WO2021151687A1 - Tankvorrichtung für ein brennstoffzellensystem - Google Patents

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WO2021151687A1
WO2021151687A1 PCT/EP2021/050758 EP2021050758W WO2021151687A1 WO 2021151687 A1 WO2021151687 A1 WO 2021151687A1 EP 2021050758 W EP2021050758 W EP 2021050758W WO 2021151687 A1 WO2021151687 A1 WO 2021151687A1
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containers
tank device
longitudinal axis
fuel cell
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PCT/EP2021/050758
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Kai Weeber
Raed Hamada
Friedrich Muehleder
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a tank device for a fuel cell system for storing hydrogen, in particular for use in a fuel cell arrangement. These are used, for example, in vehicles with fuel cell drives.
  • DE 102017212 485 A1 describes a device for storing compressed fluids that are used as fuel for a vehicle, the device comprising at least two tubular tank containers and at least one high-pressure fuel distributor with at least one integrated control and safety technology.
  • the at least two tubular tank containers are made of metal and are connected to the at least one high-pressure fuel distributor with the at least one integrated control and safety technology in a modular manner to form a module in flexible geometry.
  • the tank containers should be protected against mechanical and / or thermal loads such as shaking, braking or accelerating. This also applies to the protection of the tank containers in the event of an accident. Otherwise, in the event of an accident, but also in the operating mode, it cannot be ensured that the tank containers are free from damage.
  • the compressed fluid for example hydrogen
  • the tank container may even burst.
  • the tank device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that due to the compact and fixed structure of the tank device, the high security requirements regarding gas tightness are met at all times.
  • the tank device for a fuel cell system comprises at least two tank containers for storing hydrogen, a frame-shaped housing element and a supply line that can be connected to the tank containers.
  • the frame-shaped housing element surrounds the at least two tank containers and the supply line, the at least two tank containers running parallel to a longitudinal axis.
  • each of the at least two Tankbe container is connected to the frame-shaped housing element by means of at least one variable fastening element.
  • the individual tank containers can be fixed in the frame-shaped housing element and positioned relative to one another during assembly. It is also possible to fix the tank containers during the ferry operation, for example against shaking, braking or accelerating, so that they are not damaged. Furthermore, the advantage can be achieved that, for example, in the event of an accident, the tank containers are protected so that the tank containers are not damaged or even burst. This leads to an increased service life of the entire tank device and protects the environment from uncontrolled leakage of water.
  • the min least one fastening element is a floating bearing and / or a fixed bearing.
  • the floating bearing is advantageously a Axiallosla ger, which in particular fixes the tank container orthogonally to the longitudinal axis and / or at least partially allows a movement of the tank container axially to the longitudinal axis.
  • the at least two tank containers each have at least one axial bearing at a first end and at least one fixed bearing at a second end. In this way, the advantage can be achieved that the fastening element rigidly fixes the tank container at one end and variable fastening takes place at the other end. In this way, pressure and temperature changes can be compensated for, for example, during refueling or during ferry operation, expansion of the tank container, especially in the longitudinal direction of the tank container.
  • the floating bearing comprises a Blockele element with a guide hole, in which guide hole a movable to the longitudinal axis of the tank container bolt element is received and guided, wherein the floating bearing has a bracket element with an Winkelele element, whereby the block element with the Tank container is firmly connected.
  • the fixed bearing advantageously comprises a block element with a guide bore, in which guide bore a bolt-shaped screw element is received and firmly connected to the block element, the Festla ger having a tab element with an angle element, whereby the block element is firmly connected to the tank container.
  • first end and the second end of the at least two tank containers have a conical taper. In this way, structural advantages, such as a compact and integrated design, can be achieved.
  • the fastening element has an elastic preload in the area of the conical tapering of the at least two tank containers.
  • the frame-shaped housing element has a peripheral wall and a bottom wall, the bottom wall being located at the geodetically deepest point in the tank device.
  • the bottom wall has at least one rib, in particular at least one stiffening rib, the at least one rib running parallel to the longitudinal axis in the direction of the tank container and over at least almost the entire length of the bottom wall, in particular in the Area of a space between the at least two tank containers.
  • the mechanical stability of the tank device and the frame-shaped housing element can be increased.
  • the service life of the tank device can thus be increased in the event of mechanical stress.
  • the at least one rib is in contact with at least two tank containers, in particular at least almost orthogonally to the longitudinal axis.
  • the mechanical stability of the modular arrangement of the tank containers relative to one another, in particular orthogonal to the longitudinal axis, can be improved.
  • the service life of the tank device can thus be increased in the event of mechanical stress.
  • the at least two tank containers are made of steel. A cost saving is achieved in a simple manner through the use of material.
  • each of the at least two tank containers has a shut-off valve and / or a safety valve.
  • this can be at least fluidically separated from the rest of the tank device. It can also be prevented from at least more than a tank container, the fuel can escape, whereby the risk of accident and explosion after an accident of the entire vehicle due to escaping fuel can be prevented or at least reduced.
