WO2022100973A1 - Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums für ein brennstoffzellensystem - Google Patents

Tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums für ein brennstoffzellensystem Download PDF

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Armin Schuelke
Friedrich Muehleder
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • Tank device for storing a gaseous medium for a fuel cell system
  • the invention relates to a tank device for a fuel cell tank, in particular for storing hydrogen, for example for use in vehicles with a fuel cell drive.
  • DE 10 2018 218 425 A1 discloses a tank device which is used to store a gaseous medium for a fuel cell system, the gaseous medium being in particular hydrogen.
  • the safety devices for such a tank device are standardized. Each tank device must have such a shut-off valve. In the event of damage to the tank device caused by an accident involving the vehicle with a fuel cell drive or if a line in the tank device breaks, the shut-off valve can close the tank container so that no gas can escape from the tank device.
  • shut-off valves Due to the high safety requirements for the shut-off valves and due to high system pressures of, for example, 800 bar or more, such shut-off valves are structurally very challenging and have a large installation space. This in turn increases the overall weight of the entire tank device, which in the event of an accident involving the vehicle with a fuel cell drive can lead to high acceleration forces occurring and possible deformation of a valve device or the tank device.
  • the tank device described in DE 10 2018 218 425 A1 can have certain disadvantages.
  • valve element assembly Because much of a valve element assembly is located outside of, and protrudes from, a neck area of a tank, it can be damaged in the event of an accident of the vehicle, for example with a fuel cell drive, lead to high acceleration forces occurring and possible deformations of the valve device or the tank device, in which case the valve element assembly can be separated from the bottleneck and/or sheared off by the onset of transverse forces or collisions with other components. It can happen that, in the event of an accident, components of the vehicle or the environment act orthogonally to a longitudinal axis on the valve element assembly and shear it off the neck area of a tank housing, since the valve element assembly is only placed on the neck area and this at least partially encloses at its outside diameter. The probability of failure in the event of an accident is thus increased and can lead to an uncontrolled outflow of hydrogen, which can lead to uncontrolled ignition at a heat source in the event of an accident of the vehicle.
  • a tank device with the characterizing features of claim 1 has the advantage that a compactly designed safety valve for a tank system with a positive energy balance and compliance with all safety-related criteria is achieved in a structurally simple manner.
  • the tank device for storing a gaseous medium, in particular hydrogen has a valve device and a tank.
  • the valve device has a valve housing with a longitudinal axis, with a control valve element movable along the longitudinal axis being arranged in this valve housing.
  • the control valve element interacts with a sealing seat to open and close an outlet opening and thus forms a control valve.
  • the valve device can be controlled by means of a magnetic coil, with a valve element assembly running along the longitudinal axis being arranged on the valve housing.
  • the valve element assembly has at least the components pot-shaped housing element, magnetic coil and control valve element.
  • the valve element assembly is located at least almost entirely in a neck area of the tank and/or is firmly integrated into it.
  • valve housing and the housing element are connected to one another in a force-fitting and/or form-fitting and/or material-to-material manner. Furthermore, the valve device is arranged in a closed position by means of a tank pressure in the tank and by means of a first spring when the magnet coil is switched off.
  • valve element assembly is located at least almost completely in the neck area of the tank in the direction of the longitudinal axis and is protected against mechanical and also thermal forces by a tank housing of the tank. Only a small portion of the valve body may protrude from the neck area to ensure fluidic coupling to the anode system and to ensure the possibility of coupling a port to a fuel cell system.
  • the configuration of the tank device according to the invention offers the advantage that a compact design of the tank device can be brought about.
  • the valve device does not protrude so far out of the tank, as a result of which the installation space required in the overall vehicle can be reduced in the direction of the longitudinal axis.
  • the non-positive and/or positive and/or material connection of the valve housing to the housing element can bring about the advantage that a secure connection of the components can be ensured and the probability of failure of the valve device can thus be reduced/minimized.
  • the internal components can be better encapsulated against environmental influences, such as penetrating liquid or contamination, such as electrical components such as the magnetic coil. The probability of failure of the tank device or the valve device can thus be reduced.
  • shut-off valve in this way a compactly designed, single-acting shut-off valve can be achieved which, due to the integrated design, meets the safety requirements and achieves cost savings.
  • the valve element subassembly additionally has the components supporting element and/or main valve element and/or first spring and/or magnetic coil.
  • the components supporting element and/or main valve element and/or first spring and/or magnetic coil are integrated in the valve element assembly and can thus be assembled in one work step in the neck area of the tank.
