JP2022541137A - 気体状の媒体を備蓄するためのタンク装置 - Google Patents

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Abstract

気体状の媒体を、特に水素を備蓄するためのタンク装置（１）であって、少なくとも１つのタンク容器（２）を有し、少なくとも１つの該タンク容器（２）はタンクネック（３）を有するタンクハウジング（２０）を有する。さらに、タンクネック（３）の中に接合ねじ止め部材（５）が配置され、該接合ねじ止め部材（５）はタンクハウジング（２０）の内側（８）に構成されたテーパ状のシールシート（１０）に当接し、そのようにしてタンクネック（３）のタンクネック内部空間（３０）を封止し、接合ねじ止め部材（５）は、タンクハウジング（２０）の外側（９）に取り付けられたユニオンナット部材（６）によって予備締付可能である。【選択図】 図２

Description

本発明は、たとえば燃料電池駆動部を有する車両で適用するための、特に水素を備蓄するための燃料電池タンクのためのタンク装置に関する。
特許文献１は、気体状の燃料を用いた駆動部を有する車両のための、圧縮された流体を備蓄するための装置を記載しており、この装置は、少なくとも２つの管状のタンクモジュールと、少なくとも１つの統合された制御・安全工学技術を有する少なくとも１つの高圧燃料分配器とを含んでいる。少なくとも２つの管状のタンクモジュールは、少なくとも１つの統合された制御・安全工学技術を有する少なくとも１つの高圧燃料分配器と、フレキシブルなジオメトリーでモジュールをなすようにモジュール形式で結合される。
このようなタンク装置のための安全装置は規格化されている。そこでは各々のタンク装置が、たとえば遮蔽弁を有さなくてはならない。そのようにして遮蔽弁は、燃料電池駆動部を有する車両の事故によって引き起こされるタンク装置の損傷のときや、タンク装置の配管が破損したときに、遮蔽弁が無通電の状態で閉じるので、タンク容器が閉止されることを保証することができる。そのようにして事故や不具合が生じたときに、タンク容器からのガス流出をいつでも回避することができる。
法律の要求事項は、容器に応じて、このような安全弁がタンク容器の表面あるいはさらに内部に直接取り付けられなければならないことを定めている。したがって安全弁は、気体状の媒体やシステム圧力に直接的に暴露され、たとえば最大で１０００バールのシステム圧力に暴露される。このような安全弁に対して作用する高い力は、安全弁の損傷およびこれに伴う不具合を防止するために、高いコストのかかる設計上の方策を必要とする。さらに安全弁は、事故中の考えられる「せん断」に対して保護されなければならない。
独国特許出願公開第１０２０１７２１２４８５号明細書
それに対して請求項１の特徴部の構成要件を有する本発明のタンク装置には、追加の設計コンポーネントがタンク装置の内側から組み付けられることでタンク装置の封止性が明らかに改善されるとともに、タンク装置に統合される安全弁装置が損傷から保護されているという利点がある。
そのために、気体状の媒体を、特に水素を備蓄するためのタンク装置は、タンクネックを有するタンクハウジングを有する少なくとも１つのタンク容器を有する。これに加えてタンクネックの中に接合ねじ止め部材が配置され、該接合ねじ止め部材はタンクハウジングの内側に構成されたテーパ状のシールシートに当接し、そのようにしてタンクネックのタンクネック内部空間を封止する。接合ねじ止め部材は、タンクハウジングの外側に取り付けられたユニオンナット部材によって予備締付可能である。
さらに本発明には、タンク装置のタンク容器のタンクネックの中に接合ねじ止め部材を挿入する方法が含まれる。タンクネックの中への接合ねじ止め部材の挿入は、すでに後側で閉止されたタンク容器のもとで縁曲げによって行われ、装置が準備され、該装置によって接合ねじ止め部材がタンク容器の内部の外からタンクネックを通してシールシートに当て付けられる。
タンク容器のタンクネックの中の接合ねじ止め部材によって改善された封止が実現され、それは、タンク容器の内部の圧力がシール作用を強めることによる。さらに、たとえばバルブ装置の「せん断」を防止することができる。というのもバルブ装置がタンク容器の中に配置され、事故が発生したときの圧力状況にタンク容器が耐えるからである。これに加えて、典型的にはタンクネックの内部で利用される、タンクハウジングに構成される接合ねじ山がそのようにして不要となり、それにより、強度を引き下げるタンクハウジングの刻み目が存在しなくなる。
第１の好ましい発展例では、接合ねじ止め部材は中央の開口部を有し、該開口部は貫通孔として構成されることが意図される。接合ねじ止め部材の開口部に、タンク容器の長軸に対して同軸にバルブ装置が収容され、ねじ止めによって接合ねじ止め部材と固定的に結合されるのが好ましい。そのようにして、安全弁としてのバルブ装置を設計的に簡素な方式でタンク容器に統合することができ、たとえば作動中の衝撃などの外部要因によって引き起こされる損傷からバルブ装置が保護されている。さらに、そのようにしてタンク容器から出ていく気体状の媒体の流れを簡易な方式で制御することができる。
