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Die Erfindung betrifft eine Tankanordnung für ein Fahrzeug. Des Weiteren zeigt die Erfindung ein Fahrzeug mit der Tankanordnung.
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Eine vorbekannte Tankanordnung in einem Fahrzeug zeigt beispielsweise
DE 10 2017 212 485 A1 . Offenbart sind mehrere, nebeneinander angeordnete Druckbehälter, die jeweils zur Aufnahme von verdichtetem Wasserstoff ausgebildet sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Tankanordnung für ein Fahrzeug anzugeben, die einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs bei gleichzeitiger Optimierung des benötigten Bauraums der Tankanordnung sicherstellt.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Zur Lösung der Aufgabe zeigt die Erfindung eine Tankanordnung für ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen.
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Die Tankanordnung umfasst mehrere, nebeneinander angeordnete Druckbehälter. Diese Druckbehälter bilden, wie noch beschrieben wird, ein zusammenhängendes Volumen zur Bevorratung von Brennstoff. Der zu bevorratende Brennstoff liegt dabei als verdichtetes Fluid vor. Insbesondere sind die Druckbehälter zur Bevorratung von verdichtetem Wasserstoff ausgebildet. Insbesondere sind die Druckbehälter zur Bevorratung des Brennstoffs mit einem Druck zwischen 200 und 1000 Bar ausgebildet.
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Im Folgenden wird die Ausgestaltung der einzelnen Druckbehälter im Detail beschrieben. Dabei ist stets bevorzugt vorgesehen, dass mehrere der Druckbehälter, besonders bevorzugt alle der Druckbehälter, dementsprechend ausgestalte sind, sofern dies nicht im Detail anders erläutert wird.
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Die Druckbehälter erstrecken sich jeweils entlang ihrer Länge. Senkrecht zur Länge der Druckbehälter ist ein Durchmesser, insbesondere Innendurchmesser, der Druckbehälter definiert. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Länge des jeweiligen Druckbehälters größer ist als der Durchmesser. Besonders bevorzugt weisen die Druckbehälter einen zylindrischen Querschnitt auf.
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Für die Beschreibung der Tankanordnung sind eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite definiert. Die Druckbehälter erstrecken sich mit ihrer Länge bzw. entlang ihrer Länge jeweils von der ersten Seite zu der zweiten Seite. Hierbei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Druckbehälter parallel zueinander liegen.
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An der ersten Seite sind die Druckbehälter, insbesondere alle Druckbehälter, untereinander zur Verteilung des Brennstoffs auf die einzelnen Druckbehälter verbunden. Durch diese Verbindung stellen die Druckbehälter zusammen ein gemeinsames Volumen zur Bevorratung des Brennstoffs dar. Insbesondere ist die Verbindung der Druckbehälter untereinander so ausgestaltet, dass in jedem Druckbehälter stets der gleiche Druck herrscht. Beim Befüllen mit und/oder bei Entnahme von Brennstoff, kann kurzzeitig in den Druckbehältern unterschiedlicher Druck vorherrschen, der sich jedoch durch die Verbindungen unmittelbar ausgleicht.
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Auf der zweiten Seite, also gegenüberliegend zur ersten Seite, befindet sich an einem der Druckbehälter ein Befüll-/Entnahme-Anschluss. Dieser eine Druckbehälter ist vorzugsweise baugleich zu den anderen Druckbehältern, wird aber im Folgenden als Anschluss-Druckbehälter bezeichnet, da eben an diesem Druckbehälter sich der Befüll-/Entnahme-Anschluss befindet. Dieser Befüll-/Entnahme-Anschluss ist zum Befüllen der Druckbehälter mit Brennstoff und/oder zur Entnahme des Brennstoffs aus den Druckbehältern ausgebildet.
