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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserstoffversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug.
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Wasserstoffversorgungssysteme kommen in mannigfaltigen Ausführungsformen bei wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen zu Wasser, zur Luft und zu Land (z.B. in Schiffen, Flugzeugen, Drohnen, LKW, Bussen, Sonderfahrzeugen oder Personenkraftwagen) zum Einsatz, um jeweils eine Energiewandlungseinheit - typischerweise eine Brennstoffzelle oder einen Verbrennungsmotor - mit Wasserstoff zu versorgen. Hierzu kann das Wasserstoffversorgungssystem mit Wasserstoff gespeist (betankt) werden und ist in der Lage diesen zu speichern und bedarfsgerecht an die Energiewandlungseinheit abzugeben. Typischerweise umfasst das Wasserstoffversorgungssystem hierzu (im weitesten Sinne zylindrische) Hochdrucktanks, die geeignet sind Wasserstoff bei einem Druck von bis zu 1000 bar zu speichern.
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Angesichts der extrem hohen Drücke, der Flüchtigkeit und Brennbarkeit (sowie des damit verbundenen hohen Explosionsrisikos) des Wasserstoffs und der Werkstoffbelastungen durch die Wasserstoffdiffusion stellt die Speicherung von Wasserstoff dabei extrem hohe Anforderungen an das Wasserstoffversorgungssystem. Vor diesem Hintergrund können Lösungen aus dem CNG-Bereich (Compressed Natural Gas) typischerweise nicht übernommen werden.
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Da die mechanische Belastung eines Hochdrucktanks in erster Näherung proportional mit dessen Durchmesser ansteigt, werden aus Gründen der mechanischen Stabilität typischerweise, anstelle eines einzigen großen Tanks, mehrere kleinere Tanks verwendet. Jeder Tank ist dabei typischerweise mit einem eigenen sogenannten On-Tank-Valve (OTV) ausgestattet, welches neben diversen Sicherheitseinrichtungen auch ein elektronisch ansteuerbares Tankentnahmeventil aufweist. Mittels des Tankentnahmeventils kann der jeweilige Tank fluidisch mit der Energiewandlungseinheit verbunden bzw. von dieser getrennt werden. In diesem Zusammenhang sei beispielhaft auf die Veröffentlichung
DE 102020105303 A1 verwiesen.
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In jüngster Vergangenheit wurde vermehrt die Verwendung von sogenannten Tankregistern vorgeschlagen. Hierzu wird eine Vielzahl von relativ langen und schmalen zylindrischen Tanks in einer gemeinsamen Ebene dicht aneinandergereiht angeordnet. Das Tankregister weist dadurch eine flache, matratzenartige Form auf, was es für eine Unterbringung am Fahrzeugboden prädestiniert. Die einzelnen Tanks des Tankregisters sind dabei typischerweise über eine gemeinsame starre Leiste miteinander verbunden. Die Leiste verleiht dem Tankregister dabei zum einen mechanische Stabilität, zum anderen stellt sie eine fluidische Verbindung zwischen den einzelnen Tanks her. Die Druckschriften
WO 2021220128 A1 sowie
WO 2021209876 A1 offenbaren derartige Tankregister.
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In der Druckschrift
WO 2022189102 A1 wird ein Wasserstoffversorgungssystem beschrieben, welches sowohl ein Tankregister als auch einen vom Tankregister separaten einzelnen Tank aufweist. Die Leiste des Tankregisters sowie der separate, einzelne Tank weisen dabei jeweils ein elektronisch ansteuerbares Tankentnahmeventil auf und sind über ein Leitungssystem mit einem Druckminderer bzw. einer Energiewandlungseinheit verbunden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Wasserstoffversorgungssystem der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, welches sich durch eine verbesserte Praxistauglichkeit auszeichnet, insbesondere in Bezug auf effiziente Bauraumausnutzung, Wartungsfreundlichkeit, Langlebigkeit sowie Wirtschaftlichkeit.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Wasserstoffversorgungssystem gemäß Anspruch 1 sowie das wasserstoffbetriebene Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 15. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das Wasserstoffversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst dabei
- - mindestens zwei Hochdrucktanks mit jeweils einem Anschlussstutzen, und
- - eine Verteilerleitungsanordnung, die über die Anschlussstutzen an die Hochdrucktanks angeschlossen ist, wobei
- - die Anschlussstutzen jeweils einen ersten Kanal aufweisen, über den der jeweilige Hochdrucktank zur Wasserstoffbefüllung und zur Wasserstoffentnahme mit der Verteilerleitungsanordnung fluidisch verbindbar ist, und in dem ein Überströmventil (ÜSV) angeordnet ist,
- - die Anschlussstutzen jeweils einen zweiten Kanal aufweisen, in dem ein thermisches Druckentlastungsventil (TPRD) angeordnet ist und über den Wasserstoff aus dem jeweiligen Hochdrucktank ablassbar ist,
- - die Verteilerleitungsanordnung als eine Verteilerhauptleitung mit in die Verteilerhauptleitung mündenden Stichleitungen ausgeführt ist, wobei die Anzahl der Stichleitungen mit der Anzahl der Hochdrucktanks übereinstimmt,
- - über die Stichleitungen jeweils einer der ersten Kanäle der Anschlussstutzen mit der Verteilerhauptleitung fluidisch verbunden ist,
- - dem Wasserstoffversorgungssystem über einen Einlass der Verteilerhauptleitung Wasserstoff zuführbar und über einen Auslass der Verteilerhauptleitung Wasserstoff entnehmbar ist,
- - die Verteilerhauptleitung stromabwärts des Einlasses ein Rückschlagventil aufweist,
- - das Wasserstoffversorgungssystem eine einzige elektronisch ansteuerbare Tankentnahmeventilanordnung aufweist, die in der Verteilerhauptleitung stromaufwärts des Auslasses angeordnet ist, und
- - die Verteilerhauptleitung, die Stichleitungen und die Anschlussstutzen jeweils als separate Komponenten ausgeführt sind.
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Die Erfindung basiert dabei maßgeblich auf der Erkenntnis, dass sich durch die erfindungsgemäße Aufteilung von Ventilfunktionalitäten auf die Anschlussstutzen und die Verteilerhauptleitung sowie durch die Ausführung von Anschlussstutzen, Stichleitungen und Verteilerhauptleitung als separate Komponenten (Komponentenkonzept) im synergetischen Zusammenspiel eine einzigartige Vorteilskombination realisieren lässt.
