DE102022208213A1 - Method for filling a fuel gas tank with fuel gas, fuel gas tank and fuel gas tank system - Google Patents

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Jochen Wessner
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Speichervolumens (2) eines Brenngastanks (1) mit Brenngas, bei dem das Brenngas über einen Betankungspfad (3) mit integriertem Tankventil (4) in das Speichervolumen (2) eingeleitet wird und die Temperatur des Brenngases im Speichervolumen (2) mit Hilfe eines außerhalb des Speichervolumens (2) angeordneten Sensors (5), insbesondere eines Temperatursensors, erfasst wird, dem hierzu über einen Ansaugpfad (6) und/oder eine Ansauggeometrie (7), beispielsweise in Form einer Venturi-Düse, Brenngas aus dem Speichervolumen (2) zugeführt wird.Die Erfindung betrifft ferner einen Brenngastank (1) sowie ein Brenngastanksystem mit mindestens einem erfindungsgemäßen Brenngastank (1).The invention relates to a method for filling a storage volume (2) of a fuel gas tank (1) with fuel gas, in which the fuel gas is introduced into the storage volume (2) via a refueling path (3) with an integrated tank valve (4) and the temperature of the fuel gas in Storage volume (2) is detected with the aid of a sensor (5) arranged outside the storage volume (2), in particular a temperature sensor, which for this purpose has a suction path (6) and/or a suction geometry (7), for example in the form of a Venturi nozzle , fuel gas is supplied from the storage volume (2).The invention further relates to a fuel gas tank (1) and a fuel gas tank system with at least one fuel gas tank (1) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Brenngastanks mit Brenngas. Bei dem Brenngas kann es sich beispielsweise um Wasserstoff oder Erdgas handeln. Derartige Brenngase werden beispielsweise von Brennstoffzellenfahrzeugen oder Fahrzeugen mit Gasmotor benötigt.The invention relates to a method for filling a fuel gas tank with fuel gas. The fuel gas can be, for example, hydrogen or natural gas. Such fuel gases are required, for example, by fuel cell vehicles or vehicles with gas engines.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Brenngastank für ein Brenngastanksystem sowie ein Brenngastanksystem mit mindestens einem erfindungsgemäßen Brenngastank.In addition, the invention relates to a fuel gas tank for a fuel gas tank system and a fuel gas tank system with at least one fuel gas tank according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

In Fahrzeugen, die mit einem Brenngas, wie beispielsweise Wasserstoff, betrieben werden, wird das Brenngas üblicherweise unter Druck in einem Brenngastank bevorratet. Bei Wasserstoff kann der Druck bis zu 70 MPa betragen. Die Temperatur im Brenngastank kann dabei bis auf 85°C ansteigen. Die Temperaturgrenze wird dabei in der Regel durch das Material des Brenngastanks vorgegebenen, wobei als Material häufig kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff („CFK“) verwendet wird. Bei Verwendung eines CFK-Materials werden oberhalb von 85°C die zur Fixierung der Kohlenstofffasern notwendigen Kunststoffe, insbesondere Kunstharze, zu weich, so dass die erforderliche Festigkeit des Brenngastanks nicht mehr gewährleistet ist.In vehicles that are operated with a fuel gas, such as hydrogen, the fuel gas is usually stored under pressure in a fuel gas tank. For hydrogen, the pressure can be up to 70 MPa. The temperature in the fuel gas tank can rise up to 85°C. The temperature limit is usually determined by the material of the fuel gas tank, with carbon fiber reinforced plastic (“CFRP”) often being used as the material. When using a CFRP material above 85°C, the plastics required to fix the carbon fibers, in particular synthetic resins, become too soft, so that the required strength of the fuel gas tank is no longer guaranteed.

