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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie einen elektrochemischen Energiewandler und/oder Speicher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der eine derartige Transportvorrichtung umfasst.
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Transportvorrichtungen wie Rohre oder Schläuche zur Beförderung von Flüssigkeiten und/oder Gasen, wie beispielsweise flüssige oder gasförmige Reaktionsmittel, Kühlmittel, Treibstoffe oder Energieträgersysteme, sind meist röhrenförmige, ein- oder vielschichtige Elemente, die gegenüber den zu befördernden Flüssigkeiten und/oder Gasen eine ausreichende Dichtigkeit aufweisen, so dass diese Substanzen bei normalem Gebrauch nicht aus der Transportvorrichtung freigesetzt werden. Nachteilig an diesen Transportvorrichtungen ist, dass sie anfällig sind für Beschädigungen, beispielsweise bei Temperatureinwirkung oder mechanischer Einwirkung oder aber bei Materialalterung. Dies führt zu Leckagen und damit zur augenblicklichen Exposition der Flüssigkeiten und/oder Gase, was oftmals eine Beeinträchtigung und darüber hinaus auch eine Gefährdung für Personen und die Umwelt bedeutet.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Transportvorrichtung zur Beförderung von Flüssigkeiten und/oder Gasen anzugeben, die einem Freisetzen und damit einer Abgabe der Flüssigkeiten und/oder Gase an die Umwelt dauerhaft, selbst bei Bildung einer Leckage, vorbeugt und eine Exposition der zu befördernden Substanzen effektiv verhindert. Ferner ist es Aufgabe Verfahren zur Herstellung einer Transportvorrichtung bereitzustellen die einfach ohne hohen technischen Aufwand und damit auch kostengünstig umsetzbar sind. Eine weitere Aufgabe ist es einen elektrochemischen Energiewandler und/oder Speicher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, der dauerhaft sicher und wartungsarm betrieben werden kann und von dem somit selbst bei Beschädigung für Personen und für die Umwelt keine Gefahr ausgeht.
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Die Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 bis 8.
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Demnach wir die Aufgabe durch eine Transportvorrichtung gelöst, die ein erstes rohrförmiges Element, das einen Freiraum zum Befördern von Flüssigkeiten und/oder Gasen umschließt, ein zweites röhrenförmiges Element, das das erste röhrenförmige Element mindestens abschnittsweise umgibt und die Transportvorrichtung eingerichtet ist, mindestens in einem Leckagefall einen zwischen dem ersten röhrenförmigen Element und dem zweiten röhrenförmigen Element durch eine Stützstruktur stabilisierten Hohlraum, zu bilden.
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Ein röhrenförmiges Element im Sinne der Erfindung ist eine Art Rohr oder Schlauch, wie sie beispielsweise für gewöhnlich zur Beförderung von Flüssigkeiten und/oder Gasen verwendet wird und kann ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein. Die erfindungsgemäßen röhrenförmigen Elemente sind je nach gewünschter Funktionalität gebildet und können neben der eigentlichen Transportfunktion beispielsweise auch dazu vorgesehen sein, eine thermische Isolation bereitzustellen und/oder die mechanische oder chemische Stabilität der Transportvorrichtung zu verbessern. Eine Kombination der Funktionalitäten ist ebenfalls möglich.
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Das erste röhrenförmige Element dient dem regulären Transport von Flüssigkeiten und/oder Gasen und umschließt hierfür einen Freiraum, der im Einzelnen nicht beschränkt und zweckmäßig ausgebildet ist. Auf der Außenseite des ersten röhrenförmigen Elements, die üblicherweise nicht mit den transportierten Flüssigkeiten und/oder Gasen (die zu befördernden Flüssigkeiten und/oder Gase werden im Folgenden unter dem Begriff „Transportfluide” geführt) in Verbindung steht, ist ein zweites röhrenförmiges Element angeordnet. Dieses umgibt das erste röhrenförmige Element an dessen Außenseite zumindest partiell an ausgewählten Stellen, beispielsweise an solchen Stellen, die anfällig für Leckagen sind, kann aber auch die gesamte Außenseite des ersten röhrenförmigen Elements bedecken. Zwischen dem ersten röhrenförmigen Element und dem zweiten röhrenförmigen Element ist ein Hohlraum bildbar. Dieser dient im Falle einer Leckage im ersten röhrenförmigen Element dazu, die freigesetzten Transportfluide zu sammeln und ggf. abzuleiten und zu verteilen, so dass die austretenden Substanzen in dem Hohlraum lokal fixiert und an einer Verteilung in die Umwelt gehindert werden.