  • the valve housing has, on its side facing the pot-shaped housing element, a projection running cylindrically around the longitudinal axis, the cylindrical projection having a shoulder on the side facing away from the longitudinal axis.
  • the pot-shaped housing element has a sleeve-shaped area with a first internal annular space on the side facing away from the tank interior.
  • the pot-shaped housing element can be assembled quickly and inexpensively with the valve housing, which means that the assembly costs can be reduced.
  • the cylindrical projection of the valve housing protrudes into the first annular space of the housing element.
  • the housing element is connected with its sleeve-shaped area to the cylindrical projection of the valve housing.
  • the valve housing has the shoulder with an undercut and/or a circumferential recess in the area of the cylindrical projection, the housing element with its sleeve-shaped area, in particular a circumferential nose facing the longitudinal axis, the area of the undercut of the projection encroaches.
  • a contact area is formed between the valve housing and the housing element, the connection being in particular a flange.
  • the valve housing has a first thread and a second thread running around the longitudinal axis, in particular in the area of the cylindrical projection.
  • the pot-shaped housing element has a third thread running circumferentially around the longitudinal axis, in particular an internal thread, on its inner diameter of the sleeve-shaped area.
  • the valve housing and the housing element are connected by means of the respective threads. In this way, a greatly tapered area or an intermediate floor, which can be designed in particular as part of the tank housing, can be omitted.
  • the sealing takes place radially outwards on the valve device and the axial forces caused by the internal pressure due to the pressure prevailing in the tank are absorbed by the first thread.
  • valve element assembly and/or the valve housing with the pot-shaped housing element can be assembled quickly and inexpensively by screwing the housing element with its annular end onto the cylindrical projection of the valve housing. Furthermore, quick disassembly is possible if the internal components of the valve element assembly have to be replaced. The operating costs of the tank device and/or of the entire vehicle can thus be reduced.
  • the housing element has, on its side facing the valve housing in the direction of the longitudinal axis, an annular end running around the longitudinal axis, in particular directly adjacent to the sleeve-shaped area, the housing element having an enlarged diameter in the area of the annular end and / or in the direction of the longitudinal axis at least partially from the protrudes from the neck area of the tank.
  • the annular end of the housing element is designed as a first hexagon and/or the valve housing has a disk-shaped area with an enlarged diameter, this area being designed as a second hexagon.
  • a through-channel is formed in the housing element, via which through-channel the tank is connected to the valve device. This leads to greater robustness of the entire tank, especially in the event of an accident.
  • 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 described is also suitable for storing hydrogen in a fuel cell-powered vehicle.
  • the drawing shows an exemplary embodiment of a tank device according to the invention for storing a gaseous medium, in particular hydrogen. It shows in
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the tank device according to the invention with a valve device according to the invention in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the tank device according to the invention with a valve device according to the invention in longitudinal section
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the tank device according to the invention with a valve device according to the invention in longitudinal section
  • the tank device 1 shows a longitudinal section of a first exemplary embodiment of a tank device 1 according to the invention with a valve device 2 according to the invention for a gaseous medium.
  • the tank device 1 has a tank 10 and the valve device 2 .
  • the tank 10 has a tank housing 47 in which a tank interior 100 is formed.
  • the tank housing 47 also includes a neck area 6 into which the valve device 2 is integrated by means of a pot-shaped housing element 24 .
  • the tank device 1 serves to store a gaseous medium, in particular hydrogen.
  • a through-channel 244 is formed in pot-shaped housing element 24, so that gaseous medium, in particular hydrogen, can be fed in this way, for example, to an anode area of a fuel cell in a fuel cell arrangement via valve device 2 from tank interior 100 via a cylindrical through-channel 80. Furthermore, the tank 10 is connected to the valve device 2 via the through-channel 244 .
  • the valve device 2 has a valve housing 20 with a longitudinal axis 11 in which a stepped interior space 7 is formed.
  • the valve device 2 also has a cylindrical inlet opening 28 in the pot-shaped housing element 24 , the inlet opening 28 opening into the through-channel 244 . Both the inflow and the outflow of the valve device 2 take place here axially to the longitudinal axis 11 of the valve device 2.
  • a control valve element 18 movable along the longitudinal axis 11 is arranged in the valve housing 20, which control valve element 18 is at least indirectly for opening and closing at least one respective outlet opening 31a, b interacts with at least one respective sealing seat 4, 40.
  • the valve device 2 can be controlled by means of a magnetic coil 14 , a valve element assembly 16 running along the longitudinal axis 11 being arranged on the valve housing 20 .