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Zum einen ermöglicht die erfindungsgemäße Aufteilung von Ventilfunktionalitäten auf die Anschlussstutzen und die Verteilerhauptleitung, dass die Hochdrucktanks (die von unterschiedlicher Größe sein können) ohne Sicherheitseinbußen unabhängig voneinander über das Fahrzeug hinweg verteilt angeordnet werden können und nicht zwingend als kompakter Registertank ausgeführt werden müssen. Denn durch die Unterbringung eines Überstromventils und eines thermischen Druckentlastungsventils in jedem Anschlussstutzen können auch große Abstände zwischen den Hochdrucktanks ohne Sicherheitseinbußen realisiert werden. Der im Fahrzeug vorhandene Bauraum kann somit effizient und möglichst vollständig mit Hochdrucktanks ausgefüllt werden. Der Einbau, das Anbinden, das Warten sowie der Ausbau von weiter voneinander entfernten und passgenau in den vorhandenen Bauraum eingebetteten Hochdrucktanks wird dabei durch die separate Ausführung von Anschlussstutzen, Stichleitungen und Verteilerhauptleitung deutlich vereinfacht.
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Zum anderen wird durch die erfindungsgemäße Aufteilung von Ventilfunktionalitäten auf die Anschlussstutzen und die Verteilerhauptleitung eine signifikante Reduktion der Anzahl der benötigten Ventile unter Beibehaltung höchster Sicherheitsstandards ermöglicht. Das gesamte Wasserstoffversorgungssystem kommt mit einer einzigen elektronisch ansteuerbaren Tankentnahmeventilanordnung sowie einem einzigen Rückschlagventil aus. Dadurch können die Wirtschaftlichkeit und die Zuverlässigkeit verbessert und der Ressourcenverbrauch sowie die Komplexität des Systems reduziert werden. Das Wasserstoffversorgungssystem kann dabei zwei, drei, vier, fünf oder mehr Hochdrucktanks umfassen, die identisch oder unterschiedlich groß ausgeführt sein können. Mit steigender Anzahl der Hochdrucktanks treten die skizzierten Vorteile der Erfindung dabei umso deutlicher zu Tage. Durch die Anordnung des Rückschlagventils in der Verteilerhauptleitung - und nicht im Anschlussstutzen eines jeden Hochdrucktanks - wird dabei erst ermöglicht, dass sowohl das Befüllen des Hochdrucktanks mit Wasserstoff als auch die Entnahme von Wasserstoff aus dem Hochdrucktank (im Normalbetrieb) jeweils über einen einzigen gemeinsamen Strömungspfad (den ersten Kanal) erfolgen kann.
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Darüber hinaus wird durch die Ausführung der Anschlussstutzen, der Stichleitungen und der Verteilerhauptleitung als separate Komponenten eine einfache Montage des Systems im Fahrzeug ermöglicht; denn die separaten Komponenten sind leichter handhabbar und damit einfacher in komplexe Bauraumgeometrien einpassbar. Ferner können einzelne Stichleitungen (sowie die Verteilerhauptleitung) bedarfsgerecht und unabhängig voneinander als Rohr oder als Schlauch ausgeführt werden, wodurch deren Montierbarkeit noch weiter verbessert wird. Zudem befördert die Ausführung der Anschlussstutzen, der Stichleitungen und der Verteilerhauptleitung als separate Komponenten deren leichte Austauschbarkeit. Dies kommt der Reparaturfreundlichkeit und somit der Langlebigkeit und Wirtschaftlichkeit des Systems zugute.
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Im Folgenden soll auf einzelne Merkmale des erfindungsgemäßen Wasserstoffversorgungssystems detaillierter eingegangen werden.
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Die in den ersten Kanälen angeordneten Überströmventile (ÜSV) werden auch als Rohrbruchsicherungsventile oder Durchflussmengenbegrenzer bezeichnet und verhindern einen unkontrollierten Austritt von Wasserstoff aus dem jeweiligen Hochdrucktank bei Bruch einer an den Tank angeschlossenen Leitung. Hierzu weist ein Überströmventil typischerweise ein Schließelement auf, welches während des fehlerfreien Normalbetriebs den Wasserstofffluss durch das Überströmventil freigibt (Ausgangslage), diesen aber unterbricht oder zumindest reduziert (drosselt), wenn ein spezifischer Wasserstofffluss überschritten wird. Typischerweise wird der Schließkörper durch einen Federmechanismus reversibel wieder in die Ausgangslage zurückgestellt, wenn der Wasserstoffdurchfluss (bzw. die Druckdifferenz) wieder unter einen gewissen Schwellwert sinkt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der Überströmventile in den Anschlussstutzen der Hochdrucktanks (und nicht in der Verteilerhauptleitung) ist dabei ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit. Denn auf diese Weise können die Überströmventile auch dann ein unkontrolliertes Ausströmen von Wasserstoff aus den Hochdrucktanks verhindern, wenn ein Bruch in einer der Stichleitungen oder der Verteilerhauptleitung auftritt. Vor diesem Hintergrund wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Überströmventile in den Anschlussstutzen der Hochdrucktanks erst ermöglicht, dass das erfindungsgemäße Wasserstoffversorgungssystem ohne Sicherheitseinbußen auch für Hochdrucktanks verwendet werden kann, die weiter voneinander entfernt angeordnet und damit mit einer längeren Stichleitung an die Verteilerhauptleitung angebunden sind. Denn mit steigender Länge der Stichleitung steigt auch deren Bruchrisiko. Das erfindungsgemäße Wasserstoffversorgungssystem ist somit ausdrücklich auch für Hochdrucktanks geeignet, die nicht kompakt als Registertanks gruppiert bzw. angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von über das gesamte Fahrzeug verteilten Hochdrucktanks ohne Sicherheitseinbußen an eine einzige Verteilerhauptleitung angebunden sein.
