DE102022112356A1

DE102022112356A1 - GAS STORAGE AND METHOD FOR PRODUCING A GAS STORAGE

Info

Publication number: DE102022112356A1
Application number: DE102022112356.1A
Authority: DE
Inventors: Yannic Kessler; Martin Gleichmann; Yannick Arz; Birgit Scheppat; Matthias Enders
Original assignee: Hochschule Rheinmain Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Hochschule Rheinmain Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2023-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers (10) oder eines Gasspeichers (12), in dem ein Fluid mit einem vorgegebenen Gasdruck aufnehmbar ist und der eine Kühlstruktur in seinem Inneren aufweist, unter Verwendung eines 3D-Druckers umfassend die folgenden Schritte: Verwenden von eine Struktur des Gasspeichers (12) beschreibenden Druckdaten; Zuführen der Druckdaten an den 3D-Drucker; Anschmelzen des zur Herstellung des Gasspeichers (12) vorgesehenen Materials in Form eines Filaments oder Granulats; Zuführen des angeschmolzenen Materials auf eine Druckplatte des 3D-Druckers zum Herstellen der Struktur des Gasspeichers. Die Erfindung betrifft auch einen derart hergestellten Gasspeicher (12) oder Druckspeicher (10).

The invention relates to a method for producing a pressure accumulator (10) or a gas accumulator (12), in which a fluid with a predetermined gas pressure can be accommodated and which has a cooling structure in its interior, using a 3D printer, comprising the following steps: Use pressure data describing a structure of the gas storage (12); Feeding the print data to the 3D printer; Melting the material intended for producing the gas storage (12) in the form of a filament or granules; Feeding the melted material onto a printing plate of the 3D printer to produce the structure of the gas storage. The invention also relates to a gas storage (12) or pressure storage (10) produced in this way.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers oder Gasspeichers, in dem ein Fluid mit einem vorgegebenen Gasdruck aufnehmbar ist und der eine Kühlstruktur in seinem Inneren aufweist. Die Erfindung umfasst einen ebenso hergestellten Druckspeicher oder Gasspeicher.The present invention relates to a method for producing a pressure accumulator or gas accumulator in which a fluid with a predetermined gas pressure can be accommodated and which has a cooling structure in its interior. The invention includes a pressure accumulator or gas accumulator produced in the same way.

Bei der Verwendung von Gasspeichern, die zur Aufnahme eines Fluids mit einem vorgegebenen Gasdruck eingesetzt werden, treten häufig Probleme aufgrund der herrschenden Drücke und der sich daraus ergebenden Spannungen im Gasspeichermaterial auf. Dies gilt insbesondere für Druckspeicher, bei denen überdies ein geeignetes Temperaturmanagement vorgesehen sein muss. Fertigungsbedingt lassen sich die Spannungen durch eine geeignete Formgebung, beispielsweise konventionelle zylindrische Formen, reduzieren. Hierbei können auftretende Temperaturerhöhungen beim Betanken oder Entleeren der Gasspeicher aufgenommen werden. Die zylindrische Bauform hat jedoch den Nachteil, dass ungenutzte Totvolumen im Bauraum entstehen können. Die zylindrische Form ist in vielen Anwendungen nicht bauraum-optimiert, beispielsweise wenn ein derartiger Speicher in Fahrzeugen eingebaut werden soll. Hier ist eine freie Gestaltung der Raumform gewünscht, um die Speicher an die gegebenen Örtlichkeiten, Randbedingungen und umgebenden Räume anzupassen. Dadurch soll eine höhere Speicherkapazität in Bezug auf den Raum- und Platzbedarf erzielt werden.When using gas storage devices that are used to hold a fluid with a predetermined gas pressure, problems often arise due to the prevailing pressures and the resulting stresses in the gas storage material. This applies in particular to pressure accumulators, where suitable temperature management must also be provided. Due to manufacturing reasons, the stresses can be reduced by suitable shaping, for example conventional cylindrical shapes. Temperature increases that occur when refueling or emptying the gas storage can be recorded. However, the cylindrical design has the disadvantage that unused dead volume can arise in the installation space. The cylindrical shape is not optimized for installation space in many applications, for example when such a storage device is to be installed in vehicles. Here, a free design of the spatial shape is desired in order to adapt the storage to the given locations, boundary conditions and surrounding spaces. This is intended to achieve a higher storage capacity in terms of space and space requirements.

Gasspeicher, insbesondere Druckspeicher oder Drucktanks, werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei der Verwendung von Brennstoffzellen in Fahrzeugen werden beispielsweise Drucktanks verwendet, die auf einen Druck von 700 bis 800 bar ausgelegt sind und eine zylinderförmige Außenform aufweisen. Die bekannten, für mobile Anwendungen ausgelegten Druckspeicher oder Gasspeicher weisen einen innenliegenden Liner aus Aluminium oder Kunststoff auf, der von einer äußeren Kohlefaserummantelung umhüllt ist (Typ 3- und Typ 4-Tank). Beim Befüllen derartiger Druckspeicher oder Gasspeicher entstehen teilweise erhebliche Temperaturanstiege in dem Gasspeicher selbst, der von dem Druck des einzufüllenden Gases abhängt. Um erhebliche Temperaturanstiege größer 100 Kelvin im Tank zu vermeiden, muss entweder ein langsamer Tankvorgang erfolgen, der in vielen Fällen unerwünscht ist, oder es muss ein zuvor abgekühltes Gas verwendet werden, beispielsweise abgekühlter Wasserstoff, der als Gas vorliegt. Allerdings ist die Abkühlung des Gases vorab mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden. Dies macht das sogenannte „Cold Filling“ technisch anspruchsvoll und steigert die Kosten für einen Tankvorgang.Gas storage, in particular pressure storage or pressure tanks, are used, for example, in motor vehicles. When using fuel cells in vehicles, for example, pressure tanks are used that are designed for a pressure of 700 to 800 bar and have a cylindrical outer shape. The well-known pressure accumulators or gas accumulators designed for mobile applications have an internal liner made of aluminum or plastic, which is covered by an outer carbon fiber jacket (Type 3 and Type 4 tank). When filling such pressure accumulators or gas accumulators, considerable temperature increases sometimes occur in the gas accumulator itself, which depends on the pressure of the gas to be filled. In order to avoid significant temperature increases of greater than 100 Kelvin in the tank, either a slow refueling process must take place, which is undesirable in many cases, or a previously cooled gas must be used, for example cooled hydrogen, which is present as a gas. However, cooling the gas requires a considerable amount of energy beforehand. This makes the so-called “cold filling” technically demanding and increases the costs of a refueling process.

Eine weitere technische Herausforderung ist die homogene Gasverteilung insbesondere in Tanks, welche die Speicherung innerhalb eines sorptionsfähigen Materials nutzen. Hierbei reagiert das Material primär im Bereich der Gaszufuhr was zu Reaktions- und Beladungsgradienten innerhalb des Speichermediums führt und somit den Speicherprozess verlangsamt. Beispielsweise müsste bei einem Beladungsprozess das einzulagernde Fluid zuerst bereits beladenes Speichermaterial passieren.Another technical challenge is the homogeneous gas distribution, especially in tanks that use storage within a sorbent material. The material reacts primarily in the area of the gas supply, which leads to reaction and loading gradients within the storage medium and thus slows down the storage process. For example, during a loading process, the fluid to be stored would first have to pass through already loaded storage material.

Es besteht deshalb ein Bedarf an einem Druckspeicher oder einem Gasspeicher, dessen äußere Form mit hohen Freiheitsgraden gestaltet werden kann oder an vorgegebene Raumstrukturen, teilweise mit Hinterschneidungen, angepasst werden kann, wobei gleichzeitig eine hohe Druckfestigkeit, thermische Leitfähigkeit und Temperaturstabilität gegeben ist.There is therefore a need for a pressure accumulator or a gas accumulator whose external shape can be designed with high degrees of freedom or can be adapted to predetermined spatial structures, sometimes with undercuts, while at the same time providing high compressive strength, thermal conductivity and temperature stability.

Ausgehend hiervon besteht ebenfalls ein Bedarf, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Druckspeichers oder Gasspeichers vorzuschlagen, bei dem die Raumform des Gasspeichers an einen umgebenden Raum oder vorgegebene Platzverhältnisse effizient angepasst werden kann. Zudem soll das Verfahren günstig sein.Based on this, there is also a need to propose a method for producing such a pressure accumulator or gas accumulator, in which the spatial shape of the gas accumulator can be efficiently adapted to a surrounding space or given space conditions. The process should also be cheap.

Weiterhin besteht Bedarf an einem Tanksystem, welches passiv und aktiv optimiert die anfallende Wärme beim Betanken schnell aus dem Tank herausführt.There is also a need for a tank system that passively and actively optimizes the heat generated when refueling and quickly removes it from the tank.

Im Falle von sorptionsbasierten Speichern besteht der Bedarf an einer homogenen Verteilung der Zu- und Abfuhr der Fluide.In the case of sorption-based storage, there is a need for a homogeneous distribution of the supply and removal of fluids.

Gelöst wird die vorliegende Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers oder eines Gasspeichers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mittels eines Gasspeichers oder Druckspeichers mit den Merkmalen des Anspruchs 11.The present task is solved with a method for producing a pressure accumulator or a gas accumulator with the features of claim 1 and by means of a gas accumulator or pressure accumulator with the features of claim 11.