  • the tank device described is preferably suitable in a fuel cell arrangement for storing hydrogen for the operation of a fuel cell.
  • the tank device can be used in vehicles with a fuel cell drive.
  • Figure 1 is a schematic plan view of a tank device according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view of a tank device according to the invention, consisting of tank containers, for storing a gaseous medium,
  • FIG. 3a shows a sectional view of the tank device according to the invention with a tank container, a frame-shaped housing element and a fastening element,
  • FIG. 3b shows an enlarged view of FIG. 3a in the area of the floating bearing
  • FIG. 3c shows an enlarged view of FIG. 3a in the area of the fixed bearing.
  • the tank device 1 is a schematic top view of a tank device 1 according to the invention for a fuel cell system 31.
  • the tank device 1 has at least two tank containers 2 for storing hydrogen, as well as a frame-shaped housing element 24 and a supply line that can be connected to the tank containers 2 4 on.
  • the rahmenför-shaped housing element 24 surrounds the at least two tank containers 2 and the feed line 4, the at least two tank containers 2 running parallel to a longitudinal axis 9.
  • Each of the at least two tank containers 2, which are essentially cylindrical in shape and made of steel, have at least one valve 8, 10. This at least one valve 8, 10 is a shut-off valve 8 and / or a safety valve 10.
  • the at least two tank containers 2 each have the shut-off valve 8 at a first end 20 and the safety valve 10 at a second end 21, the respective ends 20, 21 in the direction of the longitudinal axis 9 on the respective Tank container 2 are located.
  • the two tank containers 2 are designed to be at least approximately tubular.
  • the shut-off valve 8 is arranged between the respective tank container 2 and the supply line 4, the supply line 4, the respective tank container 2 with the fuel cell system 31, in particular a fuel cell 29 is located.
  • the hydrogen from the tank device 1, which is in particular under a high pressure of at least almost 700 bar can reach a nozzle and / or a suction area of a jet pump of the fuel cell system 31 via the supply line 4.
  • a valve 5 can be located in the area of the supply line 4, in particular between the Shut-off valve 8 and the fuel cell system 31, in particular an anode area of the fuel cell system 31 and / or at least indirectly with the fuel cell 29.
  • the valve 5 can be located inside or outside the frame-shaped housing element 24.
  • the tank container 2 In the area of the second end 21 of the respective tank container 2, on which the tank container 2 has the safety valve 10, the tank container 2 is connected to a connecting line 11 via the safety valve 10.
  • the connec tion line 11 is used in the event of an accident and / or a fire, what conduct hydrogen out of the respective tank container 2 from the tank device 1 and thus counteract a bursting of the respective tank container 2.
  • the safety valve 10 can be a so-called TPRD (Thermal Pressure Relief Device) valve 10, which has a temperature-sensitive element, in order to trigger the safety valve 10 to open in the event of heat being introduced into the tank container 2.
  • TPRD Thermal Pressure Relief Device
  • the respective tank container 2 in this exemplary embodiment is connected with its first end 20 via the shut-off valve 8 to the supply line 4 and / or with its second end 21 via the safety valve 10, which is designed in particular as a safety valve 10 with the connecting line 11 connected.
  • a further valve can be located in the area of the connecting line 11, in particular between the safety valve 10 and the drain valve 12.
  • 2 steel is used for the production of the tubular tank modules.
  • Steel is very robust on the one hand and very inexpensive on the other.
  • the advantage is that steel is very easy to process. Due to the The high ductility of steel results in improved crash safety of vehicles with tubular tank modules.
  • FIG. 2 an embodiment of the tank device 1 according to the invention is shown in a side view.
  • the tank device 1 has a plurality of tank containers 2 which are essentially cylindrical.
  • the respective ends 20, 21 of the respective tank container 2 have a conical taper 6 and thus a typical bottle neck structure.
  • the frame-shaped housing element 24, in which the tank container 2 are installed has a peripheral wall 26 and a bottom wall 25, the bottom wall 25 at the geodetically deepest point in the tank device 1 and / or in the Vehicle is located.
  • the peripheral wall 26 of the frame-shaped housing element 24 has a front wall 28, a left wall 32, a right wall 34 and a rear wall 30.
  • the tank containers 2 are preassembled before assembly as a tank container module, which can be made up of at least two tank containers 2 including valves 8, 10 and other components.
  • the bottom wall 25 has at least one rib 27, in particular at least one stiffening rib 27, the at least one rib 27 running parallel to the longitudinal axis 9 and / or the tank containers 2 and over at least almost the entire length of the bottom wall 25, in particular in particular Area of an intermediate space 14 between the at least two tank containers 2.
  • the at least one rib 27 is in contact with at least two tank containers 2, in particular at least almost orthogonally to the longitudinal axis 9, improving the stability and crash safety of the tank device 1 according to the invention in this way can be.