Da beispielsweise Wasserstoff im relevanten Temperaturbereich einen negativen Joule-Thomson Effekt aufweist, erwärmt er sich beim Betanken eines Brenngas- bzw. Wasserstofftanks. Um Schäden am Brenngastank zu vermeiden, wird daher Wasserstoff vor dem Tankvorgang auf etwa - 40°C abgekühlt. Ferner kann eine nach oben abgeknickte Tanklanze zum Befüllen des Brenngastanks verwendet werden, welche die Vermischung von frischem Wasserstoff mit dem Tankinhalt fördert und dadurch die Aufheizung verringert. Als weitere Maßnahme kann die Tanktemperatur gemessen bzw. überwacht werden, so dass bei Überschreiten der Temperaturgrenze der Tankvorgang abgebrochen werden kann. Damit die Temperaturgrenze sicher eingehalten wird, muss der Abbruch frühzeitig erfolgen. Hohe Messtoleranzen wirken sich daher negativ aus. Da üblicherweise die Ermittlung der im Brenngastank gespeicherten Masse ebenfalls basierend auf der Tanktemperatur durchgeführt wird, können hohe Messtoleranzen ferner zu einem fehlerhaft berechneten Tankstand bzw. einer fehlerhaft berechneten Restreichweite führen.Since hydrogen, for example, has a negative Joule-Thomson effect in the relevant temperature range, it heats up when a fuel gas or hydrogen tank is refueled. In order to avoid damage to the fuel gas tank, hydrogen is cooled to around -40°C before refueling. Furthermore, a tank lance that is bent upwards can be used to fill the fuel gas tank, which promotes the mixing of fresh hydrogen with the tank contents and thereby reduces heating. As a further measure, the tank temperature can be measured or monitored so that the refueling process can be aborted if the temperature limit is exceeded. To ensure that the temperature limit is safely adhered to, the demolition must take place early. High measurement tolerances therefore have a negative effect. Since the determination of the mass stored in the fuel gas tank is usually also carried out based on the tank temperature, high measurement tolerances can also lead to an incorrectly calculated tank level or an incorrectly calculated remaining range.

Für beide Zwecke ist es daher wünschenswert, eine möglichst genaue Information über die Temperatur in einem Brenngastank zu erhalten. Allerdings ist für die Einhaltung der Temperaturgrenze die lokal auftretende maximale Temperatur entscheidend, während für die Berechnung der gespeicherten Masse die mittlere Temperatur besser geeignet ist. Diese beiden Wünsche zu vereinbaren, gestaltet sich schwierig. Dies gilt im Besonderen, da üblicherweise Thermoelemente, Thermistoren oder Temperaturwiderstände zur Temperaturmessung eingesetzt werden, welche die Temperatur lediglich in ihrer unmittelbaren Umgebung erfassen können. Aufgrund der begrenzten Zugänglichkeit des Tankinnenraums ist zudem die Auswahl der Sensorposition stark eingeschränkt.For both purposes, it is therefore desirable to obtain the most accurate information possible about the temperature in a fuel gas tank. However, the locally occurring maximum temperature is crucial for maintaining the temperature limit, while the average temperature is more suitable for calculating the stored mass. Reconciling these two wishes is difficult. This is particularly true since thermocouples, thermistors or temperature resistors are usually used to measure temperatures, which can only record the temperature in their immediate surroundings. Due to the limited accessibility of the tank interior, the choice of sensor position is also severely limited.

Aus der US 2010/ 0032934 A1 geht beispielhaft ein Brenngastank mit einer Tankleitung und einem Tankventil zum Befüllen des Brenngastanks mit Brenngas sowie einem an der Tankleitung angeordneten Sensor zum Erfassen einer Zustandsgröße des Brenngases hervor. Der Sensor ist in der Weise positioniert, dass er beim Befüllen des Brenngastanks mit Brenngas außerhalb des sich bildenden Druckstrahls liegt. Auf diese Weise soll die Messgenauigkeit des Sensors erhöht werden.US 2010/0032934 A1 shows, for example, a fuel gas tank with a tank line and a tank valve for filling the fuel gas tank with fuel gas and a sensor arranged on the tank line for detecting a state variable of the fuel gas. The sensor is positioned in such a way that it lies outside the pressure jet that forms when the fuel gas tank is filled with fuel gas. In this way, the measuring accuracy of the sensor should be increased.

Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, eine hohe Messgenauigkeit bei der Erfassung einer Zustandsgröße des Brenngases während eines Befüllvorgangs zu erzielen, ohne eine feste Sensorposition vorgeben zu müssen.The present invention is concerned with the task of achieving a high level of measurement accuracy when detecting a state variable of the fuel gas during a filling process, without having to specify a fixed sensor position.

Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie der Brenngastank mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Des Weiteren wird ein Brenngastanksystem mit mindestens einem erfindungsgemäßen Brenngastank angegeben.To solve the problem, the method with the features of claim 1 and the fuel gas tank with the features of claim 6 are proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the respective subclaims. Furthermore, a fuel gas tank system with at least one fuel gas tank according to the invention is specified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Befüllen eines Speichervolumens eines Brenngastanks mit Brenngas wird das Brenngas über einen Betankungspfad mit integriertem Tankventil in das Speichervolumen eingeleitet und beim Einleiten wird ein Brenngasstrahl geformt, der durch Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung an einem im Speichervolumen angeordneten Sensor zur Erfassung mindestens einer Zustandsgröße, insbesondere der Temperatur, des Brenngases gezielt vorbeigeführt wird.In the proposed method for filling a storage volume of a fuel gas tank with fuel gas, the fuel gas is introduced into the storage volume via a refueling path with an integrated tank valve and when introduced, a jet of fuel gas is formed, which is directed by flow control and / or beam angle limitation on a sensor arranged in the storage volume to detect at least one State variable, in particular the temperature, of the fuel gas is passed specifically.

Durch Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung kann der Brenngasstrahl derart beeinflusst werden, dass er nicht auf den Sensor trifft. Das heißt, dass mehr Möglichkeiten für die Positionierung des Sensors geschaffen werden. Insbesondere kann eine Sensorposition gewählt werden, die für die zu erfassende Zustandsgröße eine hohe Messgenauigkeit erwarten lässt.By directing the flow and/or limiting the jet angle, the fuel gas jet can be influenced in such a way that it does not hit the sensor. This means that more options for positioning the sensor are created. In particular, a sensor position can be selected that which allows a high level of measurement accuracy to be expected for the state variable to be recorded.

Insbesondere durch Strömungslenkung kann der Brenngasstrahl gezielt vom Sensor weggelenkt werden. Zugleich wird eine gute Durchmischung des eingeleiteten Brenngases erreicht. Dies ist insbesondere relevant, wenn mit Hilfe des Sensors die Temperatur des Brenngases erfasst werden soll. Findet keine Durchmischung statt kann das Messergebnis des Sensors durch das noch stark abgekühlte frische Brenngas beeinflusst bzw. verfälscht werden.In particular, the fuel gas jet can be specifically directed away from the sensor by flow control. At the same time, good mixing of the fuel gas introduced is achieved. This is particularly relevant if the temperature of the fuel gas is to be recorded using the sensor. If there is no mixing, the measurement result of the sensor can be influenced or falsified by the fresh fuel gas, which is still very cool.

Alternativ oder ergänzend kann durch Begrenzung des Strahlwinkels ein Brenngasstrahl geformt werden, der am Sensor vorbeiführt. Der Brenngasstrahl kann dabei lediglich einseitig begrenzt werden, so dass ein asymmetrischer Brenngasstrahle geformt wird. Die Begrenzung erfolgt in diesem Fall zur Seite des Sensors hin, so dass der Strahlwinkel an dieser Seite kleiner ist und nicht auf den Sensor trifft. Durch den größeren Strahlwinkel im übrigen Bereich wird weiterhin eine gute Durchmischung des Brenngases erreicht.Alternatively or additionally, by limiting the beam angle, a fuel gas jet can be formed that passes the sensor. The fuel gas jet can only be limited on one side, so that an asymmetrical fuel gas jet is formed. In this case, the limitation is towards the side of the sensor, so that the beam angle on this side is smaller and does not hit the sensor. Due to the larger jet angle in the remaining area, good mixing of the fuel gas is still achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ein Endabschnitt des Betankungspfads genutzt, der winklig zu einer Längsachse des Brenngastanks verläuft. Das Brenngas wird über den winklig zur Längsachse verlaufenden Endabschnitt des Betankungspfads in eine bestimmte Richtung gelenkt, die vom Zentrum des Brenngastanks wegführt. Das heißt, dass das Brenngas zunächst in Richtung eines Randbereichs gelenkt wird. Dies ermöglicht eine sehr zentrale Position des Sensors. Dadurch, dass die Strömungslenkung über den Betankungspfad erreicht wird, kann auf eine Tanklanze oder dergleichen verzichtet werden.According to a preferred embodiment of the invention, an end section of the refueling path that runs at an angle to a longitudinal axis of the fuel gas tank is used to direct the flow and/or limit the jet angle. The fuel gas is directed in a specific direction, which leads away from the center of the fuel gas tank, via the end section of the refueling path that runs at an angle to the longitudinal axis. This means that the fuel gas is initially directed towards an edge area. This enables a very central position of the sensor. Because the flow is directed via the refueling path, a tank lance or the like can be dispensed with.

Zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung kann auch - alternativ oder ergänzend - eine am Ende des Betankungspfads angeordnete Geometrie verwendet werden. Mit Hilfe einer einzigen Geometrie kann sowohl eine Lenkung als auch eine Strahlwinkelbegrenzung erzielt werden. Die Geometrie ist hierzu bevorzugt einseitig angeordnet, und zwar an der Seite zum Sensor hin. Über die Geometrie wird der Brenngasstrahl abgelenkt, so dass er nicht auf den Sensor trifft.Alternatively or additionally, a geometry arranged at the end of the refueling path can also be used to direct the flow and/or limit the jet angle. With the help of a single geometry, both steering and beam angle limitation can be achieved. For this purpose, the geometry is preferably arranged on one side, namely on the side towards the sensor. The fuel gas jet is deflected via the geometry so that it does not hit the sensor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ein zwischen dem Sensor und dem Brenngasstrahl angeordneter Körper verwendet. Eine Ablenkung des Brenngasstrahls und/oder eine Strahlwinkelbegrenzung wird dann über eine Fläche des Körpers bewirkt, die vorzugsweise dem Sensor abgewandt ist. Über den Körper wird somit zugleich eine Abschirmung des Sensors bewirkt. Der Körper kann insbesondere eine Wand sein, die zwischen dem Sensor und dem Brenngasstrahl angeordnet ist.According to a further preferred embodiment of the invention, a body arranged between the sensor and the fuel gas jet is used to direct the flow and/or limit the jet angle. A deflection of the fuel gas jet and/or a beam angle limitation is then effected over a surface of the body that preferably faces away from the sensor. The body therefore also shields the sensor. The body can in particular be a wall that is arranged between the sensor and the fuel gas jet.

Vorteilhafterweise wird mit Hilfe des Sensors die Temperatur und mindestens eine weitere Zustandsgröße des Brenngases im Speichervolumen erfasst, beispielsweise der Druck. Der Sensor kann demnach nicht nur ein Temperatursensor sein, sondern ferner ein Temperatur- und Drucksensor oder - je nach Zustandsgrößer, die es zusätzlich zur Temperatur zu erfassen gilt - ein anderer Kombi-Sensor.The temperature and at least one further state variable of the fuel gas in the storage volume, for example the pressure, are advantageously recorded with the aid of the sensor. The sensor can therefore not only be a temperature sensor, but also a temperature and pressure sensor or - depending on the state variable that needs to be detected in addition to the temperature - another combination sensor.

Der darüber hinaus für ein Brenngastanksystem vorgeschlagene Brenngastank weist ein Speichervolumen auf, das über einen Betankungspfad mit integriertem Tankventil mit Brenngas befüllbar ist, sowie einen im Speichervolumen angeordneten Sensor zur Erfassung mindestens einer Zustandsgröße, insbesondere der Temperatur, des Brenngases. In den Brenngastank ist dabei mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung integriert, mittels welcher ein beim Einleiten von Brenngas in das Speichervolumen geformter Brenngasstrahl am Sensor gezielt vorbeiführbar ist.The fuel gas tank also proposed for a fuel gas tank system has a storage volume that can be filled with fuel gas via a refueling path with an integrated tank valve, as well as a sensor arranged in the storage volume for detecting at least one state variable, in particular the temperature, of the fuel gas. At least one device for flow control and/or jet angle limitation is integrated into the fuel gas tank, by means of which a fuel gas jet formed when fuel gas is introduced into the storage volume can be guided specifically past the sensor.