Derartige Druckspeicher oder Gasspeicher werden beispielsweise auch verwendet, um gasförmigen Wasserstoff zu speichern. Neben den bekannten Drucktanks werden teilweise auch Tanks für eine Sorptionsspeicherung zur Ad- und Absorption von Gasen mittels Feststoffspeichermaterialien wie z. B. Metallhydriden für Wasserstoff vorgeschlagen. Im Allgemeinen nehmen Metalle Wasserstoff bei bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen auf und setzen diesen bei leicht erhöhter Temperatur oder abgesenktem Druck wieder frei. Die Reaktion verläuft reversibel, wobei während der Hinreaktion (Absorption, Hydrierung) anfallende Reaktionswärme abgeführt und bei der Rückreaktion (Desorption, Dehydrierung, Zersetzung) Reaktionswärme hinzugefügt werden muss. Die Wasserstoffeinlagerung in Metallhydride erfolgt anhand einer chemischen Einbindung (Chemisorption). Andere Speichermedien, welche auf Physisorption beruhen (Adorptionsspeicher), sind ebenfalls denkbar. Durch die geringe Wärmeleitung des Speichermaterials in Form einer Pulverschüttung ist die hinreichende Zufuhr bzw. Abfuhr der Reaktionswärme von größter Relevanz bei der Tankkonzeptionierung und erfordert daher zielgerichtete Designprinzipien und ein geeignetes Thermomanagement.Such pressure accumulators or gas accumulators are also used, for example, to store gaseous hydrogen. In addition to the known pressure tanks, tanks for sorption storage for the adsorption and absorption of gases using solid storage materials such as. B. metal hydrides suggested for hydrogen. In general, metals absorb hydrogen under certain pressure and temperature conditions and release it again at a slightly increased temperature or reduced pressure. The reaction is reversible, with the heat of reaction occurring during the forward reaction (absorption, hydrogenation) being removed and heat of reaction having to be added during the reverse reaction (desorption, dehydrogenation, decomposition). The hydrogen deposit cation in metal hydrides occurs through chemical integration (chemisorption). Other storage media based on physisorption (sorption storage) are also conceivable. Due to the low heat conduction of the storage material in the form of a powder bed, the adequate supply or removal of reaction heat is of utmost importance when designing the tank and therefore requires targeted design principles and suitable thermal management.

Bei der Befüllung von Gasspeichern kann, um dem Temperaturanstieg entgegenzuwirken, entweder ein langsamer Tankvorgang vorgenommen werden oder ein abgekühltes Gas verwendet werden. Bei der Speicherung von Wasserstoff ergibt sich bei Metallhydrid-Tanksystemen und -speichern aufgrund der verhältnismäßig geringen Wärmeleitung des Speichermaterials die Anforderung, dass bei großen Gasspeicherdurchmessern mit hohen Volumina ein innenliegendes Wärmetauschsystem benötigt wird. Lediglich bei kleinen Gasspeicherdurchmessern kann das Thermomanagement über ein äußeres System reguliert werden. Zwar sind innenliegende Wärmetauschsysteme aufwendiger als ein äußeres Wärmeleitsystem, allerdings sind innenliegende Systeme effizienter und können stärker und schneller regeln. Dadurch kann das System auch geometrisch kleiner ausfallen, was eine höhere volumetrische Speicherkapazität des Gesamtsystems bei gleichbleibender Systemperformance bereitstellt. Zur Regulierung der Temperaturgradienten können Thermofluide eingesetzt und/oder passive Bauelemente, wie wärmeleitende Gitter oder andere Strukturen innerhalb des Tanks, verwendet werden.When filling gas storage tanks, in order to counteract the rise in temperature, either a slow refueling process can be carried out or a cooled gas can be used. When storing hydrogen, the relatively low heat conduction of the storage material in metal hydride tank systems and storage means that an internal heat exchange system is required for large gas storage diameters with high volumes. Thermal management can only be regulated via an external system for small gas storage diameters. Although internal heat exchange systems are more complex than an external heat conduction system, internal systems are more efficient and can regulate more powerfully and quickly. This means that the system can also be geometrically smaller, which provides a higher volumetric storage capacity of the entire system while maintaining the same system performance. To regulate the temperature gradients, thermal fluids can be used and/or passive components, such as heat-conducting grids or other structures within the tank, can be used.

Erfindungsgemäß sieht das Verfahren zur Herstellung eines Druckspeichers oder Gasspeichers die Verwendung eines 3D-Druckers vor, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

Verwenden von Druckdaten, die eine Struktur des Gasspeichers oder Druckspeichers beschreiben. Dies sind Daten, die die äußere Form und äußere Struktur, aber auch die innere Struktur modellieren. Wie bei jedem 3D-Druckverfahren liegt hier ein druckfähiges, digitales 3D-Modell zugrunde, das in der Regel von einem Computerprogramm in eine Vielzahl von Schichten zerlegt wird und als Grundlage des Herstellungsverfahrens dient. Diese auf dem 3D-Modell beruhenden Druckdaten werden dem 3D-Drucker zugeführt. Das für die Herstellung des Druckspeichers oder Gasspeichers verwendete Material liegt in Form eines Filaments oder Granulats vor. Dieses Material wird in einem weiteren Schritt angeschmolzen. Ein nächster Schritt sieht vor, dass das angeschmolzene Material auf eine Druckplatte des 3D-Druckers zugeführt und anschließend zunächst schichtweise auf das bereits aufgetragene Material aufgegeben wird, um die Struktur des Gasspeichers oder Druckspeichers herzustellen. Dabei wird in der Regel auf einer Druckplatte beginnend eine Materialschicht über die andere gelegt. Auf diese Weise können nahezu beliebige Formen und Konturen des Speichers erzeugt werden. Das angeschmolzene Filament oder Granulat ist in der Regel zähflüssig, wobei durch eine geeignete Temperatursteuerung die Konsistenz beliebig angepasst und eingestellt werden kann. So kann auch ein Wegfließen des Materials verhindert werden.

According to the invention, the method for producing a pressure storage or gas storage provides for the use of a 3D printer, with the following steps being carried out:

Using pressure data that describes a structure of the gas storage or pressure accumulator. This is data that models the external shape and external structure, but also the internal structure. As with every 3D printing process, this is based on a printable, digital 3D model, which is usually broken down into a large number of layers by a computer program and serves as the basis for the manufacturing process. This print data based on the 3D model is fed to the 3D printer. The material used to manufacture the pressure accumulator or gas accumulator is in the form of a filament or granules. This material is melted in a further step. A next step involves feeding the melted material onto a printing plate of the 3D printer and then applying it layer by layer onto the already applied material in order to produce the structure of the gas storage or pressure accumulator. As a rule, one layer of material is placed over the other, starting on a printing plate. In this way, almost any shape and contour of the memory can be created. The melted filament or granules are usually viscous, although the consistency can be adjusted and adjusted as desired using suitable temperature control. This can also prevent the material from flowing away.

Weitere Aspekte der Erfindung betreffen einen entsprechenden Druckspeicher oder Gasspeicher, die mittels des Verfahrens hergestellt werden, ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.Further aspects of the invention relate to a corresponding pressure accumulator or gas accumulator, which are produced by means of the method, a computer program product with program code for carrying out the steps of the method when the program code is executed on a computer, and a storage medium on which a computer program is stored , when executed on a computer, causes execution of the method described herein.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Vorrichtung und das Computerprogrammprodukt entsprechend den für das Verfahren in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein. Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims. It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention. In particular, the device and the computer program product can be designed in accordance with the embodiments described for the method in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren ein Filament oder Granulat verwendet, das angeschmolzen wird. Dies erlaubt es auch, interne Kühlstrukturen im Inneren des herzustellenden Druckspeichers oder Gasspeichers zu realisieren und direkt zu drucken. Auf diese Weise können in dem Speicher auftretende Temperaturerhöhungen vermieden werden. Ähnliche Temperaturproblematiken wie bei Gas- oder Flüssiggasspeichern treten auch auf, wenn die Druckspeicher Sorptionsspeicher wie zum Beispiel Metallhydridspeicher sind, also in ihrem Inneren ein sorptionsfähiges Material, zum Beispiel ein Metallhydrid, aufweisen. Hier wird ebenfalls aufgrund der freiwerdenden Reaktionsenergie die Temperatur im Tank oder Speicher beim Beladen signifikant erhöht und beim Entladen signifikant reduziert. Das Einfügen von Temperierkanälen zur Optimierung des Thermomanagements und der Temperaturschwankungen ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach möglich und erzeugt wenige oder keine zusätzlichen Kosten. Damit steht es im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren, bei denen druckdichte Temperatur- oder Kühlkanäle nur sehr aufwendig und kostenintensiv herstellbar waren.According to the invention, the method uses a filament or granules that are melted. This also makes it possible to realize internal cooling structures inside the pressure accumulator or gas storage device to be manufactured and to print them directly. In this way, temperature increases occurring in the memory can be avoided. Similar temperature problems as with gas or liquid gas storage also occur if the pressure storage is a sorption storage such as a metal hydride storage, i.e. has a sorbent material inside, for example a metal hydride. Here, due to the reaction energy released, the temperature in the tank or storage is significantly increased during loading and significantly reduced during unloading. The insertion of temperature control channels to optimize thermal management and temperature fluctuations is easily possible with the method according to the invention and generates little or no additional costs. This is in contrast to the previous processes in which print density Temperature or cooling channels could only be produced with great effort and cost.