  • the valve element assembly 16 has at least the components pot-shaped housing element 24 , magnetic coil 14 and control valve element 18 .
  • the solenoid coil 14 is accommodated and integrated in the valve housing 20 and/or the cup-shaped housing element 24, with the solenoid coil 14 being fixed in the valve housing 20 and/or the cup-shaped housing element 24 by means of a support element 22 and on the support element 22 against the interior by means of sealing elements 7 is sealed.
  • the magnet coil 14 can be controlled via an electrical connection 30 .
  • FIG. 1 shows that the control valve element 18 and the valve housing 20 delimit a second annular space 27 , the control valve element 18 and the housing element 24 delimiting a spring space 25 .
  • the second annular space 27 there is also a main valve element 15 which is arranged between the valve housing 20 and the control valve element 18 .
  • the main valve element 15 is arranged on the control valve element 18 in such a way that this forms a first sealing seat 4 together with the control valve element 18 and forms a control valve 44 with a second sealing seat 40 and/or a control valve 44 that is conical on the valve housing 20 .
  • the main valve element 15 is designed at least almost cylindrical and has a conical running contact surface in the area of the second sealing seat 40, with which it rests on the second sealing seat 40 rests, and is preferably made of a plastic or a dense material combination.
  • a connection between the second annular space 27 and the passage duct 80 can be opened and closed by the control valve element 18, which moves in particular with the main valve element 15 in the direction of the longitudinal axis 11 towards the tank 10, with the connection being in an open state in particular formed outlet opening 31b is.
  • a cylindrical outlet port 31a is formed with a throttle in the form of a constriction of the outlet port 31a 26.
  • a dome-shaped extension 343 of the control valve element 18 interacts with the first sealing seat 4 to open and close the outlet opening 31a.
  • the passage 80 which has a diameter D, opens into an area with a smaller diameter d, this area being formed in the main valve element 15.
  • a conical transition area 42 which tapers towards the control valve 18 , runs from the area of the diameter in the direction of the longitudinal axis 11 and finally opens into the outlet opening 31 , with the outlet opening 31 being located in the main valve element 15 .
  • the diameter D of the passage 80 is larger than the diameter d of the outlet opening 31.
  • the main valve element 15 cooperates with the second sealing seat 40 to open and close the outlet opening 31b, which can also be referred to as a main opening 31b, with an opening transverse view of this main opening 31b in connection with the second sealing seat 40 being larger than an opening transverse - Section of the outlet opening 31a and/or the conical transition area 42 in connection with the first sealing seat 4. Because the diameter of the main opening 31b is larger than the diameter of the outlet opening 31a
  • a longitudinal opening 33 and further openings 32a are formed in control valve element 18 , this opening 32a running at least almost orthogonally to longitudinal axis 11 and opening into an opening 32b , opening 32b being formed in main valve element 15 .
  • the opening 32a opens out on one side via the opening 32b into the second annular chamber 27 and the longitudinal opening 33, on the other hand, opens into the spring chamber 25.
  • the control element 18 has the dome-shaped projection 343 on the side facing the main valve 15, with the dome-shaped projection 343 being connected, for example, to the main valve element 15 in abutment that by means of the first sealing seat 4, an outlet opening 31 is closed.
  • control valve element 18 has a recess 45 which is connected to the longitudinal opening 33 .
  • the spring chamber 25 is formed in the recess 45 and a first spring 26 is arranged, which is supported on the one hand on the housing element 24 and on the other hand on the control valve element 18 and which presses the control valve element 18 in the direction of the second sealing seat 40.
  • the pressure P2 in the tank 10 is also greater than the pressure pi in the passage 80, so that in addition to the force of the first spring 26, another closing force acts on the control valve element 18 and the valve device 2 is arranged in a closed position when the solenoid coil 14 is not energized is.
  • the functioning of the tank device 1 is as follows: when the magnetic coil 14 is energized, a magnetic field is formed, which leads to a magnetic force effect between the control valve element 18 and the housing element 24 .
  • the control valve element 18 lifts off the first sealing seat 4 and releases the opening cross section between the dome-shaped shoulder 343 and the main valve element 15, in particular the outlet opening 31.
  • Gaseous medium for example hydrogen, now flows from the tank interior 100 via the inlet opening 28 of the housing element 24, the spring chamber 25 and the longitudinal opening 33 of the control valve element 18, further through the respective further openings 32a, 32b and through the outlet opening 31 and the conical transition region 42 towards the through-channel 80 of the valve housing 20.