好ましい発展例では、少なくとも１つのタンク容器は大気圧に対して１バールから１０００バールの圧力差のために設計されることが意図される。そのようにして、タンク容器の中の気体状の媒体の使用を最適化することができる。
本発明の別の実施形態では、タンクネックは円筒状に構成されるとともに、テーパ状の拡張部として円筒状のタンク本体へと移行していき、タンクネックの直径ｄはタンク本体の直径Ｄよりも小さいことが意図されるのが好ましい。このような形状により、タンク容器内部の均等な圧力分布が可能である。
好ましい発展例では、少なくとも１つのタンク容器はプラスチック材料、炭素繊維材料、アルミニウム、チタン、マグネシウム、繊維材料、特にガラス繊維材料、または鋼材で製作される。そのようにして、タンク容器のコストを削減する設計が実現される。
記載されているタンク装置は、特に、燃料電池構造体で燃料電池の作動のための水素を備蓄するのに適している。記載されているタンク装置は、燃料電池駆動部を有する車両で使用することができるのが好ましい。
図面には、気体状の媒体を、特に水素を、備蓄するための本発明によるタンク装置の実施例が示されている。
タンクネックとタンク本体とを有するタンクハウジングを含む、複数のタンク容器を有する本発明のタンク装置の実施例を示す縦断面図である。 タンクネックの領域で図１の実施例を示す拡大部分図である。
図１には、気体状の媒体のための、特に水素のための、本発明によるタンク装置１の実施例が模式的な図面で示されている。タンク装置１は、タンクハウジング２０を備える多数のタンク容器２を有している。タンクハウジング２０はタンク本体４とタンクネック３とを含んでおり、長軸１２を有している。ここではタンク本体４は、タンクネック３のテーパ状の拡張部として構成されている。タンク本体４とタンクネック３はいずれも円筒状に構成されており、タンク本体４の直径Ｄはタンクネック３の直径ｄよりも大きい。
図２は、図１のタンクネック３の領域内のタンク容器２の拡大図を横断面図として示している。タンクネック３は、タンク本体４のタンク内部空間２１へと連通するタンクネック内部空間３０を有している。
タンクネック３の中に、タンクハウジング２０の内側８に構成されたテーパ状のシールシート１０に当接する接合ねじ止め部材５が配置されている。このようにしてタンクネック内部空間３０が、またタンク内部空間２１も、外方に向かって封止され、それにより気体状の媒体がタンク容器２から流出し得ない。さらに接合ねじ止め部材５は、ユニオンナット部材６によってタンクネック３の中で予備締付されている。ここではユニオンナット部材６は、タンクハウジング２０の外側９に取り付けられている。
さらにタンク容器２には、ユニオンナット部材６を締め付けるために、六角穴の形態の回り止めが配置されている。このことには、ユニオンナット部材６が締め付けられるときに、接合ねじ止め部材５が内方に向かって一緒に回転しないという利点がある。
その代替として、たとえばキーレンチを当て付けるための穴など、これ以外の回り止めを利用することもできる。
接合ねじ止め部材５は、貫通孔として構成された中央の開口部７を有している。この開口部７の中で、タンク容器２の長軸１２に対して同軸にバルブ装置１１が収容されて、ねじ止めにより接合ねじ止め部材５と固定的に結合される。
バルブ装置１１は典型的には電磁式に励起され、タンク容器２からたとえば燃料電池のアノード領域の方向への、たとえば水素などの気体状の媒体の貫流を制御する。無通電の状態にあるとき、バルブ装置１１は安全弁として構成されているので閉じる。それにより、閉じた状態のときに、ならびに故障や不具合が生じたときに、タンク容器２からのガス流出がいつの時点でも回避されることを保証することができる。
タンク容器２は、大気圧に対して１バールから１０００バールの圧力差のために設計されている。典型的には、たとえば水素を最大７００バールの圧力で備蓄する燃料電池構造体でタンク容器２が利用される。さらにタンク容器は、プラスチック材料、炭素繊維材料、アルミニウム、チタン、マグネシウム、繊維材料、特にガラス繊維材料、または鋼材で製作される。
接合ねじ止め部材５の挿入は、たとえばタンク容器２が後側で閉止される前の時点で行うことができる。
代替的な方法では、すでに後側で閉止されたタンク容器２のもとで、接合ねじ止め部材５がタンクネック３に縁曲げによって挿入される。さらに装置が準備され、該装置によって接合ねじ止め部材５がタンク容器２の内部の外からタンクネック３を通してシールシート１０に当て付けられる。このときシールシート１０のシール面の微細加工をタンク容器２の後側から、またはタンクネック３を通して行うことができる。
タンク装置１は、たとえば燃料電池の作動のための水素を備蓄するために利用することができ、燃料電池駆動部を有する車両に統合することもできる。
１ タンク装置
２ タンク容器
３ タンクネック
４ タンク本体
５ 接合ねじ止め部材
６ ユニオンナット部材
７ 開口部
８ 内側
９ 外側
１０ シールシート
１１ バルブ装置
１２ 長軸
２０ タンクハウジング
３０ タンクネック内部空間