Die hierbei verwendeten Druckverfahren mit Filament oder Granulat werden als „Fused Filament Fabrication“ (kurz FFF-Verfahren) bzw. als „Fused Granular Fabrication“ (kurz FGF-Verfahren) bezeichnet. Bei beiden Verfahren wird das Material durch eine Düse gedrückt und dabei aufgeschmolzen oder angeschmolzen und dann auf die Druckplatte oder das bereits aufgetragene Material aufgegeben.The printing processes used here with filament or granules are referred to as “Fused Filament Fabrication” (FFF process for short) or as “Fused Granular Fabrication” (FGF process for short). In both processes, the material is pressed through a nozzle and melted or melted and then applied to the printing plate or the material that has already been applied.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Kühlstrukturen im Inneren des Speichers oder Tanksystems. Kühlstrukturen können von beliebigen Strukturen gebildet werden, die geeignet sind, Wärme zu leiten oder abzuführen. Die Strukturen können z. B. Streben oder Zwischenwände im Inneren sein. Sie können aus Metall, Kunststoff oder Kompositmaterial sein. Die Kühlstrukturen können das gleiche Material umfassen oder wie die Außenstruktur des Speichers sein. Neben den passiven Kühlstrukturen oder Strukturelementen können die Kühlstrukturen auch aktive Kühlelemente sein, wie beispielsweise Kühlkanäle o. ä., die von Kühlmittel durchströmt werden.The method according to the invention enables the production of cooling structures inside the storage or tank system. Cooling structures can be formed by any structures that are suitable for conducting or dissipating heat. The structures can e.g. B. struts or partition walls inside. They can be made of metal, plastic or composite material. The cooling structures may comprise the same material or be as the external structure of the storage. In addition to the passive cooling structures or structural elements, the cooling structures can also be active cooling elements, such as cooling channels or the like, through which coolant flows.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet also neben einer erhöhten Designfreiheit auch die Möglichkeit, auf einfache Weise bei der Fertigung Kühlkanäle einzubringen und so einen optimierten Herstellungsprozess durchzuführen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, anhand von Simulationen durch Temperaturänderungen oder entstehenden Druck auftretende Spannungsspitzen im Material zu erkennen und diese bereits innerhalb des Designs zu berücksichtigen und zu reduzieren. Das Design kann also derart angepasst werden, dass insbesondere durch Temperaturänderungen auftretende Zug- und Druckspannungen oder Materialspannungen deutlich reduziert werden. Dadurch kann ebenfalls der Materialeinsatz reduziert werden. Somit ist insbesondere für die Herstellung von Wasserstofftanks, aber auch anderen Gastanks, mittels 3D-Druck eine Vielzahl an Möglichkeiten und Freiheitsgraden gegeben. Daneben hat die Erfindung den Vorteil, dass durch ein angepasstes Design die Bauform bestmöglich ausgenutzt werden kann, was eine maximale Befüllung des Bauraums mit Speichermaterial ermöglicht und so die volumetrische Speicherdichte deutlich erhöht.In addition to increased design freedom, the method according to the invention also offers the possibility of easily introducing cooling channels during production and thus carrying out an optimized manufacturing process. In addition, it is possible to use simulations to identify stress peaks that occur in the material due to temperature changes or resulting pressure and to take these into account and reduce them within the design. The design can therefore be adapted in such a way that tensile and compressive stresses or material stresses that occur particularly as a result of temperature changes are significantly reduced. This also allows the use of materials to be reduced. This means that there are a variety of options and degrees of freedom available, particularly for the production of hydrogen tanks, but also other gas tanks, using 3D printing. In addition, the invention has the advantage that the design can be used in the best possible way through an adapted design, which enables the installation space to be filled to the maximum with storage material and thus significantly increases the volumetric storage density.

Da bei dem 3D-Druckverfahren mit angeschmolzenen Filamenten oder Granulaten die Möglichkeit besteht, sogenannte Infills direkt in den Druckprozess zu integrieren, können sowohl mechanische Spannungen reduziert bzw. abgetragen als auch ein aktives oder passives Wärmeleitsystem mithilfe der Infills innerhalb des Druckspeichers oder Gasspeichers integriert werden. Der Infill wird durch Strukturen oder Strukturelemente gebildet wie beispielsweise Streben, Wände, Waben und ähnliches. Bevorzugt sind die Strukturelemente offenporig. Der „Infill“ beim Druckprozess bezeichnet den Anteil an Füllung in einem gedruckten 3D-Druckobjekt. Ein Objekt mit einem „Infill“ von 0 % ist innen hohl; ein Objekt mit 100 % „Infill“ ist innen komplett fest. Die Hohlräume des Infills bieten wiederum Raum zur Speicherung eines Mediums. Den Aufbau des Infills in beispielsweise einer Dreiecksstruktur oder einer Wabenstruktur ist mittels des 3D-Drucks möglich, insbesondere unter der Verwendung von Filamenten oder Granulaten. Die entsprechende Struktur kann vorab simuliert und mittels eines Computers berechnet werden, sodass die Erstellung einer Druckdatei bedarfsgerecht ausgeführt werden kann. Bevorzugt hat der Speicher ein Infill von 2 % bis 80 %, sehr bevorzugt von 5 % bis 50 %, weiter bevorzugt von 5 % bis 35 %, besonders bevorzugt von 10 % bis 25 %.Since the 3D printing process with melted filaments or granules makes it possible to integrate so-called infills directly into the printing process, mechanical stresses can be reduced or removed and an active or passive heat conduction system can be integrated within the pressure storage or gas storage using the infills. The infill is formed by structures or structural elements such as struts, walls, honeycombs and the like. The structural elements are preferably open-pored. The “infill” in the printing process refers to the proportion of filling in a printed 3D printed object. An object with an infill of 0% is hollow inside; an object with 100% “infill” is completely solid inside. The cavities of the infill in turn provide space for storing a medium. The construction of the infill in, for example, a triangular structure or a honeycomb structure is possible using 3D printing, in particular using filaments or granules. The corresponding structure can be simulated in advance and calculated using a computer so that the creation of a print file can be carried out as needed. The memory preferably has an infill of 2% to 80%, very preferably 5% to 50%, more preferably 5% to 35%, particularly preferably 10% to 25%.

Die Verwendung von Filamenten oder Granulat ermöglicht es, durch geeignete Materialwahl gewünschte Eigenschaften des Speichers einzustellen, beispielsweise im Hinblick auf Design, Geometrie, Druck- und Zugfestigkeit, Spannungsfestigkeit und Elastizität.The use of filaments or granules makes it possible to set the desired properties of the memory through a suitable choice of material, for example with regard to design, geometry, compressive and tensile strength, dielectric strength and elasticity.

Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Druckspeicher oder Gasspeicher oder ähnlicher Tank, insbesondere ein Wasserstofftank, ermöglicht es, Wasserstoff bei Raumtemperatur zu verdichten und somit das Verhalten von kaltem Wasserstoff an Betankungsanlagen zu reduzieren. Hierzu ist eine geeignete Materialwahl und gegebenenfalls Druckerauswahl notwendig.A pressure storage or gas storage or similar tank, in particular a hydrogen tank, produced using the method according to the invention makes it possible to compress hydrogen at room temperature and thus reduce the behavior of cold hydrogen at refueling systems. This requires a suitable choice of material and, if necessary, printer selection.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise von den bisher verwendeten zylinderförmigen Tanks oder Gasspeichern abgewichen werden kann. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass - je nach Druckbereich - auch Metallhydridtanks oder -speicher nicht zwangsweise an eine geometrische Zylinderform gebunden sind. Auch quaderförmige oder gebogene oder nahezu beliebig geformte Tankeinheiten oder Speichereinheiten sind möglich und können zugleich Strukturelement an dem Einsatzgerät (z. B. Fahrzeug) sein. Da die Fertigung von unregelmäßigen Formen, gebogenen oder einer beliebigen Ebene folgenden Außenkontur von Druckspeichern möglich ist, ergeben sich vielfältige Einsatzgebiete für einen derartigen Speicher.The method according to the invention also offers the advantage that it is possible to deviate from the previously used cylindrical tanks or gas storage devices in a simple and cost-effective manner. In the context of the invention, it was recognized that - depending on the pressure range - metal hydride tanks or storage are not necessarily tied to a geometric cylindrical shape. Cuboid-shaped or curved or almost any shaped tank units or storage units are also possible and can also be a structural element on the operational device (e.g. vehicle). Since the production of irregular shapes, curved outer contours of pressure accumulators or those following any plane is possible, there are a variety of areas of application for such accumulators.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein gasdichtes Material verwendet, insbesondere ein wasserstoffdichtes. Hierbei wird unter „gasdicht“ im Allgemeinen eine Dichtigkeit verstanden, die der Fachmann als „gasdicht“ bezeichnen würde. Gasdicht ist ein Material dann, wenn in einem vorgegebenen Zeitraum lediglich eine definierte Menge an Gas entweichen kann, die technisch als nicht relevant erachtet wird und/oder für die jeweilige technische Anwendung vernachlässigbar ist. Ein derartiges Material ist Voraussetzung für einen Druckspeicher oder Gasspeicher, der es ermöglicht, das Gas innerhalb des Speichers zu umschließen und zu speichern, ohne dass das Gas durch das Material nach außen dringt. Bei der Herstellung des Druckspeichers oder Gasspeichers ist eine geeignete Materialauswahl deshalb von entscheidender Bedeutung.In a preferred embodiment of the method, a gas-tight material is used, in particular a hydrogen-tight one. “Gas-tight” is generally understood to mean a tightness that a person skilled in the art would describe as “gas-tight”. A material is gas-tight if: Only a defined amount of gas can escape over a given period of time, which is not considered technically relevant and/or is negligible for the respective technical application. Such a material is a prerequisite for a pressure storage or gas storage, which makes it possible to enclose and store the gas within the storage without the gas penetrating through the material to the outside. When producing the pressure accumulator or gas accumulator, a suitable choice of material is therefore crucial.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der herzustellende Gasspeicher ein Wasserstoffspeicher, in dem gasförmiger Wasserstoff gespeichert werden kann. Das verwendete Material, Filament oder Granulat sind entsprechend auszuwählen, bevorzugt sind sie gasdicht oder jedenfalls geeignet, eine gasdichte Struktur, Umhüllung, Außenstruktur oder Außenkontur zu erzeugen.In a preferred embodiment, the gas storage to be produced is a hydrogen storage in which gaseous hydrogen can be stored. The material, filament or granules used must be selected accordingly; they are preferably gas-tight or at least suitable for producing a gas-tight structure, covering, outer structure or outer contour.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, zwei oder mehrere unterschiedliche Materialien zu verwenden. Ein 3D-Drucker könnte zwei oder mehr Druckdüsen aufweisen oder automatisiert während des Drucks einen Materialwechsel durchführen (Multi Material Unit). Beispielsweise könnte mit einer Druckdüse ein gasdichtes Material für die Außenkontur und Teile von Stützstrukturen oder Innenstrukturen verwendet werden. Als zweites Material könnte - bevorzugt mittels einer zweiten Düse - ein poröses Material verwendet werden, um ein Speichermaterial zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise könnte das zweite Material ein hydrierbares Material sein, beispielsweise um Wasserstoff zu speichern. Werden beide Materialien während des Prozesses als angeschmolzenes Filament oder Granulat verarbeitet, können sie miteinander verschmelzen, sodass eine einheitliche oder einstückige Struktur entsteht.In a preferred embodiment of the method, two or more different materials can be used. A 3D printer could have two or more printing nozzles or could automatically change materials during printing (Multi Material Unit). For example, a gas-tight material could be used with a pressure nozzle for the outer contour and parts of support structures or internal structures. A porous material could be used as the second material - preferably by means of a second nozzle - in order to provide a storage material. For example, the second material could be a hydrogenatable material, for example to store hydrogen. If both materials are processed as melted filaments or granules during the process, they can fuse together to create a uniform or one-piece structure.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Filament oder Granulat, das zur Herstellung der Struktur des Gasspeichers verwendet wird, eine Metall-Kunststoff-Verbindung (Komposit) umfasst. Die Metall-Kunststoff-Verbindung kann einen optionalen Binder aufweisen. Dieses Komposit aus Druckmaterial mit optionalem Bindemittel wird schichtweise auf die Druckplatte oder Werkebene aufgetragen. Hierzu kann beispielsweise ein Extruder in Form einer heizbaren Düse verwendet werden, bei dem das Material in dem Extruder an- oder aufgeschmolzen wird und entsprechend den hinterlegten Schichten des 3D-Modells auf die Druckplatte oder die darunterliegende Schicht aufgetragen wird. Sobald das Material abkühlt, härtet es bevorzugt aus. Jedenfalls ist es derart stabil, dass eine weitere aufgetragene Schicht zu keiner wesentlichen Verformung des bereits aufgetragenen Materials führt.A preferred embodiment of the method according to the invention provides that the filament or granulate used to produce the structure of the gas storage comprises a metal-plastic compound (composite). The metal-plastic connection can have an optional binder. This composite of printing material with optional binder is applied in layers to the printing plate or work plane. For this purpose, for example, an extruder in the form of a heatable nozzle can be used, in which the material is melted or melted in the extruder and applied to the printing plate or the underlying layer in accordance with the underlying layers of the 3D model. As soon as the material cools, it hardens preferentially. In any case, it is so stable that a further applied layer does not lead to any significant deformation of the material that has already been applied.