  • the magnetic coil 14 is no longer energized, so that the magnetic field is reduced and the control valve element 18 moves again by means of the force of the first spring 26 and the pressure difference between the tank 10 and the passage duct 80 moves in the direction of the first sealing seat 4 and closes it.
  • the principle of the automatic closing of the valve device 2 also works in an emergency, for example if the power supply is interrupted. In this way it can be ensured that the hydrogen is enclosed in the tank device 1 and that it is not released into the environment in an uncontrolled manner.
  • the passage duct 80 is supplied with pressure via a tank unit.
  • the prevailing pressure in the main opening 28 is higher than in the valve device 2 and the tank interior 100.
  • the different pressure conditions mean that the main valve element 15 is pressed out of the second sealing seat 40 and the large opening cross section is released.
  • the tank interior 100 can now be filled with hydrogen.
  • the pressure in the main opening 28 equalizes the pressure in the valve device 2 and the tank interior 100 again, so that the main valve element 15, supported by the force of a second spring 46, moves in the direction of the second sealing seat 40 and closes it again.
  • the tank interior 100 can be filled with hydrogen via an inlet line and the passage duct 80, which is then connected here to a gas station, via the same valve device 2 as the hydrogen for the fuel cell is made available.
  • the passage channel 80 with an external tank system connected. Since current must not be applied during refueling, the valve device 2 must be designed in such a way that the valve device 2 can be pressed open via the pressure conditions present at the valve device 2 . Since the pressure in the passage duct 80 is greater than in the area of the control valve element 18 during refueling, the pressure conditions must be designed in such a way that the control valve element 18 can be pressed and opened against the force of the first spring 26 and the pressure present in the tank 10, so that the tank 10 can be filled with hydrogen. As soon as the refueling process is completed, the same pressure conditions are established in front of and behind the second sealing seat 40 so that the valve device 2 is closed again via the force of the first spring 26 .
  • a gaseous medium here hydrogen
  • Fig. 1 also shows that the valve element assembly 16 is located at least almost entirely in the neck region 6 of the tank 10 and/or is firmly integrated, with the valve housing 20 and the housing element 24 being force-fit and/or form-fit and/or material-to-material is connected and wherein the valve device 2 is arranged in a closed position by means of a tank pressure in the tank 10 and by means of a first spring 26 when the magnet coil 14 is switched off.
  • the valve element assembly 16 additionally has the components supporting element 22 and/or control valve element 18 and/or main valve element 15 and/or first spring 26 .
  • valve housing 20 has on its side facing the cup-shaped housing element 24 a projection 21 running cylindrically around the longitudinal axis 11 , the cylindrical projection 21 having a shoulder 38 on the side facing away from the longitudinal axis 11 .
  • the pot-shaped housing element 24 has a sleeve-shaped area 242 with a first inner annular space 8 on the side facing away from the tank interior 100 and thus in particular on the side facing the valve housing 20 .
  • the magnetic coil 14 is located orthogonally and/or concentrically to the longitudinal axis 11 between the cylindrical projection 21 and the sleeve-shaped area 242.
  • valve housing 20 protrudes into the annular space 8 of the housing element 24 .
  • the housing Seeelement 24 connected with its sleeve-shaped portion 242 to the cylindrical projection 21 of the valve housing 20.
  • the valve housing 20 has the shoulder 38 with an undercut 17 and/or a circumferential recess 17, the housing element 24 with its sleeve-shaped area 242, in particular a circumferential lug 35 facing the longitudinal axis 11, covering the area of the Undercut 17 overlaps the projection 21, so that a contact area 34 is formed between the valve housing 20 and the housing element 24, the connection being in particular a flange 34.
  • valve housing 20 in particular in the area of the cylindrical projection 21, has a first thread 241 and a second thread 243 running around the longitudinal axis 11, and the cup-shaped housing element 24 at its inner diameter of the sleeve-shaped region 242 has a thread running around the longitudinal axis 11 running third thread 245, in particular an internal thread 245, wherein the valve housing 20 and the housing element 24 are connected by means of the respective threads 243, 245.
  • This connection is in particular a screw connection 36.
  • the first thread 241 and/or the second thread 243 can be an external thread, for example.
  • the first thread 241 and the second thread 243 are in a stepped profile of the cylindrical projection 21 of the valve housing 20, the first thread 241 having a larger diameter than the second thread 243.
  • a stable attachment of the pot-shaped housing element 24 to the valve housing 20 can be achieved and/or a stable connection of the valve element assembly 16 in the neck area 6 of the tank housing 47 can be achieved.
