WO2019015885A1 - Einrichtung zur speicherung von verdichteten fluiden - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for storing compressed fluids for a vehicle with a gaseous drive
- Compressed gas containers for vehicles are known from the general state of the art.
- so-called type IV compressed gas containers are known for pressures up to 700 bar and above from the general state of the art, which are preferably used in motor vehicles for storing hydrogen for supplying a fuel cell. They have a structure of an inner shell, which consists of a single or multilayer plastic structure. The inner shell ensures that the future compressed gas storage is as tight as possible for the gas stored in it. The inner shell, which itself is not overly stable mechanically, then becomes outside of it
- a disadvantage of these structures is that such a pressurized gas container, in particular when used with hydrogen, is subject to high thermal and mechanical stresses during operation.
- One problem that occurs in particular is that the inner liner can never be made 100 percent tight to the diffusion of hydrogen.
- Such a type IV compressed gas container is described for example in DE 10 2010 033 623 AI.
- the pressurized gas container described therein has a special construction in which the inner liner consists of several layers different plastics, but this makes extremely complicated to manufacture.
- a comparable structure is also known from US 2004/026762 AI.
- the number of compressed gas containers per vehicle is kept very low.
- the equipment with one to two type IV gas cylinders is known as a tank for hydrogen.
- These type IV pressurized gas containers are due to their size of about 120 L.
- Compressed gas tank module that is adaptable to the available space.
- the inventive device with the characterizing part of claim 1 has the advantage that a pressurized gas container module is created, which is adaptable to the available space.
- a device for storing compressed fluids comprising at least two tubular tank modules and at least one high-pressure fuel distributor with at least one integrated control and safety technology, wherein the at least two
- tubular tank modules made of metal and are connected to the at least one Hochdruckkraftstoffzuteiler with at least one integrated control and safety technology modular and flexible geometry.
- this device for storing compressed fluids is easy to manufacture, has a flexible geometry in length, diameter, arrangement and space and withstands high thermal and mechanical loads.
- the use of metal offers the advantage of
- Heat conduction and the high heat capacity of metal offer the advantage of lower heating during refueling, whereby a higher degree of filling and / or a higher filling rate when refueling with gaseous hydrogen due to the negative Joule-Thomson coefficient can be achieved.
- steel is used for the production of the tubular tank modules of the device for storing compressed fluids.
- Steel is on the one hand very robust and on the other hand very cost-effective. It is advantageous that steel is very easy to work with. Due to the high ductility of steel results in an improved crash safety of vehicles with tubular tank modules.
- titanium for the production of the tubular tank modules of the device for storing compressed fluids.
- the low specific gravity of titanium advantageously leads to a weight reduction of the device.
- this lighter device can be used to save fuel in the vehicle.
- the device for storing compressed fluids consists of several tube bundles with identical geometry. For a cost-effective production is achieved. Furthermore, the device for storing
- each tube bundle can be adapted to a given example by a body installation space.
- an improved use of the predetermined space is achieved in an advantageous manner, resulting in a larger storage volume available.
- the space requirement can be reduced even with a constant storage volume.
- the arrangement of the tube bundles can be longitudinal or transverse to the direction of travel. Also, mixed arrangements and inclined tube bundles are possible. A use of curved pipes is also possible.
- the device comprising a plurality of tubes and / or a plurality of tube bundles for storing compressed fluids is arranged in a housing.
- the housing can be adapted in an advantageous manner to the installation space of the vehicle and serves as a mounting frame for the tube bundles and the Hochdruckkraftstoffzuteiler with at least one integrated control and safety technology.
- the housing protects the device for storing compressed fluids from environmental and corrosive media.
- Fig. 1 shows a schematic representation of the modular construction of a device consisting of tank modules for the storage of compressed fluids
- FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle with a transversely mounted in the vehicle floor, consisting of tank modules means for storing compressed fluids.
- FIG. 3 shows a schematic representation of a vehicle with a longitudinally installed in the vehicle floor, consisting of tank modules means for storing compressed fluids.
- FIG. 4 shows a schematic representation of a vehicle with a device adapted to the available installation spaces, consisting of tank modules of different lengths and different diameters, for storing compressed fluids;
- Fig. 5 shows a schematic representation of a vehicle with an im
- Fig. 6 shows a schematic representation of a vehicle with an im
- Fig. 7 shows a schematic representation of a comparison between
- Fig. 8 a schematic representation of a vehicle with a
- Vehicle floor built, consisting of transversely arranged tank modules means for storing compressed fluids
- Fig. 10 shows a schematic representation of a tank modules
- Vehicle floor built, consisting of longitudinally arranged tank modules means for storing compressed fluids.