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Die in den zweiten Kanälen angeordneten thermischen Druckentlastungsventile werden auch als Thermal Pressure Relief Devices (TPRD) bezeichnet und sind thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtungen, die dafür sorgen, dass im Notfall beim Erreichen einer spezifischen Auslösetemperatur der im jeweiligen Hochdrucktank gespeicherte Wasserstoff über den zweiten Kanal des jeweiligen Anschlussstutzens (insbesondere) in die Umgebung (z.B. über eine am Fahrzeugdach angebrachte Ablassöffnung) abgelassen wird. In diesem Zusammenhang wird auch von einem thermisch aktivierten Entleeren des Hochdrucktanks gesprochen. Ein thermisches Druckentlastungsventil umfasst zu diesem Zweck ein Auslöseelement, welches insbesondere als Berstkörper oder Schmelzlot ausgeführt sein kann, und beim Erreichen der Auslösetemperatur einen Verschlusskörper freigibt. Durch dieses Freigeben des Verschlusskörpers entsteht dann eine Öffnung im zweiten Kanal, durch die der Wasserstoff des jeweiligen Hochdrucktanks (insbesondere) in die Umgebung entweichen kann. Typischerweise ist das Freigeben des Verschlusskörpers ein irreversibler Vorgang; das heißt, ist ein Verschlusskörper erstmal freigegeben und das thermische Druckentlastungsventil geöffnet, bleibt dieses auch dann geöffnet, wenn die Temperatur erneut unter die Auslösetemperatur des Druckentlastungsventils sinkt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der thermischen Druckentlastungsventile in den Anschlussstutzen der Hochdrucktanks (und nicht in der Verteilerhauptleitung) ist dabei auch ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit. Zum einen wird dadurch erst ermöglicht, dass das thermisch aktivierte Entleeren tankindividuell stattfinden kann und somit nur so viel wie nötig, aber gleichzeitig so wenig wie möglich Wasserstoff in die Umgebung freigesetzt wird. Zum anderen erfolgt die thermische Aktivierung der Druckentlastungsventile auf Grundlage der thermischen Belastung des jeweiligen Hochdrucktanks. Dieses tankindividuelle Entleeren ist der Sicherheit zuträglich und wird umso relevanter, je weiter die einzelnen Hochdrucktanks voneinander entfernt sind; denn mit wachsender Entfernung der Hochdrucktanks untereinander können auch die Unterschiede bezüglich deren thermischer Belastung größer werden.
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Dadurch, dass das thermische Druckentlastungsventil und das Überströmventil jeweils gemeinsam in einem Anschlussstutzen angeordnet sind, werden besonders einfach aufgebaute Hochdrucktanks mit nur einem einzigen Anschlussstutzen ermöglicht.
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Die in der Verteilerhauptleitung angeordnete elektronisch ansteuerbare Tankentnahmeventilanordnung umfasst ein elektronisch ansteuerbares Tankentnahmeventil oder mehrere fluidisch parallel geschaltete elektronisch ansteuerbare Tankentnahmeventile. Die Tankentnahmeventile sind dabei als Absperrventile ausgeführt. Die elektronische Ansteuerung der Tankentnahmeventilanordnung (bzw. des Tankentnahmeventils) erfolgt dabei typischerweise in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand über ein Steuergerät des Wasserstoffversorgungssystems.
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Die Bezeichnung „elektronisch ansteuerbar“ bezieht sich dabei insbesondere darauf, dass das mindestens eine Tankentnahmeventil der Tankentnahmeventilanordnung durch ein elektronisches Steuersignal in einen geöffneten bzw. einen geschlossenen Zustand versetzt werden kann. Das elektronische Steuersignal bewirkt dabei, dass ein elektronisch ansteuerbarer (z.B. elektro-mechanischer oder elektromagnetischer) Aktuator der Tankentnahmeventilanordnung einen Ventilkörper entsprechend (in den geöffneten bzw. den geschlossenen Zustand) bewegt. Die Bezeichnungen „elektronisch ansteuerbares Ventil“ und „elektronisch betätigbares Ventil“ werden dabei synonym verwendet. Ein elektronisch betätigbares Ventil grenzt sich von einem manuell betätigbaren Ventil auch dadurch ab, dass ein elektronisch ansteuerbarer Aktuator den Ventilkörper bewegt - und nicht die manuelle Muskelkraft eines Benutzers.
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Über den Auslass der Verteilerhauptleitung kann eine Energiewandlungsvorrichtung, insbesondere eine Brennstoffzelle oder eine Verbrennungsmotor, mit Wasserstoff versorgt werden, der zuvor den Hochdrucktanks durch die ersten Kanäle entnommen wurde. Die Energiewandlungsvorrichtung ist damit stromabwärts vom Auslass angeordnet und mit diesem fluidisch verbunden.
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Die Tankentnahmeventilanordnung dient dabei dazu im Normalbetrieb die fluidische Verbindung zwischen der Verteilerhauptleitung und einer stromabwärts vom Auslass der Verteilerhauptleitung angeordneten Energiewandlungsvorrichtung zu unterbrechen bzw. freizugeben. Dabei wird die fluidische Verbindung beispielsweise freigegeben, wenn die Energiewandlungsvorrichtung in Betrieb genommen wird, und unterbrochen, wenn die Energiewandlungsvorrichtung außer Betrieb genommen oder eine Fehlfunktion im Wasserstoffversorgungssystem detektiert wird.
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Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Tankentnahmeventil der Tankentnahmeventilanordnung das einzige elektronisch ansteuerbare Absperrventil des Wasserstoffversorgungssystems, das angesteuert wird, um im Normalbetrieb eine nachgeschaltete Energiewandlungsvorrichtung mit Wasserstoff zu versorgen bzw. deren Wasserstoffversorgung zu unterbinden. Insbesondere gibt es keine elektronisch ansteuerbaren Absperrventile in den Anschlussstutzen der Hochdrucktanks. Auf diese Weise kann die Anzahl der elektronisch ansteuerbaren Absperrventile des Wasserstoffversorgungssystems auf ein Minimum reduziert werden, was sich vorteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit, die Komplexität und die Zuverlässigkeit des Systems auswirkt.
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Stromaufwärts vom Einlass der Verteilerhauptleitung ist sinnvollerweise eine Art Tankstutzen angeordnet, über den das Wasserstoffversorgungssystem (bzw. die Hochdrucktanks) mit Wasserstoff befüllt bzw. betankt werden können. Das Rückschlagventil verhindert in diesem Fall das unerwünschte Zurückströmen von Wasserstoff vom Wasserstoffversorgungssystem in Richtung Tankstutzen.
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Die Verteilerhauptleitung weist Stichleitungsanschlüsse auf, an denen die Stichleitungen mit der Verteilerhauptleitung, insbesondere durch Verschrauben, fluidisch verbunden werden.
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Jeder Anschlussstutzen ist mittels einer Stichleitung mit der Verteilerhauptleitung fluidisch verbunden. Dabei ist begrifflich ausdrücklich auch erfasst, dass zwei (oder mehr) Stichleitungen einen gemeinsamen Leitungsabschnitt aufweisen und mit diesem in einer einzigen Stichleitungsmündung in der Verteilerhauptleitung münden.
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Im störungsfreien Normalbetrieb sind die Hochdrucktanks, die Stichleitungen sowie die Verteilerhauptleitung fluidisch miteinander verbunden und kommunizieren miteinander, sodass dort (im Wesentlichen) der identische Druck herrscht, der damit auch als Eingangsdruck an der Tankentnahmeventilanordnung ansteht.
