DE102017213524A1 - Ventil-Vorrichtung für einen Druckbehälter eines Druckbehältersystems mit mehreren Druckbehältern - Google Patents

Ventil-Vorrichtung für einen Druckbehälter eines Druckbehältersystems mit mehreren Druckbehältern Download PDF

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Abstract

Es wird eine Ventil-Vorrichtung 112, 122 für einen Druckbehälter 110, 120 zur Speicherung von Brennstoff 320 beschrieben. Die Ventil-Vorrichtung 112, 122 umfasst einen Zuflusskanal 221 mit einer Zufluss-Schnittstelle 201, die mit mindestens einer Zuleitung 111, 121 verbindbar ist. Außerdem umfasst die Ventil-Vorrichtung 112, 122 einen von dem Zuflusskanal 221 getrennten Abflusskanal 223 mit einer Abfluss-Schnittstelle 202, die mit mindestens einer Entnahmeleitung 113, 123 verbindbar ist. Die Ventil-Vorrichtung 112, 122 umfasst ferner einen Kopplungspunkt 216, an dem der Zuflusskanal 221 und der Abflusskanal 223 mit einem gemeinsamen Kanal 222 fluidverbunden sind, wobei der gemeinsame Kanal 222 im montierten Zustand der Ventil-Vorrichtung 112, 122 mit einem Innenraum des Druckbehälters 110, 220 fluidverbunden ist. Außerdem umfasst die Ventil-Vorrichtung 112, 122 zumindest eine Flussbegrenzungseinheit 204, 205, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid in dem Zuflusskanal 221 und/oder in dem Abflusskanal 222 zu begrenzen.

Description

  • Die in diesem Dokument beschriebene Technologie betrifft ein Druckbehältersystem mit mehreren Druckbehältern, z.B. für ein Kraftfahrzeug. Des Weiteren betrifft die beschriebene Technologie eine Ventil-Vorrichtung für einen Druckbehälter eines derartigen Druckbehältersystems.
  • Ein Straßenkraftfahrzeug kann eine Brennstoffzelle aufweisen, die auf Basis eines Brennstoffs wie z.B. Wasserstoff elektrische Energie für den Betrieb, insbesondere für den Antrieb, des Fahrzeugs generiert. Der Brennstoff kann in einem oder mehreren Druckbehältern bzw. Drucktanks des Fahrzeugs gespeichert werden. Der Brennstoff kann aus einem Druckbehälter über eine Brennstoffleitung zu der Brennstoffzelle des Fahrzeugs geführt werden. Ein Druckbehälter kann am Unterboden bzw. in der Bodengruppe eines Fahrzeugs angeordnet sein.
  • Ein Druckbehältersystem mit mehreren Druckbehältern wird üblicherweise über einen Betankungszugang bzw. Tanknippel mit Brennstoff betankt. Danach wird der Brennstoff vom Betankungsraum an der Karosserie (i.d.R. durch eine Tankklappe bedeckt) über eine Betankungsleitung zu einem vom Betankungsraum bzw. Betankungszugang entfern angeordneten Verteilerblock geführt, von dem aus der Brennstoff den unterschiedlichen Druckbehältern zugeführt wird. Der Verteilerblock kann beispielsweise benachbart zu mehreren Druckbehältern angeordnet sein.
  • Es können sich z.B. durch thermische Einflüsse und/oder durch andere Gründe unterschiedliche Drücke in den unterschiedlichen Druckbehältern bilden. Bei einem Neustart eines Druckbehältersystems können somit Druckunterschiede zwischen den unterschiedlichen Druckbehältern des Druckbehältersystems bestehen. Im Rahmen eines Neustarts werden typischerweise die Ventile der einzelnen Druckbehälter geöffnet, um Brennstoff aus den Druckbehältern zu einer Brennstoffzelle des Druckbehältersystems zu führen. Bei Vorliegen von Druckunterschieden zwischen den Druckbehältern kann das Öffnen der Ventile zu einem schlagartigen Druckausgleich führen. Dies kann zu relativ lauten Strömungsgeräuschen führen. Des Weiteren kann die (mechanische) Rohrbruchsicherung in dem Ventil eines Druckbehälters aufgrund der relativ hohen Druckausgleichs-Strömung fälschlicherweise einen Bruch der Brennstoffleitung detektieren und daraufhin das Ventil schließen.
  • Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, in einem Druckbehältersystem mit mehreren Druckbehältern einen zuverlässigen, sicheren und komfortablen Druckausgleich zu ermöglichen. Des Weiteren ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, eine effiziente und zuverlässige Betankung eines Druckbehältersystems mit mehreren Druckbehältern zu ermöglichen. Außerdem ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, eine effiziente und zuverlässige Entnahme von Brennstoff aus den Druckbehältern eines Druckbehältersystems mit mehreren Druckbehältern zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Ventil-Vorrichtung für einen Druckbehälter zur Speicherung eines Fluids beschrieben. Das Fluid kann gasförmig und/oder flüssig sein. Das Fluid kann einen Brennstoff für einen Brennstoff-Verbraucher umfassen bzw. sein. Insbesondere kann das Fluid Wasserstoff, insbesondere H2, umfassen bzw. sein. Der Druckbehälter ist ausgebildet, das Fluid bzw. den Brennstoff bei einem Druck zu speichern, der über einen Umgebungsdruck des Druckbehälters hinausgeht. Beispielsweise kann der Druck des Fluids bei 300 barü, 700 barü oder mehr über dem Umgebungsdruck liegen. Die Ventil-Vorrichtung kann ausgebildet sein, über ein Gewinde in eine Öffnung des Druckbehälters geschraubt zu werden. Die Ventil-Vorrichtung kann insbesondere die Öffnung des Druckbehälters je nach Bedarf öffnen oder schließen.
  • Eine in diesem Dokument beschriebene Ventil-Vorrichtung ist zweckmäßig als On-Tank-Valve ausgeführt. Mit anderen Worten, die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte einer Ventil-Vorrichtung können als ein On-Tank-Valve implementiert sein. Insbesondere kann die Ventil-Vorrichtung in eine Öffnung eines Druckbehälters einsetzbar, z.B. verschraubbar, sein. Dabei kann die Ventil-Vorrichtung die Funktion eines Absperrventils umfassen, wobei ein Absperrventil eingerichtet ist, insbesondere die Entnahme von Fluid bzw. Brennstoff aus einem Druckbehälter zu unterbinden (wenn das Absperrventil geschlossen ist) oder zu ermöglichen (indem das Absperrventil geöffnet wird).
  • Die Ventil-Vorrichtung umfasst mindestens einen Zuflusskanal mit einer Zufluss-Schnittstelle, die ausgebildet ist, mit einer Zuleitung (z.B. mit einem Zuleitungsrohr oder Zuleitungsschlauch) verbunden zu werden, um dem Druckbehälter Fluid bzw. Brennstoff zuzuführen. Dabei kann die Zuleitung ggf. aus mehreren Einzelleitungen zusammengesetzt sein oder aus einer Gesamtleitung bestehen. Des Weiteren können ein oder mehrere weitere Komponenten in der Zuleitung vorgesehen sein. Die Zuleitung kann z.B. mit einem Betankungszugang (z.B. mit einem Tanknippel) des Druckbehältersystems verbunden sein. So kann Fluid von dem Betankungszugang über die Zuleitung und über die Zufluss-Schnittstelle in den Druckbehälter geführt werden.
  • Außerdem umfasst die Ventil-Vorrichtung mindestens einen von dem Zuflusskanal getrennten Abflusskanal mit einer Abfluss-Schnittstelle, die ausgebildet ist, mit einer Entnahmeleitung (z.B. mit einem Entnahmeleitungsrohr oder einem Entnahmeleitungsschlauch) verbunden zu werden, um dem Druckbehälter Fluid bzw. Brennstoff zu entnehmen. Die Entnahmeleitung kann z.B. mit einem Brennstoff-Verbraucher verbunden sein, der mit dem Fluid bzw. Brennstoff betrieben wird.
  • Die Ventil-Vorrichtung umfasst somit voneinander getrennte Kanäle für das Zuführen und für das Abführen von Fluid in den bzw. aus dem Druckbehälter. So können eine zuverlässige Betankung des Druckbehälters und/oder eine zuverlässige Versorgung eines Brennstoff-Verbrauchers gewährleistet werden, insbesondere in einem Druckbehältersystem mit mehreren Druckbehältern.
  • Die Ventil-Vorrichtung umfasst ferner einen Kopplungspunkt, an dem der Zuflusskanal und der Abflusskanal miteinander verbunden sind. Des Weiteren kann der Kopplungspunkt mit einem gemeinsamen Kanal verbunden sein, wobei der gemeinsame Kanal ausgehend von dem Kopplungspunkt in den Innenraum des Druckbehälters führt, wenn die Ventil-Vorrichtung an einem Druckbehälter montiert ist. Mit anderen Worten, die Ventil-Vorrichtung ist typischerweise eingerichtet, eine Fluidverbindung zwischen einem Druckbehälter und dem Kopplungspunkt herzustellen (z.B. über den gemeinsamen Kanal, der zweckmäßig im Innenraum des Druckbehälters oder in der Druckbehälterboss mündet).
  • Bei der Zufuhr von Fluid kann somit Fluid von der Zufluss-Schnittstelle über den Zuflusskanal an den Kopplungspunkt und von dort über den gemeinsamen Kanal in den Innenraum des Druckbehälters fließen. Andererseits kann bei der Entnahme von Fluid, Fluid von dem Innenraum des Druckbehälters über den gemeinsamen Kanal an den Kopplungspunkt und von dort über den Abflusskanal zu der Abfluss-Schnittstelle fließen. Der gemeinsame Kanal kann für einen Massen- und/oder Volumenstrom ausgelegt sein, der einem Vorwärtswert des Massen- und/oder Volumenstroms des Zuflusskanals und/oder des Abflusskanals entspricht. Der Vorwärtswert des Massen- und/oder Volumenstroms kann insbesondere den maximal möglichen Massen- und/oder Volumenstroms in der jeweiligen Vorwärtsrichtung des Zuflusskanals bzw. des Abflusskanals definieren. Dabei ist die Vorwärtsrichtung des Zuflusskanals die Richtung von der Zufluss-Schnittstelle zu dem Kopplungspunkt. Andererseits ist die Vorwärtsrichtung des Abflusskanals die Richtung von dem Kopplungspunkt zu der Abfluss-Schnittstelle. Somit kann der Vorwärtswert des Massen- und/oder Volumenstroms des Zuflusskanals dem maximal möglichen Massen- und/oder Volumenstrom während der Betankung in Strömungsrichtung von der Zufluss-Schnittstelle zu dem Kopplungspunkt entsprechen. Des Weiteren kann der Vorwärtswert des Massen- und/oder Volumenstroms des Abflusskanals dem maximal möglichen Massen- und/oder Volumenstrom während der Entnahme in Strömungsrichtung von dem Kopplungspunkt zu der Abfluss-Schnittstelle entsprechen.
  • Durch die Verwendung eines gemeinsamen Kanals, der in den Innenraum eines Druckbehälters führt (wenn die Ventil-Vorrichtung an einem Druckbehälter montiert ist), können der Bauraum, das Gewicht und die Kosten der Ventil-Vorrichtung reduziert werden.