Durch die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung kann der Brenngastank nach dem zuvor beschriebenen Verfahren befüllt werden, so dass die in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile erzielbar sind. Insbesondere kann die Sensorposition frei gewählt werden, da dieser nicht außerhalb des Brenngasstrahls angeordnet werden muss, sondern der Brenngasstrahl über die Einrichtung derart gelenkt bzw. in seinem Strahlwinkel begrenzt wird, dass er nicht auf den Sensor trifft.By means of the at least one device for flow control and/or jet angle limitation, the fuel gas tank can be filled according to the method described above, so that the advantages described in connection with the method can be achieved. In particular, the sensor position can be freely selected, since it does not have to be arranged outside the fuel gas jet, but rather the fuel gas jet is directed via the device or its beam angle is limited in such a way that it does not hit the sensor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet ein winklig zu einer Längsachse des Brenngastanks verlaufender Endabschnitt des Betankungspfads die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung aus. Über die winklige Anordnung kann insbesondere eine Strömungslenkung bewirkt werden. Der aus dem Betankungspfad austretende Brenngasstrahl wird bevorzugt vom Sensor weg in Richtung eines Randbereichs des Speichervolumens gelenkt, so dass er nicht auf den Sensor trifft. Auf eine Tanklanze zur Strömungslenkung kann in diesem Fall verzichtet werden.According to a preferred embodiment of the invention, an end section of the refueling path that runs at an angle to a longitudinal axis of the fuel gas tank forms the at least one device for flow control and/or jet angle limitation. The angled arrangement can in particular be used to direct flow. The fuel gas jet emerging from the refueling path is preferably directed away from the sensor towards an edge region of the storage volume so that it does not hit the sensor. In this case, there is no need for a tank lance to direct the flow.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass eine am Ende des Betankungspfads angeordnete Geometrie die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ausbildet. Beispielsweise kann am Austritt des Brenngases einseitig, und zwar zur Seite des Sensors hin, eine Geometrie angeordnet sind, die den Brenngasstrahl ablenkt, so dass er nicht auf den Sensor trifft.Alternatively or additionally, it is proposed that a geometry arranged at the end of the refueling path forms the at least one device for flow control and/or jet angle limitation. For example, at the exit of the fuel gas on one side, namely towards the side of the sensor, a geometry is arranged which deflects the fuel gas jet so that it does not hit the sensor.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass ein zwischen dem Sensor und dem Brenngasstrahl angeordneter Körper die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ausbildet. Die Anordnung eines Körpers zwischen dem Sensor und dem Brenngasstrahl bewirkt eine Abschirmung des Sensors. Der Körper kann beispielsweise eine Wand mit einer Fläche sein, die dem Sensor abgewandt ist, so dass beim Befüllen des Brenngastanks der Brenngasstrahl auf diese Fläche trifft und abgelenkt wird. Die Fläche führt zu einer einseitigen Begrenzung des Strahlwinkels des Brenngasstrahls, so dass dieser eine asymmetrische Form aufweist.Furthermore, it is proposed that a body arranged between the sensor and the fuel gas jet forms the at least one device for flow control and/or jet angle limitation. The arrangement of a body between the sensor and the fuel gas jet causes the sensor to be shielded. The body can, for example, be a wall with a surface that faces away from the sensor, so that when the fuel gas tank is filled, the jet of fuel gas hits this surface and is deflected. The surface leads to a one-sided limitation of the jet angle of the fuel gas jet, so that it has an asymmetrical shape.

Vorteilhafterweise ist der Sensor ein Temperatursensor oder ein Kombi-Sensor, beispielsweise ein Temperatur- und Drucksensor. Mit Hilfe des Sensors kann somit die Temperatur im Brenngastank überwacht werden. Der Sensor weist eine hohe Messgenauigkeit auf, da das Messergebnis beim Befüllen des Brenngastanks mit Brenngas nicht durch das deutlich kühlere frische Brenngas beeinflusst wird. Denn der Brenngasstrahl wird am Sensor vorbei in das Speichervolumen eingeleitet.The sensor is advantageously a temperature sensor or a combination sensor, for example a temperature and pressure sensor. With the help of the sensor, the temperature in the fuel gas tank can be monitored. The sensor has a high level of measurement accuracy because the measurement result when filling the fuel gas tank with fuel gas is not influenced by the significantly cooler fresh fuel gas. The fuel gas jet is introduced past the sensor into the storage volume.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Betankungspfad, das Tankventil, der Sensor und die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung eine Tankeinheit ausbilden, die in eine, vorzugsweise mittig angeordnete, stirnseitige Öffnung einer das Speichervolumen umschließenden Wandung eingesetzt, insbesondere eingeschraubt, ist. Die Tankeinheit erleichtert die Montage, da die Tankeinheit vormontiert und als vormontierte Baueinheit in die Öffnung der Wandung eingesetzt werden kann. Über die eingesetzte Tankeinheit kann die Öffnung zugleich abgedichtet werden. Zudem können die notwendigen Anschlussdrähte für den Sensor über die Tankeinheit dem Sensor zugeführt werden, so dass keine weiteren Dichtstellen geschaffen werden.In a further development of the invention, it is proposed that the refueling path, the tank valve, the sensor and the at least one device for flow control and/or jet angle limitation form a tank unit which is inserted, in particular screwed, into a preferably centrally arranged front opening of a wall enclosing the storage volume , is. The tank unit makes assembly easier because the tank unit can be pre-assembled and inserted into the opening in the wall as a pre-assembled structural unit. The opening can also be sealed using the tank unit used. In addition, the necessary connecting wires for the sensor can be fed to the sensor via the tank unit, so that no further sealing points are created.