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Die Formulierung, dass die Verteilerhauptleitung, die Stichleitungen und die Anschlussstutzen jeweils als separate Komponenten ausgeführt sind, ist dabei dahingehend zu verstehen, dass diese Komponenten jeweils als eigenständige Bauteile ausgeführt und zerstörungsfrei voneinander getrennt werden können (z.B. mittels Schraubverbindungen). Die separaten Komponenten sind somit ausdrücklich nicht einstückig ausgeführt.
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Es ist aber auch denkbar, dass die einzelnen Bauteile (Verteilerhauptleitung, Stichleitungen, Anschlussstutzen) im Zuge des Montageprozesses im Fahrzeug (z.B. durch Verschweißen oder Verlöten) derart miteinander verbunden werden, dass ein nachträgliches zerstörungsfreies Voneinandertrennen nicht mehr möglich ist. Auch dann stellen die Verteilerhauptleitung, die Stichleitungen und die Anschlussstutzen separate Komponenten im Sinne der vorliegenden Erfindung dar.
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Auch wenn dies mit Sicherheitseinbußen einher gehen würde, ist es denkbar, dass auf die (in den ersten Kanälen angeordneten) Überströmventile verzichtet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserstoffversorgungssystems ist
- - mindestens eine der Stichleitungen als ein Rohr, insbesondere als ein Edelstahl-Rohr, bevorzugt aus dem Werkstoff 1.4571, 1.4401 oder 1.4404, ausgeführt,
und/oder
- - mindestens eine der Stichleitungen als ein Hochdruckschlauch ausgeführt.
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Auf diese Weise kann der Verlauf der jeweiligen Stichleitung einfach und exakt an die jeweiligen Bauraumvorgaben angepasst werden. Als Hochdruckschlauch kommt dabei insbesondere der Wasserstoffschlauch 2440P-04V32 der Firma Parker oder ein Schlauch der Serie FJ, FL, FM oder FX der Firma Swagelok in Betracht. Die erfindungsgemäße Anordnung der Überströmventile in den Anschlussstutzen ermöglicht dabei ohne Sicherheitseinbußen die Verwendung von (im Vergleich zu Rohren) weniger robusten Hochdruckschläuchen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine Stichleitung eine Länge von mindestens 5 cm, bevorzugt mindestens 10 cm, 25 cm, 50 cm, 100 cm oder 200 cm auf.
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Wenn die Hochdrucktanks unabhängig voneinander über das gesamte Fahrzeug hinweg verteilt angeordnet sind, geht dies typischerweise mit langen Stichleitungen einher. In dieser Situation kommen die oben beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Wasserstoffversorgungssystems in ganz besonderem Maße zum Tragen. Insbesondere, wenn das Wasserstoffversorgungssystem in einem sehr großen Kraftfahrzeug, wie einem Bus, LKW oder Zug, zum Einsatz kommt, können Stichleitungen mit einer Länge von (auch teils deutlich) über 100 cm verwendet werden.
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Abhängig von der konkreten Einbausituation kann es dabei vorteilhaft sein, wenn die Verteilerhauptleitung einstückig ausgeführt ist.
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Insbesondere, wenn das Wasserstoffversorgungssystem eine große Anzahl von Hochdrucktanks umfasst und/oder die Verteilerhauptleitung eine große Längserstreckung aufweist, kann es alternativ vorteilhaft sein, wenn die Verteilerhauptleitung als aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt ausgeführt ist. Hierzu
- - weist die Verteilerhauptleitung mindestens einen Ventilblock und mindestens einen Leitungsabschnitt auf,
- - ist die Tankentnahmeventilanordnung und/oder das Rückschlagventil in dem mindestens einen Ventilblock angeordnet, und
- - sind der mindestens eine Ventilblock und der mindestens eine Leitungsabschnitt jeweils als separate Komponenten ausgeführt.
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Der mindestens eine Leitungsabschnitt ist dabei insbesondere als ein Rohr, insbesondere als ein Edelstahl-Rohr, bevorzugt aus dem Werkstoff 1.4571, 1.4401 oder 1.4404, ausgeführt oder als ein Hochdruckschlauch ausgeführt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
- - weisen die Anschlussstutzen jeweils ein im jeweiligen ersten Kanal angeordnetes manuell betätigbares Absperrventil auf, und/oder
- - weisen die Anschlussstutzen jeweils einen Tank-Temperatursensor auf, der geeignet ist, die Wasserstofftemperatur des jeweiligen Hochdrucktanks zu erfassen.
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Mittels der manuell betätigbaren Absperrventile können einzelne Hochdrucktanks fluidisch von der Verteilerleitungsanordnung getrennt werden, was sich im Zusammenhang von Reparatur- oder Wartungsarbeiten als vorteilhaft erweisen kann.
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Mittels der Tank-Temperatursensoren kann die Wasserstofftemperatur des jeweiligen Hochdrucktanks erfasst werden. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit der Überwachung des Befüllvorgangs relevant.
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Insbesondere bei großen Hochdrucktanks kann es der Sicherheit zuträglich sein, wenn mindestens einer der Hochdrucktanks an seinem dem jeweiligen Anschlussstutzen gegenüberliegenden Ende (des Hochdrucktanks) einen Ablassstutzen aufweist, wobei der Ablassstutzen einen dritten Kanal aufweist, in dem ein thermisches Druckentlastungsventil angeordnet ist, über den Wasserstoff aus dem jeweiligen Hochdrucktank ablassbar ist.
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Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass
- - die Verteilerhauptleitung stromaufwärts von der Tankentnahmeventilanordnung einen Auslassfilter und/oder einen Druckdämpfer aufweist,
und/oder
- - die Verteilerhauptleitung zwischen dem Einlass und dem diesem nächstgelegenen Stichleitungsanschluss einen Einlassfilter aufweist.
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Durch eine derartige Anordnung des Auslassfilters und/oder des Einlassfilters kann die Anzahl der Filter, die benötigt wird, um den gesamten abströmenden bzw. zuströmenden Wasserstoff zu filtern, reduziert werden. Dies kommt der Wirtschaftlichkeit sowie der Wartungsfreundlichkeit des Systems zugute. Mittels des Druckdämpfers kann in vorteilhafter Weise die Druckbelastung auf die nachgeschaltete Tankentnahmeventilanordnung (insbesondere während des Betankens des Wasserstoffversorgungssystems) reduziert werden.
