Abdeckelement umfasst, mittels welchem die mindestens eine Öffnung wahlweise abdeckbar oder freigebbar ist.
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Erfindungsgemäß trennt das wasserstoffdurchlässige Membranelement eine durch den Wasserstoffgasraum des Vakuumelements gebildete Wasserstoffgasseite von einer Speicherseite der Wasserstoffentnahmevorrichtung.
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Die Speicherseite umfasst vorzugsweise einen Oxidatorspeicher, einen Oxidatorbereich und/oder einen Wasserspeicher.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Speicherseite außerhalb des Vakuumelements angeordnet ist.
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Vorteilhaft kann es jedoch auch sein, wenn die Speicherseite der Wasserstoffentnahmevorrichtung teilweise oder vollständig in dem Innenraum des Vakuumelements angeordnet ist.
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Die Vakuumvorrichtung umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Wasserstoffentnahmevorrichtungen, welche in dem Innenraum des Vakuumelements verteilt angeordnet sind.
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Die Wasserstoffentnahmevorrichtungen können dabei insbesondere als Wasserstoffaufnahmekapseln ausgebildet sein.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Wasserstoffentnahmevorrichtungen gleichmäßig verteilt und gleichmäßig voneinander beabstandet in dem Innenraum des Vakuumelements angeordnet sind.
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Das Vakuumelement ist vorzugsweise als ein Sandwichelement ausgebildet.
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Unter einem Sandwichelement ist insbesondere ein Element zu verstehen, welches einen Sandwichkern, eine erste Decklage und eine zweite Decklage umfasst. Die erste Decklage und die zweite Decklage sind vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten des Sandwichkerns angeordnet. Zur Beeinflussung einer Wärmeleitung und/oder Stabilität und/oder Steifigkeit des Sandwichelements ist vorzugsweise ein zwischen den beiden Decklagen angeordneter Innenraum des Sandwichelements mit Wasserstoff füllbar oder evakuierbar.
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Unter einer Evakuierung ist insbesondere eine Beaufschlagung mit einem unter Atmosphärendruck (Normaldruck) liegenden Unterdruck zu verstehen, insbesondere ein Druck von höchstens ungefähr 500 mbar, vorzugsweise höchstens ungefähr 50 mbar, beispielsweise höchstens ungefähr 1 mbar.
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Der Druck ist dabei insbesondere der Absolutdruck und/oder der Partialdruck des Füllgases, insbesondere des Wasserstoffs.
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Das Sandwichelement ist vorzugsweise plattenartig ausgebildet und kann dabei beispielsweise eben oder gekrümmt sein.
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Der Sandwichkern umfasst vorzugsweise einen offenzelligen und/oder mikroporösen Kernwerkstoff.
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Die Decklagen sind vorzugsweise aus einem Blech und/oder einem Faserverbundmaterial gebildet.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Innenraum des Vakuumelements, insbesondere des Sandwichelements, mehrere Kammern umfasst, welche vorzugsweise einzeln oder zusammen schaltbar sind, so dass insbesondere ein Druck in einzelnen oder mehreren Kammern gleichzeitig eingestellt werden kann.
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Insbesondere dann, wenn das Vakuumelement, insbesondere das Sandwichelement, mehrere Kammern umfasst, ist das Vakuumelement vorzugsweise ein segmentiertes Vakuumelement.
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Der Innenraum des Vakuumelements, insbesondere der Wasserstoffgasraum des Vakuumelements, ist vorzugsweise zumindest teilweise mit einem Füllmaterial gefüllt.
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Das Füllmaterial liegt insbesondere im festen Aggregatzustand vor.
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Vorzugsweise ist das Füllmaterial ein Schüttgut.
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Durch Evakuieren des Wasserstoffgasraums des Vakuumelements, das heißt durch Entfernen von zumindest einem Teil der Gase aus dem Wasserstoffgasraum des Vakuumelements, wird vorzugsweise das Füllmaterial stabilisiert, insbesondere in einen formstabilen Zustand überführt.