  • fixation of the individual tubes in the housing and positioning with respect to one another can be achieved in this way.
  • FIG. 2 shows that the frame-shaped housing element 24 has a circumferential shoulder 15 on the side of the peripheral wall 26 facing away from the bottom wall 25, the shoulder 15 running parallel to the bottom wall 25 and having at least two bores 17. These holes 17 run at least almost orthogonal to the bottom wall 25 and / or the plane Level of paragraph 15, the frame-shaped housing element 24 can be mounted with means of the bores 17 and, for example, screw connections on the entire vehicle.
  • the frame-shaped housing element 24 encloses the tank container 2 and / or the tank container module with attachments at least almost completely and is firmly connected to the tank containers 2 by means of a fastening element 3.
  • the frame-shaped housing element 24 thus protects them from:
  • Thermal loads such as fire, hot air, radiation or convection.
  • the frame-shaped housing element 24 can, for example, be designed in such a way that it also takes on a stiffening function for the body of the vehicle. Furthermore, a connection of the tank device 1 to an external refueling system can be improved by means of the frame-shaped housing element 24, since the accessibility to the tank device 1 is improved. In addition, a simpler integration of sensors and / or valves and / or line systems and / or other components can be ensured by means of the frame-shaped housing element 24.
  • FIG. 3a an embodiment of the tank device according to the invention is shown with a tank container 2, the frame-shaped housing element 24 and the fastening element 3 in a sectional view. It shows an example of the fastening of a tank container 2 in the frame-shaped housing element 24 by means of the fastening element 3, the further tank containers 2 being connected to the housing element 24 in the same way.
  • the fastening element 3 is, on the one hand, a floating bearing 3a and / or, on the other hand, a fixed bearing 3b which, in particular in the area of the conical tapering 6 of the tank container 2, has an elastic bias.
  • the floating bearing 3a comprises, as shown in an enlargement III b in FIG. 3b, a block element 35 with a guide bore 350 in which a bolt element 37 which can be moved along the longitudinal axis 9 is received and guided. Furthermore, the lot bearing 3a comprises a semicircular strap element 36 with an angle element 38 which is firmly connected to both the strap element 36 and the bolt element 37.
  • a valve such as, for example, the fusible safety valve 10, is also arranged on the tab element 36 and is fastened to the conical taper 6 of the tank container 2 by means of this. Furthermore, the block element 35 is firmly connected to the tank container 2 by means of the Winkelele element 28.
  • the block element 35 is also firmly connected to the frame-shaped housing element 24 by means of a weld seam 39.
  • the fixed bearing 3b also comprises the block element 35 with the guide bore 350.
  • the fixed bearing 3b comprises the semicircular strap element 36 with the angle element 28, which is firmly connected both to the strap element 36 and also to the bolt element 37.
  • a valve for example the shut-off valve 8 is also arranged on the tab element 36 and is attached to the conical taper 6 of the Tankbereheatl age 2 by means of this. Furthermore, the block element 35 is firmly connected to the tank container 2 by means of the Winkelele element 28.
  • the block element 35 is firmly connected to the frame-shaped housing element 24 by means of a weld seam 39. In this way it can be ensured that changes in pressure and temperature during refueling and / or during ferry operation caused expansion of the tank container 2, in particular along the longitudinal axis 9 of the tank container 2, can be compensated for by a variable fastening in the form of the floating bearing 3a and the fixed bearing 3b. nen. This prevents damage to the tank containers 2 and thus leads next to the

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Abstract

Tankvorrichtung (1) für ein Brennstoffzellensystem, wobei die Tankvorrichtung (1) mindestens zwei Tankbehälter (2) zur Speicherung von Wasserstoff, ein rahmenförmiges Gehäuseelement (24) und eine mit den Tankbehältern (2) verbindbare Zufuhrleitung (4) umfasst, wobei das rahmenförmige Gehäuseelement (24) die mindestens zwei Tankbehälter (2) und eine Zuführleitung (4) umgibt, wobei die mindestens zwei Tankbehälter (2) parallel zu einer Längsachse (9) verlaufen. Erfindungsgemäß ist jeder der mindestens zwei Tankbehälter (2) mittels mindestens eines variablen Befestigungselements (3) mit dem rahmenförmigen Gehäuseelement (24) verbunden.

Description

Beschreibung
Tankvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung für ein Brennstoffzellen system zur Speicherung von Wasserstoff, insbesondere zur Anwendung in einer Brennstoffzellenanordnung. Diese kommen beispielsweise in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb zum Einsatz.
Stand der Technik
Die DE 102017212 485 Al beschreibt eine Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden, die als Kraftstoff für ein Fahrzeug dienen, wobei die Einrich tung mindestens zwei rohrförmige Tankbehälter und mindestens einen Hoch druckkraftstoffzuteiler mit mindestens einer integrierten Regel- und Sicherheits technik umfasst. Außerdem bestehen die mindestens zwei rohrförmigen Tankbe hälter aus Metall und sind mit dem mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik modular zu einem Modul in flexibler Geometrie verbunden.