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Ferner kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die Verteilerleitungsanordnung, insbesondere die Verteilerhauptleitung,
- - einen Drucksensor aufweist, der geeignet ist, den Wasserstoffdruck innerhalb der Verteilerleitungsanordnung zu erfassen, und/oder
- - einen Temperatursensor aufweist, der geeignet ist, die Wasserstofftemperatur innerhalb der Verteilerleitungsanordnung zu erfassen.
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Durch die derartige Positionierung des Druck- bzw. Temperatursensors kann mit nur einem einzigen Druck- bzw. Temperatursensor eine Art „gemittelter Druck“ bzw. „gemittelte Temperatur“ des Wasserstoffs im Wasserstoffversorgungssystem erfasst werden und als ein Eingangsparameter für eine Systemsteuerung genutzt werden. Damit kann darauf verzichtet werden, dass jeder einzelne Hochdrucktank mit einem eigenen Druck- bzw. Temperatursensor ausgestattet wird. Auf diese Weise kann die Wirtschaftlichkeit verbessert sowie die Systemkomplexität reduziert werden.
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Weiterhin kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Verteilerleitungsanordnung, insbesondere die Verteilerhauptleitung, ein Überdruckventil und/oder ein Ablassventil (auch Bleed-Port genannt) aufweist, mittels dessen Wasserstoff aus der Verteilerleitungsanordnung (insbesondere über eine Ablassleitung und einen Ablassanschluss) ablassbar ist.
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Ein Ablassventil wird dabei verwendet, um in außergewöhnlichen Betriebszuständen und Situationen (also außerhalb des Normalbetriebs) den Wasserstoff des Wasserstoffversorgungssystems (insbesondere über eine Ablassleitung und einen Ablassanschluss) abzulassen; beispielsweise, wenn im Zusammenhang mit einer Wartung oder Reparatur des Wasserstoffversorgungssystems in einer Werkstatt ein Ablassen des Wasserstoffs aus dem Wasserstoffversorgungssystem erforderlich ist. Dabei kann der abgelassene Wasserstoff über den Ablassanschluss einer Auffangvorrichtung zugeführt werden, um ein unkontrolliertes Entweichen des Wasserstoffs in die Umgebung zu verhindern.
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Über das Ablassventil erfolgt damit keine Versorgung einer nachgeschalteten Energiewandlungsvorrichtung mit Wasserstoff aus dem Wasserstoffversorgungssystem. Auch wenn das Ablassventil elektronisch ansteuerbar ist, handelt es sich somit nicht um ein erfindungsgemäßes elektronisch ansteuerbares Tankentnahmeventil, welches dazu dient im Normalbetrieb die fluidische Verbindung zwischen der Verteilerhauptleitung und einer stromabwärts vom Auslass der Verteilerhauptleitung angeordneten Energiewandlungsvorrichtung zu unterbrechen bzw. freizugeben.
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Abhängig von der konkreten Einbausituation des Wasserstoffversorgungssystems kann vorgesehen sein, dass der Einlass und der Auslass an zwei unterschiedlichen Enden der Verteilerhauptleitung angeordnet sind, oder dass der Einlass und der Auslass an einem gemeinsamen Ende der Verteilerhauptleitung angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserstoffversorgungssystems ist vorgesehen, dass
- - die Hochdrucktanks jeweils einen zylindrischen Tankabschnitt aufweisen,
- - die Anschlussstutzen jeweils an einer dem jeweiligen Hochdrucktank abgewandten Außenseite eine erste Kanalmündung aufweisen, in der der jeweilige erste Kanal mündet, und
- - die ersten Kanalmündungen der Anschlussstutzen von zwei benachbarten der mindestens zwei Hochdrucktanks einen Abstand zueinander aufweisen, der größer gleich ist als das Doppelte des größten Außendurchmessers der zylindrischen Tankabschnitte der Hochdrucktanks, und/oder
- - die Zylinderachsen der zylindrischen Tankabschnitte von zwei der mindestens zwei Hochdrucktanks senkrecht zueinanderstehen.
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Diese Anordnung der Hochdrucktanks geht mit langen Stichleitungen einher. In dieser Situation kommen die oben beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Wasserstoffversorgungssystems in ganz besonderem Maße zum Tragen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Wasserstoffversorgungssystem
- - einen portablen Wasserstoff-Reservetank mit einem Kupplungsstutzen, der einen Stutzenkanal aufweist, in dem ein Kupplungsventil angeordnet ist,
- - eine mit dem Kupplungsstutzen korrespondierende Kupplungsstutzenaufnahme, die einen Aufnahmekanal aufweist, und
- - eine Reservetankleitung, die den Aufnahmekanal der Kupplungsstutzenaufnahme mit dem Einlass oder dem Auslass des Wasserstoffversorgungssystems fluidisch verbindet,
wobei - - der Kupplungsstutzen mit der Kupplungsstutzenaufnahme koppelbar ist (gekoppelter Zustand) und von diesem entkoppelbar ist, und
- - im gekoppelten Zustand, der Stutzenkanal und der Aufnahmekanal fluidisch verbunden sind,
- - sodass der Wasserstoff-Reservetank bei geöffnetem Kupplungsventil über den Stutzenkanal, den Aufnahmekanal und die Reservetankleitung mit dem Einlass oder dem Auslass des Wasserstoffversorgungssystems fluidisch verbunden ist.