  • Außerdem umfasst die Ventil-Vorrichtung typischerweise ein, insbesondere auf dem gemeinsamen Kanal angeordnetes, elektrisch betätigbares Ventil, das ausgebildet ist, den gemeinsamen Kanal zu schließen oder zu öffnen, um den Fluss von Fluid bzw. Brennstoff in dem gemeinsamen Kanal zu unterbinden oder zu ermöglichen. Durch ein geschlossenes elektrisch betätigbares Ventil kann insbesondere bewirkt werden, dass kein Fluid aus dem Druckbehälter in den Abflusskanal fließen kann. Das elektrisch betätigbare Ventil kann ausgebildet sein, in einem Ruhezustand geschlossen zu sein und in Reaktion auf ein Steuersignal geöffnet zu werden. Die Ventil-Vorrichtung kann eine Datenschnittstelle aufweisen (z.B. in Form einer Buchse oder eines Steckers), über die ein Steuersignal für das elektrisch betätigbare Ventil empfangen werden kann. Das elektrisch betätigbare Ventil kann als ein elektromagnetisches Ventil ausgebildet sein.
  • Außerdem kann die Ventil-Vorrichtung zumindest eine Flussbegrenzungseinheit umfassen, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid bzw. Brennstoff in dem Zuflusskanal und/oder in dem Abflusskanal zu begrenzen. Insbesondere kann die Ventil-Vorrichtung eine auf dem Zuflusskanal angeordnete Flussbegrenzungseinheit umfassen, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid von dem Kopplungspunkt zu der Zufluss-Schnittstelle zu begrenzen. Alternativ oder ergänzend kann die Ventil-Vorrichtung eine auf dem Abflusskanal angeordnete Flussbegrenzungseinheit umfassen, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid von der Abfluss-Schnittstelle zu dem Kopplungspunkt zu begrenzen. Der rückwärtige Fluss entspricht somit einem Fluss von Fluid in eine Rückwärtsrichtung, die der Vorwärtsrichtung des jeweiligen Kanals entgegengesetzt ist.
  • Durch die Bereitstellung einer Flussbegrenzungseinheit können ungewünscht hohe Volumen- und/oder Massenströme in oder aus einem Druckbehälter vermieden werden. So können die Zuverlässigkeit, der Komfort (insbesondere durch Reduzierung von Strömungsgeräuschen) und die Sicherheit eines Druckbehältersystems, insbesondere eines Druckbehältersystems mit mehreren Druckbehältern, erhöht werden.
  • Eine Flussbegrenzungseinheit kann eingerichtet sein, den rückwärtigen Fluss von Fluid auf dem Zuflusskanal oder auf dem Abflusskanal auf einen niedrigeren Wert zu begrenzen als einen Fluss von Fluid in die jeweilige Vorwärtsrichtung auf dem Zuflusskanal oder auf dem Abflusskanal. Des Weiteren kann eine Flussbegrenzungseinheit eingerichtet sein, den rückwärtigen Fluss von Fluid auf dem Zuflusskanal oder auf dem Abflusskanal automatisch, insbesondere ohne, dass dafür die Zufuhr von (elektrischer) Energie und/oder ein Steuersignal erforderlich sind, zu begrenzen. Es kann somit eine zuverlässige Begrenzung eines unerwünscht hohen Massen- und/oder Volumenstroms in bzw. aus dem Druckbehälter ermöglicht werden.
  • Wie bereits oben dargelegt, können der Zuflusskanal und der Abflusskanal jeweils ausgebildet sein, einen Vorwärtswert an Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids in die jeweilige Vorwärtsrichtung zu ermöglichen. Andererseits kann eine Flussbegrenzungseinheit ausgebildet sein, den rückwärtigen Fluss von Fluid in die jeweilige Rückwärtsrichtung des Zuflusskanals oder des Abflusskanals auf einen Rückwärtswert an Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids zu begrenzen. Dabei ist der Rückwärtswert bevorzugt kleiner als der Vorwärtswert. Insbesondere kann der Rückwärtswert um 10%, 20%, 40%, 50%, 80%, 90%, 99% oder mehr kleiner sein als der Vorwärtswert. So kann eine zuverlässige Begrenzung des Massen- und/oder Volumenstroms durch die Ventil-Vorrichtung in eine Rückwärtsrichtung bewirkt werden, ohne den Zufluss bzw. Abfluss von Fluid in Vorwärtsrichtung zu beeinträchtigen.
  • Der Rückwärtswert an Volumen- und/oder Massenstrom, der durch eine Flussbegrenzungseinheit eingestellt wird, kann im Wesentlichen null sein. Beispielsweise kann der Rückwärtswert um den Faktor 10, 20, 50, 100, 1000 oder mehr kleiner sein als der Vorwärtswert auf dem jeweiligen Kanal. Insbesondere kann die Flussbegrenzungseinheit ein Rückschlagventil umfassen, das ausgebildet ist, den rückwärtigen Fluss von Fluid in die Rückwärtsrichtung zu unterbinden. Somit kann in effizienter Weise ein rückwärtiger Fluss durch den Zuflusskanal und/oder den Abflusskanal gänzlich unterbunden werden.
  • Andererseits kann der Rückwärtswert an Volumen- und/oder Massenstrom, der durch eine Flussbegrenzungseinheit eingestellt wird, größer als null sein. Beispielsweise kann der Rückwärtswert größer als 0,01 oder größer als 0,1 mal der Vorwärtswert sein. In diesem Fall kann die Flussbegrenzungseinheit eine Drossel umfassen, die eingerichtet ist, den Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids in unterschiedliche Flussrichtungen unterschiedlich zu begrenzen. So kann in effizienter Weise ein begrenzter rückwärtiger Fluss ermöglicht werden, z.B. um einen Druckausgleich zwischen unterschiedlichen Druckbehältern eines Druckbehältersystems zu bewirken. Andererseits kann ein relativ hoher Volumen- und/oder Massenstrom zum Betranken (über den Zuflusskanal) bzw. zum Enttanken oder Entnahme (über den Abflusskanal) ermöglicht werden.
  • Die Ventil-Vorrichtung kann ein auf dem Zuflusskanal angeordnetes Zufluss-Filter umfassen, das eingerichtet ist, durch den Zuflusskanal strömendes Fluid zu filtern. So können Verunreinigungen eines Druckbehälters zuverlässig reduziert oder gänzlich vermieden werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Ventil-Vorrichtung ein, insbesondere auf dem gemeinsamen Kanal angeordnetes, manuelles Ventil umfassen, das manuell geschlossen oder geöffnet werden kann. Das manuelle Ventil kann eingerichtet sein, den Fluss von Fluid bzw. Brennstoff auf dem gemeinsamen Kanal zu ermöglichen bzw. zu unterbinden. So kann ein Druckbehälter bei Bedarf aus dem Betrieb eines Druckbehältersystems ausgeschlossen bzw. darin eingebunden werden (z.B. für Testzwecke).
  • Alternativ oder ergänzend kann die Ventil-Vorrichtung eine Druckentlastungseinheit (z.B. ein Pressure Release Device, PRD) umfassen, die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer Auslösebedingung (z.B. einer Auslösetemperatur) auszulösen, um Fluid aus dem Druckbehälter in eine Umgebung des Druckbehälters abzulassen. So kann ein Bersten eines Druckbehälters im Fehlerfall zuverlässig vermieden werden. Kommt es aufgrund einer Fehlfunktion einer anderen Komponente und/oder durch eine äußere thermische und/oder mechanische Einwirkung (z.B. Unfall, lokale Flamme, etc.) zu einem Störfall, so ist die Druckentlastungseinheit eingerichtet, den Druck im Druckbehältersystem, insbesondere im mindestens einen Druckbehälter, zu verringern. Die Druckentlastungseinheit kann zweckmäßig eingerichtet sein, zur Druckentlastung des Druckbehälters einen Brennstoffentnahmemassenstrom zu ermöglichen, der größer (z.B. mindestens um den Faktor 1.5, 2, 5,10, 100 oder mehr höher) ist als der maximale Brennstoffentnahmemassenstrom durch die Entnahmeleitung zum mindestens einen Energiewandler bzw. Brennstoff-Verbraucher (i.d.R. eine Brennstoffzelle). Die mindestens eine Druckentlastungseinrichtung wird für die Befüllung des Druckbehältersystems und/oder für die Entnahme von Brennstoff zur Bereitstellung von Energie im Kraftfahrzeug im Betrieb ohne Störfall i.d.R. nicht eingesetzt. I.d.R. wird durch die Druckentlastung der Druckbehälterinnendruck auf Atmosphärendruck abgesenkt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Druckbehältersystem beschrieben. Das Druckbehältersystem kann z.B. in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Das Druckbehältersystem umfasst einen ersten Druckbehälter und einen zweiten Druckbehälter, jeweils zur Speicherung eines Fluids (insbesondere eines Brennstoffs). Das Druckbehältersystem kann auch mehr als zwei Druckbehälter aufweisen. Der Zufluss und Abfluss von Fluid wird dabei jeweils über eine Ventil-Vorrichtung des jeweiligen Druckbehälters ermöglicht. Mit anderen Worten, der erste Druckbehälter weist eine erste Ventil-Vorrichtung und der zweite Druckbehälter weist eine zweite Ventil-Vorrichtung auf. Das Druckbehältersystem kann weitere ein oder mehrere Druckbehälter mit weiteren ein oder mehreren Ventil-Vorrichtung aufweisen.
  • Es wird somit ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Kraftstoff bzw. Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff (H2) betrieben wird.
  • Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter bzw. Drucktank. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein.
  • Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.
  • Außerdem umfasst das Druckbehältersystem typischerweise einen Betankungszugang, über den Fluid für das Druckbehältersystem, insbesondere für den ersten und zweiten Druckbehälter, bereitgestellt werden kann. Des Weiteren umfasst das Druckbehältersystem meist eine erste Zuleitung, die den Betankungszugang mit der ersten Ventil-Vorrichtung des ersten Druckbehälters verbindet. Außerdem umfasst das Druckbehältersystem meist eine zweite Zuleitung, die den Betankungszugang mit der zweiten Ventil-Vorrichtung des zweiten Druckbehälters verbindet.
  • Zumindest eine der Ventil-Vorrichtungen, d.h. zumindest die erste oder die zweite Ventil-Vorrichtung, kann wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sein. So kann ein zuverlässiger und sicherer Druckausgleich zwischen den Druckbehältern des Druckbehältersystems bewirkt werden. Insbesondere kann zumindest eine der Ventil-Vorrichtungen eine Flussbeschränkungseinheit auf einem Zuflusskanal aufweisen, um einen zuverlässigen Druckausgleich über die Zuleitungen zu ermöglichen.