- FIG. 1 shows a schematic representation of the modular construction of a device 10 for storing compressed fluids consisting of tank modules.
- This device 10 consists of a series of tank modules 13 made of metal.
- the individual tank modules 13 can be made of tubular semi-finished products.
- the tank modules 13 can be stacked one above the other or side by side and made to any length.
- the tank modules 13 are over at least one Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 connected to the at least one integrated control and safety technology 15.
- FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle 12 with a transversely mounted in the vehicle floor, consisting of tank modules 13 device 10 for storing compressed fluids.
- the tank modules 13 are arranged transversely to the direction of travel of the vehicle 12.
- tank modules 13 below the passenger compartment of the vehicle 12 is particularly accident-proof, since the energy-consuming areas of the vehicle 12, the so-called crumple zones, are arranged in front of and behind the passenger compartment. Thus, the passenger compartment and thus the tank modules 13 are protected in an accident especially from damage.
- the deep attachment of the tank modules 13 leads to a low center of gravity of the vehicle 12, whereby the roll and pitch of the body decreases when cornering and accelerations or Abbremsmanövern.
- the tank modules 13 are connected via at least one high-pressure fuel feeder 14 with the at least one integrated control and safety technology 15.
- FIG 3 shows a schematic representation of a vehicle 12 with a longitudinally installed in the vehicle floor, consisting of tank modules 13 device 10 for storing compressed fluids.
- the tank modules 13 are arranged along the direction of travel of the vehicle 12.
- the arrangement of the tank modules 13 below the passenger compartment of the vehicle 12 is particularly accident-proof, since the energy-consuming areas of the vehicle 12, the so-called crumple zones, are arranged in front of and behind the passenger compartment.
- the passenger compartment and thus the tank modules 13 are protected in an accident especially from damage.
- the deep attachment of the tank modules 13 leads to a low center of gravity of the vehicle 12, whereby the roll and pitch of the body decreases when cornering and accelerations or Abbremsmanövern.
- FIG. 4 shows a schematic representation of a vehicle 12 with a device 10 adapted to the available installation spaces and comprising tank modules 13 of different lengths and / or different diameters for storing compressed fluids.
- the tank modules 13 in the rear of the vehicle 12 different tank modules 13 are adapted to the given installation space.
- the arrangement of the tank modules 13 is arbitrary, the tank modules 13 may be arranged horizontally along the direction of travel, horizontally transversely to the direction of travel, vertically or at any angle. Mixing arrangements of the tank modules 13 are particularly suitable for optimal use of the predetermined installation space of the vehicle 12.
- the tank modules 13 are connected via at least one high-pressure fuel feeder 14 with the at least one integrated control and safety technology 15.
- FIG. 5 shows a simultaneous use of different installation spaces of the body of the vehicle 12 for the device 10 consisting of tank modules 13
- the tank modules 13 are over at least one
- FIG. 6 also shows in a schematic representation of a vehicle 12 a simultaneous use of different installation spaces of the body of the vehicle 12 for the device 10 for storing compressed fluids consisting of tank modules 13.
- the built-in along the direction of travel of the vehicle 12 tank modules 13 are on the one hand in the bottom of the Passenger compartment and arranged on the other in the rear of the vehicle 12. This results from the deep attachment of the tank modules 13 a deeper
- the tank modules 13 are over at least one
- FIG. 7 shows a schematic representation of a comparison between a type IV compressed gas container 18 from the prior art and the modular design of a device 10 consisting of tank modules 13 for storing compressed fluids.
- the figure shows how a type IV compressed gas tank 18 can be replaced by an existing of several tank modules 13 tube bundle 16. Furthermore, the tube bundle 16 by adding
- Tank modules 13 for example, exploit the corners of an angularly executed installation space in a vehicle 12 and thus increase the capacity without additional space requirements.
- the tank modules 13 are connected via at least one high-pressure fuel feeder 14 with the at least one integrated control and safety technology 15.
- Figure 8 shows a schematic representation of a vehicle 12 with a
- the fuel cell 20 is powered by the compressed fluid storage device 10 via the high pressure fuel rail 14 with gaseous fuel integrated control and safety technology 15.