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Da die Druckbehälter auf der ersten Seite untereinander zur Verteilung des Brennstoffs verbunden sind, ist es möglich, die Befüllung und/oder die Entnahme an der zweiten Seite über lediglich einen der Druckbehälter, nämlich den sog. Anschluss-Druckbehälter, zu realisieren. Bei einem Befüllvorgang strömt der Brennstoff an der zweiten Seite über den Befüll-/Entnahme-Anschluss in den Anschluss-Druckbehälter. Durch den Anschluss-Druckbehälter hindurch strömt der Brennstoff bis zur ersten Seite. Auf der ersten Seite verteilt sich der Brennstoff über die Verbindungen auf die anderen Druckbehälter. Dadurch wird der Anschluss-Druckbehälter sowohl als „Leitung“ von der ersten zur zweiten Seite als auch als Volumen zur Bevorratung verwendet.
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Bei der Entnahme des Brennstoffs erfüllt der Anschluss-Druckbehälter eine sehr ähnliche Funktion. Dabei strömt der Brennstoff aus dem Anschluss-Druckbehälter und den Befüll-/Entnahme-Anschluss in Richtung eines Verbrauchers, beispielsweise einer Brennstoffzelle. Gleichzeitig strömt der Brennstoff an der ersten Seite aus den anderen Druckbehältern entsprechend in den Anschluss-Druckbehälter nach.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass auf der einen Seite (erste Seite) die Druckbehälter untereinander verbunden sind, wobei diese Verbindungen naturgemäß einen gewissen Bauraum in Anspruch nehmen. Auf der gegenüberliegenden Seite (zweite Seite) befindet sich der Befüll-/Entnahme-Anschluss, der ebenfalls einen gewissen Bauraum in Anspruch nimmt. Da erfindungsgemäß die Verbindungen auf der einen sind und der Befüll-/Entnahme-Anschluss auf der anderen Seite ist, kann ein im Fahrzeug zur Verfügung stehender Bauraum optimal ausgenutzt werden. Es ist nicht nötig, auf nur einer Seite der Druckbehälter übermäßig viel Bauraum für die Verbindungen und für den Anschluss bereitzustellen. Dies ist insbesondere möglich, da der Anschluss-Druckbehälter nicht nur zur Bevorratung des Brennstoffs, sondern auch zur Durchleitung des Brennstoffs von der zweiten Seite auf die erste Seite beim Befüllen sowie von der ersten Seite auf die zweite Seite bei der Entnahme genutzt wird.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sich an nur einem Druckbehälter der Befüll-/Entnahme-Anschluss befindet und die anderen Druckbehälter an der zweiten Seite verschlossen sind. An der ersten Seite ist insbesondere weder eine Befüllung noch eine Entnahmen vorgesehen. Dabei ist jedoch zu verstehen, dass sich „verschlossen“ darauf bezieht, dass an dieser Seite kein Befüllen und keine Entnahme des Brennstoffs stattfindet. Es kann sich jedoch an dieser Stelle beispielsweise ein Sicherheitsventil zum Ablassen des Brennstoffs befinden. So ist unter „Entnahme“ insbesondere zu verstehen, dass der Brennstoff zur Verwendung in einem Verbraucher entnommen wird; und nicht etwa aus Sicherheitsgründen abgelassen wird.
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Vorzugsweise umfasst die Tankanordnung zumindest 3, insbesondere zumindest 4, der Druckbehälter. Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Tankanordnung höchstens 20, vorzugsweise höchstens 15, der Druckbehälter umfasst. Allerdings ist es auch möglich, dass in den Fahrzeugen mehrere der hier beschriebenen Tankanordnungen verwendet werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Druckbehälter, insbesondere alle Druckbehälter, an der ersten Seite jeweils eine erste Öffnung aufweisen. Die jeweilige erste Öffnung weist vorzugsweise ein Gewinde, insbesondere Innengewinde, auf.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Öffnung der Druckbehälter an der ersten Seite mittels Verteilverschlüssen verschlossen ist. So befindet sich vorzugsweise an jeder ersten Öffnung solch ein Verteilverschluss, der insbesondere mit dem Gewinde der ersten Öffnung verschraubt ist.