  • Das Druckbehältersystem kann ferner einen Brennstoff-Verbraucher umfassen, der eingerichtet ist, auf Basis des Fluids bzw. des Brennstoffs elektrische Energie zu erzeugen. Außerdem kann das Druckbehältersystem eine erste Entnahmeleitung umfassen, die die Ventil-Vorrichtung des ersten Druckbehälters mit dem Brennstoff-Verbraucher verbindet. Des Weiteren kann das Druckbehältersystem eine zweite Entnahmeleitung umfassen, die die Ventil-Vorrichtung des zweiten Druckbehälters mit dem Brennstoff-Verbraucher verbindet. Zumindest eine der Ventil-Vorrichtungen kann eine Flussbeschränkungseinheit auf einem Abflusskanal aufweisen, um einen zuverlässigen Druckausgleich über die Entnahmeleitungen zu ermöglichen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Druckbehältersystem beschrieben, das mindestens zwei Druckbehälter zur Speicherung eines Brennstoffs umfasst. Die Ausführung bezüglich eines Druckbehälters, bezüglich einer Ventil-Vorrichtung für einen Druckbehälter und/oder bezüglich eines Druckbehältersystems gelten auch für das im Folgenden beschriebene Druckbehältersystem. Insbesondere kann jeder der Druckbehälter eine Ventil-Vorrichtung aufweisen, die in einer jeweiligen Öffnung eines Druckbehälters angeordnet ist, um den Zufluss und/oder den Abfluss von Brennstoff zu steuern bzw. zu regeln.
  • Das Druckbehältersystem umfasst einen Betankungszugang, über den Brennstoff für das Druckbehältersystem in einem gemeinsamen Betankungsströmungspfad bereitgestellt werden kann. Der Betankungszugang kann eine Betankungs-Schnittstelle, insbesondere eine Kupplung, umfassen, die mit einer entsprechenden Kupplung einer Zapfvorrichtung gekoppelt werden kann, um Brennstoff in dem Druckbehältersystem bereitzustellen. Die Betankungs-Schnittstelle kann auch als Receptacle bezeichnet werden. Die zwei oder mehr Druckbehälter können über den gemeinsamen Betankungsströmungspfad, der typischerweise von dem Betankungszugang ausgeht, mit Brennstoff betankt werden.
  • Das Druckbehältersystem umfasst ferner mindestens zwei separate Zuleitungen, die die mindestens zwei Druckbehälter jeweils mit dem Betankungszugang verbinden. Insbesondere kann ein erster Druckbehälter über eine erste Zuleitung und ein zweiter Druckbehälter über eine separate zweite Zuleitung mit dem Betankungszugang verbunden sein.
  • Dabei zweigen die separaten Zuleitungen (an zumindest einer Abzweigung) von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad ab, wobei die Abzweigung von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad unmittelbar benachbart zu oder in dem Betankungszugang erfolgt. Die Abzweigung der separaten Zuleitungen kann an einem gemeinsamen Abzweigungspunkt erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Abzweigung der separaten Zuleitungen auf einer begrenzten Strecke des gemeinsamen Betankungsströmungspfads erfolgen, wobei der gemeinsame Betankungsströmungspfad bevorzugt eine Länge von weniger als 50cm oder 30cm oder 20cm oder 10cm oder weniger aufweist.
  • Durch eine Aufspaltung des an dem Betankungszugang bereitgestellten Brennstoffs in separate Zuleitungen, die möglichst nah am Betankungszugang erfolgt, können Druckverhältnisse bei der Betankung der unterschiedlichen Druckbehälter verbessert werden. Insbesondere kann so möglichst früh der Massenstrom pro Leitung reduziert werden. Des Weiteren kann so der Druckerlust bei Betankung reduziert werden. Des Weiteren kann so die Zuverlässigkeit der Betankung der unterschiedlichen Druckbehälter eines Druckbehältersystems verbessert werden. Des Weiteren kann durch ein das Receptacle integrierte Aufspaltung Bauteilanzahl, Verbindungselemente, Kosten und Gewicht in einem kleineren Bauraum erreicht werden.
  • Die Abzweigung der separaten Zuleitungen für die unterschiedlichen Druckbehälter eines Druckbehältersystems kann somit möglichst nah an dem Punkt erfolgen, an dem Brennstoff an das Kraftfahrzeug/Druckbehältersystem übergeben wird, d.h. möglichst nah an dem Betankungszugang. Die gemeinsame Leitungslänge des gemeinsamen Betankungsströmungspfads von dem Betankungszugang (an dem der Brennstoff bereitgestellt wird) bis zu der Abzweigung ist bevorzugt kleiner als die Zuleitungs-Leitungslängen der einzelnen Zuleitungen von der Abzweigung bis zu dem jeweiligen Druckbehälter, insbesondere kleiner als die Zuleitungs-Leitungslängen jeder einzelnen der Zuleitungen. Bevorzugt ist die gemeinsame Leitungslänge um einen Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr kleiner als jede der Zuleitungs-Leitungslängen. So kann eine besonders zuverlässige Betankung der Druckbehälter eines Druckbehältersystems ermöglicht werden. Besonders bevorzugt zweigen die separaten Zuleitungen an bzw. in dem Betankungszugang bzw. dessen Gehäuse von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad ab.
  • Die Abzweigung kann derart nah an dem Betankungszugang angeordnet sein, dass Druckverluste in dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad von der Betankungs-Schnittstelle bis zu der Abzweigung vernachlässigbar gering sind. Alternativ oder ergänzend kann der gemeinsame Betankungsströmungspfad von dem Betankungszugang bis zu der Abzweigung derart ausgelegt sein, dass ein Druckabfall von Brennstoff auf dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad kleiner, insbesondere um einen Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr kleiner, ist als ein Druckabfall auf den separaten Zuleitungen von der Abzweigung bis zu dem jeweiligen Druckbehälter. So können die Druckverhältnisse zur Betankung der unterschiedlichen Druckbehälter in besonders großem Umfang dediziert für jeden einzelnen Druckbehälter angepasst werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Betankung eines Druckbehältersystems mit mehreren Druckbehältern erhöht werden kann.
  • Der Betankungszugang kann ein Gehäuse umfassen, in dem z.B. die Betankungs-Schnittstelle angeordnet ist. Die Abzweigung von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad kann dann in oder an dem Gehäuse des Betankungszugangs oder in unmittelbarer Nähe zu dem Gehäuse des Betankungszugangs erfolgen.
  • Beispielsweise kann die Abzweigung unmittelbar an einer Außenseite einer Gehäusewand des Gehäuses des Betankungszugangs erfolgen. Insbesondere kann die Abzweigung innerhalb einer Abzweigeeinheit mit einem (ggf. separaten) Gehäuse erfolgen, das unmittelbar an die Gehäusewand des Gehäuses des Betankungszugangs angrenzt. Beispielsweise kann eine Y- oder T-geformte Abzweigeeinheit bereitgestellt werden, um zwei separate Zuleitung von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad abzuzweigen.
  • Wie bereits oben dargelegt, umfasst der Betankungszugang typischerweise eine Betankungs-Schnittstelle, insbesondere eine Kupplung, zu einer Zapfvorrichtung. Die Abzweigung von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad kann in unmittelbarer Nähe zu der Betankungs-Schnittstelle des Betankungszugangs erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Abzweigung direkt in einem gemeinsamen Gehäuse, in oder an dem sowohl die Betankungs-Schnittstelle als auch Zugangs-Schnittstellen für die zwei oder mehr separaten Zuleitungen angeordnet sind. So kann ein Gewichts-, Bauraum- und Kosten-effizientes Druckbehältersystem mit mehreren Druckbehältern bereitgestellt werden. Des Weiteren können so Druckverluste auf den Zuleitungen in besonders effizienter Weise reduziert werden, um die Zuverlässigkeit der Betankung der einzelnen Druckbehälter zu erhöhen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Betankungszugang für ein Druckbehältersystem beschrieben. Das Druckbehältersystem kann wie in diesem Dokument beschrieben ausgelegt sein.
  • Der Betankungszugang umfasst eine Betankungs-Schnittstelle (auch als Receptacle bzeichnet), die eingerichtet ist, mit einer entsprechenden Schnittstelle einer Zapfvorrichtung gekoppelt zu werden, um Brennstoff von der Zapfvorrichtung auf einem gemeinsamen Betankungsströmungspfad aufzunehmen. Außerdem umfasst der Betankungszugang zwei oder mehr Zuleitungs-Schnittstellen. Insbesondere umfasst der Betankungszugang eine erste Zuleitungs-Schnittstelle, die eingerichtet ist, mit einer ersten Zuleitung zu einem ersten Druckbehälter des Druckbehältersystems gekoppelt zu werden, sowie eine zweite Zuleitungs-Schnittstelle, die eingerichtet ist, mit einer zweiten Zuleitung zu einem zweiten Druckbehälter des Druckbehältersystems gekoppelt zu werden.
  • Der Betankungszugang umfasst ferner eine Abzweigeeinheit, in der die separaten Zuleitungs-Schnittstellen oder separate Leitungen zu den separaten Zuleitungs-Schnittstellen von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad abzweigen.
  • Dabei ist die Abzweigeeinheit bevorzugt in unmittelbarer Nähe zu der Betankungs-Schnittstelle angeordnet. Bevorzugt können die Abzweigeeinheit und insbesondere ein Punkt der Abzweigung um 50cm, 40cm, 30cm, 20cm, 10cm oder weniger von der Betankungs-Schnittstelle entfernt angeordnet sein.
  • Durch den in diesem Dokument beschriebenen Betankungszugang kann eine Gewichts-, Bauraum- und Kosten-effiziente (parallele und/oder sequentielle) Betankung vom mehreren Druckbehältern ermöglicht werden. Des Weiteren können durch eine Aufteilung der Fluidströme in unterschiedliche Zuleitungen für unterschiedliche Druckbehälter direkt an dem Betankungszugang Druckverluste bei der Betankung der Druckbehälter eines Druckbehältersystems reduziert werden, wodurch die Zuverlässigkeit eines Betankungsvorgangs erhöht wird.
  • Der Betankungszugang kann bevorzugt als eine Einheit ausgebildet sein, die z.B. durch ein einziges, gemeinsames Gehäuse abgeschlossen ist und/oder gebildet wird. Die Betankungs-Schnittstelle kann auf einer ersten Seite des Gehäuses angeordnet sein, um mit einer entsprechenden Schnittstelle einer Tankvorrichtung (insbesondere einer Tanksäule) gekoppelt zu werden, um Fluid (insbesondere Brennstoff) von der Tankvorrichtung aufzunehmen. Beispielsweise kann an die Betankungs-Schnittstelle ein Schlauch einer Tanksäule angekoppelt werden.
  • Außerdem können die Zuleitungs-Schnittstellen in oder an dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein (z.B. an einer zweiten Seite des Gehäuses). Es kann somit eine Einheit, insbesondere eine Einheit innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses, bereitgestellt werden, die sowohl eine Betankungs-Schnittstelle als auch zumindest zwei Zuleitungs-Schnittstellen umfasst.
  • Darüber hinaus kann auch die Abzweigeeinheit in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Die Abzweigeeinheit kann dabei ein, ggf. im Gehäuse angeordnetes, Kanalnetz aufweisen, das eingerichtet ist, die Betankungs-Schnittstelle mit der ersten und der zweiten Zuleitungs-Schnittstelle zu verbinden, so dass Fluid, das über die Betankungs-Schnittstelle in den Betankungszugang fließt auf die erste und die zweite Zuleitungs-Schnittstelle (und ggf. auf weitere Zuleitungs-Schnittstellen für weitere Druckbehälter) aufgeteilt wird.