- the device 10 for storing compressed fluids consists of a series of tank modules 13 made of metal.
- the tank modules 13 are arranged in a housing 17.
- the DC-DC converter 22 converts electrical energy by the DC-DC converter 22 to the voltage level of the DC intermediate circuit 26.
- From the DC intermediate circuit 26 of the traction inverter 24 is supplied with electrical energy.
- the traction inverter 24 the DC voltage the DC intermediate circuit 26 is converted into alternating or three-phase current, with which the electric motor 19 is operated.
- the electric motor 19 drives the drive wheels 27 via the gear 23.
- the DC intermediate circuit 26 is also connected to the backup battery 25.
- This buffer battery 25 supplies the electric motor 19 in addition to the fuel cell 20 with electrical energy, for example, when an acceleration process, the need for
- the backup battery 25 receives excess electrical energy, for example, when the demand for electric power of the electric motor 19 is smaller than that of the
- Fuel cell 20 emitted electrical energy.
- the electric motor 19 is operated as a generator. If the
- Electric motor 19 operates as a regenerative wear-free brake, the electrical energy generated by the braking process is also absorbed by the backup battery 25.
- the traction inverter 24 converts the from
- Electric motor 19 output alternating or three-phase current in DC at the voltage level of the DC intermediate circuit 26 to.
- Figure 9 shows a schematic representation of a vehicle 12 with a
- This device 10 for storing compressed fluids consists of a series of metal tank modules 13, which are arranged transversely to the direction of travel of the vehicle 12. The individual tank modules 13 are through the
- FIG. 10 shows a schematic representation of a device 10 for storing compressed fluids consisting of tank modules 13
- the device 10 for storing compressed fluids in a housing 17 is arranged.
- anchorages 21 are arranged in the housing so that the forces acting in an accident forces are absorbed and the tank modules 13 are not damaged.
- the individual tank modules 13 are through the
- High-pressure fuel feeder 14 connected in which the rule and
- the housing 17 protects from the
- the housing 17 can
- the housing 17 with the device 10 for storage of compressed fluids simply removed from the vehicle and after the
- FIG. 11 shows a schematic illustration of a vehicle 12 with a device 10 for storing compressed fluids.
- This device 10 for storing compressed fluids consists of a series of metal tank modules 13, which are arranged longitudinally to the direction of travel in a housing 17.
- the individual tank modules 13 consisting of tube bundles 16 are connected in the housing 17 by the high-pressure fuel feeder 14.
- the control and safety technology 15 is integrated.
- the housing 17 is integrated in the underbody of the vehicle 12.
- the arrangement of the tank modules 13 in the housing 17 below the passenger compartment of the vehicle 12 is particularly accident-proof, since the energy-consuming areas of the vehicle 12, the so-called crumple zones, are arranged in front of and behind the passenger compartment and thus also the housing 17 with the
- Tank modules 13 and the Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 are protected with the control and safety technology 15 in an accident particularly against damage.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden für ein Fahrzeug mit einem Antrieb mit gasförmigen Kraftstoffen, wobei die Einrichtung mindestens zwei rohrförmige Tankmodule und mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler mit mindestens eine integrierten Regel- und Sicherheitstechnik umfasst, wobei die mindestens zwei rohrförmigen Tankmodule aus Metall bestehen und mit dem mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik modular zu einem Modul in flexibler Geometrie verbunden werden.
Description
Beschreibung Titel
Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden für ein Fahrzeug mit einem Antrieb mit gasförmigen
Kraftstoffen.
Stand der Technik
Druckgasbehälter für Fahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Insbesondere sind sogenannte Typ-IV-Druckgasbehälter für Drücke bis zu 700 bar und darüber aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, die bevorzugt in Kraftfahrzeugen zur Speicherung von Wasserstoff zur Versorgung einer Brennstoffzelle eingesetzt werden. Sie weisen einen Aufbau aus einer Innenhülle auf, welche aus einem ein- oder mehrschichtigen Kunststoffaufbau besteht. Die Innenhülle sorgt dabei dafür, dass der spätere Druckgasspeicher für das in ihm gespeicherte Gas möglichst dicht ist. Die Innenhülle, welche selbst mechanisch nicht übermäßig stabil ist, wird dann außen von einer sie
stabilisierenden Außenhülle aus faserverstärktem Kunststoff umgeben, welche den im späteren Druckgasbehälter auftretenden Druck aufnimmt.