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Jeder einzelne Verteilverschluss ist vorzugsweise an zumindest einem weiteren Verteilverschluss angeschlossen. Dadurch sind die Druckbehälter untereinander zur Verteilung des Brennstoffs verbunden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein einzelner Verteilverschluss an einem weiteren Verteilverschluss oder an zwei weitere Verteilverschlüsse angeschlossen ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere sinnvoll, wenn alle Druckbehälter in einer Ebene nebeneinanderliegen, da hierbei der einzelne Druckbehälter zwei benachbarte Druckbehälter hat, die über den Verteilverschluss anzuschließen sind; mit Ausnahme der beiden außenliegenden Druckbehälter, die über den Verteilverschluss an lediglich einen anderen Druckbehälter anzuschließen sind.
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Für die Verbindung der Verteilverschlüsse untereinander, werden insbesondere kurze Rohrstücke oder Schlauchstücke verwendet. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Verteilverschlüsse untereinander direkt miteinander verbunden sind.
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Insbesondere sind die Verteilverschlüsse stets offen, sodass stets ein Druck- und Medienausgleich zwischen den Druckbehältern möglich ist.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in zumindest einem Verteilverschluss ein thermisch auslösendes Sicherheitsventil integriert ist. Dieser Verteilverschluss ist somit gleichzeitig als TPRD-Vorrichtung (thermal pressure relief device) ausgestaltet.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in zumindest einem Verteilverschluss ein Temperatursensor integriert ist. Mit diesem Temperatursensor kann an der entsprechenden Stelle die Temperatur des Brennstoffs ermittelt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Druckbehälter, insbesondere alle Druckbehälter, an der zweiten Seite jeweils eine zweite Öffnung aufweisen. Auch die zweite Öffnung weist insbesondere ein Gewinde, vorzugsweise Innengewinde, auf.
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An der zweiten Öffnung des Anschluss-Druckbehälters befindet sich vorzugsweise der Befüll-/Entnahme-Anschluss. Dieser ist vorzugsweise mit dem Gewinde der zweiten Öffnung verschraubt.
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In einer einfachen Ausgestaltung dient der Befüll-/Entnahme-Anschluss lediglich zum Anschließen einer entsprechenden Leitung. Über diese, als „gemeinsame Leitung“ bezeichnet, kann mit wechselnder Fließrichtung sowohl das Befüllen als auch die Entnahme des Brennstoffs ermöglicht werden.
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In alternativer, bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass der Befüll-/Entnahme-Anschluss eine Ventileinheit umfasst. An diese Ventileinheit kann sowohl die Zuleitung zum Befüllen auch als eine separate Ableitung zur Entnahme angeschlossen werden. Die Ventileinheit ist dabei entsprechend ansteuerbar, so dass das Innere des Anschluss-Druckbehälters entweder mit der Zuleitung oder mit der Ableitung fluidleitend in Verbindung steht.
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Der Befüll-/Entnahme-Anschluss mit Ventileinheit ist insbesondere direkt, also ohne dazwischenliegender Leitungsstücke, an den Anschluss-Druckbehälter angeschlossen.
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Die zweiten Öffnungen aller Druckbehälter - mit Ausnahme des Anschluss-Druckbehälters - sind vorzugsweise über Blindverschlüsse verschlossen.
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Die Blindverschlüsse verschließen die Druckbehälter an der zweiten Seite grundsätzlich; wobei es möglich ist, dass in den Blindverschluss ein Sicherheitsventil integriert ist oder angeschlossen ist. Bei diesem Sicherheitsventil handelt es sich vorzugsweise um ein thermisch auslösendes Sicherheitsventil, also eine TPRD-Vorrichtung (thermal pressure relief device).
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest einer Blindverschlüsse einen Temperatursensor aufweist.
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Wie bereits erwähnt, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Druckbehälter alle in einer Ebene liegen. Abweichend davon ist es auch möglich, die Druckbehälter in mehreren Ebenen, beispielsweise mehrere Druckbehälter übereinander, anzuordnen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Anschluss-Druckbehälter zwischen zumindest zwei der anderen Druckbehälter angeordnet ist; der Anschluss-Druckbehälter ist somit nicht ganz außen angeordnet.