  • Beispielsweise können die Zuleitungs-Schnittstellen in einem Y-förmigen Kanalnetz zu der Betankungs-Schnittstelle geführt werden. So wird eine besonders effiziente und zuverlässige Betankung eines Druckbehältersystems mit mehreren Druckbehältern ermöglicht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Druckbehältersystem beschrieben, das mindestens zwei Druckbehälter zur Speicherung eines Brennstoffs umfasst. Die Ausführung bezüglich eines Druckbehälters, bezüglich einer Ventil-Vorrichtung für einen Druckbehälter und/oder bezüglich eines Druckbehältersystems gelten auch für das im Folgenden beschriebene Druckbehältersystem. Insbesondere kann jeder der Druckbehälter eine Ventil-Vorrichtung aufweisen, die in einer jeweiligen Öffnung eines Druckbehälters angeordnet ist, um den Zufluss und/oder den Abfluss von Brennstoff zu steuern bzw. zu regeln.
  • Das Druckbehältersystem umfasst einen Druckwandler, der eingerichtet ist, den Druck von Brennstoff auf einem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad zu wandeln. Insbesondere kann der Druckwandler ausgebildet sein, den Druck zu reduzieren, so dass der Druck stromaufwärts von dem Druckwandler höher ist als stromabwärts. Der Druckwandler kann eine Wandlungseinheit umfassen, die auf dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad angeordnet ist und die eingerichtet ist, den Druck des Brennstoffs auf dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad zu wandeln (insbesondere zu reduzieren). Der Ausgang des Druckwandlers bzw. der gemeinsame Versorgungsströmungspfad am Ausgang des Druckwandlers können mit einem Brennstoff-Verbraucher Brennstoff-leitend verbunden sein. So kann es ermöglicht werden, einerseits Brennstoff mit einem relativ hohen Druck in den zwei oder mehr Druckbehältern zu speichern und den Brennstoff aus den Druckbehältern andererseits mit einem relativ niedrigen Druck in einem Brennstoff-Verbraucher zu verwenden.
  • Das Druckbehältersystem umfasst ferner mindestens zwei separate Entnahmeleitungen, die die mindestens zwei Druckbehälter jeweils mit dem Druckwandler verbinden. Insbesondere kann eine erste Entnahmeleitung den ersten Druckbehälter und eine zweite Entnahmeleitung den zweiten Druckbehälter mit dem Druckwandler Brennstoff-leitend verbinden. Die separaten Entnahmeleitungen münden in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad, wobei die Mündung in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad in unmittelbarer Nähe zu oder in dem Druckwandler erfolgt.
  • Das Druckbehältersystem ist somit derart ausgebildet, dass Brennstoff aus den unterschiedlichen Druckbehältern möglichst lang bis zur Druckwandlung in separaten Entnahmeleitungen geführt wird. So können in präziser und individueller Weise die Druckverhältnisse in den einzelnen Druckbehältern berücksichtigt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Brennstoffversorgung eines Brennstoff-Verbrauchers erhöht werden kann. Insbesondere kann so über möglichst lange Strecken der Massenstrom pro Leitung gering gehalten werden. So kann ein Druckverlust bei der Entnahme von Brennstoff reduziert werden.
  • Eine gemeinsame Leitungslänge des gemeinsamen Versorgungsströmungspfads von der Mündung bis zu dem Druckwandler ist bevorzugt kleiner als Entnahmeleitungs-Leitungslängen der Entnahmeleitungen von dem jeweiligen Druckbehälter bis zu der Mündung, insbesondere kleiner als die Entnahmeleitungs-Leitungslängen jeder der Entnahmeleitungen. Insbesondere kann die gemeinsame Leitungslänge um einen Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr kleiner als jede der Entnahmeleitungs-Leitungslängen sein. So können eine besonders zuverlässige Brennstoffentnahme und Brennstoffversorgung gewährleistet werden.
  • Die Mündung zu dem gemeinsamen Versorgungsströmungskanal kann derart nah an dem Druckwandler angeordnet sein, dass Druckverluste in dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad von der Mündung bis zu dem Druckwandler vernachlässigbar gering sind. Alternativ oder ergänzend kann der gemeinsame Versorgungsströmungspfad von der Mündung bis zu dem Druckwandler derart ausgelegt sein, dass ein Druckabfall von Brennstoff auf dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad kleiner, insbesondere um einen Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr kleiner, ist als ein Druckabfall auf den separaten Entnahmeleitungen von dem jeweiligen Druckbehälter bis zu der Mündung. So kann eine besonders zuverlässige Brennstoffversorgung gewährleistet werden.
  • Der Druckwandler kann ein Gehäuse umfassen, das z.B. eine Wandlungseinheit des Druckwandlers umschließt. Die Mündung zu dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad kann bevorzugt in oder an dem Gehäuse des Druckwandlers oder in unmittelbarer Nähe zu dem Gehäuse des Druckwandlers erfolgen.
  • Beispielsweise kann die Mündung unmittelbar an einer Außenseite einer Gehäusewand des Gehäuses des Druckwandlers erfolgen. Die Mündung kann insbesondere innerhalb einer Mündungseinheit mit einem Gehäuse erfolgen, das unmittelbar an die Gehäusewand des Gehäuses des Druckwandlers angrenzt. Die Mündungseinheit kann z.B. eine T- oder Y-förmige Mündung der Entnahmeleitungen in den gemeinsamen Versorgungsströmungskanal ermöglichen. So kann in zuverlässiger Weise Brennstoff aus unterschiedlichen Druckbehältern des Druckbehältersystems entnommen und einem Brennstoff-Verbraucher zugeführt werden.
  • In einem bevorzugten Beispiel umfasst der Druckwandler ein gemeinsames Gehäuse, wobei die Druckwandlung des Drucks von Brennstoff innerhalb des gemeinsamen Gehäuses erfolgt (z.B. innerhalb einer Wandlungseinheit) und wobei die Mündung zu dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad innerhalb des gemeinsamen Gehäuses erfolgt (z.B. innerhalb einer Mündungseinheit). So können der Bauraum, das Gewicht und die Kosten eines Druckbehältersystems in besonderem Maße reduziert werden. Des Weiteren kann so eine Mündung in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad ermöglicht werden, die besonders nah an der Druckwandlung angeordnet ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Druckwandler für ein Druckbehältersystem beschrieben. Der Druckwandler, d.h. insbesondere der Druckminderer, ist typischerweise stromab der mindestens zwei Druckbehälter und stromauf von dem mindestens einen Brennstoff-Verbraucher angeordnet. Ein Druckminderer ist ausgebildet, den am Eingang des Druckminderers anliegenden Brennstoff-Eingangsdruck auf einen am Ausgang des Druckminderers anliegenden Brennstoff-Ausgangsdruck bzw. Hinterdruck zu reduzieren. In der einfachsten Form kann es sich dabei um eine Drossel handeln. In der Regel umfasst der Druckminderer ein Druckminderungsventil, das trotz unterschiedlicher Eingangsdrücke dafür sorgt, dass auf der Ausgangsseite ein bestimmter Ausgangsdruck nicht überschritten wird. Im Druckminderer expandiert der Brennstoff. Bevorzugt wird ein erster Druckminderer (= HPR, high pressure regulator) und stromab ein zweiter Druckminderer (= HSV, z.B. Brennstoffinjektor) eingesetzt.
  • Der Druckwandler kann eine erste Entnahmeleitungs-Schnittstelle umfassen, die eingerichtet ist, mit einer ersten Entnahmeleitung, die von einem ersten Druckbehälter des Druckbehältersystems kommt, gekoppelt zu werden. Des Weiteren kann der Druckwandler eine zweite Entnahmeleitungs-Schnittstelle umfassen, die eingerichtet ist, mit einer zweiten Entnahmeleitung, die von einem zweiten Druckbehälter des Druckbehältersystems kommt, gekoppelt zu werden.
  • Außerdem umfasst der Druckwandler eine Wandlungseinheit, die eingerichtet ist, einen Druck von Brennstoff auf einem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad von einem Eingangsdruck an einem Eingang der Wandlungseinheit in einen Ausgangsdruck an einem Ausgang der Wandlungseinheit zu wandeln. Dabei ist typischerweise der Eingangsdruck höher (z.B. um den Faktor 2, 5, 10 oder mehr) als der Ausgangsdruck. Der Eingangsdruck kann im Wesentlichen dem Druck in einem der Druckbehälter entsprechen. Andererseits kann der Ausgangsdruck einem Betriebsdruck eines Brennstoff-Verbrauchers entsprechen. Der gemeinsame Versorgungsströmungspfad (der z.B. als eine Leitung ausgebildet ist) kann am Ausgang der Wandlungseinheit mit dem Brennstoff-Verbraucher Brennstoff-leitend verbunden sein. Die Wandlungseinheit kann zumindest eine Drossel, zumindest ein Ventil und/oder ein oder mehrere Druckregler umfassen.
  • Des Weiteren kann der Druckwandler eine Mündungseinheit umfassen, in der die separaten Entnahmeleitungs-Schnittstellen in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad münden. Dabei können die Entnahmeleitungs-Schnittstellen bzw. die Leitungen von den Entnahmeleitungs-Schnittstellen an genau einem Punkt oder über eine begrenzte Strecke in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad münden. Die Strecke kann bevorzugt eine Länge von 50cm, 40cm, 30cm, 20cm, 10cm oder weniger aufweisen.
  • Die Mündungseinheit kann in unmittelbarer Nähe zu dem Eingang der Wandlungseinheit angeordnet sein. Bevorzugt können die Mündungseinheit und insbesondere ein Punkt der Mündung um 50cm, 40cm, 30cm, 20cm, 10cm oder weniger von dem Eingang der Wandlungseinheit entfernt angeordnet sein. So kann erreicht werden, dass die separaten Entnahmeleitungen aus den unterschiedlichen Druckbehältern eines Druckbehältersystems erst kurz vor der Druckwandlung zusammengeführt werden. So kann die Zuverlässigkeit der Brennstoffentnahme aus unterschiedlichen Druckbehältern erhöht werden.
  • Der Druckwandler kann ein gemeinsames Gehäuse umfassen. Die Wandlungseinheit, die Mündungseinheit und die Entnahmeleitungs-Schnittstellen können dann bevorzugt in und/oder an dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. So kann die Zusammenführung der Entnahmeleitungen besonders nah an die Druckwandlung herangeführt werden.