Nachteilig bei diesen Aufbauten ist es, dass ein derartiger Druckgasbehälter, insbesondere beim Einsatz mit Wasserstoff, im Betrieb hohen thermischen und mechanischen Belastungen unterliegt. Ein Problem, das dabei auftritt, ist insbesondere dass der Innenliner gegenüber der Diffusion von Wasserstoff nie zu 100 Prozent dicht ausgeführt werden kann.
Ein derartiger Typ-IV-Druckgasbehälter ist beispielsweise in der DE 10 2010 033 623 AI beschrieben. Der dort beschriebene Druckgasbehälter hat einen besonderen Aufbau, bei welchem der Innenliner aus mehreren Schichten
unterschiedlicher Kunststoffe besteht, was diesen jedoch außerordentlich aufwändig in der Herstellung macht. Ein vergleichbarer Aufbau ist auch aus der US 2004/026762 AI bekannt.
Aufgrund der aufwändigen Herstellung und der damit verbundenen hohen Kosten der Typ-IV-Druckgasbehälter wird üblicherweise die Anzahl der Druckgasbehälter pro Fahrzeug sehr gering gehalten. Bei Serienfahrzeugen ist die Ausstattung mit ein bis zwei Typ-IV-Druckgasbehältern als Tank für Wasserstoff bekannt. Diese Typ-IV-Druckgasbehälter sind aufgrund ihrer Größe von ca. 120 L
Speichervolumen auf besondere Karosseriekonstruktionen mit entsprechend großen freien Einbauräumen angewiesen. Eine Verwendung von
Großserienkarosserien scheidet in der Regel aus, da die erforderlichen
Einbauräume in diesen für den Antrieb durch eine Verbrennungskraftmaschine oder batterieelektrischen Antrieb vorgesehenen Fahrzeugen in der erforderlichen Größe nicht zur Verfügung stehen.
Es besteht daher der Bedarf nach einem einfach herzustellenden
Druckgasbehältermodul, das an den zur Verfügung stehenden Bauraum anpassbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein Druckgasbehältermodul geschaffen wird, das an den zur Verfügung stehenden Bauraum anpassbar ist.
Erfindungsgemäß ist dazu eine Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden vorgesehen, bestehend aus mindestens zwei rohrförmigen Tankmodulen und mindestens einem Hochdruckkraftstoffzuteiler mit mindestens einer integrierten Regel- und Sicherheitstechnik, wobei die mindestens zwei
rohrförmigen Tankmodule aus Metall bestehen und mit dem mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik modular und mit flexibler Geometrie verbunden sind.
In vorteilhafter Weise ist diese eine Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden einfach herstellbar, weist eine flexible Geometrie in Länge, Durchmesser, Anordnung und Bauraum auf und hält hohen thermischen und mechanischen Belastungen stand. Die Verwendung von Metall bietet den Vorteil der
Nichtbrennbarkeit und der niedrigen Kosten. Weiterhin sind bei der Verwendung von Metall die vergleichsweise niedrige Wasserstoff- Diffusion und die höhere Crashsicherheit aufgrund der hohen Bruchdehnung vorteilhaft. Die höhere
Wärmeleitung und die hohe Wärmekapazität von Metall bieten den Vorteil der geringeren Erwärmung beim Tanken, womit ein höherer Füllgrad und/oder eine höhere Füllrate beim Betanken mit gasförmigem Wasserstoff aufgrund des negativen Joule-Thomson- Koeffizienten erzielt werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Vorteilhafterweise wird für die Herstellung der rohrförmigen Tankmodule der Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden Stahl verwendet. Stahl ist einerseits sehr robust und andererseits sehr kostengünstig. Vorteilhaft ist, dass Stahl sehr einfach zu verarbeiten ist. Aufgrund der hohen Duktilität von Stahl ergibt sich eine verbesserte Crash-Sicherheit von Fahrzeugen mit rohrförmigen Tankmodulen.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Titan für die Herstellung der rohrförmigen Tankmodule der Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden. Das geringe spezifische Gewicht von Titan führt in vorteilhafter Weise zu einer Gewichtsreduktion der Einrichtung. In vorteilhafter Weise kann diese leichtere Einrichtung kraftstoffsparend im Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
Bevorzugt besteht die Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden aus mehreren Rohrbündeln mit identischer Geometrie. Damit wird eine kostengünstige Fertigung erreicht. Weiterhin kann die Einrichtung zur Speicherung von
verdichteten Fluiden unverändert als Standardbaugruppe in vorteilhafter Weise für
unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden, womit die Herstellstückzahl steigt und Kosteneffekte der Serienfertigung genutzt werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einrichtung zur Speicherung von
verdichteten Fluiden aus einem oder mehreren Rohrbündeln mit flexibler
Geometrie in Länge, Durchmesser, Anordnung und Bauraum besteht. Damit kann jedes Rohrbündel an einen beispielsweise durch eine Karosserie vorgegebenen Einbauraum angepasst werden. Somit wird in vorteilhafter Weise eine verbesserte Nutzung des vorgegebenen Bauraums erreicht, was zu einem größeren verfügbaren Speichervolumen führt. Andererseits kann auch bei gleichbleibendem Speichervolumen der Bauraumbedarf reduziert werden. Die Anordnung der Rohrbündel kann längs oder quer zur Fahrtrichtung erfolgen. Ebenfalls sind gemischte Anordnungen und schräg stehende Rohrbündel möglich. Ein Einsatz von gekrümmten Rohren ist ebenfalls möglich.