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Die einzelnen Druckbehälter können aus Stahl ohne einer weiteren, stabilisierenden Ummantelung, gebildet sein. Alternativ hierzu ist zum Beispiel vorgesehen, dass die Druckbehälter aus einem inneren, dichten Körper aus Stahl oder Kunststoff gebildet sind, der von einer faserverstärkten, insbesondere glasfaserverstärkten oder kohlefaserverstärkten, Kunststoffschicht umgeben ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass alle verwendeten Druckbehälter die gleiche Länge aufweisen. Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass alle verwendeten Druckbehälter den gleichen Durchmesser aufweisen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass alle verwendeten Druckbehälter baugleich sind.
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Wie erwähnt, sind am einzelnen Druckbehälter eine Länge und ein Durchmesser definiert. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Druckbehälter, insbesondere alle Druckbehälter, jeweils ein Verhältnis des Durchmessers zur Länge wie folgt aufweisen: Das Verhältnis beträgt vorzugsweise höchsten 0,5, weiter vorzugsweise höchstens 0,4, weiter vorzugsweise höchsten 0,3. Zusätzlich oder alternativ beträgt das Verhältnis vorzugsweise zumindest 0,01, weiter vorzugsweise zumindest 0,05, weiter vorzugsweise zumindest 0,07.
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Die Erfindung zeigt ferner ein Fahrzeug, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen. Das Fahrzeug umfasst zumindest eine der beschriebenen Tankanordnungen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Betankungsvorrichtung umfasst. An diese Betankungsvorrichtung kann eine tankstellenseitige Zapfpistole angeschlossen werden, um den Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, in die Tankanordnung zu füllen. Der Befüll-/Entnahme-Anschluss ist im Fahrzeug über zumindest eine Leitung an die Betankungsvorrichtung angeschlossen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Fahrzeug einen Verbraucher, insbesondere eine Brennstoffzelle, umfasst. Auch der Verbraucher ist über zumindest eine Leitung an den Befüll-/Entnahme-Anschluss angeschlossen.
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Wie bereits erläutert, kann der Befüll-/Entnahme-Anschluss eine entsprechende Ventileinheit umfassen. An diese Ventileinheit ist sowohl die Zuleitung von der Betankungsvorrichtung als auch die Ableitung zum Verbraucher angeschlossen.
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In der alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, dass an den Befüll-/Entnahme-Anschluss lediglich eine gemeinsame Leitung angeschlossen wird. Die gemeinsame Leitung führt zu einer ähnlichen Ventileinheit, die jedoch nicht unmittelbar am Anschluss-Druckbehälter angeordnet ist. An diese Ventileinheit wiederum sind die entsprechenden Leitungen zur Verbindung mit der Betankungsvorrichtung und dem Verbraucher angeschlossen.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit erfindungsgemäßer Tankanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 die erfindungsgemäße Tankanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel in einer ersten Variante, und
- 3 die erfindungsgemäße Tankanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel in einer zweiten Variante.
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1 zeigt ein Fahrzeug 100. Rein schematisch dargestellt ist, dass das Fahrzeug 100 eine Tankanordnung 1, eine Betankungsvorrichtung 101 und einen Verbraucher 102 umfasst. Die Betankungsvorrichtung 101 ist zum Anschluss einer tankstellenseitigen Zapfpistole ausgebildet, beispielsweise um die Tankanordnung 1 mit Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, zu befüllen. Der Verbraucher 102 ist beispielsweise eine Brennstoffzelle, die mit dem Wasserstoff versorgt wird.
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2 und 3 zeigen rein schematisch den Aufbau der Tankanordnung 1 in zwei Varianten. Zunächst werden die Gemeinsamkeiten der beiden Varianten in 2 und 3 erläutert. Daraufhin wird auf die Unterschiede eingegangen.