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Für den Fall, dass die Hochdrucktanks soweit entleert sind, dass die Energiewandlungsvorrichtung nicht mehr mit Wasserstoff versorgt werden kann, kann auf diese Weise der portable Wasserstoff-Reservetank (insbesondere durch den Fahrzeugführer) über einen (aus dem Kupplungsstutzen und der Kupplungsstutzenaufnahme bestehenden) Kupplungsmechanismus fluidisch mit dem Wasserstoffversorgungssystem verbunden werden. Der Wasserstoff des Wasserstoff-Reservetanks kann dann in das Wasserstoffversorgungssystem einströmen und an die nachgeschaltete Energiewandlungsvorrichtung abgegeben werden, um ein Weiterfahren des Fahrzeugs im Reservebetrieb (insbesondere bis zur nächsten Tankstelle) zu ermöglichen. Der Wasserstoff im Wasserstoff-Reservetank liegt dabei vorteilhafterweise auf einem relativ niedrigen Druckniveau (insbesondere bis maximal 50 bar) vor, um eine einfache und kostengünstige Konstruktion zu ermöglichen. Weiterhin weist der Wasserstoff-Reservetank bevorzugt Abmessungen auf, die eine Handhabung durch eine einzige Person ermöglichen, insbesondere beträgt die Längserstreckung des Reservetanks weniger als 100 cm, bevorzugt weniger als 50 cm.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Wasserstoffversorgungssystem umfasst
- - ein Umschaltventil mit einem ersten Zulauf, einem zweiten Zulauf und einem Ablauf, wobei
- - der erste Zulauf mit dem Auslass des Wasserstoffversorgungssystems fluidisch verbunden ist,
- - in einer ersten Schaltposition des Umschaltventils der erste Zulauf mit dem Ablauf fluidisch verbunden ist, und
- - in einer zweiten Schaltposition des Umschaltventils der zweite Zulauf mit dem Ablauf fluidisch verbunden ist,
- - einen portablen Wasserstoff-Reservetank mit einem Kupplungsstutzen, der einen Stutzenkanal aufweist, in dem ein Kupplungsventil angeordnet ist,
- - einer mit dem Kupplungsstutzen korrespondierenden Kupplungsstutzenaufnahme, die einen Aufnahmekanal aufweist, und
- - eine Reservetankleitung, die den Aufnahmekanal der Kupplungsstutzenaufnahme mit dem zweiten Zulauf des Umschaltventils fluidisch verbindet,
wobei - - der Kupplungsstutzen mit der Kupplungsstutzenaufnahme koppelbar ist (gekoppelter Zustand) und von diesem entkoppelbar ist, und
- - im gekoppelten Zustand, der Stutzenkanal und der Aufnahmekanal fluidisch verbunden sind,
- - sodass der Wasserstoff-Reservetank bei geöffnetem Kupplungsventil über den Stutzenkanal, den Aufnahmekanal und die Reservetankleitung mit dem zweiten Zulauf des Umschaltventils fluidisch verbunden ist.
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Auch auf diese Weise kann Wasserstoff eines Wasserstoff-Reservetanks einer nachgeschalteten Energiewandlungsvorrichtung zugeführt werden und somit einen Reservebetrieb des Fahrzeugs ermöglichen.
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Befindet sich das Umschaltventil in der ersten Schaltposition, ist der Auslass des Wasserstoffversorgungssystems fluidisch mit dem Ablauf des Umschaltventils verbunden und Wasserstoff aus den Hochdrucktanks kann über diesen Weg zu der nachgeschalteten Energiewandlungsvorrichtung strömen. Der Wasserstoff-Reservetank sowie die Reservetankleitung sind in der ersten Schaltposition fluidisch vom Ablauf des Umschaltventils getrennt.
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Befindet sich das Umschaltventil hingegen in der zweiten Schaltposition, dann ist der Wasserstoff-Reservetank über die Reservetankleitung fluidisch mit dem Ablauf des Umschaltventils verbunden. Somit kann über den Ablauf des Umschaltventils der Wasserstoff aus dem Wasserstoff-Reservetank an eine nachgeschaltete Energiewandlungsvorrichtung abgegeben werden. Der Auslass des Wasserstoffversorgungssystems (und somit die Hochdrucktanks) sind in der zweiten Schaltposition fluidisch von dem Ablauf des Umschaltventils getrennt.
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Weiterhin manifestiert sich die Erfindung in einem wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeug, welches umfasst
- - ein erfindungsgemäßes Wasserstoffversorgungssystem, und
- - eine Fahrgastzelle mit einem Fahrgastzellenboden, wobei
- - ein erster der mindestens zwei Hochdrucktanks unterhalb des Fahrgastzellenbodens angeordnet ist, und
- - ein zweiter der mindestens zwei Hochdrucktanks oberhalb des Fahrgastzellenbodens angeordnet ist.
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Somit wird ermöglicht, dass die Hochdrucktanks in verschiedenen Bereichen (Kompartimenten) des Fahrzeugs angeordnet sind und dennoch Teil eines gemeinsamen Wasserstoffversorgungssystems mit nur einer elektronisch ansteuerbaren Tankentnahmeventilanordnung sind. Trotz einer fahrzeugweit verteilten Anordnung der Hochdrucktanks kann somit die Anzahl der benötigten Ventile bei maximaler Systemsicherheit auf ein Minimum reduziert werden.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 ein erfindungsgemäßes Wasserstoffversorgungssystem,
- 2A - 2D verschiedene Verteilerleitungsanordnungen von erfindungsgemäßen Wasserstoffversorgungssystemen, und
- 3 und 4 jeweils ein erfindungsgemäßes Wasserstoffversorgungssystem mit einem Wasserstoff-Reservetank.
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1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wasserstoffversorgungssystems 1 mit einer nachgeschalteten Energiewandlungsvorrichtung 2 in Gestalt einer Wasserstoffbrennstoffzelle.
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Das Wasserstoffversorgungssystem 1 weist eine Verteilerleitungsanordnung 3 mit einer Verteilerhauptleitung 4 und zwei Stichleitungen 5 auf, sowie zwei zylindrische Hochdrucktanks 6, die jeweils über einen Anschlussstutzen 7 und eine der Stichleitungen 5 mit der Verteilerhauptleitung 4 verbunden sind.
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Die Anschlussstutzen 7 weisen jeweils zwei Kanäle auf. Über die ersten Kanäle 8 kann jeweils der Innenraum 9 des zugehörigen Hochdrucktanks 6 mit einer der Stichleitungen 5 fluidisch verbunden werden. In den ersten Kanälen 8 ist jeweils ein Überströmventil 10 und ein manuell betätigbares Absperrventil 11 angeordnet. Die Anschlussstutzen 7 weisen jeweils an ihrer dem jeweiligen Hochdrucktank 6 abgewandten Außenseite eine erste Kanalmündung 12 auf, in der der jeweilige erste Kanal 8 mündet und an die eine der Stichleitungen 5 anschließt.
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Über die zweiten Kanäle 13 kann über eine erste Ablassleitung 14 jeweils eine fluidische Verbindung zwischen dem Innenraum 9 des zugehörigen Hochdrucktanks 6 mit der Umgebung hergestellt werden. In den zweiten Kanälen 13 ist jeweils ein thermisches Druckentlastungsventil 15 (TPRD) angeordnet, welches - sobald eine spezifische Auslösetemperatur erreicht wird - den zweiten Kanal 13 freigibt und damit ein Ablassen des Wasserstoffs aus dem jeweiligen Hochdrucktank 6 in die Umgebung ermöglicht.
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Weiterhin weisen die Anschlussstutzen 7 jeweils einen Tank-Temperatursensor 7T auf.
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Die Anschlussstutzen 7 können dabei sowohl jeweils in den zugehörigen Hochdrucktank 6 eingeschraubt oder einstückig mit diesem ausgeführt sein.