Vorteilhafterweise wird die aus mehreren Rohren und/oder mehreren Rohrbündeln bestehende Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden in ein Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann in vorteilhafter Weise an den Einbauraum des Fahrzeugs angepasst sein und dient als Montagerahmen für die Rohrbündel und den Hochdruckkraftstoffzuteiler mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik. Durch das Gehäuse wird die Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden vor Umwelteinflüssen und korrosiven Medien geschützt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem
Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1: zeigt eine schematische Darstellung des modularen Aufbaus einer aus Tankmodulen bestehenden Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden;
Fig. 2.: zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer quer im Fahrzeugboden eingebauten, aus Tankmodulen bestehenden Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden;
Fig. 3.: zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer längs im Fahrzeugboden eingebauten, aus Tankmodulen bestehenden Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden;
Fig. 4.: zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer an die verfügbaren Einbauräume angepassten, aus Tankmodulen unterschiedlicher Länge und unterschiedlichen Durchmessers bestehenden Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden;
Fig. 5.: zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer im
Fahrzeugboden und im Fahrzeugheck eingebauten, aus quer ausgerichteten Tankmodulen bestehenden Einrichtung zur
Speicherung von verdichteten Fluiden;
Fig. 6: zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer im
Fahrzeugboden und im Fahrzeugheck eingebauten, aus längs ausgerichteten Tankmodulen bestehenden Einrichtung zur
Speicherung von verdichteten Fluiden;
Fig. 7: zeigt eine schematische Darstellung eines Vergleichs zwischen
einem Typ-IV-Druckgasbehälter und dem modularen Aufbau einer
aus Tankmodulen bestehenden Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden;
Fig. 8: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem
Brennstoffzellenantrieb;
Fig. 9: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer im
Fahrzeugboden eingebauten, aus quer angeordneten Tankmodulen bestehenden Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden;
Fig. 10: zeigt eine schematische Darstellung einer aus Tankmodulen
bestehenden Einrichtung zur Speicherung von komprimierten Gasen zum Einbau in einen vorgegebenen Einbauraum eines Fahrzeugs;
Fig. 11: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer im
Fahrzeugboden eingebauten, aus längs angeordneten Tankmodulen bestehenden Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden.