Die vorzugsweise verwendeten Komposite oder Metall-KunststoffVerbindungen umfassen als Kunststoff ein oder mehrere Polymere, vorzugsweise Thermoplasten und/oder thermoplastische Elastomere. Bevorzugt umfassen sie zusätzlich metallische oder keramische Bestandteile. Für metallische Bestandteile können beispielsweise Vanadium-legierter Stahl mit wenigstens 0,1 % Vanadium, Edelstahl-legierter Stahl mit wenigstens 0,1 % eines Edelmetalls, wie etwa AU, AG und/oder PT, oder ein Aluminium-legierter Stahl mit wenigstens 0,1 % Aluminium sowie mögliche Kombinationen dieser Metalle verwendet werden. Alternativ kann der metallische Bestandteil der Verbindung oder des Komposits aus nur einem einzigen elementar vorliegenden Metall verwendet werden, wobei das Metall ausgewählt aus der Gruppe Gold, Silber, Chrom, Eisen, Kupfer, Aluminium, Zink, Nickel, Platin, Cäsium, Wolfram, Osmium, Quecksilber, Blei oder Zinn bestehen kann.The preferably used composites or metal-plastic compounds comprise one or more polymers, preferably thermoplastics and/or thermoplastic elastomers, as plastic. They preferably additionally include metallic or ceramic components. For metallic components, for example, vanadium-alloyed steel with at least 0.1% vanadium, stainless steel-alloyed steel with at least 0.1% of a noble metal, such as AU, AG and / or PT, or an aluminum-alloyed steel with at least 0. 1% aluminum and possible combinations of these metals can be used. Alternatively, the metallic component of the compound or composite can be used from just a single elemental metal, the metal being selected from the group of gold, silver, chromium, iron, copper, aluminum, zinc, nickel, platinum, cesium, tungsten, osmium , mercury, lead or tin.

Als Metalllegierungen in der Metall-Kunststoff-Verbindung kommen zur Verwendung als Wasserstoffspeicher insbesondere wasserstoffstabile Stähle mit wenigstens 0,1 % Vanadium infrage. Dazu gehören beispielsweise V4a-Stähle wie etwa CrNiMo-Stähle oder Stähle der Nummern 1.4401, 1.4571 und 1.4404. Als Komposit könnte auch das Material Ultrafuse 316L (BASF) verwendet werden. Weiterhin sind Aluminiumlegierungen oder andere Metalllegierungen wie beispielsweise EN-AW-6082 möglich.Suitable metal alloys in the metal-plastic connection for use as hydrogen storage are, in particular, hydrogen-stable steels with at least 0.1% vanadium. These include, for example, V4a steels such as CrNiMo steels or steels with numbers 1.4401, 1.4571 and 1.4404. The material Ultrafuse 316L (BASF) could also be used as a composite. Aluminum alloys or other metal alloys such as EN-AW-6082 are also possible.

Umfasst das Komposit oder die Metall-Kunststoff-Verbindung einen optionalen Binder, so sind in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weitere Prozessschritte vorgesehen. Bevorzugt umfasst ein weiterer Schritt das Durchführen eines Entbindern-Prozesses zum Auftrennen der Verbindung des Kunststoffes und/oder zum Auflösen des Binders. Ein weiterer Schritt umfasst das Durchführen eines Sinter-Prozesses zum Verschmelzen des Metallanteils des Filaments oder Granulats, also des Metallanteils der Metall-Kunststoff-Verbindung.If the composite or the metal-plastic connection includes an optional binder, further process steps are provided in a preferred embodiment of the method. A further step preferably includes carrying out a debinding process to break the connection of the plastic and/or to dissolve the binder. A further step includes carrying out a sintering process to fuse the metal portion of the filament or granules, i.e. the metal portion of the metal-plastic connection.

Beim Entbindern-Prozess wird ein großer Teil des Binders in einer ersten Stufe durch katalytische Zersetzung, durch thermische Verdampfung, Zersetzung oder durch Lösungsmittelextraktion entfernt. Ein typisches Entbindern erfolgt bei 120 °C mit Salpetersäure HNO₃ (kleiner 98 %) in einer Stickstoffatmosphäre. Andere Entbinderprozesse bei anderen Temperaturen unter der Anwendung anderer Säuren oder Basen sowie unter anderen Gasen oder unter Vakuum sind ebenso möglich. Zu berücksichtigen ist, dass es beim Entbindern-Prozess zu einer geometrischen Schrumpfung des Bauteils kommen kann. Diese lässt sich aber im Vorhinein bestimmen und einkalkulieren.In the debinding process, a large part of the binder is removed in a first stage by catalytic decomposition, thermal evaporation, decomposition or solvent extraction. Typical debinding takes place at 120 °C with nitric acid HNO ₃ (less than 98%) in a nitrogen atmosphere. Other debinding processes at other temperatures using other acids or bases as well as under other gases or under vacuum are also possible. It should be taken into account that the debinding process leads to geometric shrinkage of the component can. However, this can be determined and taken into account in advance.

Beim Sinter-Prozess erfolgt eine Erhitzung der feinkörnigen keramischen oder metallischen Stoffe, wobei die Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten bleibt, sodass die Gestalt bzw. Form des Werkstückes, also die Kontur des Druckspeichers, erhalten bleibt. Der Sinter-Prozess sollte bevorzugt in einer Atmosphäre mit 100 % sauberem und trockenem Wasserstoff (Taupunkt größer -40 °C) oder Argon (Taupunkt größer -40 °C) erfolgen. Das Material für die Sinter-Träger kann beispielsweise Al₂O₃, etwa mit 99,6-prozentiger Reinheit, sein oder beispielsweise andere Saphirgläser oder andere thermisch stabile Trägermaterialien.During the sintering process, the fine-grained ceramic or metallic materials are heated, with the temperature remaining below the melting temperature of the main components, so that the shape or form of the workpiece, i.e. the contour of the pressure accumulator, is retained. The sintering process should preferably take place in an atmosphere with 100% clean and dry hydrogen (dew point greater than -40 °C) or argon (dew point greater than -40 °C). The material for the sintered carrier can be, for example, Al ₂ O ₃ , for example with 99.6 percent purity, or, for example, other sapphire glasses or other thermally stable carrier materials.

Ein typischer Sinter-Prozesszyklus könnten mehrere Temperaturschritte umfassen:

1. In einer ersten Heizperiode werden Temperaturen von 20 °C bis 600 °C, bevorzugt mit einer Rate von 5 Kelvin/Minute, erhöht.
2. In einer Ruhephase von einer Stunde wird eine Temperatur von 600 °C beibehalten.
3. In einer anschließenden Heizperiode wird die Temperatur von 600 °C bis 1380 °C, bevorzugt mit einer Rate von 5 Kelvin/Minute, erhöht.
4. Beibehalten der Temperatur von 1380 °C für drei Stunden (Sinter-Periode).
5. Abkühlperiode mit einer langsamen Abkühlung der Temperatur von 1380 °C auf Raumtemperatur (20 °C).