Im Fährbetrieb sollten die Tankbehälter gegen mechanische und/oder thermische Belastungen, wie beispielsweise Schütteln, Bremsen oder Beschleunigen ge schützt sein. Dies gilt ebenso für den Schutz der Tankbehälter bei einem Unfall. Anderenfalls kann bei einem Unfall, aber auch im Betriebsmodus nicht sicherge stellt werden, dass die Tankbehälter frei von Beschädigungen sind.
Sind jedoch ein oder mehrere Tankbehälter beschädigt, kann es zu einem Aus tritt des verdichteten Fluids, beispielsweise Wasserstoff, oder sogar zu einem Bersten des Tankbehälters führen. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass durch den kompak ten und fixierten Aufbau der Tankvorrichtung die hohen Sicherheitsanforderun gen bezüglich Gasdichtheit zu jeder Zeit erfüllt sind.
Dazu umfasst die Tankvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mindestens zwei Tankbehälter zur Speicherung von Wasserstoff, ein rahmenförmiges Ge häuseelement und eine mit den Tankbehältern verbindbare Zuführleitung. Das rahmenförmige Gehäuseelement umgibt die mindestens zwei Tankbehälter und die Zuführleitung, wobei die mindestens zwei Tankbehälter parallel zu einer Längsachse verlaufen. Erfindungsgemäß ist jeder der mindestens zwei Tankbe hälter mittels mindestens eines variablen Befestigungselements mit dem rahmen förmigen Gehäuseelement verbunden.
Auf diese Weise können die einzelnen Tankbehälter in dem rahmenförmigen Ge häuseelement fixiert und im Montagefall zueinander positioniert werden. Eben falls ist eine Fixierung der Tankbehälter während des Fährbetriebs beispiels weise gegen Schütteln, Bremsen oder Beschleunigen möglich, so dass diese nicht beschädigt werden. Weiterhin kann der Vorteil erzielt werden, dass bei spielsweise bei einem Unfall die Tankbehälter geschützt sind, so dass es zu kei ner Beschädigung der Tankbehälter oder sogar zum Bersten der Tankbehälter führt. Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer der gesamten Tankvorrichtung und schützt die Umwelt vor unkontrolliertem Wassertoff- Austreten.
In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass es sich bei dem min destens einen Befestigungselement um ein Loslager und/oder um ein Festlager handelt. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Loslager um ein Axiallosla ger, das insbesondere den Tankbehälter orthogonal zu der Längsachse fixiert und/oder eine Bewegung des Tankbehälters axial zur Längsachse zumindest teil weise zulässt. Weiterhin vorteilhaft ist es vorgesehen, dass die mindestens zwei Tankbehälter jeweils an einem ersten Ende mindestens ein Axialloslager und an einem zweiten Ende mindestens ein Festlager aufweisen. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass das Befestigungselement den Tankbehälter an einem Ende starr fixiert und an dem anderen Ende eine va riable Befestigung erfolgt. So können Druck- und Temperaturänderungen bei spielsweise beim Tanken oder während des Fährbetriebs verursachte Ausdeh nungen der Tankbehälter vor allem in Längsrichtung der Tankbehälter ausgegli chen werden.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Loslager ein Blockele ment mit einer Führungsbohrung umfasst, in welcher Führungsbohrung ein zu der Längsachse des Tankbehälters bewegliches Bolzenelement aufgenommen und geführt ist, wobei das Loslager ein Laschenelement mit einem Winkelele ment aufweist, wodurch das Blockelement mit dem Tankbehälter fest verbunden ist. Vorteilhafterweise umfasst das Festlager ein Blockelement mit einer Füh rungsbohrung, in welcher Führungsbohrung ein bolzenförmiges Schraubelement aufgenommen und fest mit dem Blockelement verbunden ist, wobei das Festla ger ein Laschenelement mit einem Winkelelement aufweist, wodurch das Blo ckelement mit dem Tankbehälter fest verbunden ist. So kann eine platzsparende Anordnung des Loslagers bzw. Festlagers, insbesondere in einer modularen Bauweise der Tankvorrichtung, herbeigeführt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das erste Ende und das zweite Ende der mindestens zwei Tankbehälter eine koni sche Verjüngung aufweisen. Auf diese Weise lassen sich konstruktive Vorteile, wie beispielsweise eine kompakte und integrierte Bauweise erzielen.