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. seiner Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung des modularen Aufbaus einer aus Tankmodulen bestehenden Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden gezeigt. Diese Einrichtung 10 besteht aus einer Reihe von aus Metall angefertigten Tankmodulen 13. Die einzelnen Tankmodule 13 können aus rohrförmigen Halbzeugen angefertigt werden. Die Tankmodule 13 können als Stapel übereinander oder nebeneinander angeordnet und in beliebiger Länge angefertigt werden. Die Tankmodule 13 sind über mindestens einen
Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik 15 verbunden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 12 mit einer quer im Fahrzeugboden eingebauten, aus Tankmodulen 13 bestehenden Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden. In diesem Fahrzeug 12 sind die Tankmodule 13 quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 angeordnet. Die
Anordnung der Tankmodule 13 unterhalb der Fahrgastzelle des Fahrzeugs 12 ist besonders unfallsicher, da die energieverzehrenden Bereiche des Fahrzeugs 12, die sogenannten Knautschzonen, vor und hinter der Fahrgastzelle angeordnet sind. Somit werden die Fahrgastzelle und damit auch die Tankmodule 13 in einem Unfall besonders vor Beschädigungen geschützt. Die tiefe Anbringung der Tankmodule 13 führt zu einem tiefen Schwerpunkt des Fahrzeugs 12, wodurch die Wank- und Nickneigung der Karosserie bei Kurvenfahrten und Beschleunigungen bzw. Abbremsmanövern abnimmt. Die Tankmodule 13 sind über mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik 15 verbunden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 12 mit einer längs im Fahrzeugboden eingebauten, aus Tankmodulen 13 bestehenden Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden. In diesem Fahrzeug 12 sind die Tankmodule 13 längs zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 angeordnet. Die Anordnung der Tankmodule 13 unterhalb der Fahrgastzelle des Fahrzeugs 12 ist besonders unfallsicher, da die energieverzehrenden Bereiche des Fahrzeugs 12, die sogenannten Knautschzonen, vor und hinter der Fahrgastzelle angeordnet sind. Somit werden die Fahrgastzelle und damit auch die Tankmodule 13 in einem Unfall besonders vor Beschädigungen geschützt. Die tiefe Anbringung der Tankmodule 13 führt zu einem tiefen Schwerpunkt des Fahrzeugs 12, wodurch die Wank- und Nickneigung der Karosserie bei Kurvenfahrten und Beschleunigungen bzw. Abbremsmanövern abnimmt. Die Tankmodule 13 sind über mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik 15 verbunden.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 12 mit einer an die verfügbaren Einbauräume angepassten, aus Tankmodulen 13 unterschiedlicher Längen und/oder unterschiedlichen Durchmessers bestehende Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden. Bei dieser Anordnung der Tankmodule 13 im Heck des Fahrzeugs 12 werden unterschiedliche Tankmodule 13 an den vorgegebenen Einbauraum angepasst. Die Anordnung der Tankmodule 13 ist beliebig, die Tankmodule 13 können horizontal längs der Fahrtrichtung, horizontal quer zur Fahrrichtung, senkrecht stehend oder beliebig schräg angeordnet sein. Mischanordnungen der Tankmodule 13 eignen sich besonders zur optimalen Nutzung des vorgegebenen Einbauraums des Fahrzeugs 12. Die Tankmodule 13 sind über mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik 15 verbunden.
In Figur 5 ist in einer schematischen Darstellung eines Fahrzeugs 12 eine gleichzeitige Nutzung von unterschiedlichen Einbauräumen der Karosserie des Fahrzeugs 12 für die aus Tankmodulen 13 bestehende Einrichtung 10 zur
Speicherung von verdichteten Fluiden gezeigt. Die quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 eingebauten Tankmodule 13 sind zum einen im Unterboden der Fahrgastzelle und zum anderen im Heckbereich des Fahrzeugs 12 angeordnet. Damit ergibt sich durch die tiefe Anbringung der Tankmodule 13 ein tiefer
Schwerpunkt des Fahrzeugs 12, wodurch die Wank- und Nickneigung der
Karosserie bei Kurvenfahrten und Beschleunigungen bzw. Abbremsmanövern abnimmt. Die Tankmodule 13 sind über mindestens einen
Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik 15 verbunden. Durch die zusätzliche Kapazität der im
Heckbereich des Fahrzeugs 12 angeordneten Tankmodule 13 wird die Reichweite mit einer Tankfüllung des Fahrzeugs 12 erweitert.