A typical sintering process cycle could include several temperature steps:

1. In a first heating period, temperatures are increased from 20 °C to 600 °C, preferably at a rate of 5 Kelvin/minute.
2. A temperature of 600 °C is maintained during a rest period of one hour.
3. In a subsequent heating period, the temperature is increased from 600 °C to 1380 °C, preferably at a rate of 5 Kelvin/minute.
4. Maintaining the temperature of 1380°C for three hours (sintering period).
5. Cooling period with a slow cooling of the temperature from 1380 °C to room temperature (20 °C).

Während der ersten beiden Schritte werden die restlichen Bestandteile des Binders und/oder Kunststoffs verbrannt, sodass die Pyrolyseprodukte entfernt werden können. Durch geeignete Wahl der Arbeitsatmosphäre und des Druckmaterials sowie des Bindermaterials können aufgrund der verschiedenen Reaktionen des Druckmaterials mit den Binderrückständen und Reaktionen zwischen Druckmaterial und Atmosphäre die mechanischen und chemischen Eigenschaften der gesinterten Druckspeicher oder Gasspeicher beeinflusst werden, beispielsweise über den Kohlenstoffgehalt im Gefüge des Materials. Durch die Verwendung des FFF-Verfahrens oder des FGF-Verfahrens lassen sich Druckspeicher oder Gasspeicher herstellen, bei denen die mechanischen Eigenschaften beeinflusst werden können. Zudem lassen sich mechanische und auch fluidische Systeme erzeugen, beispielsweise für Kühlmittel oder Kühlkanäle. Des Weiteren ist es möglich, Medienanschlüsse, beispielsweise zum Befüllen des Speichers oder zum Befüllen der Kühlkanäle, direkt oder als Blindanschlüsse in den Speicher zu integrieren. Diese Medienanschlüsse lassen sich bedarfsgerecht homogen in den gesamten Tank einbringen. During the first two steps, the remaining components of the binder and/or plastic are burned so that the pyrolysis products can be removed. By appropriately choosing the working atmosphere and the printing material as well as the binder material, the mechanical and chemical properties of the sintered pressure accumulator or gas accumulator can be influenced due to the various reactions of the printing material with the binder residues and reactions between the printing material and the atmosphere, for example via the carbon content in the structure of the material. By using the FFF process or the FGF process, pressure storage or gas storage can be produced in which the mechanical properties can be influenced. In addition, mechanical and fluidic systems can be created, for example for coolants or cooling channels. Furthermore, it is possible to integrate media connections, for example for filling the storage or for filling the cooling channels, directly or as blind connections into the storage. These media connections can be installed homogeneously throughout the entire tank as required.

Beispielsweise kann eine innenliegende poröse gedruckte Struktur die gleichförmige Gasverteilung sicherstellen. Weiterhin ist es möglich, gedruckte Filter z. B. am Gasdurchlass zur Sicherung des sorptionsfähigen Mediums zu integrieren. Durch die Verwendung eines 3D-Druckers auf Basis der oben genannten Verfahren können die Vorteile der Design-Freiheit genutzt werden bei sehr geringen Kosten.For example, an internal porous printed structure can ensure uniform gas distribution. It is also possible to use printed filters, e.g. B. to be integrated into the gas passage to secure the sorbent medium. By using a 3D printer based on the above-mentioned processes, the advantages of design freedom can be exploited at very low costs.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird neben der Außenstruktur oder Außenkontur des Gasspeichers bzw. Druckspeichers auch eine Innenstruktur im Inneren hergestellt. Die Innenstruktur ist bevorzugt offenporig oder weist Löcher oder Ausnehmungen auf. Vorzugsweise kann die Innenstruktur eine Kühlstruktur bilden. Wärme kann über die Innenstruktur an die Außenstruktur und dann an die Umgebung abgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Innenstruktur plattenartige Elemente aufweist, die eine ebene Fläche oder eine frei geformte Fläche umfassen. Auch ist es möglich, dass die Innenstruktur in Form von Streben, Stützen oder Querträgern ausgebildet ist. Eine plattenartige oder wandartige Innenstruktur kann Öffnungen, Löcher oder Ausnehmungen aufweisen, damit das in dem Gasspeicher oder Druckspeicher gespeicherte Gas durch die Innenstruktur hindurchdringen kann. Auch ist es möglich, dass zusätzlich eingefüllte Speichermedien, wie beispielsweise ein Metallhydrid, in die zwischen den Innenstrukturen gebildeten Räume verteilt werden können. Auf diese Weise wird auch eine Sicherung des Materials innerhalb des Tanks erreicht. Besonders bei Flüssigspeichern kann beispielsweise die Richtungsdynamik bei Fahrzeugen durch Schwappen von Flüssigkeiten nachteilig beeinflusst werden. Zur Lösung des Fluid-Struktur-Wechselwirkungsproblems kann das Infill herangezogen werden oder Leitbleche im Druckprozess in den Tank integriert werden, um Trägheitswellen zu minimieren. Eine weitere Funktion kann in der Verhinderung einer Partikelgrößentrennung bei einer Metallhydrid-Pulverschüttung liegen, z. B. in solcher Form, dass keine Ansammlung kleiner Partikel am Tankboden stattfindet und durch Volumenzunahme bei der Hydrierung zur Beschädigung des Tanks führt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, in addition to the outer structure or outer contour of the gas storage or pressure storage, an inner structure is also produced inside. The internal structure is preferably open-pored or has holes or recesses. Preferably, the internal structure can form a cooling structure. Heat can be dissipated through the internal structure to the external structure and then to the environment. For example, it is possible for the internal structure to have plate-like elements that include a flat surface or a freely shaped surface. It is also possible for the internal structure to be designed in the form of struts, supports or cross members. A plate-like or wall-like inner structure can have openings, holes or recesses so that the gas stored in the gas storage or pressure storage can penetrate through the inner structure. It is also possible for additionally filled storage media, such as a metal hydride, to be distributed into the spaces formed between the internal structures. In this way, the material within the tank is secured. Especially with liquid storage systems, for example, the directional dynamics of vehicles can be adversely affected by liquid sloshing. To solve the fluid-structure interaction problem, infill can be used or baffles can be integrated into the tank during the printing process to minimize inertial waves. Another function may be to prevent particle size separation in a metal hydride powder spill, e.g. B. in such a form that no accumulation of small particles takes place on the bottom of the tank and leads to damage to the tank due to an increase in volume during hydrogenation.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Innenstruktur eine Stützfunktion, um beispielsweise die Außenstruktur oder Außenkontur des Speichers zu stützen und zu festigen. Gleichzeitig kann die Innenstruktur auch Kräfte aufnehmen und die Formstabilität der Außenstruktur und des gesamten Gasspeichers oder Druckspeichers erhöhen. Vorzugsweise kann die Innenstruktur lamellenartig ausgebildet sein und mehrere lamellenartige Platten umfassen. Ebenfalls bevorzugt kann die Innenstruktur eine wellenartige Kontur aufweisen, um eine größere Oberfläche zur Verfügung zu stellen, beispielsweise wenn sie gleichzeitig als Kühlstruktur dienen soll.In a preferred embodiment, the internal structure has a supporting function, for example to support and strengthen the external structure or external contour of the memory. At the same time, the inner structure can also absorb forces and increase the dimensional stability of the outer structure and the entire gas storage or pressure storage. Preferably, the internal structure can be lamella-like be formed and include several lamellar plates. Also preferably, the inner structure can have a wave-like contour in order to provide a larger surface area, for example if it is to serve as a cooling structure at the same time.

In einer weiteren Ausführung werden durch Trennwände (beispielsweise „Iso flächen“) im Inneren des Tanks zwei oder mehr Räume erzeugt. Ein oder mehrere dieser Teilräume können zur Aufnahme oder Durchflutung eines Kühlmittels oder Kühlfluids, und einer entsprechenden Kühlung, verwendet werden, während die Teilräume, die nicht vom Kühlfluid durchströmt werden, als Speicherraum ausgeführt sein können.In a further embodiment, two or more rooms are created inside the tank using partition walls (e.g. “iso surfaces”). One or more of these subspaces can be used to accommodate or flow through a coolant or cooling fluid and a corresponding cooling, while the subspaces through which the cooling fluid does not flow can be designed as a storage space.

In einer weiteren Ausführung wird der Infill innen hohl gedruckt, sodass die Struktur des Infills selbst mittels eines Kühlfluids durchströmbar ist. Dadurch lässt sich die passive Kühlung des Infills zu einer aktiven Kühlung erweitern.In a further embodiment, the infill is printed hollow on the inside, so that the structure of the infill itself can be flowed through by a cooling fluid. This allows the passive cooling of the infill to be expanded into active cooling.

In einer weiteren Ausführung wird einer der Räume mit porösen Wänden ausgebildet, sodass dieser die homogene Be- und Entladung innerhalb eines Sorptionsspeichers ermöglicht.In a further embodiment, one of the rooms is designed with porous walls so that it enables homogeneous loading and unloading within a sorption storage.