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Das Vakuumelement ist vorzugsweise ein Isolations- oder Wärmeleitelement mit, insbesondere stufenlos, steuerbarer und/oder regelbarer Wärmeleitung.
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Insbesondere kann durch Variation der Wasserstoffgasmenge innerhalb des Wasserstoffgasraums eine Wärmeleitung des Vakuumelements gezielt eingestellt werden.
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Der Wasserstoffgasraum trennt vorzugsweise zwei Bereiche voneinander, welche wahlweise voneinander isoliert oder wärmeleitend miteinander verbunden werden können.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Vakuumvorrichtung eine Reservoirvorrichtung umfasst, welche mit Unterdruck beaufschlagbar und fluidwirksam mit dem Wasserstoffgasraum des Vakuumelements verbindbar ist.
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Durch Verbinden des Wasserstoffgasraums mit der Reservoirvorrichtung kann vorzugsweise der Inhalt des Wasserstoffgasraums in die zuvor evakuierte Reservoirvorrichtung strömen. Der Wasserstoffgasraum kann auf diese Weise vorzugsweise sehr zügig mit Unterdruck beaufschlagt, das heißt evakuiert, werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Vakuumvorrichtung eine Temperatursensorvorrichtung und eine Steuervorrichtung umfasst, wobei eine Zuführung von Wasserstoff zu dem Wasserstoffgasraum des Vakuumelements und/oder eine Entnahme des Wasserstoffs aus dem Wasserstoffgasraum des Vakuumelements mittels der Steuervorrichtung in Abhängigkeit von einem oder mehreren mittels der Temperatursensorvorrichtung ermittelten Temperaturwerten steuerbar und/oder regelbar ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Seiten des Vakuumelements ermittelt wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Ermittlung eine Wärmeleitung, das heißt eine Wasserstoffgasmenge in dem Wasserstoffgasraum, gezielt eingestellt, insbesondere erhöht oder gesenkt, wird.
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Die Vakuumvorrichtung, insbesondere die Wasserstoffentnahmevorrichtung umfasst vorzugsweise einen Oxidatorspeicher, insbesondere einen Sauerstoffspeicher.
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Mittels des wasserstoffdurchlässigen Membranelements ist der Oxidatorspeicher vorzugsweise von dem Wasserstoffgasraum getrennt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des wasserstoffdurchlässigen Membranelements gemäß der Funktion einer Brennstoffzelle der Wasserstoff aus dem Wasserstoffgasraum abgeführt und chemisch mit dem Oxidator, insbesondere dem Sauerstoff, umgewandelt werden kann.
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Mindestens eine Wasserstoffentnahmevorrichtung ist insbesondere als eine Rekombinatorvorrichtung ausgebildet.
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Mittels der Rekombinatorvorrichtung ist insbesondere Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser oxidierbar.
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Auch zusätzlich zu der wasserstoffdurchlässigen Membranvorrichtung kann vorzugsweise eine Rekombinatorvorrichtung vorgesehen sein.
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Die Rekombinatorvorrichtung umfasst dann insbesondere ein auf einem Träger angeordnetes Katalysatormaterial, beispielsweise auf Aluminiumoxid-Kügelchen aufgedampftes Palladium.
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Das wasserstoffdurchlässige Membranelement ist vorzugsweise ein protonenleitendes Membranelement. Insbesondere kann hierdurch das Funktionsprinzip einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle genutzt werden, um Wasserstoff aus dem Wasserstoffgasraum zu entfernen und mit Sauerstoff zu Wasser umzuwandeln.
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Das wasserstoffdurchlässige Membranelement umfasst insbesondere eine Polymermembran, beispielsweise Nafion®.
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Das protonenleitende Membranelement ist insbesondere eine Protonen-Austauscher-Membran.