In Figur 6 ist in einer schematischen Darstellung eines Fahrzeugs 12 ebenfalls eine gleichzeitige Nutzung von unterschiedlichen Einbauräumen der Karosserie des Fahrzeugs 12 für die aus Tankmodulen 13 bestehende Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden gezeigt. Die längs zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 eingebauten Tankmodule 13 sind zum einen im Unterboden der
Fahrgastzelle und zum anderen im Heckbereich des Fahrzeugs 12 angeordnet. Damit ergibt sich durch die tiefe Anbringung der Tankmodule 13 ein tiefer
Schwerpunkt des Fahrzeugs 12, wodurch die Wank- und Nickneigung der
Karosserie bei Kurvenfahrten und Beschleunigungen bzw. Abbremsmanövern abnimmt. Die Tankmodule 13 sind über mindestens einen
Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik 15 verbunden. Durch die zusätzliche Kapazität der im
Heckbereich des Fahrzeugs 12 angeordneten Tankmodule 13 wird die Reichweite mit einer Tankfüllung des Fahrzeugs 12 erweitert.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Vergleichs zwischen einem Typ-IV-Druckgasbehälter 18 aus dem Stand der Technik und dem modularen Aufbau einer aus Tankmodulen 13 bestehenden Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden. Die Figur zeigt, wie ein Typ-IV-Druckgasbehälter 18 durch ein aus mehreren Tankmodulen 13 bestehendes Rohrbündel 16 ersetzt werden kann. Weiterhin kann das Rohrbündel 16 durch Hinzufügen von
Tankmodulen 13 beispielsweise die Ecken eines eckig ausgeführten Einbauraums in einem Fahrzeug 12 ausnutzen und damit die Kapazität ohne zusätzlichen Bauraumbedarf vergrößern. Die Tankmodule 13 sind über mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik 15 verbunden.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 12 mit einem
Brennstoffzellenantrieb. Die Brennstoffzelle 20 wird von der Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden über den Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der integrierten Regel- und Sicherheitstechnik 15 mit gasförmigem Kraftstoff versorgt. Die Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden besteht aus einer Reihe von aus Metall angefertigten Tankmodulen 13. Die Tankmodule 13 sind in einem Gehäuse 17 angeordnet. Die von der Brennstoffzelle 20
abgegebene elektrische Energie wird von dem Gleichspannungswandler 22 auf das Spannungsniveau des Gleichstromzwischenkreises 26 gewandelt. Aus dem Gleichstromzwischenkreis 26 wird der Traktionswechselrichter 24 mit elektrischer Energie versorgt. Durch den Traktionswechselrichter 24 wird die Gleichspannung
des Gleichstromzwischenkreises 26 in Wechsel- oder Drehstrom umgewandelt, mit dem der Elektromotor 19 betrieben wird. Der Elektromotor 19 treibt über das Getriebe 23 die Antriebsräder 27 an. Der Gleichstromzwischenkreis 26 ist außerdem mit der Pufferbatterie 25 verbunden. Diese Pufferbatterie 25 versorgt den Elektromotor 19 zusätzlich zu der Brennstoffzelle 20 mit elektrischer Energie, wenn beispielsweise bei einem Beschleunigungsvorgang der Bedarf an
elektrischer Energie des Elektromotors 19 höher ist als die von der Brennstoffzelle 20 abgegebene elektrische Energie. Weiterhin nimmt die Pufferbatterie 25 überschüssige elektrische Energie auf, wenn beispielsweise der Bedarf an elektrischer Energie des Elektromotors 19 kleiner ist als die von der
Brennstoffzelle 20 abgegebene elektrische Energie. Beim Abbremsen des
Fahrzeugs 12 wird der Elektromotor 19 als Generator betrieben. Wenn der
Elektromotor 19 generatorisch als verschleißfreie Bremse arbeitet, wird die durch den Bremsvorgang erzeugte elektrische Energie ebenfalls durch die Pufferbatterie 25 aufgenommen. Dabei wandelt der Traktionswechselrichter 24 den vom
Elektromotor 19 abgegebenen Wechsel- oder Drehstrom in Gleichstrom auf dem Spannungsniveau des Gleichstromzwischenkreises 26 um.