Claims (9)

  1. 気体状の媒体を、特に水素を備蓄するためのタンク装置（１）であって、少なくとも１つのタンク容器（２）を有し、少なくとも１つの前記タンク容器（２）はタンクネック（３）を有するタンクハウジング（２０）を有する、タンク装置において、前記タンクネック（３）の中に接合ねじ止め部材（５）が配置され、前記接合ねじ止め部材（５）は前記タンクハウジング（２０）の内側（８）に構成されたテーパ状のシールシート（１０）に当接し、そのようにして前記タンクネック（３）のタンクネック内部空間（３０）を封止し、前記接合ねじ止め部材（５）は、前記タンクハウジング（２０）の外側（９）に取り付けられたユニオンナット部材（６）によって予備締付可能であることを特徴とする、タンク装置。
  2. 前記接合ねじ止め部材（５）は中央の開口部（７）を有し、前記開口部（７）は貫通孔として構成されることを特徴とする、請求項１に記載のタンク装置（１）。
  3. 前記接合ねじ止め部材（５）の前記開口部（７）の中に前記タンク容器（２）の長軸（１２）に対して同軸にバルブ装置（１１）が収容されて、ねじ止めによって前記接合ねじ止め部材（５）と固定的に結合されることを特徴とする、請求項２に記載のタンク装置（１）。
  4. 少なくとも１つの前記タンク容器（２）は大気圧に対して１バールから１０００バールの圧力差のために設計されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のタンク装置（１）。
  5. 前記タンクネック（３）は円筒状に構成されるとともに、テーパ状の拡張部として円筒状のタンク本体（４）へと移行していき、前記タンクネック（３）の直径ｄは前記タンク本体（４）の直径Ｄよりも小さいことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のタンク装置（１）。
  6. 少なくとも１つの前記タンク容器（２）はプラスチック材料、炭素繊維材料、アルミニウム、チタン、マグネシウム、繊維材料、特にガラス繊維材料、または鋼材で製作されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のタンク装置（１）。
  7. 燃料電池駆動部と、請求項１から６のいずれか１項に記載のタンク装置（１）とを有している車両。
  8. 燃料電池の作動のための水素を備蓄するために請求項１から６のいずれか１項に記載のタンク装置（１）を有している燃料電池構造体。
  9. 請求項１から６のいずれか１項に記載のタンク装置（１）の前記タンク容器（２）の前記タンクネック（３）に前記接合ねじ止め部材（５）を挿入する方法において、前記タンクネック（３）への前記接合ねじ止め部材（５）の挿入は、すでに後側で閉止されたタンク容器（２）のもとで縁曲げによって行われ、装置が準備され、前記装置によって前記接合ねじ止め部材（５）が前記タンク容器（２）の内部の外から前記タンクネック（３）を通して前記シールシート（１０）に当て付けられる方法。
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