In einer weiteren Ausführung ist der gedruckte Tank Teil eines Strukturbauteils. Beispielsweise könnte der Rahmen eines Fahrrades oder ein Teil des Rahmens als Druckspeicher oder Gasspeicher ausgelegt werden. Bei einem Fahrrad könnte also das Oberrohr, das Unterrohr und /oder das Sitzrohr als Speicher ausgebildet sein und Gas, beispielsweise Wasserstoff, speichern. Andere Strukturelemente beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt sowie anderer Verkehrssektoren sind ebenso denkbar. Anwendungen wie beispielsweise Klimageräte sind auch denkbar. Hier könnte der Gasspeicher direkt in das Gerät integriert sein. Dem Fachmann sind viele weitere Technologien und technische Gebiete bekannt, in denen Gasspeicher das Bauteil oder das Produkt selbst oder einen Teil davon darstellen, beispielsweise auch in Form eines Strukturelements. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Gasspeicher oder Druckspeicher hergestellt, der im Inneren einen Kühlkanal zur Aufnahme eines Kühlfluids hat. Gemäß dem Verfahren wird bevorzugt ein Kühlkanal im Inneren des Gasspeichers erzeugt, der besonders bevorzugt geschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Kühlkanal erzeugt, der an seinen Enden je einen Anschluss für das Kühlfluid aufweist. Der Anschluss für das Kühlfluid kann in der Außenstruktur des Gasspeichers oder Druckspeichers vorgesehen sein. Der Anschluss kann als Blindanschluss oder als offener Anschluss ausgebildet sein, wobei bei dem offenen Anschluss ein Verschluss oder eine Aufnahme für einen Verschluss vorgesehen sein kann.In a further embodiment, the printed tank is part of a structural component. For example, the frame of a bicycle or part of the frame could be designed as a pressure accumulator or gas accumulator. In a bicycle, the top tube, the down tube and/or the seat tube could be designed as a storage device and store gas, for example hydrogen. Other structural elements, for example in aerospace and other transport sectors, are also conceivable. Applications such as air conditioning units are also conceivable. Here the gas storage could be integrated directly into the device. Many other technologies and technical areas are known to those skilled in the art in which gas storage represents the component or the product itself or a part thereof, for example in the form of a structural element. In a preferred embodiment of the method, a gas storage or pressure storage device is produced which has a cooling channel inside for receiving a cooling fluid. According to the method, a cooling channel is preferably created in the interior of the gas storage, which is particularly preferably closed. In a preferred embodiment, a cooling channel is created which has a connection for the cooling fluid at each end. The connection for the cooling fluid can be provided in the outer structure of the gas storage or pressure storage. The connection can be designed as a blind connection or as an open connection, whereby a closure or a receptacle for a closure can be provided in the open connection.

Der erzeugte Kühlkanal kann rohrförmig sein und von einem Kühlmittel oder Kühlfluid durchströmt werden. Der Querschnitt des Kanals ist frei wählbar. Er kann rechteckig, quadratisch, rund, ellipsoid oder frei geformt sein und bedarfsoptimiert sowohl im Querschnitt als auch in der Größe, Länge und der Form angepasst sein.The cooling channel created can be tubular and a coolant or cooling fluid can flow through it. The cross section of the channel can be freely selected. It can be rectangular, square, round, ellipsoid or freely shaped and can be tailored to your needs in terms of cross-section as well as size, length and shape.

Bevorzugt wird mit dem Verfahren ein Kühlkanal erzeugt, der spiralförmig ausgebildet ist und sich beispielsweise von einer Seite der Außenstruktur zur gegenüberliegenden Seite der Außenstruktur in einer gleichmäßigen oder sich im Durchmesser ändernden Spirale mit gleichmäßigen oder veränderten Querschnitten erstreckt. Selbstverständlich kann der Kühlkanal auch nur abschnittsweise spiralförmig sein und sich in nahezu beliebiger Form im Inneren des Gasspeichers oder Druckspeichers ausbilden.The method is preferably used to produce a cooling channel which is designed in a spiral shape and extends, for example, from one side of the outer structure to the opposite side of the outer structure in a uniform or changing diameter spiral with uniform or modified cross-sections. Of course, the cooling channel can also be spiral-shaped only in sections and can be formed in almost any shape inside the gas storage or pressure storage.

In Abhängigkeit der technischen Gegebenheiten kann in einer weiteren Ausführung das zuvor beschriebene innenliegende Kühlsystem auch auf der Außenseite des Speichers angedruckt werden. Beispielsweise können fluiddurchströmte Kanäle sowohl in der Außenwand als auch auf die Außenseite des Speichers gedruckt werden. Diese Kanäle können frei in der Form (beispielsweise spiralförmig oder gerade innerhalb der Außenwand oder um den Tank) angeordnet sein.Depending on the technical circumstances, in a further embodiment, the previously described internal cooling system can also be printed on the outside of the memory. For example, channels through which fluid flows can be printed both in the outer wall and on the outside of the memory. These channels can be freely arranged in shape (for example spirally or straight within the outer wall or around the tank).

In einer weiteren Ausführung können passive Wärmeregulierungselemente wie beispielsweise Kühlrippen oder -lamellen auf der Außenseite des Speichers angeordnet oder angeformt werden. Diese können ebenfalls zur strukturierten Integrität beitragen.In a further embodiment, passive heat regulation elements such as cooling fins or fins can be arranged or formed on the outside of the memory. These can also contribute to structured integrity.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht einen weiteren Schritt vor, bei dem ein sorptionsfähiges Material, z. B. Metallhydride für die Wasserstoffspeicherung, in das Innere des Gasspeichers oder Druckspeichers eingefüllt wird. Vorzugsweise wird ein Metallhydrid verwendet, das besonders bevorzugt als pulverförmiges Material vorliegt. Ebenso kann verpresstes Pulver beispielsweise in Pelletform vorgesehen werden. Das pulverförmige Material, das beispielsweise ein geeignetes Material zur Aufnahme und zum Binden des in den Druckspeicher oder Gasspeicher einzufüllenden Gases, beispielsweise von Wasserstoff, sein muss, kann im Inneren gleichmäßig oder nur in Teilen des Inneren angeordnet werden. Beispielsweise kann sich das pulverförmige Material zwischen den Stützstrukturen oder Innenstrukturen des Speichers erstrecken. Es können auch lediglich Teilräume im Inneren des Speichers mit dem pulverförmigen Material versehen werden. Im Weiteren können die gedruckten Strukturen im Falle von pelletiertem Material zur Aufnahme und Führung der Pellets vorgesehen sein.A preferred embodiment of the method provides a further step in which a sorbent material, e.g. B. metal hydrides for hydrogen storage, is filled into the interior of the gas storage or pressure storage. A metal hydride is preferably used, which is particularly preferably in the form of a powdery material. Pressed powder can also be provided, for example in pellet form. The powdery material, which must, for example, be a suitable material for receiving and binding the gas to be filled into the pressure accumulator or gas accumulator, for example hydrogen, can be arranged uniformly inside or only in parts of the interior. For example, the powdery material can extend between the support structures or internal structures of the memory. Only partial spaces inside the storage can be provided with the powdery material. Furthermore, the printed structures can be In the case of pelletized material, there should be provision for receiving and guiding the pellets.

Erfindungsgemäß wird die vorliegende Aufgabe durch einen Gasspeicher oder Druckspeicher zur Aufnahme eines Fluids mit einem vorgegebenen Gasdruck gelöst, wobei der Gasspeicher oder Druckspeicher eine Kühlstruktur in seinem Inneren aufweist und hergestellt ist nach dem oben beschriebenen Verfahren. Vorzugsweise weist der Gasspeicher oder Druckspeicher in seinem Inneren eine lamellenartige Innenstruktur auf. Die Innenstruktur kann eine Stützfunktion haben. Besonders bevorzugt ist die Innenstruktur wellenförmig ausgebildet. According to the invention, the present object is achieved by a gas storage or pressure storage for holding a fluid with a predetermined gas pressure, the gas storage or pressure storage having a cooling structure in its interior and being manufactured according to the method described above. Preferably, the gas storage or pressure storage has a lamellar internal structure in its interior. The internal structure can have a supporting function. The internal structure is particularly preferably designed to be wave-shaped.

Vorzugsweise kann im Inneren des Gasspeichers ein Kühlkanal zur Aufnahme eines Kühlfluids angeordnet sein. Dieser kann bevorzugt geschlossen sein und an seinen Enden je einen Anschluss für ein Kühlfluid vorsehen und aufweisen. Ebenso bevorzugt kann der Gasspeicher oder Druckspeicher ein hydriertes Material umfassen, das zwischen den Innenstrukturen angeordnet ist. Vorzugsweise ist das hydrierte Material pulverförmig. Das hydrierte Material kann ein Metallhydrid sein, um Wasserstoff zu speichern. Dabei ist es bevorzugt offenporig.Preferably, a cooling channel for receiving a cooling fluid can be arranged inside the gas reservoir. This can preferably be closed and provide and have a connection for a cooling fluid at each end. Likewise preferably, the gas storage or pressure storage can comprise a hydrogenated material that is arranged between the internal structures. Preferably the hydrogenated material is powdery. The hydrogenated material may be a metal hydride to store hydrogen. It is preferably open-pored.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Druckspeichers oder eines Gasspeichers;
2a-d eine schematische Abbildung eines Druckspeichers mit Infill; und
3a-d schematische Darstellungen eines Druckspeichers mit Kühlkanälen.

The invention is described and explained in more detail below using a few selected exemplary embodiments in connection with the accompanying drawings. Show it:

1 a schematic flow diagram of the method according to the invention for producing a pressure accumulator or a gas storage device;
2a-d a schematic illustration of a pressure accumulator with infill; and
3a-d Schematic representations of a pressure accumulator with cooling channels.

1 zeigt einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Druckspeichers oder eines Gasspeichers, in dem ein Fluid mit einem vorgegebenen Gasdruck aufnehmbar ist und der eine Kühlstruktur in seinem Inneren aufweist. Es umfasst mehrere Schritte. Dabei wird ein 3D-Drucker verwendet. 1 shows a schematic sequence of the method according to the invention for producing a pressure accumulator or a gas accumulator in which a fluid with a predetermined gas pressure can be accommodated and which has a cooling structure in its interior. It involves several steps. A 3D printer is used.

In einem ersten Schritt S10 werden Druckdaten verwendet, die eine Struktur eines Gasspeichers beschreiben, der hergestellt werden soll. Die Druckdaten können mittels eines Computerprogramms erzeugt werden. Mittels eines Schritts S12 werden die Druckdaten an einen 3D-Drucker zugeführt, um das mittels der Daten beschriebene Modell umzusetzen.In a first step S10, pressure data is used that describes a structure of a gas storage that is to be manufactured. The print data can be generated using a computer program. Using a step S12, the print data is fed to a 3D printer in order to implement the model described using the data.