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 12 mit einer
Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden. Diese Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden besteht aus einer Reihe von aus Metall angefertigten Tankmodulen 13, die quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 angeordnet sind. Die einzelnen Tankmodule 13 sind durch den
Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 verbunden. In den Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 ist die Regel- und Sicherheitstechnik 15 integriert. Die Tankmodule 13 zusammen bilden ein Rohrbündel 16, das in den Unterboden des Fahrzeugs 12 integriert ist. Die Anordnung der Tankmodule 13 unterhalb der Fahrgastzelle des Fahrzeugs 12 ist besonders unfallsicher, da die energieverzehrenden Bereiche des Fahrzeugs 12, die sogenannten Knautschzonen, vor und hinter der Fahrgastzelle angeordnet sind. Somit werden die Fahrgastzelle und damit auch die Tankmodule 13 in einem Unfall besonders vor Beschädigungen geschützt.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung einer aus Tankmodulen 13 bestehenden Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden zum
Einbau in den für eine Traktionsbatterie vorgesehenen Einbauraum eines
Fahrzeugs 12. Dazu ist die Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden in einem Gehäuse 17 angeordnet. Zur Befestigung der Tankmodule 13 sind in dem Gehäuse 17 Verankerungen 21 so angeordnet, dass die bei einem Unfall wirkenden Kräfte aufgenommen werden und die Tankmodule 13 nicht beschädigt werden. Die einzelnen Tankmodule 13 sind durch den
Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 verbunden, in welchen die Regel- und
Sicherheitstechnik 15 integriert ist. Das Gehäuse 17 schützt die aus den
Rohrbündeln 16 bestehenden Tankmodule 13 zusammen mit dem
Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 und der Regel- und Sicherheitstechnik 15 vor Umwelteinflüssen und vor korrosiven Medien. Das Gehäuse 17 kann
beispielsweise so ausgeführt sein, dass es zusätzlich eine versteifende Funktion für die Karosserie des Fahrzeugs 12 übernimmt. Zur Überprüfung oder bei Defekten kann das Gehäuse 17 mit der Einrichtung 10 zu Speicherung von verdichteten Fluiden einfach aus dem Fahrzeug entnommen und nach der
Überprüfung bzw. nach der Instandsetzung wieder in das Fahrzeug eingesetzt werden. Bei Einbau der Einrichtung 10 in einem Gehäuse 17 in den für eine Traktionsbatterie vorgesehenen Einbauraum erfordert die Masse eines aus Stahl angefertigten Rohrbündels keine Zusatzmaßnahmen am Fahrzeug 12, da die ursprünglich vorgesehene Traktionsbatterie ebenfalls ein ähnlich hohes Gewicht aufweist.
Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 12 mit einer Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden. Diese Einrichtung 10 zur Speicherung von verdichteten Fluiden besteht aus einer Reihe von aus Metall angefertigten Tankmodulen 13, die längs zur Fahrtrichtung in einem Gehäuse 17 angeordnet sind. Die einzelnen aus Rohrbündeln 16 bestehenden Tankmodule 13 sind in dem Gehäuse 17 durch den Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 verbunden. In den Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 ist die Regel- und Sicherheitstechnik 15 integriert. Das Gehäuse 17 ist in den Unterboden des Fahrzeugs 12 integriert. Die Anordnung der Tankmodule 13 in dem Gehäuse 17 unterhalb der Fahrgastzelle
des Fahrzeugs 12 ist besonders unfallsicher, da die energieverzehrenden Bereiche des Fahrzeugs 12, die sogenannten Knautschzonen, vor und hinter der Fahrgastzelle angeordnet sind und damit auch das Gehäuse 17 mit den
Tankmodulen 13 und der Hochdruckkraftstoffzuteiler 14 mit der Regel- und Sicherheitstechnik 15 in einem Unfall besonders vor Beschädigungen geschützt sind.
Claims
1. Einrichtung (10) zur Speicherung von verdichteten Fluiden (11), die als Kraftstoff für ein Fahrzeug (12) dienen, wobei die Einrichtung (10) mindestens zwei rohrförmige Tankmodule (13) und mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler (14) mit mindestens einer integrierten Regel- und Sicherheitstechnik (15) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei rohrförmigen Tankmodule (13) aus Metall bestehen und mit dem mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler (14) mit der mindestens einen integrierten Regel- und
Sicherheitstechnik (15) modular zu einem Modul in flexibler Geometrie verbunden sind.
2. Einrichtung (10) zur Speicherung von verdichteten Fluiden (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei rohrförmigen Tankmodule (13) aus Stahl bestehen.
3. Einrichtung (10) zur Speicherung von verdichteten Fluiden (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei rohrförmigen Tankmodule (13) aus Titan bestehen.
4. Einrichtung (10) zur Speicherung von verdichteten Fluiden (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) aus mehreren Rohrbündeln (16) mit identischer Geometrie besteht.
5. Einrichtung (10) zur Speicherung von verdichteten Fluiden (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) aus mindestens einem Rohrbündel (16) mit flexibler Geometrie in Länge, Durchmesser, Anordnung und Bauraum besteht.
6. Einrichtung (10) zur Speicherung von verdichteten Fluiden (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) in einem Gehäuse (17) angeordnet ist.
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NENP | Non-entry into the national phase |
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