  • the valve element assembly 16 can be quickly and inexpensively removed and reinstalled in the tank 10 without components being damaged by the removal.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a third exemplary embodiment of the tank device 1 according to the invention with the valve device 2 according to the invention.
  • the housing element 24 has, on its side facing the valve housing 20 in the direction of the longitudinal axis 11, an annular end 246 running around the longitudinal axis 11, in particular directly adjacent to the sleeve-shaped area 242. Housing element 24 also has an enlarged end 246 in the area of an annular end Diameter and / or protrudes in the direction of the longitudinal axis 11 at least partially from the neck portion 6 of the tank 10.
  • the ring-shaped end 246 of the housing element 24 is designed as a first hexagon 39 .
  • the valve housing 20 has a disk-shaped area 37 with an enlarged diameter, this area 37 being designed as a second hexagon 41 .
  • the valve housing 20 can be supported with the disk-shaped area 37 on the first hexagon 39 .
  • FIG. 3 shows that the top-shaped housing element 24 is screwed into a neck area 6 of the tank 10 with a fourth thread 247 , in particular an external thread 247 .

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Abstract

Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums Tankvorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einer Ventilvorrichtung (2) und einem Tank (10), wobei die Ventilvorrichtung (2) ein Ventilgehäuse (20) mit einer Längsachse (11) aufweist, wobei in diesem Ventilgehäuse (20) ein entlang der Längsachse (11) bewegliches Ansteuerventilelement (18) angeordnet ist, welches Ansteuerventilelement (18) zum Öffnen und Schließen einer jeweiligen Auslassöffnung (31a, b) mit einem jeweiligen Dichtsitz (4, 40) zusammenwirkt und so ein Ansteuerventil (44) ausbildet, wobei die Ventilvorrichtung (2) mittels einer Magnetspule (14) ansteuerbar ist, wobei eine entlang der Längsachse (11) verlaufende Ventilelement-Baugruppe (16) am Ventilgehäuse (20) angeordnet ist, wobei die Ventilelement-Baugruppe (16) zumindest die Bauteile topfförmiges Gehäuseelement (24), Magnetspule (14) und Ansteuerventilelement (18) aufweist. Erfindungsgemäß befindet sich dabei die Ventilelement-Baugruppe (16) zumindest nahezu vollständig in einem Halsbereich (6) des Tanks (10) und/oder ist fest integriert, wobei das Ventilgehäuse (20) und das Gehäuseelement (24) kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist und wobei die Ventilvorrichtung (2) mittels eines Tankdrucks in dem Tank (10) und mittels einer ersten Feder (26) bei ausgeschalteter Magnetspule (14) in einer geschlossenen Position angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums für ein Brennstoffzellensystem
Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung für einen Brennstoffzellentank, insbesondere zur Speicherung von Wasserstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2018 218 425 Al ist eine Tankvorrichtung bekannt, die zur Speicherung eines gasförmigen Mediums für ein Brennstoffzellensystem dient, wobei es sich bei dem gasförmigen Medium insbesondere um Wasserstoff handelt. Die Sicherheitsvorrichtungen für solch eine Tankvorrichtung sind normiert. Dabei muss jede Tankvorrichtung solch ein Absperrventil aufweisen. So kann das Absperrventil bei einer Beschädigung der Tankvorrichtung hervorgerufen durch einen Unfall des Fahrzeugs mit Brennstoffzellenantrieb oder bei einem Bruch einer Leitung der Tankvorrichtung die Tankbehälter verschließen, so dass kein Gas aus der Tankvorrichtung austreten kann.
Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen an die Absperrventile und aufgrund hoher Systemdrücke von beispielsweise 800 bar oder mehr sind solche Absperrventile konstruktiv sehr herausfordernd und weisen einen großen Bauraum auf. Dies erhöht wiederum das Gesamtgewicht der gesamten Tankvorrichtung, was im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs mit Brennstoffzellenantrieb zu hohen auftretenden Beschleunigungskräften und möglichen Verformungen einer Ventilvorrichtung oder der Tankvorrichtung führen kann.
Die in der DE 10 2018 218 425 Al beschriebene Tankvorrichtung kann gewisse Nachteile aufweisen.