In der Tankeinheit ist der Betankungspfad vorzugsweise als einfacher Kanal ausgeführt, der - ohne Verlängerung durch eine Tanklanze oder dergleichen - am Speichervolumen endet. Sofern der in das Speichervolumen mündende Endabschnitt des Betankungspfads zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung genutzt wird, verläuft dieser Endabschnitt winklig zur Längsachse des Brenngastanks. Andernfalls kann der Endabschnitt auch parallel zur Längsachse des Brenngastanks verlaufen. Die Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung wird dann bevorzugt über eine am Ende des Betankungspfads angeordnete Geometrie und/oder über einen Körper erreicht, der zwischen dem Sensor und dem Brenngasstrahl angeordnet ist.In the tank unit, the refueling path is preferably designed as a simple channel which ends at the storage volume - without being extended by a tank lance or the like. If the end section of the refueling path that opens into the storage volume is used to direct the flow and/or limit the jet angle, this end section runs at an angle to the longitudinal axis of the fuel gas tank. Otherwise, the end section can also run parallel to the longitudinal axis of the fuel gas tank. The flow control and/or jet angle limitation is then preferably achieved via a geometry arranged at the end of the refueling path and/or via a body which is arranged between the sensor and the fuel gas jet.

Des Weiteren wird ein Brenngastanksystem vorgeschlagen, das mindestens einen erfindungsgemäßen Brenngastank umfasst. Beispielsweise können mehrere gleichartige Brenngastanks in paralleler Anordnung über einen gemeinsamen Rahmen verbunden sein. Der Rahmen erleichtert den Einbau des Brenngastanksystems in ein Fahrzeug, beispielsweise in ein Brennstoffzellenfahrzeug.Furthermore, a fuel gas tank system is proposed which comprises at least one fuel gas tank according to the invention. For example, several similar fuel gas tanks can be connected in a parallel arrangement via a common frame. The frame facilitates the installation of the fuel gas tank system in a vehicle, for example in a fuel cell vehicle.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenngastank im Bereich einer Tankeinheit mit integriertem Temperatursensor und
  • 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Brenngastank im Bereich einer Tankeinheit mit integriertem Temperatursensor.
Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic longitudinal section through a fuel gas tank according to the invention in the area of a tank unit with an integrated temperature sensor and
  • 2 a schematic longitudinal section through a further fuel gas tank according to the invention in the area of a tank unit with an integrated temperature sensor.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der in der 1 dargestellte Brenngastank 1 weist eine ein Speichervolumen 2 umschließende Wandung 12 mit einer stirnseitigen Öffnung 11 auf, in die eine Tankeinheit 10 eingesetzt bzw. eingeschraubt ist. Die Tankeinheit 10 bildet einen Betankungspfad 3 aus, in den ein Tankventil 4 zur Befüllung des Brenngastanks 1 mit frischem Brenngas integriert ist. Am Tankventil 4, das sich bis in das Speichervolumen 2 hineinerstreckt, ist ein Sensor 5 zur Erfassung der Temperatur des Brenngases angeordnet. Da sich Brenngas, wie beispielsweise Wasserstoff, beim Befüllen sehr stark erwärmt, wird mit Hilfe des Sensors 5 insbesondere die Temperatur des Brenngases beim Befüllen des Brenngastanks 1 überwacht.The Indian 1 Fuel gas tank 1 shown has a wall 12 enclosing a storage volume 2 with a front opening 11 into which a tank unit 10 is inserted or screwed. The tank unit 10 forms a refueling path 3, into which a tank valve 4 is integrated for filling the fuel gas tank 1 with fresh fuel gas. A sensor 5 for detecting the temperature of the fuel gas is arranged on the tank valve 4, which extends into the storage volume 2. Since fuel gas, such as hydrogen, heats up very much when it is filled, the sensor 5 is used to monitor the temperature of the fuel gas when the fuel gas tank 1 is filled.