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Die Tankanordnung 1 umfasst mehrere Druckbehälter 2. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sieben Druckbehälter 2 vorgesehen, die alle baugleich sind und parallel nebeneinander angeordnet sind.
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Die einzelnen Druckbehälter weisen jeweils eine Länge 5 und einen senkrecht dazu definierten Durchmesser 6 auf. Mit ihrer Länge 5 erstrecken sich die Druckbehälter 2 von einer ersten Seite 3 zu einer zweiten Seite 4.
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An der ersten Seite 3 weist jeder Druckbehälter 2 eine erste Öffnung 7 mit einem entsprechenden Innengewinde auf. Jede erste Öffnung 7 ist durch einen Verteilverschluss 10 verschlossen. Jeder Verteilverschluss 10 ist über eine Verbindungsleitung 14 mit zumindest einem weiteren Verteilverschluss 10 verbunden.
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Gezeigt ist, dass die fünf innenliegenden Druckbehälter 2 über den Verteilverschluss 10 mit jeweils zwei benachbarten Druckbehältern 2 verbunden sind. Die beiden außenliegenden Druckbehälter 2 sind lediglich mit einem weiteren Druckbehälter 2 verbunden.
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An der zweiten Seite 4 weist jeder Druckbehälter 2 eine zweite Öffnung 8 auf. Der mittlere Druckbehälter 2, auch als Anschluss-Druckbehälter bezeichnet, weist an seiner zweiten Öffnung 8 einen Befüll-/Entnahme-Anschluss 9 auf, der noch im Detail beschrieben wird. Alle anderen Druckbehälter 2 sind an der zweiten Öffnung 8 mit einem Blindverschluss 12 verschlossen.
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Zumindest einzelne der Verteilverschlüsse 10 und Blindverschlüsse 12 können ein Sicherheitsventil 11 aufweisen oder an ein solches angeschlossen sein, wie dies im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert ist.
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Darüber hinaus können zumindest einzelne der Verteilverschlüsse 10 und Blindverschlüsse 12 einen Temperatursensor 13 aufweisen, wie dies im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert ist.
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Gemäß der schematischen Darstellung in 2, umfasst der Befüll-/Entnahme-Anschluss 9 eine Ventileinheit 15. Diese Ventileinheit 15 ist über eine Zuleitung 16 mit der Betankungsvorrichtung 101 verbunden. Des Weiteren ist die Ventileinheit 15 über eine Ableitung mit dem Verbraucher 102 verbunden. Durch entsprechendes Ansteuern der Ventileinheit 15 kann der Befüll-/Entnahme-Anschluss 9 wahlweise mit der Betankungsvorrichtung 101 oder mit dem Verbraucher 102 verbunden werden.
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3 zeigt in rein schematischer Darstellung eine Variante zu 2. Demgemäß ist der Befüll-/Entnahme-Anschluss 9 über eine gemeinsame Leitung 18 mit der Ventileinheit 15 verbunden. Diese befindet sich nicht unmittelbar an dem Anschluss-Druckbehälter 2. Wie 3 in schematischer Darstellung zeigt, ist die Ventileinheit 15, genauso wie in 2, über die Zuleitung 16 mit der Tankvorrichtung 101 und über die Ableitung 17 mit dem Verbraucher 102 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tankanordnung
- 2
- Druckbehälter
- 3
- erste Seite
- 4
- zweite Seite
- 5
- Länge
- 6
- Durchmesser
- 7
- erste Öffnungen
- 8
- zweite Öffnungen
- 9
- Befüll-/Entnahme-Anschluss
- 10
- Verteilverschluss
- 11
- Sicherheitsventil
- 12
- Blindverschluss
- 13
- Temperatursensor
- 14
- Verbindungsleitungen
- 15
- Ventileinheit
- 16
- Zuleitung
- 17
- Ableitung
- 18
- gemeinsame Leitung
- 100
- Fahrzeug
- 101
- Betankungsvorrichtung
- 102
- Verbraucher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017212485 A1 [0002]