Da sich ein Großteil einer Ventilelement-Baugruppe außerhalb eines Halsbereich eines Tanks befindet und aus diesem herausragt kann es im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs, beispielsweise mit Brennstoffzellenantrieb, zu hohen auftretenden Beschleunigungskräften und möglichen Verformungen der Ventilvorrichtung oder der Tankvorrichtung führen, wobei die Ventilelement-Baugruppe durch einsetzende Querkräfte oder Kollisionen mit anderen Bauteile vom Flaschenhals abgetrennt werden kann und/oder abgeschert werden kann. Dabei kann es dazu kommen, dass beispielsweise Bauteile des Fahrzeugs oder der Umwelt im Falle eines Unfalls orthogonal zu einer Längsachse auf die Ventilelement-Baugruppe einwirken und diese vom Halsbereich eines Tankgehäuses abscheren, da die Ventilelement-Baugruppe nur auf den Halsbereich aufgesetzt ist und dieses zumindest teilweise an seinem Außendurchmesser umschließt. Die Ausfallwahrscheinlichkeit im Falle eines Unfalls ist somit erhöht und kann zu einem unkontrollierten Ausströmen von Wasserstoff führen, der im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs zu einem unkontrollierten Entzünden an einer Wärmequelle führen kann.
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass in konstruktiv einfacher Weise ein kompakt ausgelegtes Sicherheitsventil für ein Tanksystem mit positiver Energiebilanz und Einhaltung aller sicherheitsrelevanten Kriterien erzielt wird.
Dazu weist die Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, eine Ventilvorrichtung und einen Tank auf. Die Ventilvorrichtung weist ein Ventilgehäuse mit einer Längsachse auf, wobei in diesem Ventilgehäuse ein entlang der Längsachse bewegliches Ansteuerventilelement angeordnet ist. Das Ansteuerventilelement wirkt zum Öffnen und Schließen einer Auslassöffnung mit einem Dichtsitz zusammen und bildet so ein Ansteuerventil aus. Die Ventilvorrichtung ist dabei mittels einer Magnetspule ansteuerbar, wobei eine entlang der Längsachse verlaufende Ventilelement-Baugruppe am Ventilgehäuse angeordnet ist. Dabei weist die Ventilelement-Baugruppe zumindest die Bauteile topfförmiges Gehäuseelement, Magnetspule und Ansteuerventilelement auf. Darüber hinaus befindet sich die Ventilelement-Baugruppe zumindest nahezu vollständig in einem Halsbereich des Tanks und/oder ist fest in diesem integriert. Dabei ist das Ventilgehäuse und das Gehäuseelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Weiterhin ist die Ventilvorrichtung mittels eines Tankdrucks in dem Tank und mittels einer ersten Feder bei ausgeschalteter Magnetspule in einer geschlossenen Position angeordnet.
Auf diese Weise kann ein kompakt konstruiertes, einfachschaltendes Absperrventil erzielt werden, das aufgrund nahezu vollständiger Integration in den Halsbereich des Tanks besser gegen mechanische Belastungen von außen, insbesondere im Falle eines Unfalls des Gesamtfahrzeugs geschützt ist. Die Ventilelement-Baugruppe befindet sich dabei in Richtung der Längsachse zumindest nahezu vollständig im Halsbereich des Tanks und ist durch ein Tankgehäuse des Tanks gegen mechanische und auch thermische Kraft geschützt. Nur eine kleiner Teile des Ventilgehäuses kann aus dem Halsbereich herausragen, um eine fluidische Koppelung an das Anodensystem sicherzustellen und um die Möglichkeit der Koppelung eines Anschlusses an ein Brennstoffzellensystem sicherzustellen. Somit kann bei einem Unfall des Gesamtfahrzeugs die Auftretenswahrscheinlichkeit von Austretendem Wasserstoff und somit das Risiko eines Entzündens des Wasserstoffs reduziert werden, wodurch das Gesamtfahrzeug beschädigt werden könnte.
Zudem bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Tankvorrichtung den Vorteil, dass eine kompakte Bauweise der Tankvorrichtung herbeigeführt werden kann. Dabei ragt, die Ventilvorrichtung nicht so weit aus dem Tank heraus, wodurch der benötigte Bauraum im Gesamtfahrzeug in Richtung der Längsachse reduziert werden kann.
Des Weiteren kann mittels der kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig Verbindung des Ventilgehäuses mit dem Gehäuseelement der Vorteil herbeigeführt werden, dass eine sichere Verbindung der Bauteile sichergestellt werden kann und somit die Ausfallwahrscheinlichkeit der Ventilvorrichtung reduziert/minimiert werden kann. Zudem können die innenliegenden Bauteile besser gekapselt werden gegen Einflüsse aus der Umwelt, wie eindringende Flüssigkeit oder Verschmutzung, wie beispielsweise elektrische Bauteile, wie die Magnetspule. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit der Tankvorrichtung oder der Ventilvorrichtung reduziert werden.