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Die beiden identischen Hochdrucktanks 6 weisen jeweils einen zylindrischen Tankabschnitt 6Z mit einem Außendurchmesser 6A auf. Die Zylinderachsen der zylindrischen Tankabschnitte 6Z der beiden Hochdrucktanks 6 verlaufen parallel zueinander. Der Abstand D der beiden ersten Kanalmündungen 12 der Anschlussstutzen 7 der benachbarten Hochdrucktanks 6 ist größer als das Doppelte des Außendurchmessers 6A der Hochdrucktanks 6. Die schematische Skizze gemäß 1 gibt dabei die Längenmaße D und 6A sowie deren Verhältnis zueinander nicht maßstabsgetreu wieder.
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Die Verteilerhauptleitung 4 weist zwei Ventilblöcke 16, 17 und einen Leitungsabschnitt 18 auf, wobei die Ventilblöcke 16, 17 und der Leitungsabschnitt 18 als separate Komponenten ausgeführt sind, die durch Schraubverbindungen fluidisch miteinander verbunden sind. Im ersten Ventilblock 16 sind ein Einlass 19, ein Einlassfilter 20 und ein Rückschlagventil 21 angeordnet, in dieser Reihenfolge bezogen auf die Strömungsrichtung. Der Einlassfilter 20 und das Rückschlagventil 21 sind somit stromabwärts vom Einlass 19 angeordnet.
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Im zweiten Ventilblock 17 sind (in der nachfolgend genannten Reihenfolge bezogen auf die Strömungsrichtung) ein Druckdämpfer 22, ein Auslassfilter 23, eine elektronisch ansteuerbare Tankentnahmeventilanordnung 24 und ein Auslass 25 angeordnet. Die Tankentnahmeventilanordnung 24 umfasst genau ein elektronisch ansteuerbares Tankentnahmeventil 26, welches als ein Absperrventil ausgeführt ist. Das Wasserstoffversorgungssystem 1 weist damit eine einzige elektronisch ansteuerbare Tankentnahmeventilanordnung 24 und damit ein einziges elektronisch ansteuerbares Tankentnahmeventil 26 auf.
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Der Leitungsabschnitt 18 erstreckt sich mit einer ersten Teilleitung 18.1 und einer zweiten Teilleitung 18.2 zwischen den beiden Ventilblöcken 16, 17 und verbindet diese fluidisch miteinander. Die beiden Stichleitungen 5 münden in Stichleitungsanschlüssen 27 in die erste Teilleitung 18.1 der beiden Teilleitungen. Die zweite Teilleitung 18.2 zweigt zwischen den beiden Stichleitungsanschlüssen 27 von der ersten Teilleitung 18.1 ab. Der Leitungsabschnitt 18 ist weiterhin über ein Ablassventil 28 fluidisch mit einer zweiten Abführleitung 29 verbindbar und weist einen Drucksensor 30D sowie einen Temperatursensor 30T auf, der geeignet ist den Wasserstoffdruck bzw. die Wasserstofftemperatur in der Verteilerleitungsanordnung 3 zu erfassen. Mittels des Ablassventils 28 kann in außergewöhnlichen Betriebszuständen und Situationen (also außerhalb des Normalbetriebs) der Wasserstoff aus dem Wasserstoffversorgungssystem 1 abgelassen werden.
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Schneidet man den Leitungsabschnitt 18 gedanklich frei, wird offenbar, dass der Leitungsabschnitt 18 (bzw. die Verteilerhauptleitung 4) insgesamt drei Enden aufweist. Der Einlass 19 und der Auslass 25 sind an unterschiedlichen Enden der Verteilerhauptleitung 4 (bzw. des Leitungsabschnittes 18) angeordnet.
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Über einen (nicht dargestellten) Tankstutzen, eine (nicht dargestellte) Zuführleitung und den Einlass 19 kann dem Wasserstoffversorgungssystem 1 von außen Wasserstoff zur Befüllung der Hochdrucktanks 6 zugeführt werden. Gemäß der elektronischen Ansteuerung der Tankentnahmeventilanordnung 24 kann das Wasserstoffversorgungssystem 1 über den Auslass 25 Wasserstoff über eine Hochdruckleitung H und einen nachgeschalteten Druckminderer 31 an die Energiewandlungsvorrichtung 2 abgeben, der zuvor den Hochdrucktanks 6 entnommen wurde.
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In den 2A bis 2D sind schematisch jeweils verschiedene Verteilerleitungsanordnungen 3 von erfindungsgemäßen Wasserstoffversorgungssystemen 1 dargestellt. Im Folgenden soll dabei nur auf die wesentlichen Unterschiede im Vergleich zur Verteilerleitungsanordnung 3 gemäß 1 eingegangen werden. Bezugszeichen, die im Zusammenhang mit 1 eingeführt wurden, bezeichnen auch bei den 2A bis 2D identische Komponenten.
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Bei den Verteilerleitungsanordnungen 3 gemäß 2A und 2B umfasst die Verteilerhauptleitung 4 jeweils neben dem ersten Ventilblock 16 (mit dem Einlass 19) und dem zweiten Ventilblock 17 (mit dem Auslass 25) drei Leitungsabschnitte 18 sowie zwei Verzweigungselemente 32.1, 32.2. Die Stichleitungsanschlüsse 27 sind in den Verzweigungselementen 32.1, 32.2 angeordnet. Die Verzweigungselemente 32.1, 32.2 sind mit den Stichleitungen 5 sowie den Leitungsabschnitten 18 verschraubt und stellen eine fluidische Verbindung zwischen den Anschlussstutzen 7 und den beiden Ventilblöcken 16, 17 her. Der zweite Ventilblock 17 ist über einen der Leitungsabschnitte 18 gemäß 2A direkt mit dem ersten Verzweigungselement 32.1, gemäß 2B mit dem zweiten Verzweigungselement 32.2 verbunden.
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In 2C sind abweichend von den Verteilerleitungsanordnungen 3 gemäß der 1 bis 2B alle Komponenten, die dort im ersten Ventilblock 16 und im zweiten Ventilblock 17 angeordnet sind, in einem einzigen dritten Ventilblock 33 zusammengefasst. Der Einlass 19 und der Auslass 25 sind an einem gemeinsamen Ende der Verteilerhauptleitung 4 angeordnet.
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In der Verteilerleitungsanordnung 3 gemäß 2D ist die Verteilerhauptleitung 4 einstückig ausgeführt.