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Ein wasserstoffdurchlässiges Membranelement ist insbesondere ein Membranelement, durch welches Wasserstoff von der einen Seite zur anderen gelangen kann. Der Wasserstoff kann dabei als Wasserstoffmolekül aus zwei Wasserstoffatomen, als einzelne Wasserstoffatome oder in Form von Protonen und separaten Elektronen transportiert werden.
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Günstig kann es sein, wenn das wasserstoffdurchlässige Membranelement einseitig oder beidseitig mit einem Elektrodenmaterial beschichtet ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das wasserstoffdurchlässige Membranelement einseitig oder beidseitig mit einem Kohlenstoffmaterial, insbesondere Ruß, und/oder mit einem Katalysatormaterial, insbesondere Platin, Ruthenium, Nickel, Palladium und/oder Cobalt, beschichtet ist.
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Die Vakuumvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Kraftfahrzeug.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch die Verwendung mindestens einer erfindungsgemäßen Vakuumvorrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug.
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Die erfindungsgemäße Verwendung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vakuumvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Günstig kann es sein, wenn mindestens ein Vakuumelement der mindestens einen Vakuumvorrichtung als ein Wandungsabschnitt des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Vakuumelement der mindestens einen Vakuumvorrichtung als eine Tür, als ein Dachelement und/oder als ein Bodenelement des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumvorrichtung.
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Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem ein Innenraum eines Vakuumelements einer Vakuumvorrichtung besonders einfach wahlweise mit Wasserstoffgas befüllbar oder evakuierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 19 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vakuumvorrichtung und/oder der erfindungsgemäßen Verwendung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vakuumvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar ist, dass ein Druck in dem Innenraum des Vakuumelements, insbesondere stufenlos, einstellbar ist.
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Ferner können die erfindungsgemäße Vakuumvorrichtung, die erfindungsgemäße Verwendung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Vakuumvorrichtung einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Mittels der Vakuumvorrichtung können vorzugsweise Strukturen mit schaltbarer Wärmeleitfähigkeit hergestellt oder bereitgestellt werden.
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Die Wasserstoffzuführung erfolgt vorzugsweise mittels einer Ventilsteuerung.
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Die Vakuumvorrichtung, insbesondere das Vakuumelement der Vakuumvorrichtung, kann vorzugsweise in einem Dachbereich, in einem Stirnwandbereich und/oder einem Bodenbereich eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen oder in Batteriegehäusen oder allgemein im Maschinenbau Verwendung finden.
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Insbesondere können Fahrgastbereiche eines Kraftfahrzeugs oder Schienenfahrzeugs mittels der Vakuumvorrichtung gezielt thermisch isoliert werden.
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Vorzugsweise kann mittels einer separaten Gasgeneratorvorrichtung eine zusätzliche Unterdruckerzeugung zur Beaufschlagung des Innenraums des Vakuumelements mit Unterdruck erfolgen.
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Vorzugsweise ist auch eine Evakuierung in Notfallsituationen, beispielsweise im Brandfall, insbesondere mittels der Gasgeneratorvorrichtung, möglich.
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Vorzugsweise können mittels der Vakuumvorrichtung sicherheitsrelevante Bereiche, insbesondere Batterievorrichtungen, aktiv geschützt werden, insbesondere durch eine schnelle Wärmeabfuhr.
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Vorzugsweise ist ein automatischer und/oder autonomer Betrieb einer Vakuumvorrichtung möglich.
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Ein Sandwichkern eines als Sandwichelement ausgebildeten Vakuumelements ist vorzugsweise thermisch isolierend ausgebildet. Eine Wärmeleitung erfolgt vorzugsweise mittels des Wasserstoffgases in dem zwischen den Decklagen angeordneten Innenraum des Sandwichelements.
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Vorzugsweise werden nur geringe thermodynamische Wärmeleitungseffekte, Wärmestrahlungseffekte und/oder Wärmeübertragungseffekte zwischen den Wandungen des Sandwichelements, insbesondere den Decklagen des Sandwichelements, mittels des Sandwichkerns zugelassen.