Weiterhin kann auf diese Weise ein kompakt konstruiertes, einfachschaltendes Absperrventil erzielt werden, das aufgrund der integrierten Bauweise die Sicherheitsanforderungen erfüllt und eine Kostenersparnis erzielt. Außerdem ist insbesondere bei ausgeschalteter Magnetspule gesichert, dass kein gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, aus dem Tank über die Ventilvorrichtung entweichen kann, da aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Tank und einem Durchlasskanal und der Kraft der ersten Feder das Ansteuerventilelement an den Dichtsitz gedrückt wird.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Tankvorrichtung weist die Ventilelement-Baugruppe zusätzlich die Bauteile Stützelement und/oder Hauptventilelement und/oder erste Feder und/oder Magnetspule auf. Auf diese Weise können nahezu alle Bauteile der Ventilelement-Baugruppe, die aktorisch wirken und somit beweglich sind innerhalb des Halsbereichs angeordnet, und somit gegen Scherkräfte geschützt werden. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Tankvorrichtung und/oder Ventilvorrichtung erhöht werden. Des Weiteren können die Montagekosten reduziert werden, da alle relevanten Bauteile bereits in der Ventilelement-Baugruppe integriert sind. Des Weiteren kann der Vorteil erzielt werden, dass eine vereinfachte Montage aller Bauteile, die zur Funktion der Tankvorrichtung und/oder der Ventilvorrichtung benötigt werden, in der Ventilelement-Baugruppe integriert sind und somit in einem Arbeitsschritt im Halsbereich des Tanks montiert werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Tankvorrichtung weist das Ventilgehäuse auf seiner dem topfförmigen Gehäuseelement zugewandten Seite eine zylindrisch um die Längsachse verlaufende Anformung auf, wobei die zylindrische Anformung auf der der Längsachse abgewandten Seite einen Absatz aufweist. Auf diese Weise kann eine vereinfachte Montage des Ventilgehäuses im Halsbereich des Tankgehäuses und/oder eine vereinfachte Montage des Ventilgehäuses mit dem topfförmigen Gehäuseelement erzielt werden. Somit lassen sich die Montagekosten reduzieren, wodurch die Gesamtkosten der Tankvorrichtung reduziert werden können.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Tankvorrichtung weist das topfförmige Gehäuseelement auf der dem Tankinnenraum abgewandten Seite einen hülsenförmiger Bereich mit einem ersten innenliegenden Ringraum auf. Auf diese Weise lässt sich zum einen eine schnelle und kostengünstige Montage des topfförmigen Gehäuseelements mit dem Ventilgehäuse erreichen, wodurch die Montagkosten reduziert werden können. Zum anderen besteht der Vorteil, dass zumindest nahezu alle Bauteile der Ventilelement-Baugruppe innerhalb des ersten Ringraums angeordnet werden können und somit benötigter Bauraum reduziert werden kann, indem die Bauteile nahezu vollständig im topförmigen Gehäuseelement integriert werden. Somit lässt sich eine kompakte Bauform der Tankvorrichtung herbeiführen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Tankvorrichtung ragt die zylindrische Anformung des Ventilgehäuses in den ersten Ringraum des Gehäuseelements hinein. Dabei ist das Gehäuseelement mit seinem hülsenförmigen Bereich mit der zylindrischen Anformung des Ventilgehäuses verbunden. Auf diese Weise kann eine stabile Verbindung und eine strukturelle Haltbarkeit des Montageverbunds des Ventilgehäuses mit dem Gehäuseelement herbeigeführt werden, wodurch sich die Ausfallwahrscheinlichkeit der Tankvorrichtung und/oder der Ventilvorrichtung verringern lässt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Tankvorrichtung weist das Ventilgehäuse im Bereich der zylindrischen Anformung den Absatz mit einem Hinterschnitt und/oder einer umlaufenden Aussparung auf, wobei das Gehäuseelement mit seinem hülsenförmigen Bereich, insbesondere einer der Längsachse zugewandten umlaufenden Nase, den Bereich des Hinterschnitts der Anformung übergreift. Dabei wird ein Kontaktbereich zwischen dem Ventilgehäuse und dem Gehäuseelement ausgebildet, wobei es sich bei der Verbindung insbesondere um eine Bördelung handelt. Auf diese Weise