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Um mindestens im Leckagefall einen ausreichend großen Hohlraum zur Verfügung zu stellen, ist in dem Hohlraum eine Stützstruktur anordenbar, die das erste röhrenförmige Element und das zweite röhrenförmige Element gegeneinander abstützt, jedoch ein ungehindertes Passieren der Transportfluide erlaubt. Mit anderen Worten kann der durch die Stützstruktur zu stabilisierende Hohlraum im Leckagefall erst gebildet werden oder bereits vorher schon vorliegen. Beispielhafte Stützstrukturen umfassen lokal eingebrachte Abstandshalter, gitterförmige Strukturen, poröse Strukturen, gewellte Elemente und dergleichen, sind aber nicht auf diese beschränkt.
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Somit wird erfindungsgemäß eine einfache und zugleich effektive Transportvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase bereitgestellt, die einer ungewollten und unkontrollierten Verbreitung von Transportfluiden vorbeugt und eine Freisetzung derselben selbst im Falle einer Leckage unterbindet und somit Personen und Umwelt vor Beeinträchtigung durch austretende Flüssigkeit oder freigesetztes Gas schützt.
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Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weitebildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das zweite röhrenförmige Element zumindest abschnittsweise gegenüber den durch die erfindungsgemäße Transportvorrichtung zu befördernden Flüssigkeiten und/oder Gasen undurchlässig, also dicht. Dies erhöht die Betriebssicherheit der Transportvorrichtung. Beispielhaft seien folgende bevorzugte Materialien für das zweite röhrenförmige Element genannt: Kunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe, Harze, Metalle, Metalllegierungen. Besonders vorteilhaft weist das zweite röhrenförmige Element eine gewisse Elastizität auf, da somit zumindest kleine einwirkende Kräfte, insbesondere Torsions- oder Biegekräfte aufgenommen und, beispielsweise in einen überwachten Gasraum, abgeleitet werden können, ohne dass die Transportvorrichtung Schaden nimmt.
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Weiter vorteilhaft weist die Transportvorrichtung mindestens einen Sensor zum Detektieren der zu befördernden Flüssigkeiten und/oder Gase auf. Somit kann sehr schnell eine Leckage in dem ersten röhrenförmigen Element aufgedeckt werden. Der Sensor wird in Abhängigkeit der Eigenschaften der Transportfluide ausgewählt. Der Sensor ist ferner vorzugsweise an Stellen angebracht, an denen eine Leckage am wahrscheinlichsten ist oder an Stellen, an denen sich Transportfluide aufgrund von physikalischen Kräften ansammeln, beispielsweise am tiefsten Punkt der Transportvorrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das zweite röhrenförmige Element eine Verschlussvorrichtung auf, die lösbar ist, so dass das zweite röhrenförmige Element oder das zweite röhrenförmige Element zusammen mit der Stützstruktur von dem ersten röhrenförmigen Element gelöst werden kann. Somit kann, beispielsweise nach einem Abführen des ausgetretenes Transportfluids, die Leckage am ersten röhrenförmigen Element ohne großen technischen Aufwand freigelegt werden, was eine Reparatur der undichten Transportvorrichtung und auch die Wartung der Transportvorrichtung erleichtert.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Transportvorrichtung eine Trennvorrichtung zum Entfernen ausgetretener Flüssigkeiten und/oder Gase aus dem Hohlraum umfasst. Diese Trennvorrichtung kann beispielsweise eine Spülvorrichtung sein, mittels derer ein Spülgas oder eine Spüllösung durch den Hohlraum geleitet wird, wodurch aus dem ersten röhrenförmigen Element ausgetretene Flüssigkeiten und/oder Gase ausgetrieben werden können. Alternativ oder additiv dazu kann die Trennvorrichtung eine Absaugvorrichtung umfassen, mittels derer ausgetretene Transportfluide aus dem Hohlraum abgesaugt werden. Somit können leckende Transportfluide ebenfalls umweltschonend und sicher entsorgt werden. Ferner wird die Funktionalität der Transportvorrichtung auf besonders einfache Weise regeneriert.