Der durch die Tankeinheit 10 ausgebildete Betankungspfad 3 weist einen Endabschnitt 7 auf, der winklig zu einer Längsachse A des Brenngastanks 1 verläuft. Über den Verlauf des Endabschnitts 7 wird demnach eine Strömungslenkung des Brenngases beim Befüllen des Brenngastanks 1 bewirkt. Am Ende des Betankungspfads 3 ist zudem eine Geometrie 8 vorgesehen, die zu einer Begrenzung des Strahlwinkels eines Brenngasstrahls 6 führt. Die Strömungslenkung und die Strahlwinkelbegrenzung führen im Ergebnis dazu, dass der Brenngasstrahl 6 beim Befüllen des Brenngastanks 1 mit Brenngas am Sensor 5 vorbeigeführt wird. Der Brenngasstrahl 6 trifft somit nicht auf den Sensor 5. Im Ergebnis kann somit eine hohe Messgenauigkeit des Sensors 5 erzielt werden.The refueling path 3 formed by the tank unit 10 has an end section 7 which runs at an angle to a longitudinal axis A of the fuel gas tank 1. The flow of the fuel gas is therefore directed over the course of the end section 7 when the fuel gas tank 1 is filled. At the end of the refueling path 3, a geometry 8 is also provided, which leads to a limitation of the jet angle of a fuel gas jet 6. The flow control and the jet angle limitation result in the fuel gas jet 6 being guided past the sensor 5 when the fuel gas tank 1 is filled with fuel gas. The fuel gas jet 6 therefore does not hit the sensor 5. As a result, a high measurement accuracy of the sensor 5 can be achieved.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenngastanks 1 ist in der 2 dargestellt. Dieser weist ebenfalls eine Tankeinheit 10 auf, die in eine Öffnung 11 einer ein Speichervolumen 2 umschließenden Wandung 12 eingesetzt bzw. eingeschraubt ist. Der durch die Tankeinheit 10 ausgebildete Betankungspfad 3, das Tankventil 4 sowie der am Tankventil 4 angeordnete Sensor 5 zur Erfassung der Temperatur des Brenngases sind analog der Ausführungsform der 1 ausgebildet. In der Ausführungsform der 2 weist der Betankungspfad 3 jedoch einen Endabschnitt 7 auf, der im Wesentlichen parallel zur Längsachse A des Brenngastanks 1 verläuft. Der Brenngasstrahl 6 wird demnach nicht vom Sensor 5 weg in Richtung eines Randbereichs gelenkt, sondern weitgehend mittig eingeleitet. Zur Abschirmung des Sensors 5 ist daher zwischen dem Sensor 5 und dem Brenngasstrahl 6 ein Körper 9 angeordnet, der eine Länge L aufweist, so dass sich der Körper 9 in axialer Richtung tiefer in das Speichervolumen 2 hinein erstreckt als der Sensor 5. Der Sensor 5 ist durch den Körper 9 somit optimal vor dem Brenngasstrahl 6 geschützt. Denn über eine Fläche 13 des Körpers 9 wird einseitig der Strahlwinkel begrenzt, so dass das Brenngas sicher am Sensor 5 vorbei in das Speichervolumen 2 eingeleitet wird.A further preferred embodiment of a fuel gas tank 1 according to the invention is in the 2 shown. This also has a tank unit 10 which is inserted or screwed into an opening 11 of a wall 12 enclosing a storage volume 2. The refueling path 3 formed by the tank unit 10, the tank valve 4 and the sensor 5 arranged on the tank valve 4 for detecting the temperature of the fuel gas are analogous to the embodiment of 1 educated. In the embodiment of 2 However, the refueling path 3 has an end section 7 which runs essentially parallel to the longitudinal axis A of the fuel gas tank 1. The fuel gas jet 6 is therefore not directed away from the sensor 5 towards an edge area, but is introduced largely centrally. To shield the sensor 5, a body 9 is therefore arranged between the sensor 5 and the fuel gas jet 6, which has a length L, so that the body 9 extends deeper into the storage volume 2 in the axial direction than the sensor 5. The sensor 5 is therefore optimally protected from the fuel gas jet 6 by the body 9. The beam angle is limited on one side via a surface 13 of the body 9, so that the fuel gas is safely introduced past the sensor 5 into the storage volume 2.

Claims (12)