Ein Schritt S14 umfasst das Anschmelzen des zur Herstellung des Gasspeichers oder Druckspeichers vorgesehenen Materials in Form eines Filaments oder Granulats. Das Anschmelzen kann beispielsweise in einer beheizbaren Düse erfolgen. Bei Verwendung eines Granulats kann ein Extruder vorgeschaltet sein, der ebenfalls eine Heizfunktion umfassen kann, um das Material zu schmelzen.A step S14 includes melting the material intended for producing the gas storage or pressure accumulator in the form of a filament or granules. The melting can take place, for example, in a heatable nozzle. When using granules, an extruder can be installed upstream, which can also include a heating function to melt the material.

Ein Schritt S16 des Zuführens des angeschmolzenen Materials auf eine Druckplatte des 3D-Druckers zum Herstellen der Struktur des Gasspeichers schließt sich an. Dabei wird das angeschmolzene Material entsprechend den Druckdaten so zugeführt, dass es bevorzugt schichtweise aufgetragen wird. Eine erste Schicht wird auf die Druckplatte aufgegeben. Weitere Schichten werden auf den bereits vorhandenen Schichten erzeugt.A step S16 of feeding the melted material onto a printing plate of the 3D printer to produce the structure of the gas storage follows. The melted material is supplied according to the print data in such a way that it is preferably applied in layers. A first layer is applied to the printing plate. Additional layers are created on top of the existing layers.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitere optionale Schritte umfassen, beispielsweise wenn das verwendete Filament oder Granulat eine Metall-Kunststoff-Verbindung ist und einen optionalen Binder aufweist. In einem optionalen Schritt S18 wird ein Entbindern-Prozess durchgeführt, um die Verbindung des Kunststoffs aufzutrennen und/oder den Kunststoff bzw. den Binder aufzulösen.The method according to the invention can include further optional steps, for example if the filament or granules used is a metal-plastic compound and has an optional binder. In an optional step S18, a debinding process is carried out in order to separate the connection of the plastic and/or dissolve the plastic or the binder.

Ein weiterer optionaler Schritt S20 umfasst das Durchführen eines Sinter-Prozesses zum Verschmelzen des Materialanteils des Filaments oder Granulats, wenn diese jeweils eine Metall-Kunststoff-Verbindung umfassen. Während des Sinter-Prozesses kann auch der Kunststoff aufgetrennt oder aufgelöst werden. Ebenso können Reste des Binders entfernt werden. In der Regel umfasst der Sinter-Prozess mehrere Schritte, die abhängig von der Materialwahl des Filaments oder Granulats sind und die entsprechend den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Druckspeichers oder Gasspeichers einstellbar sind. Dem Fachmann sind typische Sinter-Prozesse geläufig.A further optional step S20 includes carrying out a sintering process to fuse the material portion of the filament or granules if they each comprise a metal-plastic connection. The plastic can also be separated or dissolved during the sintering process. Remains of the binder can also be removed. As a rule, the sintering process includes several steps, which depend on the choice of material for the filament or granules and which can be adjusted according to the desired properties of the pressure accumulator or gas accumulator to be produced. Typical sintering processes are familiar to those skilled in the art.

Ein weiterer, ebenso optionaler Verfahrensschritt kann bei der Erzeugung eines Wasserstoffspeichers vorgesehen sein. In dem optionalen Schritt S22 des Einfüllens wird ein hydriertes Material in das Innere des Gasspeichers eingefüllt. Bevorzugt ist das Material pulverförmig. Vorzugsweise wird ein Metallhydrid eingefüllt. Typischerweise erfolgt das Einfüllen nach Fertigung des Druckspeichers. Ein Einfüllen während des Druckvorgangs und anschließendes Verschließen des Tanks durch Fortführen des Druckprozesses ist ebenso möglich.A further, equally optional process step can be provided in the production of a hydrogen storage device. In the optional step S22 of filling, a hydrogenated material is filled into the interior of the gas reservoir. The material is preferably powdery. A metal hydride is preferably filled. Typically, filling takes place after the pressure accumulator has been manufactured. It is also possible to fill it during the printing process and then close the tank by continuing the printing process.

Die hier angegebenen Schritte können teilweise wiederholt werden und in geänderter Reihenfolge ausgeführt werden, wenn dies notwendig oder vorteilhaft ist.The steps given here may be partially repeated and performed in a different order if necessary or advantageous.

Die 2a-d und 3a-d zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines zylindrisch geformten Druckspeichers 10, der als Gasspeicher 12 ausgebildet ist, in dem ein Fluid mit einem vorgegebenen Gasdruck aufnehmbar ist. Die hier gezeigten Druckspeicher 10 sind jeweils Wasserstoffspeicher 14, wobei der in den 3a-d gezeigte Wasserstoffspeicher 14 Kühlkanäle aufweist.The 2a-d and 3a-d show different embodiments of a cylindrically shaped pressure accumulator 10, which acts as a gas accumulator 12 is designed in which a fluid with a predetermined gas pressure can be received. The pressure accumulators 10 shown here are each hydrogen accumulators 14, with the one in the 3a-d Hydrogen storage shown has 14 cooling channels.

2a zeigt die Außenhülle 20 des zylindrischen Wasserstoffspeichers 14, wobei die Außenhülle 20 eine Gasöffnung 22 an ihrer Oberseite 24 und eine weitere, nicht gezeigte Gasöffnung 22 an ihrer Unterseite aufweist, um Gas in den Gasspeicher 12 ein- und auszulassen. Die Gasöffnung 22 kann ein Gewinde oder einen anderen Anschluss (mit oder ohne Filter) vorsehen, um eine Gasleitung, im Fall des Wasserstoffspeichers 14 eine Wasserstoffleitung, gasdicht anzuschließen. 2a shows the outer shell 20 of the cylindrical hydrogen storage 14, the outer shell 20 having a gas opening 22 on its upper side 24 and a further gas opening 22, not shown, on its underside in order to let gas in and out of the gas storage 12. The gas opening 22 can provide a thread or another connection (with or without a filter) in order to connect a gas line, in the case of the hydrogen storage 14 a hydrogen line, in a gas-tight manner.

2b zeigt den in der Außenhülle 20 angeordneten Wasserstoffspeicher 14 mit seiner Außenstruktur 30 und mit einem Wasserstoffanschluss 26, der mit der Gasöffnung 22 der Außenhülle 20 korrespondiert. Ein weiterer Wasserstoffanschluss 26 ist am Boden des Wasserstoffspeichers 14 vorgesehen. 2 B shows the hydrogen storage 14 arranged in the outer shell 20 with its outer structure 30 and with a hydrogen connection 26 which corresponds to the gas opening 22 of the outer shell 20. Another hydrogen connection 26 is provided at the bottom of the hydrogen storage 14.

Die 2c und 2d zeigen einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt durch den Wasserstoffspeicher. In 2c ist die Innenstruktur 28 innerhalb der Außenstruktur 30 des Wasserstoffspeichers 14 zu sehen. Die Innenstruktur 28 hat unterschiedliche Formen. Zum einen wird die Innenstruktur durch ein dreidimensionales, netzartiges Gewebe 32 aus feinen Druckfäden gebildet, das sich zwischen wellenartig ausgeformten Materialbändern 34 erstreckt, die an Bandstahl erinnern können. Das Bandmaterial (Materialband 34) hat in der Regel eine Länge, die deutlich größer ist als die Dicke und Breite, wobei die Breite ebenfalls deutlich größer ist als die Dicke. Die Breite ist bevorzugt wenigstens fünfmal so groß wie die Dicke, sehr bevorzugt wenigstens zehnmal so groß, besonders bevorzugt wenigstens zwanzigmal so groß. Die Länge des Materialbands 34 ist wenigstens fünfmal so groß wie die Breite, bevorzugt wenigstens zehnmal so groß, sehr bevorzugt wenigstens zwanzigmal so groß wie die Breite.The 2c and 2d show a cross section or a longitudinal section through the hydrogen storage. In 2c the internal structure 28 can be seen within the external structure 30 of the hydrogen storage 14. The internal structure 28 has different shapes. On the one hand, the internal structure is formed by a three-dimensional, net-like fabric 32 made of fine pressure threads, which extends between wave-shaped material bands 34, which can be reminiscent of steel strips. The strip material (material strip 34) generally has a length that is significantly larger than the thickness and width, with the width also being significantly larger than the thickness. The width is preferably at least five times as large as the thickness, very preferably at least ten times as large, particularly preferably at least twenty times as large. The length of the material band 34 is at least five times as large as the width, preferably at least ten times as large, very preferably at least twenty times as large as the width.

Das Materialband hat in der Regel Kontakt zur Innenseite der Außenstruktur 30 und ist mit dieser verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, Wärme über das in der Regel metallische Bandmaterial 34 an die bevorzugt ebenfalls metallische Außenstruktur 30 zu übertragen.The material strip usually has contact with the inside of the outer structure 30 and is connected to it. In this way, it is possible to transfer heat via the generally metallic strip material 34 to the preferably also metallic outer structure 30.

In dem hier gezeigten Beispiel windet sich das Bandmaterial um rohrförmig ausgebildete Ausnehmungen 36 im Gewebe 32. Der Querschnitt der Ausnehmungen 36 muss nicht kreisförmig sein, sondern kann rund sein. Die Ausnehmungen 36 können sich über einen Teil der Höhe des Wasserstoffspeichers 14 erstrecken. Die Ausnehmungen können unterbrochen sein oder Verbindungen zu anderen Ausnehmungen oder ähnlichen, beispielsweise lochähnlichen Strukturen aufweisen.In the example shown here, the band material winds around tubular recesses 36 in the fabric 32. The cross section of the recesses 36 does not have to be circular, but can be round. The recesses 36 can extend over part of the height of the hydrogen storage 14. The recesses can be interrupted or have connections to other recesses or similar, for example hole-like structures.