In vorteilhafter Weiterbildung weist das Befestigungselement im Bereich der koni schen Verjüngung der mindestens zwei Tankbehälter eine elastische Vorspan nung auf.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das rahmenförmige Gehäu seelement eine Umfangswand und eine Bodenwand aufweist, wobei sich die Bo denwand an der geodätisch tiefsten Stelle in der Tankvorrichtung befindet. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte und platzsparende Bauform der Tankvor richtung erzielen, die wenig Bauraum im Gesamtfahrzeug benötigt. Des Weiteren können die Tankbehälter mittels der Bodenwand gegen schädigende Umweltein flüsse, wie beispielsweise mechanische Einflüsse, beispielsweise heraufge schleuderte Steine oder Fahrbahnunebenheiten sowie Spritzwasser und Salz sprühnebel, geschützt werden. Somit lässt sich die Lebensdauer der Tankvor richtung erhöhen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Bodenwand mindestens eine Rippe, insbesondere mindestens eine Versteifungs rippe, aufweist, wobei die mindestens eine Rippe parallel zur Längsachse in Richtung der Tankbehälter und über zumindest nahezu die gesamte Länge der Bodenwand verlaufen, insbesondere im Bereich eines Zwischenraums zwischen den mindestens zwei Tankbehältern. Auf diese Weise lässt sich die mechanische Stabilität der Tankvorrichtung und des rahmenförmigen Gehäuseelements erhö hen. Somit kann die Lebensdauer der Tankvorrichtung bei mechanischer Bean spruchung erhöht werden.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Rippe mit mindestens zwei Tankbehältern in Anlage steht, insbesondere zumindest na hezu orthogonal zur Längsachse. Auf diese Weise kann die mechanische Stabili tät der modularen Anordnung der Tankbehälter zueinander, insbesondere ortho gonal zur Längsachse, verbessert werden. Somit kann die Lebensdauer der Tankvorrichtung bei mechanischer Beanspruchung erhöht werden.
In vorteilhafter Weiterbildung sind die mindestens zwei Tankbehälter aus Stahl gefertigt. So wird in einfacher Weise durch den Materialeinsatz eine Kostener sparnis erzielt.
In vorteilhafter Weiterbildung weist jeder der mindestens zwei Tankbehälter ein Absperrventil und/oder ein Sicherheitsventil auf. Auf diese Weise kann sicherge stellt werden, dass bei einem Unfall des Gesamtfahrzeugs, bei dem eine Beschä digung eines der Tankbehälter mittels des jeweiligen Ventils an dem jeweiligen Tankbehälter dieser vom Rest der Tankvorrichtung zumindest fluidisch getrennt werden können. Weiterhin kann verhindert werden, dass aus zumindest mehr als einem Tankbehälter der Kraftstoff entweichen kann, wodurch die Unfallgefahr und Explosionsgefahr nach einem erfolgten Unfall des Gesamtfahrzeugs durch austretenden Kraftstoff verhindert oder zumindest verringert werden kann.
Die beschriebene Tankvorrichtung eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoff zellenanordnung zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brenn stoffzelle.
In vorteilhaften Verwendungen kann die Tankvorrichtung in Fahrzeugen mit ei nem Brennstoffzellenantrieb verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrie ben.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Tankvorrich tung,
Figur 2 eine Seitenansicht einer aus Tankbehältern bestehenden erfindungs gemäßen Tankvorrichtung zum Speichern von einem gasförmigen Medium,
Figur 3a eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung mit ei nem Tankbehälter, einem rahmenförmigen Gehäuseelement und ei nem Befestigungselement,
Figur 3b vergrößerte Ansicht der Figur 3a im Bereich des Loslagers,
Figur 3c vergrößerte Ansicht der Figur 3a im Bereich des Festlagers. Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung bzw. seiner Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Er findung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer erfindungs gemäßen Tankvorrichtung 1 für ein Brennstoffzellensystem 31. Die Tankvorrich tung 1 weist dabei mindestens zwei Tankbehälter 2 zur Speicherung von Was serstoff auf, sowie ein rahmenförmiges Gehäuseelement 24 und eine mit den Tankbehältern 2 verbindbare Zuführleitung 4 auf. Dabei umgibt das rahmenför mige Gehäuseelement 24 die mindestens zwei Tankbehälter 2 und die Zuführlei tung 4, wobei die mindestens zwei Tankbehälter 2 parallel zu einer Längsachse 9 verlaufen. Dabei weist jeder der mindestens zwei Tankbehälter 2, welche im We sentlichen zylinderförmig ausgebildet und aus Stahl gefertigt sind, mindestens ein Ventil 8, 10 auf. Bei diesem mindestens einen Ventil 8, 10 handelt es sich um ein Absperrventil 8 und/oder um ein Sicherheitsventil 10.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Tankvorrichtung 1 weisen die min destens zwei Tankbehälter 2 jeweils an einem ersten Ende 20 das Absperrventil 8 und an einem zweiten Ende 21 das Sicherheitsventil 10 auf, wobei sich die je weiligen Enden 20, 21 in Richtung der Längsachse 9 am jeweiligen Tankbehälter 2 befinden. Die beiden Tankbehälter 2 sind dabei zumindest annähernd röhren förmig ausgeführt.
Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, dass das Absperrventil 8 zwischen dem jeweili gen Tankbehälter 2 und der Zuführleitung 4 angeordnet ist, wobei die Zuführlei tung 4 die jeweiligen Tankbehälter 2 mit dem Brennstoffzellensystem 31, insbe sondere einer Brennstoffzelle 29 befindet. In einer beispielhaften Ausführungs form des Brennstoffzellensystems 31 kann der Wasserstoff aus der Tankvorrich tung 1, der insbesondere unter einem hohen Druck von zumindest nahezu 700 bar steht, über die Zuführleitung 4 zu einer Düse und/oder einem Ansaugbereich einer Strahlpumpe des Brennstoffzellensystem 31 gelangen. Zudem kann sich ein Ventil 5 im Bereich der Zuführleitung 4 befinden, insbesondere zwischen dem Absperrventil 8 und dem Brennstoffzellensystem 31, insbesondere einem Ano denbereich des Brennstoffzellensystems 31 und/oder zumindest mittelbar mit der Brennstoffzelle 29. Dabei kann sich das Ventil 5 innerhalb oder außerhalb des rahmenförmigen Gehäuseelements 24 befinden.
Im Bereich des zweiten Endes 21 des jeweiligen Tankbehälters 2, auf der der Tankbehälter 2 das Sicherheitsventil 10 aufweist, ist der Tankbehälter 2 über das das Sicherheitsventil 10 mit einer Verbindungsleitung 11 verbunden. Die Verbin dungsleitung 11 dient dazu im Falle eines Unfalls und/oder eines Feuers, Was serstoff aus dem jeweiligen Tankbehälter 2 aus der Tankvorrichtung 1 herauszu leiten und so einem Bersten des jeweiligen Tankbehälters 2 entgegenzuwirken. Am dem Sicherheitsventil 10 und/oder dem Tankbehälter 2 abgewandten Ende der Verbindungsleitung 11, insbesondere ihrem stromabwärtigen Ende kann sich ein Ablassventil 12 befinden, über den, im Falle eines Unfalls oder Brandes, der Wasserstoff in eine Umgebung 33 des Fahrzeugs abgelassen werden kann, ins besondere in einen Bereich, in dem sich entzündender Wasserstoff das Gesamt fahrzeug und die Insassen nicht mehr schädigen oder verletzen kann.
Bei dem Sicherungsventil 10 kann es sich in einer beispielhaften Ausführungs form um ein sogenanntes TPRD (Thermal Pressure Relief Device) Ventil 10, wel ches ein temperaturempfindliches Element aufweist, handeln, um im Ernstfall bei Wärmeeinträgen auf die Tankbehälter 2 ein Öffnen des Sicherungsventils 10 auszulösen. Somit ist der jeweilige Tankbehälter 2 in dieser beispielhaften Aus führungsform mit seinem ersten Ende 20 über das Absperrventil 8 mit der Zuführ leitung 4 verbunden und/oder mit seinem zweiten Ende 21 über das Sicherheits ventil 10, das insbesondere als ein Schmelzsicherheitsventil 10 ausgeführt ist, mit der Verbindungsleitung 11 verbunden.
Des Weiteren kann sich im Bereich der Verbindungsleitung 11, insbesondere zwischen dem Sicherheitsventil 10 und dem Ablassventil 12 ein weiteres Ventil befinden.
In vorteilhafter Weise wird für die Herstellung der rohrförmigen Tankmodule 2 Stahl verwendet. Stahl ist einerseits sehr robust und andererseits sehr kosten günstig. 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.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 in einer Seitenansicht gezeigt. Die Tankvorrichtung 1 weist dabei mehrere Tank behälter 2 auf, welche im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Die jeweili gen Enden 20, 21 des jeweiligen Tankbehälters 2 weisen eine konische Verjün gung 6 und somit eine typische Flaschenhalsstruktur auf.
Dabei ist in Fig. 2 gezeigt, dass das rahmenförmige Gehäuseelement 24, in das die Tankbehälter 2 eingebaut werden, eine Umfangswand 26 und eine Boden wand 25 aufweist, wobei sich die Bodenwand 25 an der geodätisch tiefsten Stelle in der Tankvorrichtung 1 und/oder im Fahrzeug befindet. Die Umfangswand 26 des rahmenförmigen Gehäuseelements 24 weist dabei eine Vorderwand 28, eine linke Wand 32, eine rechte Wand 34 und eine Rückwand 30 auf. Des Weiteren sind die Tankbehälter 2 vor der Montage als ein Tankbehältermodul, das aus mindestens zwei Tankbehältern 2 samt Ventilen 8, 10 und weiteren Bauteilen be stehen kann, vormontiert. Die Bodenwand 25 weist dabei mindestens eine Rippe 27, insbesondere mindestens eine Versteifungsrippe 27, auf, wobei die mindes tens eine Rippe 27 parallel zur Längsachse 9 und/oder den Tankbehältern 2 und über zumindest nahezu die gesamte Länge der Bodenwand 25 verlaufen, insbe sondere im Bereich eines Zwischenraums 14 zwischen den mindestens zwei Tankbehältern 2. Dabei steht die mindestens eine Rippe 27 mit mindestens zwei Tankbehältern 2 in Anlage, insbesondere zumindest nahezu orthogonal zur Längsachse 9, wobei auf diese Weise die Stabilität und die Crash-Sicherheit der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 verbessert werden kann. Zudem kann derart eine Fixierung der einzelnen Röhren im Gehäuse und eine Positionierung zueinander erzielt werden.