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Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch ein elektrochemischer Energiewandler und/oder Speicher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, beschrieben, der eine wie oben angeführte Transportvorrichtung umfasst. Gerade an einen elektrochemischen Energiewandler und/oder Speicher, wie beispielsweise eine Brennstoffzelle oder eine Batterie, werden sehr hohe Anforderungen an die Dichtheit gestellt, da diese Systeme teilweise umweltgefährdende, teilweise explosiv reagierende bzw. gesundheitsschädliche Substanzen, also Reaktionsflüssigkeiten oder Gase, Kühlmittel, Säuren, Schwermetalle und dergleichen, enthalten. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung für eine oder mehrere Flüssigkeitsleitungen oder Gasleitungen, vorzugsweise für alle Flüssigkeit führenden oder Gas führenden Leitungen, wird ein betriebssicheres System bereitgestellt, das wartungsarm ist, und effizient vor Leckagen und einer damit verbundenen Exposition von Flüssigkeiten oder Gasen, geschützt ist. Selbst bei Beschädigung der Transportvorrichtung besteht für Personen und für die Umwelt keine Gefahr, da die Transportfluide in der Transportvorrichtung gesammelt werden.
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Insbesondere eignet sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise in einem Batteriesystem oder einem Brennstoffzellensystem für das Kraftfahrzeug, da von Kraftfahrzeugen aufgrund des mobilen Einsatzes unter verschiedensten Bedingungen immer ein erhöhtes Risiko für Mensch und Umwelt ausgeht.
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Die für die erfindungsgemäße Transportvorrichtung beschriebenen vorteilhaften Effekte, Vorteile und bevorzugten Weiterbildungen finden auch Anwendung auf den erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandler und/oder Speicher.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Transportvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase, das durch die Schritte:
- – Bereitstellen eines ersten rohrförmigen Elements das einen Freiraum zum Befördern von Flüssigkeiten und/oder Gasen umschließt,
- – Anordnen einer Stützstruktur auf mindestens einem Teil des ersten röhrenförmigen Elements und
- – Anordnen eines zweiten röhrenförmigen Elements auf der Stützstruktur, so dass mindestens im Leckagefall zwischen dem ersten röhrenförmigen Element und dem zweiten röhrenförmigen Element ein durch die Stützstruktur stabilisierter Hohlraum bildbar ist
gekennzeichnet ist.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Transportvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase ist durch die Schritte:
- – Bereitstellen einer Stützstruktur,
- – Anordnen eines zweiten röhrenförmigen Elements auf der Stützstruktur,
- – Bereitstellen eines ersten röhrenförmigen Elements und
- – Anordnen der Stützstruktur zusammen mit dem zweiten röhrenförmigen Element auf mindestens einem Teil des ersten röhrenförmigen Elements, so dass mindestens im Leckagefall zwischen dem ersten röhrenförmigen Element und dem zweiten röhrenförmigen Element ein durch die Stützstruktur stabilisierter Hohlraum bildbar ist
gekennzeichnet.
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Durch die oben dargelegten erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einfache und kostengünstige Weise eine Transportvorrichtung bereitgestellt, die sich selbst im Fall einer Leckage im ersten röhrenförmigen Element, durch eine hohe Dichtheit gegenüber den zu befördernden Transportfluiden auszeichnet und diese lokal sammelt und ableitet.
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Die für die erfindungsgemäße Transportvorrichtung sowie den elektrochemischen Energiewandler und/oder Speicher beschriebenen vorteilhaften Effekte, Vorteile und bevorzugten Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Transportvorrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Verfahren zur Herstellung einer Transportvorrichtung für Flüssigkeiten und/oder Gase durch das Anbringen eines Sensors zum Detektieren der zu befördernden Flüssigkeiten und/oder Gase gekennzeichnet. Durch das Anbringen des Sensors wird eine besonders betriebssichere Transportvorrichtung erhalten. Leckagen werden sehr zeitnah erkannt und können gezielt behoben werden.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösungen sowie deren Weiterbildungen ergeben sich folgende Vorteile:
- – Ein Sammeln, Verteilen und Ableiten von austretenden Flüssigkeiten und/oder Gasen im Fall einer Leckage in der Transportvorrichtung wird dauerhaft verhindert.
- – Schädliche Transportfluide gelangen nicht in die Umwelt.
- – Eine schnelle und zuverlässige Detektion von leckenden Transportfluiden ist gegeben.
- – Die Transportvorrichtung sowie der elektrochemische Energiewandler und/oder Speicher weisen eine hohe Betriebssicherheit auf.
- – Die Transportvorrichtung ist ohne hohen technischen Aufwand kostengünstig herstellbar.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine Transportvorrichtung gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung,
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2 zeigt einen Längsschnitt durch die Transportvorrichtung aus 1,
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3 zeigt einen Querschnitt durch eine Transportvorrichtung gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung,
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4 zeigt einen Querschnitt durch eine Transportvorrichtung gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung und
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5 zeigt einen Querschnitt durch eine Transportvorrichtung gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung.
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In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile der Erfindung dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile.