Verfahren zum Befüllen eines Speichervolumens (2) eines Brenngastanks (1) mit Brenngas, bei dem das Brenngas über einen Betankungspfad (3) mit integriertem Tankventil (4) in das Speichervolumen (2) eingeleitet wird und beim Einleiten ein Brenngasstrahl (6) geformt wird, der durch Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung an einem im Speichervolumen (2) angeordneten Sensor (5) zur Erfassung mindestens einer Zustandsgröße, insbesondere der Temperatur, des Brenngases gezielt vorbeigeführt wird.Method for filling a storage volume (2) of a fuel gas tank (1) with fuel gas, in which the fuel gas is introduced into the storage volume (2) via a refueling path (3) with an integrated tank valve (4) and a fuel gas jet (6) is formed during introduction , which is guided past a sensor (5) arranged in the storage volume (2) in a targeted manner by flow control and/or beam angle limitation for detecting at least one state variable, in particular the temperature, of the fuel gas. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ein Endabschnitt (7) des Betankungspfads (3) genutzt wird, der winklig zu einer Längsachse (A) des Brenngastanks (1) verläuft.Procedure according to Claim 1 , characterized in that an end section (7) of the refueling path (3) is used to direct the flow and/or limit the jet angle, which runs at an angle to a longitudinal axis (A) of the fuel gas tank (1). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung eine am Ende des Betankungspfads (3) angeordnete Geometrie (8) verwendet wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that a geometry (8) arranged at the end of the refueling path (3) is used to direct the flow and/or limit the jet angle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ein zwischen dem Sensor (5) und dem Brenngasstrahl (6) angeordneter Körper (9) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a body (9) arranged between the sensor (5) and the fuel gas jet (6) is used to direct the flow and/or limit the jet angle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Sensors (5) die Temperatur und mindestens eine weitere Zustandsgröße des Brenngases im Speichervolumen (2) erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature and at least one further state variable of the fuel gas in the storage volume (2) are recorded with the aid of the sensor (5). Brenngastank (1) für ein Brenngastanksystem, aufweisend ein Speichervolumen (2), das über einen Betankungspfad (3) mit integriertem Tankventil (4) mit Brenngas befüllbar ist, sowie einen im Speichervolumen (2) angeordneten Sensor (5) zur Erfassung mindestens einer Zustandsgröße, insbesondere der Temperatur, des Brenngases, wobei in den Brenngastank (1) mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung integriert ist, mittels welcher ein beim Einleiten von Brenngas in das Speichervolumen (2) geformter Brenngasstrahl (6) am Sensor (5) gezielt vorbeiführbar ist.Fuel gas tank (1) for a fuel gas tank system, comprising a storage volume (2) which can be filled with fuel gas via a refueling path (3) with an integrated tank valve (4), and a sensor (5) arranged in the storage volume (2) for detecting at least one status variable , in particular the temperature, of the fuel gas, with at least one device for flow control and/or jet angle limitation being integrated into the fuel gas tank (1), by means of which a fuel gas jet (6) formed when fuel gas is introduced into the storage volume (2) on the sensor (5) can be passed specifically. Brenngastank (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein winklig zu einer Längsachse (A) des Brenngastanks (1) verlaufender Endabschnitt (7) des Betankungspfads (3) die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ausbildet.Fuel gas tank (1). Claim 6 , characterized in that an end section (7) of the refueling path (3) which extends at an angle to a longitudinal axis (A) of the fuel gas tank (1) forms the at least one device for flow control and/or jet angle limitation. Brenngastank (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine am Ende des Betankungspfads (3) angeordnete Geometrie (8) die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ausbildet.Fuel gas tank (1). Claim 6 or 7 , characterized in that a geometry (8) arranged at the end of the refueling path (3) forms the at least one device for flow control and / or jet angle limitation. Brenngastank (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Sensor (5) und dem Brenngasstrahl (6) angeordneter Körper (9) die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung ausbildet.Fuel gas tank (1) according to one of the Claims 6 until 8th , characterized in that a body (9) arranged between the sensor (5) and the fuel gas jet (6) forms the at least one device for flow control and / or jet angle limitation. Brenngastank (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) ein Temperatursensor oder Kombi-Sensor, beispielsweise ein Temperatur- und Drucksensor, ist.Fuel gas tank (1) according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that the sensor (5) is a temperature sensor or combination sensor, for example a temperature and pressure sensor. Brenngastank (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betankungspfad (3), das Tankventil (4), der Sensor (5) und die mindestens eine Einrichtung zur Strömungslenkung und/oder Strahlwinkelbegrenzung eine Tankeinheit (10) ausbilden, die in eine, vorzugsweise mittig angeordnete, stirnseitige Öffnung (11) einer das Speichervolumen (2) umschließenden Wandung (12) eingesetzt, insbesondere eingeschraubt, ist.Fuel gas tank (1) according to one of the Claims 6 until 10 , characterized in that the refueling path (3), the tank valve (4), the sensor (5) and the at least one device for flow control and / or jet angle limitation form a tank unit (10) which is inserted into a, preferably centrally arranged, front opening (11) is inserted, in particular screwed in, into a wall (12) surrounding the storage volume (2). Brenngastanksystem, umfassend mindestens einen Brenngastank (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11.Fuel gas tank system, comprising at least one fuel gas tank (1) according to one of Claims 6 until 11 .
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