  • Die Mündungseinheit kann ein im Gehäuse des Druckwandlers angeordnetes Kanalnetz umfassen (z.B. ein T- oder Y-förmiges Netz), das eingerichtet ist, den Eingang der Wandlungseinheit (und damit den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad) mit der ersten und der zweiten Entnahmeleitungs-Schnittstelle zu verbinden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das ein in diesem Dokument beschriebenes Druckbehältersystem umfasst.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Die hier offenbarte Technologie kann gleichsam durch die folgenden Aspekte beschrieben werden:
    1. 1. Ventil-Vorrichtung 112, 122 für einen Druckbehälter 110, 120 zur Speicherung von Brennstoff 320; wobei die Ventil-Vorrichtung 112, 122 umfasst: einen Zuflusskanal 221 mit einer Zufluss-Schnittstelle 201, die mit mindestens einer Zuleitung 111, 121 verbindbar ist; einen von dem Zuflusskanal 221 getrennten Abflusskanal 223 mit einer Abfluss-Schnittstelle 202, die mit mindestens einer Entnahmeleitung 113, 123 verbindbar ist; einen Kopplungspunkt 216, an dem der Zuflusskanal 221 und der Abflusskanal 223 mit einem gemeinsamen Kanal 222 fluidverbunden sind, wobei der gemeinsame Kanal 222 im montierten Zustand der Ventil-Vorrichtung 112, 122 mit einem Innenraum des Druckbehälters 110, 220 fluidverbunden ist; und zumindest eine Flussbegrenzungseinheit 204, 205, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid in dem Zuflusskanal 221 und/oder in dem Abflusskanal 222 zu begrenzen.
    2. 2. Ventil-Vorrichtung 112, 122 gemäß Aspekt 1, wobei die Ventil-Vorrichtung 112, 122 eine, insbesondere auf dem Abflusskanal 223 angeordnete, Flussbegrenzungseinheit 205 umfasst, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid von der Abfluss-Schnittstelle 203 zu dem Kopplungspunkt 216 zu begrenzen.
    3. 3. Ventil-Vorrichtung 112, 122 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Ventil-Vorrichtung 112, 122 eine, insbesondere auf dem Zuflusskanal 221 angeordnete, Flussbegrenzungseinheit 204 umfasst, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid von dem Kopplungspunkt 216 zu der Zufluss-Schnittstelle 201 zu begrenzen.
    4. 4. Ventil-Vorrichtung 112, 122 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Zuflusskanal 221 und der Abflusskanal 223 ausgebildet sind, jeweils einen Vorwärtswert an Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids in eine jeweilige Vorwärtsrichtung zu ermöglichen; eine Flussbegrenzungseinheit 204, 205 ausgebildet ist, den rückwärtigen Fluss von Fluid in eine jeweilige Rückwärtsrichtung des Zuflusskanals 221 oder des Abflusskanals 223 auf einen Rückwärtswert an Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids zu begrenzen; und der Rückwärtswert kleiner als der Vorwärtswert ist.
    5. 5. Ventil-Vorrichtung 112, 122 gemäß Aspekt 4, wobei der Rückwärtswert im Wesentlichen null ist; und/oder die Flussbegrenzungseinheit 204, 205 ein Rückschlagventil umfasst, das ausgebildet ist, den rückwärtigen Fluss von Fluid in die Rückwärtsrichtung zu unterbinden.
    6. 6. Ventil-Vorrichtung 112, 122 gemäß Aspekt 4, wobei der Rückwärtswert größer als null ist; und/oder die Flussbegrenzungseinheit 204, 205 eine Drossel umfasst, die eingerichtet ist, den Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids in unterschiedliche Flussrichtungen unterschiedlich zu begrenzen.
    7. 7. Ventil-Vorrichtung 112, 122 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Flussbegrenzungseinheit 204, 205 eingerichtet ist, den rückwärtigen Fluss von Fluid auf dem Zuflusskanal 221 oder auf dem Abflusskanal 223 auf einen niedrigeren Wert zu begrenzen als einen Fluss von Fluid in eine Vorwärtsrichtung auf dem Zuflusskanal 221 oder auf dem Abflusskanal 223; und/oder den rückwärtigen Fluss von Fluid auf dem Zuflusskanal 221 oder auf dem Abflusskanal 223 automatisch, insbesondere ohne, dass dafür die Zufuhr von Energie und/oder ein Steuersignal erforderlich sind, zu begrenzen.
    8. 8. Ventil-Vorrichtung 112, 122 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Ventil-Vorrichtung 112, 122 ein elektrisch betätigbares Ventil 206 umfasst, das ausgebildet ist, den gemeinsamen Kanal 222 zu schließen oder zu öffnen, um den Fluss von Brennstoff 320 in dem gemeinsamen Kanal 222 zu unterbinden oder zu ermöglichen.
    9. 9. Ventil-Vorrichtung 112, 122 gemäß Aspekt 8, wobei das elektrisch betätigbare Ventil 206 stromlos geschlossen ist und ausgebildet ist, in Reaktion auf ein Steuersignal geöffnet zu werden; und/oder die Ventil-Vorrichtung 112, 122 ein Zufluss-Filter 202 umfasst, das eingerichtet ist, durch den Zuflusskanal 221 strömendes Fluid zu filtern; und/oder die Ventil-Vorrichtung 112, 122 ein auf dem gemeinsamen Kanal 223 angeordnetes manuelles Ventil 214 umfasst, das manuell geschlossen oder geöffnet werden kann; und/oder die Ventil-Vorrichtung 112, 122 eine Druckentlastungseinheit 209 umfasst, die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer Auslösebedingung auszulösen, um Fluid aus dem Druckbehälter 110, 120 in eine Umgebung des Druckbehälters 110, 120 abzulassen.
    10. 10. Druckbehältersystem 100, das umfasst, mindestens zwei Druckbehälter 110, 120 zur Speicherung von Brennstoff 320; wobei der Zufluss und Abfluss von Brennstoff 320 jeweils über eine Ventil-Vorrichtung 112, 122 des jeweiligen Druckbehälters 110, 120 ermöglicht wird; wobei zumindest eine der Ventil-Vorrichtungen 112, 122 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte ausgebildet ist.
    11. 11. Druckbehältersystem 100, umfassend: mindestens zwei Druckbehälter 110, 120 zur Speicherung eines Brennstoffs 320; einen Betankungszugang 101, über den Brennstoff 320 für das Druckbehältersystem 100 in einem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 bereitgestellt werden kann; und mindestens zwei separate Zuleitungen 111, 121, die die mindestens zwei Druckbehälter 110, 120 jeweils mit dem Betankungszugang 101 verbinden; wobei die separaten Zuleitungen 111, 121 von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 abzweigen; wobei die Abzweigung von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 in unmittelbar benachbart zu oder in dem Betankungszugang 101 erfolgt.
    12. 12. Druckbehältersystem 100 gemäß Aspekt 11, wobei eine gemeinsame Leitungslänge des gemeinsamen Betankungsströmungspfads 302 von dem Betankungszugang 101 bis zu der Abzweigung kleiner ist als Zuleitungs-Leitungslängen der separaten Zuleitungen 111, 121 von der Abzweigung bis zu dem jeweiligen Druckbehälter 110, 120.
    13. 13. Druckbehältersystem 100 gemäß Aspekt 12, wobei die gemeinsame Leitungslänge um einen Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr kleiner ist als jede der Zuleitungs-Leitungslängen.
    14. 14. Druckbehältersystem 100 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Abzweigung derart nah an dem Betankungszugang 101 angeordnet ist, dass Druckverluste in dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 von der Betankungs-Schnittstelle 301 bis zu der Abzweigung vernachlässigbar gering sind.
    15. 15. Druckbehältersystem 100 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der gemeinsame Betankungsströmungspfad 302 von dem Betankungszugang 101 bis zu der Abzweigung derart ausgelegt ist, dass ein Druckabfall von Brennstoff 320 auf dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 kleiner, insbesondere um einen Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr kleiner, ist als ein Druckabfall auf den separaten Zuleitungen 111, 121 von der Abzweigung bis zu dem jeweiligen Druckbehälter 110, 120.
    16. 16. Druckbehältersystem 100 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Betankungszugang 101 ein Gehäuse 300 umfasst; und die Abzweigung von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 in oder an dem Gehäuse 300 des Betankungszugangs 101 oder in unmittelbarer Nähe zu dem Gehäuse 300 des Betankungszugangs 101 erfolgt.
    17. 17. Druckbehältersystem 100 gemäß Aspekt 16, wobei die Abzweigung unmittelbar an einer Außenseite einer Gehäusewand des Gehäuses 300 des Betankungszugangs 101 erfolgt; und die Abzweigung insbesondere innerhalb einer Abzweigeeinheit 303 mit einem Gehäuse 300 erfolgt, das unmittelbar an die Gehäusewand des Gehäuses 300 des Betankungszugangs 101 angrenzt.
    18. 18. Druckbehältersystem 100 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Betankungszugang 101 eine Betankungs-Schnittstelle 301, insbesondere eine Kupplung, zur Kupplung mit einer Zapfvorrichtung umfasst; und die Abzweigung von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 in unmittelbarer Nähe von der Betankungs-Schnittstelle 301 des Betankungszugangs 101 erfolgt.
    19. 19. Betankungszugang 101 für ein Druckbehältersystem 100, insbesondere nach einem der vorherigen Aspekte; wobei der Betankungszugang 101 umfasst, eine Betankungs-Schnittstelle 301, die eingerichtet ist, mit einer entsprechenden Schnittstelle einer Zapfvorrichtung gekoppelt zu werden, um Brennstoff 320 von der Zapfvorrichtung auf einem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 aufzunehmen; eine erste Zuleitungs-Schnittstelle 311, die eingerichtet ist, mit einer ersten Zuleitung 111 zu einem ersten Druckbehälter 110 des Druckbehältersystems 100 gekoppelt zu werden; eine zweite Zuleitungs-Schnittstelle 312, die eingerichtet ist, mit einer zweiten Zuleitung 121 zu einem zweiten Druckbehälter 120 des Druckbehältersystems 100 gekoppelt zu werden; eine Abzweigeeinheit 303, in der die separaten Zuleitungs-Schnittstellen 311, 312 von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 abzweigen; wobei die Abzweigeeinheit 303 in unmittelbarer Nähe zu der Betankungs-Schnittstelle 301 angeordnet ist.
    20. 20. Betankungszugang 101 gemäß Aspekt 19, wobei der Betankungszugang 101 ein gemeinsames Gehäuse 300 umfasst; und die Betankungs-Schnittstelle 301, die Abzweigeeinheit 303 und die Zuleitungs-Schnittstellen 311, 312 in und/oder an dem gemeinsamen Gehäuse 300 angeordnet sind; und/oder, wobei die Abzeigeeinheit ein im Gehäuse 300 angeordnetes Kanalnetz umfasst, das eingerichtet ist, die Betankungs-Schnittstelle 301 mit der ersten und der zweiten Zuleitungs-Schnittstelle 311, 312 zu verbinden.
    21. 21. Druckbehältersystem 100, umfassend: mindestens zwei Druckbehälter 110, 120 zur Speicherung eines Brennstoffs 320; einen Druckwandler 102, der eingerichtet ist, einen Druck von Brennstoff 320 auf einem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 zu wandeln; und mindestens zwei separate Entnahmeleitungen 113, 123, die die mindestens zwei Druckbehälter 110, 120 jeweils mit dem Druckwandler 102 verbinden; wobei die separaten Entnahmeleitungen 113, 123 in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 münden; wobei die Mündung in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 in unmittelbarer Nähe zu oder in dem Druckwandler 102 erfolgt.