Insgesamt wird durch das offenporige Gewebe 32, die Materialbänder 34 und die Ausnehmungen 36 eine Innenstruktur 28 gebildet, die derart offenporig ist, dass Wasserstoff aufgenommen oder sorptionsfähiges Material (oder hydrierbares Material), z. B. ein Metallhydrid, zum Speichern von Wasserstoff eingefüllt werden kann.Overall, an internal structure 28 is formed by the open-pored fabric 32, the material strips 34 and the recesses 36, which is open-pored in such a way that hydrogen is absorbed or sorbable material (or hydrogenable material), e.g. B. a metal hydride, can be filled to store hydrogen.

Das offenporige Gewebe 32 und die Materialbänder 34 bilden insgesamt eine Stützstruktur im Inneren des Wasserstoffspeichers 14, die zur Stabilität und Festigkeit beitragen.The open-pored fabric 32 and the material strips 34 overall form a support structure inside the hydrogen storage 14, which contributes to stability and strength.

Da die Innenstruktur 28 derart offenporig ist, kann zum einen der Wasserstoff zwischen den einzelnen Strukturelementen aufgenommen werden. Zum anderen ist es möglich, in diese auch als „Infill“ bezeichnete Innenstruktur 28 ein hydriertes Material einzubringen, beispielsweise ein Metallhydrid, das als Pulver vorliegen kann, um Wasserstoff zu binden.Since the internal structure 28 is so open-pored, the hydrogen can be absorbed between the individual structural elements. On the other hand, it is possible to introduce a hydrogenated material into this internal structure 28, also known as an “infill”, for example a metal hydride, which can be in the form of a powder in order to bind hydrogen.

Während 2c einen Querschnitt durch den Wasserstoffspeicher 14 zeigt, stellt 2d einen Längsschnitt dar. Auch hier sind neben dem netzartigen Gewebe 32, bevorzugt aus Metall, Materialbänder 34 gezeigt, die mit den Innenseiten der Außenstruktur 30 verbunden sind. Das netzartige Gewebe 32 ist so ausgeformt, dass horizontal angeordnete rohrartige Ausnehmungen 36 gebildet werden, um ein Einfüllen von hydriertem Material zu ermöglichen und/oder um eine Aufnahme des Gases, insbesondere des Wasserstoffs, in dem Wasserstoffspeicher 14 zu ermöglichen. Sowohl das Gewebe 32 als auch die Materialbänder 34 bilden folglich die Stützstrukturen im Inneren des Speichers.While 2c shows a cross section through the hydrogen storage 14 2d shows a longitudinal section. Here too, in addition to the net-like fabric 32, preferably made of metal, material strips 34 are shown, which are connected to the inside of the outer structure 30. The net-like fabric 32 is shaped in such a way that horizontally arranged tube-like recesses 36 are formed in order to enable filling of hydrogenated material and/or to enable the gas, in particular hydrogen, to be absorbed into the hydrogen storage 14. Both the fabric 32 and the material strips 34 therefore form the support structures inside the storage.

Die 3a bis 3d zeigen eine Ausführungsform eines Wasserstoffspeichers 14 mit Kühlkanälen 42. In seiner Außenhülle 20 sind neben der Gasöffnung 22 auch Öffnungen 38 für ein Kühlmittel vorgesehen. Die Öffnungen 38 korrespondieren mit Verteilkanälen 40. Die Verteilkanäle 40 sind mit Kühlkanälen 42 verbunden, die ein Kühlmittel durch den Wasserstoffspeicher 14 führen.The 3a until 3d show an embodiment of a hydrogen storage 14 with cooling channels 42. In addition to the gas opening 22, openings 38 for a coolant are also provided in its outer shell 20. The openings 38 correspond to distribution channels 40. The distribution channels 40 are connected to cooling channels 42, which guide a coolant through the hydrogen storage 14.

In 3b ist zu sehen, dass sich Kühlmittelanschlüsse 44 zwischen dem Verteilkanal 40 zur Verteilung des Kühlmittels auf die Kühlkanäle 42 und den Öffnungen 38 für das Kühlmittel in der Außenhülle 20 erstrecken, um ein Kühlmittel, insbesondere ein Kühlfluid oder ein Kühlliquid, gasdicht bzw. flüssigkeitsdicht an den Wasserstoffspeicher 14 anzuschließen. An der Unterseite der Außenstruktur 30 sind ebenfalls Kühlmittelanschlüsse 44 vorgesehen, um das Kühlmittel wieder zu entnehmen, sodass ein Kühlmittelkreislauf entstehen kann, bei dem mittels einer externen Pumpe Kühlmittel durch den Wasserstoffspeicher 14 gepumpt werden kann.In 3b It can be seen that coolant connections 44 extend between the distribution channel 40 for distributing the coolant to the cooling channels 42 and the openings 38 for the coolant in the outer shell 20 in order to supply a coolant, in particular a cooling fluid or a cooling liquid, in a gas-tight or liquid-tight manner Connect hydrogen storage 14. Coolant connections 44 are also provided on the underside of the outer structure 30 in order to remove the coolant again men, so that a coolant circuit can be created in which coolant can be pumped through the hydrogen storage 14 using an external pump.

Der Verteilkanal 40 kann bevorzugt eine wannenartige Form aufweisen, um das in den Wasserstoffspeicher 14 einfließende Kühlmittel auf mehrere Kühlkanäle zu verteilen bzw. das Kühlmittel aus mehreren Kanälen zu sammeln, bevor es durch den am Boden angeordneten Kühlmittelanschluss abfließt.The distribution channel 40 can preferably have a trough-like shape in order to distribute the coolant flowing into the hydrogen storage 14 over several cooling channels or to collect the coolant from several channels before it flows out through the coolant connection arranged on the floor.

Die Kühlkanäle 42 im Inneren können beispielsweise spiralförmig angeordnet sein und erstrecken sich durch den Innenraum des Wasserstoffspeichers 14 und das netzartige Gewebe 32.The cooling channels 42 inside can, for example, be arranged spirally and extend through the interior of the hydrogen storage 14 and the net-like fabric 32.

Auf diese Weise ist eine effiziente Kühlung des Innenraums des Wasserstoffspeichers 14 möglich. Die von den Materialbändern hervorgerufene Wärmeabfuhr wird unterstützt. Selbstverständlich kann anstelle eines Kühlmittels zum Kühlen auch ein anderes Mittel oder Fluid durch die Kühlkanäle 42 gepumpt werden und strömen, z. B. um den Innenraum der Außenstruktur 30 zu heizen, etwa wenn Wasserstoff entnommen wird.In this way, efficient cooling of the interior of the hydrogen storage 14 is possible. The heat dissipation caused by the material strips is supported. Of course, instead of a coolant for cooling, another medium or fluid can also be pumped and flow through the cooling channels 42, e.g. B. to heat the interior of the outer structure 30, for example when hydrogen is removed.

Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.The invention has been comprehensively described and explained using the drawings and the description. The description and explanation are intended to be exemplary and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art upon use of the present invention and upon careful analysis of the drawings, disclosure and subsequent claims.

In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.In the claims, the words “comprise” and “including” do not exclude the presence of other elements or steps. The indefinite article “a” or “an” does not exclude the presence of a plural. A single element or unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims. An element, a unit, a device and a system can be implemented partially or completely in hardware and/or in software. The mere mention of some measures in several different dependent claims should not be taken to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously. A computer program may be stored/distributed on a non-volatile storage medium, such as optical storage or a solid-state drive (SSD). Reference symbols in the patent claims are not to be understood as limiting.

Claims

Method for producing a pressure accumulator (10) or a gas accumulator (12), in which a fluid with a predetermined gas pressure can be accommodated and which has a cooling structure in its interior, using a 3D printer, comprising the following steps: - Using pressure data describing a structure of the gas storage (12); - Feeding the print data to the 3D printer; - Melting the material intended for producing the gas storage (12) in the form of a filament or granules; - Feeding the melted material onto a printing plate of the 3D printer to produce the structure of the gas storage.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the gas storage (12) is a hydrogen storage (14).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a fluid-tight material.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the filament or granulate comprises a metal-plastic compound with an optional binder.

Method according to the preceding claim, characterized by the further steps: - carrying out a debinding process for breaking the connection of the plastic and / or dissolving or releasing the plastic; - Carrying out a sintering process to fuse the metal portion of the filament or granules.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in addition to an outer structure (30) of the gas storage (12), an inner structure (28) is also produced inside the gas storage (12), the inner structure (28) preferably being open-pored or also preferably Has holes or recesses (36), and wherein the inner structure (28) preferably forms the cooling structure.

Method according to the preceding claim, characterized in that the internal structure (28) has a supporting function and is preferably designed like a lamella and particularly preferably has a wave-like contour, preferably in the form of material strips 34.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a cooling channel (42) for receiving a cooling fluid is created in the interior or exterior or within a wall of the gas storage (12), which is preferably closed and has a connection for the cooling fluid at each end having.

Method according to the preceding claim, characterized in that the cooling channel (42) is designed in a spiral shape.

Method according to one of the preceding claims, characterized by a step of filling a gas-storing material, preferably a gas-sorbent material, into the interior of the gas storage (12), preferably a metal hydride, particularly preferably a powdery material.

Gas storage for holding a fluid with a predetermined gas pressure, the gas storage (12) having a cooling structure in its interior, produced according to a method according to one of the preceding claims.

Gas storage according to the preceding claim, characterized in that internal structures (28) are provided in the interior which have a supporting function and which are preferably wave-shaped, and in that a cooling channel (42) is arranged in the interior for receiving a cooling fluid, which is preferably closed and has a connection for the cooling fluid at each end, and that a gas-sorbent material, preferably a metal hydride, is arranged between the internal structures (28), preferably as a powder.

Pressure accumulator (10) or gas accumulator (12), whose structure or geometric shape can serve as a structural element.

Component or product which has a tank, a pressure accumulator (10) or a gas accumulator (12) according to Claim 1 comprises, wherein the tank, the pressure accumulator (10) or the gas storage (12) is a structural element in the component or product.