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Die 3 und 4 zeigen jeweils im Wesentlichen das Wasserstoffversorgungssystem 1 gemäß 1, wobei zusätzlich ein portabler Wasserstoff-Reservetank 34 mit dem Wasserstoffversorgungssystem 1 fluidisch verbindbar ist. Im Folgenden soll vor allem auf die wesentlichen Unterschiede im Vergleich zum Wasserstoffversorgungssystem 1 gemäß 1 eingegangen werden.
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Das Wasserstoffversorgungssystem 1 gemäß 3 weist einen Tankstutzen 35 und eine den Tankstutzen 35 mit dem Einlass 19 verbindende Tankleitung 36 auf. In der Tankleitung 36 ist ein Tankstutzen-Rückschlagventil 37 vorgesehen. Der Wasserstoff-Reservetank 34 weist einen Kupplungsstutzen 38 mit einem Stutzenkanal 39 auf, in dem ein Kupplungsventil 40 vorgesehen ist. Der Kupplungsstutzen 38 korrespondiert mit der Kupplungsstutzenaufnahme 41 und kann mit dieser gekoppelt (zeichnerisch dargestellter gekoppelter Zustand) und von dieser entkoppelt werden. Die Kupplungsstutzenaufnahme 41 weist einen Aufnahmekanal 42 auf, der im dargestellten gekoppelten Zustand fluidisch mit dem Stutzenkanal 39 verbunden ist. Im Aufnahmekanal 42 ist ferner ein Reservetank-Rückschlagventil 43 vorgesehen, welches verhindert, dass der Wasserstoff-Reservetank 34 versehentlich mit Wasserstoff befüllt wird. Der Aufnahmekanal 42 ist über eine Reservetankleitung 44 fluidisch mit der Tankleitung 36 sowie dem Einlass 19 verbunden.
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Wenn die Hochdrucktanks 6 nun soweit entleert sind, dass kein Wasserstoff mehr an die Energiewandlungsvorrichtung 2 abgegeben werden kann, kann der Wasserstoff-Reservetank 34 an das Wasserstoffversorgungssystem 1 angekoppelt werden und seinen Wasserstoff an die Energiewandlungsvorrichtung 2 abgeben und somit deren Reservebetrieb ermöglichen.
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Beim in 3 dargestellten Wasserstoffversorgungssystem 1 ist der Wasserstoff-Reservetank 34 fluidisch mit dem Einlass 19 des Wasserstoffversorgungssystems 1 verbindbar. Alternativ kann allerdings ebenso vorgesehen sein, dass die Reservetankleitung 44 (und damit auch der Wasserstoff-Reservetank 34) fluidisch mit dem Auslass 25 des Wasserstoffversorgungssystems 1 verbunden ist.
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Beim Wasserstoffversorgungssystem 1 gemäß 4 erfolgt die Anbindung des Wasserstoff-Reservetanks 34 (bzw. die Anbindung der Reservetankleitung 44) über ein Umschaltventil 45. Das Umschaltventil 45 weist einen ersten Zulauf 46.1, einen zweiten Zulauf 46.2 und einen Ablauf 47 auf. Der erste Zulauf 46.1 ist mit dem Auslass 25 des Wasserstoffversorgungssystems 1 fluidisch verbunden. Der zweite Zulauf 46.2 ist mit der Reservetankleitung 44 fluidisch verbunden. Das Umschaltventil 45 kann in zwei Schaltpositionen gebracht werden. In der ersten Schaltposition ist der erste Zulauf 46.1 mit dem Ablauf 47 fluidisch verbunden, in der zweiten Schaltposition ist der zweite Zulauf 46.2 mit dem Ablauf 47 fluidisch verbunden.
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Im Normalbetrieb befindet sich das Umschaltventil 45 in der ersten Schaltstellung. Der Auslass 25 des Wasserstoffversorgungssystems 1 ist somit mit dem Ablauf 47 des Umschaltventils 45 verbunden und Wasserstoff aus den Hochdrucktanks 6 kann der Energiewandlungsvorrichtung 2 zugeführt werden.
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Im Reservebetrieb befindet sich das Umschaltventil 45 in der zweiten Schaltstellung. Nun ist der Wasserstoff-Reservetank 34 über die Reservetankleitung 44 fluidisch mit dem Ablauf 47 des Umschaltventils 45 verbunden. Wasserstoff aus dem Wasserstoff-Reservetank 34 kann damit der Energiewandlungsvorrichtung 2 zugeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wasserstoffversorgungssystem
- 2
- Energiewandlungsvorrichtung
- 3
- Verteilerleitungsanordnung
- 4
- Verteilerhauptleitung
- 5
- Stichleitung
- 6
- Hochdrucktank
- 6Z
- Zylindrischen Tankabschnitt
- 6A
- Außendurchmesser
- 7
- Anschlussstutzen
- 7T
- Tank-Temperatursensor
- 8
- Ersten Kanal
- 9
- Innenraum (des Hochdrucktanks)
- 10
- Überströmventil
- 11
- Absperrventil
- 12
- Erste Kanalmündung
- 13
- Zweiter Kanal
- 14
- Erste Ablassleitung
- 15
- Thermisches Druckentlastungsventil
- 16
- Erster Ventilblock
- 17
- Zweiter Ventilblock
- 18
- Leitungsabschnitt
- 18.1
- Erste Teilleitung
- 18.2
- Zweite Teilleitung
- 19
- Einlass
- 20
- Einlassfilter
- 21
- Rückschlagventil
- 22
- Druckdämpfer
- 23
- Auslassfilter
- 24
- Tankentnahmeventilanordnung
- 25
- Auslass
- 26
- Tankentnahmeventil
- 27
- Stichleitungsanschluss
- 28
- Ablassventil
- 29
- Zweite Abführleitung
- 30D
- Drucksensor
- 30T
- Temperatursensor
- 31
- Druckminderer
- 32
- Verzweigungselement
- 33
- Dritter Ventilblock
- 34
- Wasserstoff-Reservetank
- 35
- Tankstutzen
- 36
- Tankleitung
- 37
- Tankstutzen-Rückschlagventil
- 38
- Kupplungsstutzen
- 39
- Stutzenkanal
- 40
- Kupplungsventil
- 41
- Kupplungsstutzenaufnahme
- 42
- Aufnahmekanal
- 43
- Reservetank-Rückschlagventil
- 44
- Reservetankleitung
- 45
- Umschaltventil
- 46.1
- Erster Zulauf
- 46.2
- Zweiter Zulauf
- 47
- Ablauf
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020105303 A1 [0004]
- WO 2021220128 A1 [0005]
- WO 2021209876 A1 [0005]
- WO 2022189102 A1 [0006]