    22. 22. Druckbehältersystem 100 gemäß Aspekt 21, wobei eine gemeinsame Leitungslänge des gemeinsamen Versorgungsströmungspfads 402 von der Mündung bis zu dem Druckwandler 102 kleiner ist als Entnahmeleitungs-Leitungslängen der Entnahmeleitungen 113, 123 von dem jeweiligen Druckbehälter 110, 120 bis zu der Mündung; und die gemeinsame Leitungslänge insbesondere um einen Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr kleiner als jede der Entnahmeleitungs-Leitungslängen ist.
    23. 23. Druckbehältersystem 100 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Mündung derart nah an dem Betankungszugang 101 angeordnet ist, dass Druckverluste in dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 von der Mündung bis zu dem Druckwandler 102 vernachlässigbar gering sind.
    24. 24. Druckbehältersystem 100 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der gemeinsame Versorgungsströmungspfad 402 von der Mündung bis zu dem Druckwandler 102 derart ausgelegt ist, dass ein Druckabfall von Brennstoff 320 auf dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 kleiner, insbesondere um einen Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr kleiner, ist als ein Druckabfall auf den separaten Entnahmeleitungen 113, 123 von dem jeweiligen Druckbehälter 110, 120 bis zu der Mündung.
    25. 25. Druckbehältersystem 100 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Druckwandler 102 ein Gehäuse 400 umfasst; und die Mündung zu dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 in oder an dem Gehäuse 400 des Druckwandlers 102 oder in unmittelbarer Nähe zu dem Gehäuse 400 des Druckwandlers 102 erfolgt.
    26. 26. Druckbehältersystem 100 gemäß Aspekt 25, wobei die Mündung unmittelbar an einer Außenseite einer Gehäusewand des Gehäuses 400 des Druckwandlers 102 erfolgt; und die Mündung insbesondere innerhalb einer Mündungseinheit 403 mit einem Gehäuse 400 erfolgt, das unmittelbar an die Gehäusewand des Gehäuses 400 des Druckwandlers 102 angrenzt.
    27. 27. Druckbehältersystem 100 gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Druckwandler 102 ein gemeinsames Gehäuse 400 umfasst; die Druckwandlung des Drucks von Brennstoff 320 innerhalb des gemeinsamen Gehäuses 400 erfolgt; und die Mündung zu dem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 innerhalb des gemeinsamen Gehäuses 400 erfolgt.
    28. 28. Druckwandler 102 für ein Druckbehältersystem 100, insbesondere nach einem der vorherigen Aspekte; wobei der Druckwandler 102 umfasst, eine erste Entnahmeleitungs-Schnittstelle 411, die eingerichtet ist, mit einer ersten Entnahmeleitung 113 von einem ersten Druckbehälter 110 des Druckbehältersystems 100 gekoppelt zu werden; eine zweite Entnahmeleitungs-Schnittstelle 412, die eingerichtet ist, mit einer zweiten Entnahmeleitung 123 von einem zweiten Druckbehälter 120 des Druckbehältersystems 100 gekoppelt zu werden; eine Wandlungseinheit 404, die eingerichtet ist, einen Druck von Brennstoff 320 auf einem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 von einem Eingangsdruck an einem Eingang der Wandlungseinheit 404 in einen Ausgangsdruck an einem Ausgang der Wandlungseinheit 404 zu wandeln; und eine Mündungseinheit 403, in der die separaten Entnahmeleitungs-Schnittstellen 411, 412 in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 münden; wobei die Mündungseinheit 403 in unmittelbarer Nähe zu dem Eingang der Wandlungseinheit 404 angeordnet ist.
    29. 29. Druckwandler 102 gemäß Aspekt 28, wobei der Druckwandler 102 ein gemeinsames Gehäuse 400 umfasst; und die Wandlungseinheit 404, die Mündungseinheit 403 und die Entnahmeleitungs-Schnittstellen 411, 412 in und/oder an dem gemeinsamen Gehäuse 400 angeordnet sind.
    30. 30. Druckwandler 102 gemäß Aspekt 29, wobei die Mündungseinheit 403 ein im Gehäuse 400 angeordnetes Kanalnetz umfasst, das eingerichtet ist, den Eingang der Wandlungseinheit 404 mit der ersten und der zweiten Entnahmeleitungs-Schnittstelle 411, 412 zu verbinden.
    31. 31. Druckbehältersystem, nach einem der vorherigen Ansprüche, bevorzugt umfassend:
      • - mindestens einen Druckwandler nach einem der Aspekte 28 bis 30;
      • - mindestens einen Betankungszugang nach einem der Aspekte 18 bis 20; und/oder
      • - mindestens eine Ventil-Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 9.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1 ein beispielhaftes Druckbehältersystem mit mehreren Druckbehältern;
    • 2 eine beispielhafte Ventil-Vorrichtung für einen Druckbehälter;
    • 3 einen beispielhaften Betankungszugang; und
    • 4 einen beispielhaften Druckwandler.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Betankung und dem Druckausgleich in einem Druckbehältersystem mit mehreren Druckbehältern.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Druckbehältersystem 100 mit einem ersten Druckbehälter 110 und einem zweiten Druckbehälter 120. Die Druckbehälter weisen jeweils Ventil-Vorrichtungen 112, 122 auf, über die der Zustrom und der Abfluss von Brennstoff zu bzw. aus den Druckbehältern 110, 120 gesteuert werden kann.
  • Das in 1 dargestellte Druckbehältersystem 100 umfasst Zuleitungen 111, 121, die ausgebildet sind, Brennstoff von einem Betankungszugang 101 zu den Druckbehältern 110, 120 zu führen. Der Betankungszugang 101 ist dabei als eine Einheit (z.B. mit einem einheitlichen Gehäuse) ausgebildet. Insbesondere werden direkt an dem Betankungszugang 101 die zwei separaten Zuleitungen 111, 121 für die beiden Druckbehälter 110, 120 (aus einem einheitlichen Gehäuse) herausgeführt. So können zwei oder mehr Druckbehälter 110, 120 in effizienter und zuverlässiger Weise betankt werden. Des Weiteren können so Druckverluste auf der Brennstoff-Übertragungsstrecke zwischen dem Betankungszugang 101 und den Druckbehältern 110, 120 reduziert werden, was die Zuverlässigkeit der Betankung erhöht.
  • 3 zeigt einen beispielhaften Betankungszugang 101 für ein Druckbehältersystem 100. Der Betankungszugang 101 umfasst eine Betankungs-Schnittstelle 301, die eingerichtet ist, mit einer entsprechenden Schnittstelle einer Zapfvorrichtung gekoppelt zu werden, um Brennstoff 320 von der Zapfvorrichtung auf einem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 des Betankungszugangs 101 aufzunehmen. Der Betankungsströmungspfad 302 kann als eine gemeinsame Brennstoff-führende Leitung ausgebildet sein. Im Betankungsströmungspfad kann ein Brennstofffilter vorgesehen sein (nicht gezeigt).
  • Außerdem umfasst der Betankungszugang 101 eine erste Zuleitungs-Schnittstelle 311, die eingerichtet ist, mit der ersten Zuleitung 111 zu dem ersten Druckbehälter 110 des Druckbehältersystems 100 gekoppelt zu werden. Des Weiteren umfasst der Betankungszugang 101 eine zweite Zuleitungs-Schnittstelle 312, die eingerichtet ist, mit der zweiten Zuleitung 121 zu dem zweiten Druckbehälter 120 des Druckbehältersystems 100 gekoppelt zu werden.
  • Wie aus 3 ersichtlich, zweigen die separaten Zuleitungs-Schnittstellen 311, 312 von dem gemeinsamen Betankungsströmungspfad 302 ab. Die Abzweigung kann in einer Abzweigeeinheit 303 erfolgen. Dabei ist die Abzweigeeinheit 303 in unmittelbarer Nähe zu der Betankungs-Schnittstelle 301 angeordnet. Insbesondere können die Betankungs-Schnittstelle 301, die Abzweigeeinheit 303 und die Zuleitungs-Schnittstellen 311, 312 in oder an einem gemeinsamen Gehäuse 300 des Betankungszugangs 101 angeordnet sein. So wird ein besonders Bauraum-, Gewichts- und Kosten-effizientes Druckbehältersystem 100 ermöglicht. Des Weiteren kann so eine besonders zuverlässige Betankung der Druckbehälter 110, 120 bewirkt werden.
  • Die erste Zuleitung 111 wird zu einem Eingang der ersten Ventil-Vorrichtung 112 des ersten Druckbehälters 110 geführt. In entsprechender Weise wird die zweite Zuleitung 121 zu einem Eingang der zweiten Ventil-Vorrichtung 122 des zweiten Druckbehälters 120 geführt. So können die beiden Druckbehälter 110, 120 aus einem Betankungszugang 101 heraus betankt werden.
  • Das Druckbehältersystem 100 umfasst ferner eine erste Entnahmeleitung 113, die mit einem Ausgang der ersten Ventil-Vorrichtung 112 verbunden ist, sowie eine zweite Entnahmeleitung 123, die mit einem Ausgang der zweiten Ventil-Vorrichtung 122 verbunden ist. Über die Entnahmeleitungen 113, 123 kann Brennstoff 320 aus den Druckbehältern 110, 120 zu einem Druckwandler 102 geführt werden. Typischerweise ist der Druck in den Druckbehältern 110, 120 höher als der Betriebsdruck eines Brennstoff-Verbrauchers 103 (z.B. einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstapels). Der Betriebsdruck eines Brennstoff-Verbrauchers 103 kann z.B. im Bereich von 10-20 bar liegen. Der Druck in einem Druckbehälter 110, 120 kann beispielsweise um den Faktor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder mehr höher sein als der Betriebsdruck eines Brennstoff-Verbrauchers 103. Der Druckwandler 102 (insbesondere ein Druckregler) kann eingerichtet sein, den Druck des Brennstoffs 320 aus den Druckbehältern 110, 120 in den erforderlichen Betriebsdruck des Brennstoff-Verbrauchers 103 zu wandeln.
  • 4 zeigt einen beispielhaften Druckwandler 102 für ein Druckbehältersystem 100. Der Druckwandler 102 umfasst eine erste Entnahmeleitungs-Schnittstelle 411, die eingerichtet ist, mit der ersten Entnahmeleitung 113 von dem ersten Druckbehälter 110 des Druckbehältersystems 100 gekoppelt zu werden. Des Weiteren umfasst der Druckwandler 102 eine zweite Entnahmeleitungs-Schnittstelle 412, die eingerichtet ist, mit der zweiten Entnahmeleitung 123 von dem zweiten Druckbehälter 120 des Druckbehältersystems 100 gekoppelt zu werden. Über die Entnahmeleitungs-Schnittstellen 411, 412 kann separat Brennstoff 320 aus den Druckbehältern 110, 120 an dem Druckwandler 102 bereitgestellt werden. Der Brennstoff 320 kann somit bis in unmittelbare Nähe zur eigentlichen Druckwandlung im Druckwandler 102 in separaten Entnahmeleitungen 113, 123 aus den unterschiedlichen Druckbehältern 110, 120 des Druckbehältersystems 100 geführt werden. So kann eine zuverlässige Entnahme von Brennstoff 320 aus allen Druckbehältern 110, 120 eines Druckbehältersystems 100 ermöglicht werden.