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Vorzugsweise kann eine Ventilvorrichtung der Wasserstoffzuführung zur Zuführung von Wasserstoff zu dem Wasserstoffgasraum mit einer Temperatursensorvorrichtung gekoppelt sein. Insbesondere kann hierdurch eine automatische Steuerung der Wasserstoffzuführung zur Steuerung und/oder Regelung der Wärmeleitfähigkeit des Vakuumelements vorgesehen sein.
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Das wasserstoffdurchlässige Membranelement ist vorzugsweise ein aktives Membranelement, welches die Durchlassmenge des Wasserstoffs steuert.
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Günstig kann es sein, wenn die Vakuumvorrichtung ein Wasserablaufsystem zum Abführen von Wasser umfasst, welches insbesondere durch Oxidation von Wasserstoff mit Sauerstoff erzeugt wurde.
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Die Vakuumvorrichtung kann vorzugsweise an eine Brennstoffzellenvorrichtung angebunden sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Brennstoffzellenvorrichtung hierdurch selbstregelnd ausgebildet wird, beispielsweise durch geeignete Steuerung und/oder Regelung, insbesondere Selbstregelung, der Wärmeleitung mittels des Vakuumelements der Vakuumvorrichtung.
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Ergänzend zu der Wasserstoffentnahmevorrichtung kann eine Vakuumpumpe vorgesehen sein, um den Innenraum des Vakuumelements zu evakuieren.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwischen einem Oxidatorspeicher oder Oxidatorbereich und dem Wasserstoffgasraum eine Druckdifferenz künstlich erzeugt wird, so dass insbesondere die Evakuierung des Wasserstoffgasraums durch Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs durch das Membranelement vereinfacht wird.
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Eine Oxidatorvorrichtung der Vakuumvorrichtung ist vorzugsweise befüllbar, insbesondere ist Oxidator nachfüllbar.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vakuumvorrichtung;
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2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Wasserstoffentnahmevorrichtung einer zweiten Ausführungsform einer Vakuumvorrichtung, bei welcher eine Abdeckvorrichtung vorgesehen ist;
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3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Vakuumvorrichtung, bei welcher ein in das Vakuumelement integrierter Oxidatorspeicher vorgesehen ist;
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4 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs IV in 3; und
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5 eine der 3 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Vakuumvorrichtung, bei welcher mehrere verteilt angeordnete Wasserstoffentnahmevorrichtungen vorgesehen sind.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in 1 dargestellte erste Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Vakuumvorrichtung umfasst ein Vakuumelement 102 und eine Wasserstoffzuführung 104.
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Das Vakuumelement 102 umfasst eine Hülle 106, welche einen Innenraum 108 des Vakuumelements 102 umgibt.
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Das Vakuumelement 102 ist insbesondere als ein Sandwichelement 110 ausgebildet, welches zwei Decklagen 112 und einen zwischen den Decklagen 112 angeordneten Sandwichkern 114 umfasst.
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Der Innenraum 108 des Vakuumelements 102 ist somit der Innenraum 108 des Sandwichelements 110.
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Insbesondere ist der Innenraum 108 derjenige Raum, in welchem der Sandwichkern 114 angeordnet ist.
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Der Sandwichkern 114 ist insbesondere aus einem festen, das heißt im festen Aggregatzustand vorliegenden, Füllmaterial gebildet und dabei offenporig und gasdurchlässig ausgebildet.
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Der Innenraum 108 des Vakuumelements 102 kann somit mit einem Gas befüllt werden.
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Insbesondere kann dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 mittels der Wasserstoffzuführung 104 Wasserstoff zugeführt werden.
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Die Wasserstoffzuführung 104 umfasst hierzu einen Wasserstoffspeicher 116, eine Leitung 118 und eine Ventilvorrichtung 120.
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In dem Wasserstoffspeicher 116 ist Wasserstoff gespeichert, welcher über die Leitung 118 durch Öffnen der Ventilvorrichtung 120 dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 zuführbar ist.