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1 zeigt einen Querschnitt und 2 einen Längsschnitt durch eine Transportvorrichtung 10 gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Im Detail gezeigt ist ein erstes röhrenförmiges Element 2, das einen Freiraum 1 umschließt, der vorgesehenen ist Flüssigkeiten und/oder Gase, also Transportfluide, zu befördern. Der Freiraum 1 hat in dieser Ausführungsform einen zylindrischen Querschnitt, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Die Transportvorrichtung 10 umfasst ferner ein zweites röhrenförmiges Element 4, das das erste röhrenförmige Element 2 zumindest abschnittsweise umgibt. In dem hier gezeigten Abschnitt umgibt das zweite röhrenförmige Element 4 das erste röhrenförmige Element 2 vollständig. Die Struktur, Zusammensetzung und Modifikation des ersten röhrenförmigen Elements 2 sowie des zweiten röhrenförmigen Elements 4 können so gewählt werden, dass sie gleiche oder verschiedene Funktionalitäten aufweisen und beispielsweise thermische, chemische oder mechanische Stabilität in die Transportvorrichtung 10 eintragen können. Vorzugsweise ist das zweite röhrenförmige Element 4 gegenüber den zu befördernden Flüssigkeiten und/oder Gasen undurchlässig, also dicht.
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Zwischen dem ersten röhrenförmigen Element 2 und dem zweiten röhrenförmigen Element 4 ist ein Hohlraum 5 vorgesehen, der eine Stützstruktur 3 beinhaltet. Die Stützstruktur 3 stabilisiert in dieser Ausführungsform den Hohlraum 5 dadurch, dass sie das erste röhrenförmige Element 2 und das zweite röhrenförmige Element 4 gegeneinander abstützt. Hierzu ist die Stützstruktur 3 zumindest punktuell sowohl mit dem ersten röhrenförmigen Element 2 als auch mit dem zweiten röhrenförmigen Element 4 verbunden. Die Verbindung muss dabei nicht fest sein, ausreichend ist es, wenn die Stützstruktur 3 den vorgesehenen Hohlraum 5 aufrecht erhält.
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Die Stützstruktur 3 ist in der vorliegenden Ausführungsform gitterförmig dargestellt, ist aber nicht auf diese Struktur beschränkt.
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Somit wird in der Transportvorrichtung 10 ein durch die Stützstruktur 3 stabilisierter Hohlraum 5 vorgesehen, der ein Sammeln, Ableiten und Verteilen von austretenden Transportfluiden ermöglicht.
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Die Transportvorrichtung 10 enthält ferner einen Sensor 6 (im Längsschnitt nicht gezeigt), der im unteren Bereich in die Stützstruktur 3 hineinragt. Sofern die Transportvorrichtung 10 vorgesehen ist Gase zu befördern, kann der Sensor als Drucksensor ausgebildet sein. Je nach Transportfluid ist aber auch ein anderes Detektionssystem denkbar.
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Die jeweiligen Schichten der Transportvorrichtung 10 können miteinander verbunden, also fixiert sein, beispielsweise durch Verkleben der Schichten miteinander. Eine ausreichende Stabilität der Transportvorrichtung 10 kann aber auch durch das finale Anordnen der Stützstruktur 3 und/oder des zweiten röhrenförmigen Elements 4, erzielt werden.
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3 bis 5 zeigen Querschnitte durch weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung 10. 3 und 4 unterscheiden sich von 1 lediglich in der Verschlussvorrichtung 7, die jeweils im oberen Bereich des zweiten röhrenförmigen Elements 4 angeordnet ist. Diese ist vorzugsweise als einfach handhabbares System ausgebildet, wie beispielsweise als selbsteinrastender Verschluss (siehe 3) oder Klickverschluss (siehe 4).
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Der in 5 gezeigte Querschnitt unterscheidet sich von denjenigen aus 3 und 4 darin, dass die Stützstruktur 3 und das zweite röhrenförmige Element 4 nicht rotationssymmetrisch zu dem ersten röhrenförmigen Element 2 angeordnet, sondern dazu leicht verschoben sind. Durch diese Anordnung kann die Stützstruktur 3 in besonders leckageanfälligen Bereichen vorgesehen werden, beispielsweise an Biegungen oder Knickstellen der Transportvorrichtung 10.
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freiraum
- 2
- erstes röhrenförmiges Element
- 3
- Stützstruktur
- 4
- zweites röhrenförmiges Element
- 5
- Hohlraum
- 6
- Sensor
- 7
- Verschlussvorrichtung
- 10
- Transportvorrichtung