  • Der Druckwandler 102 umfasst ferner eine Wandlungseinheit 404, die eingerichtet ist, den Druck von Brennstoff 320 auf einem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 von einem Eingangsdruck an einem Eingang der Wandlungseinheit 404 in einen Ausgangsdruck an einem Ausgang der Wandlungseinheit 404 zu wandeln. Der gemeinsame Versorgungsströmungspfad 402 kann an dem Ausgang der Wandlungseinheit 404, ggf. über eine Versorgungs-Schnittstelle 401 des Druckwandlers 102, mit einem Brennstoff-Verbraucher 103 Brennstoff-leitend verbunden sein.
  • Die Wandlungseinheit 404 kann somit den Druck des Brennstoffs 320 auf einem gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402 (z.B. auf einer gemeinsamen Leitung) wandeln. Ferner kann hier ein Filter vorgesehen sein (nicht gezeigt). Dabei kann insbesondere der Ausgangsdruck des Brennstoffs 320 kleiner sein als der Eingangsdruck des Brennstoffs 320, z.B. um einen Faktor 2, 5, 10, 20 oder mehr. Der Eingangsdruck kann im Wesentlichen dem Druck des Brennstoffs 320 in zumindest einem der Druckbehälter 110, 120 entsprechen. Andererseits kann der Ausgangsdruck einem Betriebsdruck des Brennstoff-Verbrauchers 103 entsprechen. Die Wandlungseinheit 404 kann ein oder mehrere Druckregler (insbesondere Proportionaldruckregler) umfassen.
  • Die separaten Entnahmeleitungs-Schnittstellen 411, 412 münden, wie in 4 dargestellt, in den gemeinsamen Versorgungsströmungspfad 402. Dabei kann die Mündung in einer Mündungseinheit 403 erfolgen. Die Mündungseinheit 403 kann z.B. eine Y-Form aufweisen. Die Mündungseinheit 403 kann in unmittelbarer Nähe zu dem Eingang der Wandlungseinheit 404 angeordnet ist. Insbesondere können sowohl die Entnahmeleitungs-Schnittstellen 411, 412, die Mündungseinheit 403 und die Wandlungseinheit 404 in oder an einem gemeinsamen Gehäuse 400 des Druckwandlers 102 angeordnet sein. So kann ein Bauraum-, Gewichts- und Kosten-effizientes Druckbehältersystem 100 bereitgestellt werden. Des Weiteren können so eine zuverlässige Entnahme von Brennstoff 320 aus den einzelnen Druckbehältern 110, 120 und damit eine zuverlässige Brennstoff-Versorgung eines Brennstoff-Verbrauchers 103 ermöglicht werden.
  • In einer Betriebspause des Druckbehältersystems 100 sind typischerweise die Ventil-Vorrichtungen 112, 122 der Druckbehälter 110, 120 geschlossen, so dass Brennstoff 320 weder in die Druckbehälter 110, 120 gelangen noch aus den Druckbehältern 110, 120 entweichen kann. Die Druckbehälter 110, 120 können während der Betriebspause unterschiedlichen Umfeldbedingungen ausgesetzt sein. Beispielsweise kann der erste Druckbehälter 110 während der Betriebspause (z.B. durch Sonneneinstrahlung) stärker erwärmt werden als der zweite Druckbehälter 120. Weiterhin können bei unterschiedlichen Behältergrößen oder Behälterarten oder unterschiedliche Entnahmebedingungen je Behälter Dichteunterschiede (aufgrund unterschiedlicher Temperatur und/oder Druck) auftreten. Als Folge daraus kann der Brennstoffdruck im ersten Druckbehälter 110 am Ende der Betriebsphase höher sein als der Brennstoffdruck im zweiten Druckbehälter 120.
  • Bei Inbetriebnahme des Druckbehältersystems 100 nach einer Betriebspause werden typischerweise die Ventil-Vorrichtungen 112, 122 der Druckbehälter 110, 120 geöffnet. Aufgrund der Druckunterschiede in den Druckbehältern 110, 120 werden bei Öffnen der Ventil-Vorrichtungen 112, 122 entsprechende Druckunterschiede in den Entnahmeleitungen 113, 123 bewirkt. Da die Entnahmeleitungen 113, 123 am Eingang des Druckwandlers 102 miteinander gekoppelt sind, führt der relativ höhere Druck in der ersten Entnahmeleitung 113 dazu, dass zum Druckausgleich relativ schnell Brennstoff 320 aus dem ersten Druckbehälter 110 in die erste Entnahmeleitung 113 und ggf. über die zweite Entnahmeleitung 123 in den zweiten Druckbehälter 120 strömt. Ein derartiger Druckausgleich bei Öffnen der Ventil-Vorrichtungen 112, 122 kann zu relativ hohen Strömungsgeräuschen führen, die für einen Nutzer des Druckbehältersystems 100 beunruhigend sein können. Des Weiteren kann durch einen relativ hohen Massenstrom aus dem ersten Druckbehälter 110 fälschlicherweise eine Rohrbruchsicherung der ersten Ventil-Vorrichtung 112 ausgelöst werden, so dass die erste Ventil-Vorrichtung 112 den ersten Druckbehälter 110 schließt und damit den Brennstoff-Strom aus dem ersten Druckbehälter 110 unterbricht.
  • Eine der o.g. Situation entsprechende Situation könnte sich bei der Betankung des Druckbehältersystems 100 ergeben. Zur Betankung der Druckbehälter 110, 120 können ggf. die Ventil-Vorrichtungen 112, 122 geöffnet werden. Der höhere Brennstoffdruck im ersten Druckbehälter 110 (im Vergleich zu dem Brennstoffdruck im zweiten Druckbehälter 120) kann dazu führen, dass bei der Betankung Brennstoff 320 aus dem ersten Druckbehälter 110 in die erste Zuleitung 111 austritt und über den Betankungszugang 101 in die zweite Zuleitung 121 und in den zweiten Druckbehälter 120 strömt, um die Druckunterschiede zwischen den beiden Druckbehältern 110, 120 auszugleichen.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Ventil-Vorrichtung 112, 122 für einen Druckbehälter 110, 120. Die Ventil-Vorrichtung 112, 122 umfasst eine Zufluss-Schnittstelle 201 zur Ankupplung einer Zuleitung 111, 121, sowie eine Abfluss-Schnittstelle 203 zur Ankupplung einer Entnahmeleitung 113, 123. Der über die Zufluss-Schnittstelle 201 zugeführte Brennstoff 320 kann in einem Zufluss-Filter 202 gefiltert werden, um eine Verunreinigung des Druckbehälters 110, 120 zu vermeiden bzw. zu reduzieren.
  • Der die Zufluss-Schnittstelle 201 umfassende Zuflusskanal 221 zum Zuführen von Brennstoff 320 und der die Abfluss-Schnittstelle 203 umfassende Abflusskanal 223 zum Abführen von Brennstoff 320 können an einem Kopplungspunkt 216 miteinander und mit einem gemeinsamen Kanal 222 gekoppelt werden. Der gemeinsame Kanal 222 kann den Kopplungspunkt 216 mit dem Innenraum eines Druckbehälters 110, 120 verbinden.
  • Der gemeinsame Kanal 222 kann ein elektrisch betätigbares Ventil 206 aufweisen. Das elektrisch betätigbare Ventil 206 kann über einen Datenbus mit einer Datenschnittstelle 210 der Ventil-Vorrichtung 112, 122 elektrisch leitend verbunden sein. Über die Datenschnittstelle 210 kann ein Steuersignal empfangen werden, dass anzeigt, ob das elektrisch betätigbare Ventil 206 geöffnet oder geschlossen werden soll. Das elektrisch betätigbare Ventil 206 kann z.B. ein elektromagnetisches Ventil umfassen.
  • Parallel zu dem elektrisch betätigbaren Ventil 206 kann ein Rückschlagventil 215 angeordnet sein. Das Rückschlagventil 215 kann derart angeordnet sein, dass ein Austreten von Brennstoff 320 aus dem Druckbehälter 110, 120 vermieden wird, dass jedoch durch Überwindung der Rückstellkraft des Rückschlagventils 215 die Zufuhr von Brennstoff 320 in den Druckbehälter 110, 120 (z.B. bei einem Betankungsvorgang) ermöglicht wird. Des Weiteren kann das elektrisch betätigbare Ventil 206 ggf. durch ein manuelles Ventil 207 überbrückt werden. Das manuelle Ventil 207 kann z.B. durch einen Nutzer manuell geöffnet werden, um den Druckbehälter 110, 120 zumindest teilweise zu enttanken.
  • Der Zuflusskanal 221 und der Abflusskanal 223 können somit ab dem Kopplungspunkt 216 über den gemeinsamen Kanal 222 gemeinsam in den Innenraum des Druckbehälters 110, 120 verlaufen. Dabei kann der gemeinsame Kanal 222 über ein weiteres manuelles Ventil 214 geführt werden, das dazu genutzt werden kann, einen Druckbehälter 110, 120 manuell zu schließen oder zu öffnen. Des Weiteren kann der gemeinsame Kanal 222 über einen weiteren Abfluss-Filter 212 geführt werden, mit dem der Brennstoff 320 vor der Zufuhr zu dem Brennstoff-Verbraucher 103 gefiltert werden kann.
  • Die Ventil-Vorrichtung 112, 122 kann weiter einen Temperatursensor 213 mit einer Auswerteeinheit 208 umfassen, die mit der Datenschnittstelle 210 verbunden ist. So können Sensordaten bezüglich der Temperatur des Druckbehälters 110, 120 und/oder des gespeicherten Brennstoffs 320 bereitgestellt werden. Außerdem kann die Ventil-Vorrichtung 112, 122 eine Druckentlastungseinheit 209 (z.B. ein Temperature Pressure Release Device, TPRD) umfassen, die ausgebildet ist, den Druckbehälter 110, 120 bei Erreichen oder Überschreiten eines Temperatur-Schwellenwertes zu öffnen, um Brennstoff 320 über eine Entlüftungseinheit 211 abzulassen und um dadurch den Druck im Innenraum des Druckbehälters 110, 120 zu reduzieren.
  • Der Abflusskanal 223 kann zwischen dem Kopplungspunkt 216, an dem der Abflusskanal 223 und der Zuflusskanal 221 zusammengeführt werden, und der Abfluss-Schnittstelle 203 eine Flussbegrenzungseinheit 205 aufweisen, die eingerichtet ist, den rückwärtigen Fluss an Brennstoff 320 von der Abfluss-Schnittstelle 203 zu dem Kopplungspunkt 216 zu begrenzen und ggf. zu unterbinden. Die Flussbegrenzungseinheit 205 kann ein Rückschlagventil aufweisen, das eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss gänzlich zu unterbinden. Alternativ oder ergänzend kann die Flussbegrenzungseinheit 205 (z.B. parallel zu dem Rückschlagventil) eine Drossel aufweisen, die eingerichtet ist, den rückwärtigen Fluss auf einen bestimmten Maximalwert (z.B. auf einen Maximalwert des Massenstroms und/oder des Volumenstroms) zu begrenzen.