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Die Vakuumvorrichtung 100 umfasst ferner eine oder mehrere Wasserstoffentnahmevorrichtungen 122.
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Die Wasserstoffentnahmevorrichtung 122 umfasst insbesondere ein wasserstoffdurchlässiges Membranelement 124, welches in einer Öffnung 126 des Vakuumelements 102 angeordnet ist.
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Insbesondere deckt das wasserstoffdurchlässige Membranelement 124 die Öffnung 126 in dem Vakuumelement 102, insbesondere in der Hülle 106 des Vakuumelements 102, ab, so dass Wasserstoffgas aus dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 entweichen kann.
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Das wasserstoffdurchlässige Membranelement 124 ist vorzugsweise undurchlässig für andere Gase oder sonstige Fluide.
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Durch das Entweichen des Wasserstoffs aus dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 kann somit der Innenraum 108 des Vakuumelements 102 mit Unterdruck beaufschlagt werden.
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Die vorstehend beschriebene Vakuumvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Durch Öffnen der Ventilvorrichtung 120 der Wasserstoffzuführung 104 wird dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffspeicher 116 zugeführt.
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Aufgrund der Befüllung des Innenraums 108 des Vakuumelements 102 mit Wasserstoffgas weist das Vakuumelement 102 dann eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Stabilität oder Steifigkeit auf.
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Durch Schließen der Ventilvorrichtung 120 kann die Wasserstoffzufuhr gestoppt werden.
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Das in dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 enthaltene Wasserstoffgas kann dann durch die wasserstoffdurchlässigen Membranelemente 124 entweichen.
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Da die wasserstoffdurchlässigen Membranelemente 124 undurchlässig für andere Fluide sind, wird das entweichende Wasserstoffgas nicht durch anderes Gas ersetzt.
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Der in dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 vorzugsweise bereits zuvor herrschende Unterdruck wird hierdurch verstärkt, das heißt, dass der Druck (weiter) sinkt.
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In diesem evakuierten Zustand des Vakuumelements 102 weist das Vakuumelement 102 eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Stabilität oder Steifigkeit auf.
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Die Vakuumvorrichtung 100 kann somit insbesondere für Anwendungen geeignet sein, bei welchen eine variable Wärmeleitfähigkeit und/oder eine variable Stabilität oder Steifigkeit eines Elements, insbesondere eines Sandwichelements 110, gewünscht ist.
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Eine in 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer Vakuumvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Öffnungen 126 abdeckbar sind.
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Hierzu ist eine Abdeckvorrichtung 128 vorgesehen.
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Eine Abdeckvorrichtung 128 umfasst vorzugsweise ein Abdeckelement 130, welches vorzugsweise vollständig fluidundurchlässig ist.
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Mittels des Abdeckelements 130, welches insbesondere in Pfeilrichtung hin und her bewegbar ist, kann die Öffnung 126 wahlweise abgedeckt oder freigegeben werden.
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Wenn die Öffnung 126 mittels des Abdeckelements 130 abgedeckt ist, kann kein Wasserstoffgas entweichen.
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Wenn nun eine Herabsetzung der Wärmeleitfähigkeit des Vakuumelements 102 gewünscht ist, kann durch Entfernen des Abdeckelements 130 die Öffnung 126 vorzugsweise freigegeben werden, so dass das durch das wasserstoffdurchlässige Membranelement 124 hindurchtretende Wasserstoffgas entweichen kann.
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Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Vakuumvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in den 3 und 4 dargestellte dritte Ausführungsform einer Vakuumvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Wasserstoffentnahmevorrichtung 122 zusätzlich zu dem wasserstoffdurchlässigen Membranelement 124 einen Oxidatorspeicher 132, einen Speicherraum 134 und eine Wasseraufnahme 136 umfasst.
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Die Wasserstoffentnahmevorrichtung 122, insbesondere der Oxidatorspeicher 132, der Speicherraum 134 und die Wasseraufnahme 136, ist dabei in dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 angeordnet.