Zudem ist in Fig. 2 gezeigt, dass das rahmenförmige Gehäuseelement 24 auf der der Bodenwand 25 abgewandten Seite der Umfangswand 26 einen umlau fenden Absatz 15 aufweist, wobei der Absatz 15 parallel zur Bodenwand 25 ver läuft und mindestens zwei Bohrungen 17 aufweist. Diese Bohrungen 17 verlau fen zumindest nahezu orthogonal zur Ebene der Bodenwand 25 und/oder der Ebene des Absatzes 15, wobei sich das rahmenförmige Gehäuseelement 24 mit tels der Bohrungen 17 und beispielsweise Verschraubungen an dem Gesamt fahrzeug montieren lässt.
Das rahmenförmige Gehäuseelement 24 umschließt dabei die Tankbehälter 2 und oder das Tankbehältermodul mit Anbauteilen zumindest nahezu vollständig und ist mittels eines Befestigungselements 3 mit den Tankbehältern 2 fest ver bunden. Außerdem schützt das rahmenförmige Gehäuseelement 24 diese somit vor:
■ Umwelteinflüssen, wie beispielsweise korrosiven Medien, Feuchte,
■ Mechanischen Belastungen, wie beispielsweise Kontakt mit der Fahrbahn oder Steinschlag,
■ Thermischen Belastungen, wie beispielsweise Feuer, Heißluft, Strahlung oder Konvektion.
Das rahmenförmige Gehäuseelement 24 kann dabei beispielsweise so ausge führt sein, dass es zusätzlich eine versteifende Funktion für die Karosserie des Fahrzeugs übernimmt. Des Weiteren kann mittels des rahmenförmige Gehäu seelements 24 ein Anschluss der Tankvorrichtung 1 an ein externes Betankungs system verbessert werden, da die Zugänglichkeit zur Tankvorrichtung 1 verbes sert wird. Zudem kann mittels des rahmenförmige Gehäuseelements 24 eine ein fachere Integration von Sensorik und/oder Ventilen und/oder Leitungssystemen und/oder weiteren Bauteilen gewährleistet werden.
In Fig. 3a ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung bei spielhaft mit einem Tankbehälter 2, dem rahmenförmigen Gehäuseelement 24 und dem Befestigungselement 3 in einer Schnittansicht gezeigt. Es zeigt beispielhaft die Befestigung eines Tankbehälters 2 in dem rahmenförmigen Gehäuseelement 24 mit tels des Befestigungselements 3, wobei die weiteren Tankbehälter 2 auf dieselbe Weise mit dem Gehäuseelement 24 verbunden sind. Bei dem Befestigungselement 3 handelt es sich einerseits um ein Loslager 3a und/oder andererseits um ein Festlager 3b, welche insbesondere im Bereich der konischen Ver jüngung 6 der Tankbehälter 2 eine elastische Vorspannung aufweisen.
Das Loslager 3a umfasst, wie in einer Vergrößerung III b in Fig. 3b gezeigt, ein Blo ckelement 35 mit einer Führungsbohrung 350, in der ein entlang der Längsachse 9 be wegliches Bolzenelement 37 aufgenommen und geführt ist. Weiterhin umfasst das Los lager 3a ein halbrundes Laschenelement 36 mit einem Winkelelement 38, welches so wohl fest mit dem Laschenelement 36 als auch fest mit dem Bolzenelement 37 verbun den ist.
An dem Laschenelement 36 ist weiterhin ein Ventil, wie beispielsweise das Schmelzsi cherungsventil 10 angeordnet und mittels diesem an der konischen Verjüngung 6 des Tankbehälters 2 befestigt. Weiterhin ist das Blockelement 35 mittels des Winkelele ments 28 fest mit dem Tankbehälter 2 verbunden.
Das Blockelement 35 ist darüber hinaus mittels einer Schweißnaht 39 mit dem rahmen förmigen Gehäuseelement 24 fest verbunden.
Das Festlager 3b umfasst, wie in einer Vergrößerung III c in Fig. 3c gezeigt, ebenfalls das Blockelement 35 mit der Führungsbohrung 350. Hier ist ein bolzenförmiges Schraubelement 40 in der Führungsbohrung 350 aufgenommen und fest mit dem Blo ckelement 35 verbunden. Auch hier umfasst das Festlager 3b das halbrunde Laschen element 36 mit dem Winkelelement 28, welches sowohl fest mit dem Laschenelement 36 als auch fest mit dem Bolzenelement 37 verbunden ist.