  • Durch die Bereitstellung einer Flussbegrenzungseinheit 205 kann insbesondere bei der Inbetriebnahme eines Druckbehältersystem 100 nach einer Betriebspause ein Druckausgleich der Brennstoffdrücke in den unterschiedlichen Druckbehältern 110, 120 über die Entnahmeleitungen 113, 123 begrenzt bzw. verlangsamt werden. So können hohe Druckausgleichsströme und damit verbundene Geräusche vermieden werden. Des Weiteren kann das inkorrekte Auslösen einer Rohrbruchsicherung vermieden werden.
  • In entsprechender Weise kann auch auf dem Zuflusskanal 221 zwischen der Zufluss-Schnittstelle 201 und dem Kopplungspunkt 216 eine Flussbegrenzungseinheit 204 angeordnet werden, die den rückwärtigen Strom von Brennstoff 320 aus dem Druckbehälter 110, 120 heraus auf einem bestimmten Maximalwert begrenzt (z.B. mittels einer Drossel) und/oder blockiert (z.B. durch ein Rückschlagventil). So können Brennstoffströme für einen Druckausgleich über die Zuleitungen 111, 121 (z.B. zu Beginn eines Betankungsvorgangs) begrenzt werden.
  • Durch die Trennung von Befüllleitungen 111, 121 und Entnahmeleitungen 113, 123 sowie durch den Einbau von ein oder mehreren Flussbegrenzungseinheiten 204, 205 (die z.B. jeweils ein Rückschlagventil und/oder einen Rückflussverhinderern bzw. Rückflussminderer aufweisen) kann zu jeder Zeit ein Überströmen eines Druckbehälters 110, 120 in einem Druckbehältersystem 100 mit mehreren Druckbehältern 110, 120 verhindert werden.
  • Des Weiteren kann durch den Einbau eines Rückschlagventils (innerhalb der Flussbegrenzungseinheit 204, 205) vor dem elektrisch betätigbaren Ventil 206 (das auch als elektromagnetisches Abschaltventil bezeichnet werden kann) bewirkt werden, dass bei einem geschlossenen manuellen Ventil 214 der Druckbehälters 210, 220 der Brennstoff-Verbraucher 203 in einem Testbetrieb direkt und ausschließlich über den Betankungszugang 101 (bzw. über den Tanknippel) fremdversorgt werden kann. Der Brennstoff 320 aus dem Betankungszugang 101 fließt dabei über die Zuleitung 111, über die Flussbegrenzungseinheit 204 des Zuflusskanals 221, über den Kopplungspunkt 216, über die Flussbegrenzungseinheit 205 des Abflusskanals 223 und über die Entnahmeleitung 113 zu dem Brennstoff-Verbraucher 103. Dabei erfolgt auch eine Reinigung des Brennstoffs 320 durch das Zufluss-Filter 202.
  • Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können relativ laute Strömungsgeräusche beim Start eines Druckbehältersystems 100 (z.B. bei einem Fahrzeugstart) vermieden werden. Insbesondere können unterschiedliche Brennstoffdrücke in unterschiedlichen Druckbehältern 110, 120 zuverlässig und kontrolliert ausgeglichen werden. Dies ermöglicht auch die selektive Entnahme von Brennstoff 320 aus einem Druckbehälter 110, 120, da der sich dabei ergebende Druckunterschied zwischen den Druckbehältern 110, 120 zuverlässig und sicher abgebaut werden kann. Des Weiteren ermöglicht die Bereitstellung von Flussbegrenzungseinheiten 204, 205 eine effiziente Fremdversorgung eines Brennstoff-Verbrauchers 103 über den Betankungszugang 101 des Druckbehältersystems 100.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Druckbehältersystem
    101
    Betankungszugang
    102
    Druckwandler
    103
    Brennstoff-Verbraucher
    110, 120
    Druckbehälter
    111, 121
    Zuleitung
    112, 122
    Ventil-Vorrichtung
    113, 123
    Entnahmeleitung
    201
    Zufluss-Schnittstelle
    202
    Zufluss-Filter
    203
    Abfluss-Schnittstelle
    204, 205
    Flussbegrenzungseinheit
    206
    elektrisch betätigbares Ventil
    207
    manuelles Ventil (parallel zu dem elektrisch betätigbaren Ventil)
    208
    Auswerteeinheit
    209
    Druckentlastungseinheit
    210
    Datenschnittstelle
    211
    Entlüftungseinheit
    212
    Abfluss-Filter
    213
    Temperatursensor
    214
    manuelles Ventil (in Serie zu dem elektrisch betätigbaren Ventil)
    215
    Rückschlagventil (parallel zu dem elektrisch betätigbaren Ventil)
    216
    Kopplungspunkt
    221
    Zuflusskanal
    222
    gemeinsamer Kanal
    223
    Abflusskanal
    300
    Gehäuse (Betankungszugang)
    301
    Betankungs-Schnittstelle
    302
    gemeinsamer Betankungsströmungspfad
    303
    Abzweigeeinheit
    311, 312
    Zuleitungs-Schnittstelle
    320
    Brennstoff
    400
    Gehäuse (Druckwandler)
    401
    Versorgungs-Schnittstelle
    402
    gemeinsamer Versorgungsströmungspfad
    403
    Mündungseinheit
    404
    Wandlungseinheit
    411, 412
    Entnahmeleitungs-Schnittstelle

Claims (10)

  1. Ventil-Vorrichtung (112, 122) für einen Druckbehälter (110, 120) zur Speicherung von Brennstoff (320); wobei die Ventil-Vorrichtung (112, 122) umfasst: - einen Zuflusskanal (221) mit einer Zufluss-Schnittstelle (201), die mit mindestens einer Zuleitung (111, 121) verbindbar ist; - einen von dem Zuflusskanal (221) getrennten Abflusskanal (223) mit einer Abfluss-Schnittstelle (202), die mit mindestens einer Entnahmeleitung (113, 123) verbindbar ist; - einen Kopplungspunkt (216), an dem der Zuflusskanal (221) und der Abflusskanal (223) mit einem gemeinsamen Kanal (222) fluidverbunden sind, wobei der gemeinsame Kanal (222) im montierten Zustand der Ventil-Vorrichtung (112, 122) mit einem Innenraum des Druckbehälters (110, 220) fluidverbunden ist; und - zumindest eine Flussbegrenzungseinheit (204, 205), die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid in dem Zuflusskanal (221) und/oder in dem Abflusskanal (222) zu begrenzen.
  2. Ventil-Vorrichtung (112, 122) gemäß Anspruch 1, wobei die Ventil-Vorrichtung (112, 122) eine, insbesondere auf dem Abflusskanal (223) angeordnete, Flussbegrenzungseinheit (205) umfasst, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid von der Abfluss-Schnittstelle (203) zu dem Kopplungspunkt (216) zu begrenzen.
  3. Ventil-Vorrichtung (112, 122) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventil-Vorrichtung (112, 122) eine, insbesondere auf dem Zuflusskanal (221) angeordnete, Flussbegrenzungseinheit (204) umfasst, die eingerichtet ist, einen rückwärtigen Fluss von Fluid von dem Kopplungspunkt (216) zu der Zufluss-Schnittstelle (201) zu begrenzen.
  4. Ventil-Vorrichtung (112, 122) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Zuflusskanal (221) und der Abflusskanal (223) ausgebildet sind, jeweils einen Vorwärtswert an Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids in eine jeweilige Vorwärtsrichtung zu ermöglichen; - eine Flussbegrenzungseinheit (204, 205) ausgebildet ist, den rückwärtigen Fluss von Fluid in eine jeweilige Rückwärtsrichtung des Zuflusskanals (221) oder des Abflusskanals (223) auf einen Rückwärtswert an Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids zu begrenzen; und - der Rückwärtswert kleiner als der Vorwärtswert ist.
  5. Ventil-Vorrichtung (112, 122) gemäß Anspruch 4, wobei - der Rückwärtswert im Wesentlichen null ist; und/oder - die Flussbegrenzungseinheit (204, 205) ein Rückschlagventil umfasst, das ausgebildet ist, den rückwärtigen Fluss von Fluid in die Rückwärtsrichtung zu unterbinden.
  6. Ventil-Vorrichtung (112, 122) gemäß Anspruch 4, wobei - der Rückwärtswert größer als null ist; und/oder - die Flussbegrenzungseinheit (204, 205) eine Drossel umfasst, die eingerichtet ist, den Volumen- und/oder Massenstrom des Fluids in unterschiedliche Flussrichtungen unterschiedlich zu begrenzen.
  7. Ventil-Vorrichtung (112, 122) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flussbegrenzungseinheit (204, 205) eingerichtet ist, - den rückwärtigen Fluss von Fluid auf dem Zuflusskanal (221) oder auf dem Abflusskanal (223) auf einen niedrigeren Wert zu begrenzen als einen Fluss von Fluid in eine Vorwärtsrichtung auf dem Zuflusskanal (221) oder auf dem Abflusskanal (223); und/oder - den rückwärtigen Fluss von Fluid auf dem Zuflusskanal (221) oder auf dem Abflusskanal (223) automatisch, insbesondere ohne, dass dafür die Zufuhr von Energie und/oder ein Steuersignal erforderlich sind, zu begrenzen.
  8. Ventil-Vorrichtung (112, 122) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventil-Vorrichtung (112, 122) ein elektrisch betätigbares Ventil (206) umfasst, das ausgebildet ist, den gemeinsamen Kanal (222) zu schließen oder zu öffnen, um den Fluss von Brennstoff (320) in dem gemeinsamen Kanal (222) zu unterbinden oder zu ermöglichen.
  9. Ventil-Vorrichtung (112, 122) gemäß Anspruch 8, wobei - das elektrisch betätigbare Ventil (206) stromlos geschlossen ist und ausgebildet ist, in Reaktion auf ein Steuersignal geöffnet zu werden; und/oder - die Ventil-Vorrichtung (112, 122) ein Zufluss-Filter (202) umfasst, das eingerichtet ist, durch den Zuflusskanal (221) strömendes Fluid zu filtern; und/oder - die Ventil-Vorrichtung (112, 122) ein auf dem gemeinsamen Kanal (223) angeordnetes manuelles Ventil (214) umfasst, das manuell geschlossen oder geöffnet werden kann; und/oder - die Ventil-Vorrichtung (112, 122) eine Druckentlastungseinheit (209) umfasst, die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer Auslösebedingung auszulösen, um Fluid aus dem Druckbehälter (110, 120) in eine Umgebung des Druckbehälters (110, 120) abzulassen.
  10. Druckbehältersystem (100), das umfasst, mindestens zwei Druckbehälter (110, 120) zur Speicherung von Brennstoff (320); wobei der Zufluss und Abfluss von Brennstoff (320) jeweils über eine Ventil-Vorrichtung (112, 122) des jeweiligen Druckbehälters (110, 120) ermöglicht wird; wobei zumindest eine der Ventil-Vorrichtungen (112, 122) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1855048A1 (de) * 2005-03-01 2007-11-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Ventilanordnung für gasbehälter
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