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Der mit Wasserstoffgas befüllbare Teil des Innenraums 108 des Vakuumelements 102, auf welchen nachfolgend als Wasserstoffgasraum 138 Bezug genommen wird, ist somit bei der in den 3 und 4 dargestellten dritten Ausführungsform der Vakuumvorrichtung 100 nur ein Teil des Innenraums 108. Durch die Integration der Wasserstoffentnahmevorrichtung 122 in den Innenraum 108 des Vakuumelements 102 kann die Vakuumvorrichtung 100 kompakt ausgebildet sein.
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Insbesondere bei der in den 3 und 4 dargestellten dritten Ausführungsform der Vakuumvorrichtung 100 entspricht die Funktionsweise des wasserstoffdurchlässigen Membranelements 124 derjenigen einer Membran einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzellenvorrichtung.
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Durch das Membranelement 124 werden somit insbesondere Wasserstoffionen, das heißt Protonen, hindurchgeleitet, welche, vorzugsweise mittels eines Katalysators, auf der Seite des Speicherraums 134 mit dem aus dem Oxidatorspeicher 132 zur Verfügung gestellten Oxidator, insbesondere Sauerstoff, zu Wasser reagieren.
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Das somit bei dem Entfernen von Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffgasraum 138 in dem Speicherraum 134 gebildete Wasser wird mittels der Wasseraufnahme 136 aufgenommen.
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Der Oxidatorspeicher 132 ist vorzugsweise wiederbefüllbar, insbesondere um die Vakuumvorrichtung 100 mehrfach verwenden zu können.
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Auch der Wasserstoffspeicher 116 ist hierzu vorzugsweise wiederbefüllbar.
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Im Übrigen stimmt die in den 3 und 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Vakuumvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 5 dargestellte vierte Ausführungsform einer Vakuumvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den 3 und 4 dargestellten dritten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass mehrere, beispielsweise zwölf, Wasserstoffentnahmevorrichtungen 122 vorgesehen sind, welche, insbesondere gleichmäßig, verteilt in dem Innenraum 108 des Vakuumelements 102 angeordnet sind.
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Eine solche Vakuumvorrichtung 100 kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn mit einer sehr geringen Anzahl von Wasserstoffzufuhr- und Wasserstoffentnahmezyklen zu rechnen ist und somit insbesondere eine Wiederbefüllung des Oxidatorspeichers 132 nicht notwendig ist.
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Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte vierte Ausführungsform der Vakuumvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 3 und 4 dargestellten dritten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Bei weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsformen von Vakuumvorrichtungen 100 können einzelne oder mehrere Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass auch bei der in den 3 und 4 dargestellten dritten Ausführungsform der Vakuumvorrichtung 100 eine Abdeckvorrichtung 128 gemäß der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform der Vakuumvorrichtung 100 vorgesehen ist.
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Dadurch, dass bei sämtlichen Vakuumvorrichtungen 100 das Vakuumelement 102 wahlweise mit Wasserstoff befüllbar oder evakuierbar ist, können die Wärmeleitfähigkeit und die Stabilität oder Steifigkeit des Vakuumelements 102 gezielt eingestellt werden. Die Vakuumvorrichtung 100, insbesondere das Vakuumelement 102, eignet sich hierdurch für eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise im Kraftfahrzeugbau.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vakuumvorrichtung
- 102
- Vakuumelement
- 104
- Wasserstoffzuführung
- 106
- Hülle
- 108
- Innenraum
- 110
- Sandwichelement
- 112
- Decklage
- 114
- Sandwichkern
- 116
- Wasserstoffspeicher
- 118
- Leitung
- 120
- Ventilvorrichtung
- 122
- Wasserstoffentnahmevorrichtung
- 124
- Membranelement
- 126
- Öffnung
- 128
- Abdeckvorrichtung
- 130
- Abdeckelement
- 132
- Oxidatorspeicher
- 134
- Speicherraum
- 136
- Wasseraufnahme
- 138
- Wasserstoffgasraum