An dem Laschenelement 36 ist darüber hinaus ein Ventil, beispielsweise das Absperr ventil 8 angeordnet und mittels diesem an der konischen Verjüngung 6 des Tankbehäl ters 2 befestigt. Weiterhin ist auch hier das Blockelement 35 mittels des Winkelele ments 28 fest mit dem Tankbehälter 2 verbunden.
Auch im Falle des Festlagers 3b ist das Blockelement 35 mittels einer Schweißnaht 39 mit dem rahmenförmigen Gehäuseelement 24 fest verbunden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass Druck- und Temperaturänderungen beim Tanken und/oder beim Fährbetrieb verursachte Ausdehnungen der Tankbehälter 2 insbesondere entlang der Längsachse 9 des Tankbehälters 2 durch eine variable Be festigung in Form des Loslagers 3a und des Festlagers 3b ausgeglichen werden kön- nen. Dies beugt Beschädigungen an den Tankbehältern 2 vor und führt so neben der
Einhaltung sicherheitsrelevanter Faktoren zu einer hohen Lebensdauer der gesamten Tankvorrichtung 1.

Claims

Ansprüche
1. Tankvorrichtung (1) für ein Brennstoffzellensystem, wobei die Tankvor richtung (1) mindestens zwei Tankbehälter (2) zur Speicherung von Wasserstoff, ein rahmenförmiges Gehäuseelement (24) und eine mit den Tankbehältern (2) verbindbare Zuführleitung (4) umfasst, wobei das rahmenförmige Gehäuseele ment (24) die mindestens zwei Tankbehälter (2) und die Zuführleitung (4) umgibt, wobei die mindestens zwei Tankbehälter (2) parallel zu einer Längsachse (9) ver laufen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mindestens zwei Tankbehälter (2) mittels mindestens eines variablen Befestigungselements (3) mit dem rah menförmigen Gehäuseelement (24) verbunden ist.
2. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Befestigungselement (3) um ein Loslager (3a) und/oder um ein Festlager (3b) handelt.
3. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Loslager (3a) um ein Axialloslager (3a) handelt, das insbeson dere den Tankbehälter (2) orthogonal zu der Längsachse (9) fixiert und/oder eine Bewegung des Tankbehälters (2) axial zur Längsachse (9) zumindest teilweise zu lässt.
4. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Tankbehälter (2) jeweils an einem ersten Ende (20) mindes tens ein Axialloslager (3a) und an einem zweiten Ende (21) mindestens ein Fest lager (3b) aufweisen.
5. Tankvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager (3a) ein Blockelement (35) mit einer Führungs bohrung (350) umfasst, in welcher Führungsbohrung (350) ein zu der Längs achse (9) des Tankbehälters bewegliches Bolzenelement (37) aufgenommen und geführt ist, wobei das Loslager (3a) ein Laschenelement (36) mit einem Win kelelement (28) aufweist, wodurch das Blockelement (35) mit dem Tankbehälter (2) fest verbunden ist.
6. Tankvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (3b) ein Blockelement (35) mit einer Füh rungsbohrung (350) umfasst, in welcher Führungsbohrung (350) ein bolzenförmi ges Schraubelement (40) aufgenommen und fest mit dem Blockelement (35) ver bunden ist, wobei das Festlager (3b) ein Laschenelement (36) mit einem Win kelelement (28) aufweist, wodurch das Blockelement (35) mit dem Tankbehälter (2) fest verbunden ist.
7. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (20) und das zweite Ende (21) der mindes tens zwei Tankbehälter (2) eine konische Verjüngung (6) aufweisen.
8. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der konischen Verjüngung (6) der mindestens zwei Tankbehälter (2) das Befestigungselement (3) eine elastische Vorspannung aufweist.
9. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rahmenförmige Gehäuseelement (24) eine Umfangswand (26) und eine Bo denwand (25) aufweist, wobei sich die Bodenwand (25) an der geodätisch tiefs ten Stelle in der Tankvorrichtung (1) befindet.
10. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwand (25) mindestens eine Rippe (27), insbeson dere mindestens eine Versteifungsrippe (27), aufweist, wobei die mindestens eine Rippe (27) parallel zur Längsachse (9) in Richtung der Tankbehälter (2) und über zumindest nahezu die gesamte Länge der Bodenwand (25) verlaufen, ins besondere im Bereich eines Zwischenraums (14) zwischen den mindestens zwei Tankbehältern (2).
11. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rippe (27) mit mindestens zwei Tank behältern (2) in Anlage steht, insbesondere zumindest nahezu orthogonal zur Längsachse (9).
12. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Tankbehälter (2) aus Stahl gefertigt sind.
13. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mindestens zwei Tankbehälter (2) ein Absperrventil (8) und/oder ein Sicherheitsventil (10) aufweist.
14. Brennstoffzellenanordnung mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speiche rung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der vor hergehenden Ansprüche.
15. Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von verdichteten Fluiden nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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