lässt sich eine schnelle Montage mittels einer Rastung des hülsenförmigen Bereichs, insbesondere mittels der Nase, in dem Hinterschnitt und/oder der umlaufenden Aussparung am Ventilgehäuse erreichen, wodurch die Montagekosten reduziert werden WO 2022/100973 - ß - PCT/EP2021/079159 können und die Auftretenswahrscheinlichkeit von Montagefehlern reduziert werden können. Zudem kann eine effiziente Kapselung der innenliegenden Bauteile, wie Magnetspule, Stützelement, erste Feder, Hauptventilelement, Ansteuerventilelement, zweiter Ringraum herbeigeführt werden, da mittels der Bördelung ein Eindringen von Flüssigkeiten oder Verschmutzungen in den ersten Ringraum verhindert werden kann. Somit kann die Lebensdauer der Tankvorrichtung und/oder der Ventilvorrichtung erhöht werden. Zudem lässt sich ein stabiler Montageverbund des Gehäuseelements mit dem Ventilgehäuse mittels des hülsenförmigen Bereichs und des Absatzes erreichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Tankvorrichtung weist das Ventilgehäuse, insbesondere im Bereich der zylindrischen Anformung, umlaufend um die Längsachse ein erstes Gewinde und ein zweites Gewinde auf. Darüber hinaus weist das topfförmige Gehäuseelement an seinem Innendurchmesser des hülsenförmigen Bereichs ein umlaufend um die Längsachse verlaufendes drittes Gewinde auf, insbesondere ein Innengewinde. Das Ventilgehäuse und das Gehäuseelement sind dabei mittels der jeweiligen Gewinde verbunden. Auf diese Weise kann ein stark verjüngter Bereich oder ein Zwischenboden, der insbesondere als Teil des Tankgehäuses ausgebildet sein kann, entfallen. Die Abdichtung erfolgt nach außen radial an der Ventilvorrichtung und die innendruckbedingten Axialkräfte aufgrund des im Tank vorherrschenden Drucks werden vom ersten Gewinde aufgenommen. Des Weiteren lässt sich eine schnelle und kostengünstige Montage der Ventilelement-Baugruppe und/oder des Ventilgehäuses mit dem topfförmigen Gehäuseelement erzielen, indem das Gehäuseelement mit seinem ringförmigen Ende auf die zylindrische Anformung des Ventilgehäuses aufgeschraubt werden kann. Des Weiteren ist eine schnelle Demontage möglich, falls die innenliegenden Bauteile der Ventilelement-Baugruppe ausgetauscht werden müssen. Somit lassen sich die Betriebskosten der Tankvorrichtung und/oder des gesamten Fahrzeugs reduzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Tankvorrichtung weist das Gehäuseelement an seiner dem in Richtung der Längsachse dem Ventilgehäuse zugewandten Seite umlaufend um die Längsachse ein ringförmiges Ende auf, insbesondere direkt angrenzend an den hülsenförmigen Bereich, wobei das Gehäuseelement im Bereich des ringförmigen Endes einen vergrößerten Durchmesser aufweist und/oder in Richtung der Längsachse zumindest teilweise aus dem Halsbereich des Tanks herausragt. Auf diese Weise lässt sich eine vereinfachte Montage des topfförmigen Gehäuseelements und/oder der Ventilelement-Baugruppe erzielen, da bei der Montage der Montageverbund in Richtung der Längsachse zum Tank hin so weit eingeschoben wird, bis das ringförmige Ende mit einer dem Tank zugewandten Stirnseite an eine Stirnseite des Halsbereichs des Tankgehäuses in Anlage kommt. Somit kann ein zu weites Einschrauben bzw. Einführen des Montageverbunds Ventilelement-Baugruppe in den Halsbereich und/oder den Tank und somit möglicherweise ein Hereinfallen des Montageverbunds in den Tank bei der Montage verhindert werden. Somit kann die Häufigkeit von Montagefehlern reduziert werden. Zudem lässt sich auf diese Weise die Zuverlässigkeit der Verbindung der Ventilvorrichtung mit dem Tank, insbesondere mit dem Tankgehäuse, erhöhen, da die Kontakt- und Anlagefläche der Bauteile Tank und topfförmiges Gehäuseelement erhöht werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Tankvorrichtung ist das ringförmige Ende des Gehäuseelements als ein erster Sechskant ausgebildet und/oder das Ventilgehäuse weist einen scheibenförmigen Bereich mit einem vergrößerten Durchmesser auf, wobei dieser Bereich als ein zweiter Sechskant ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine schnelle und kostengünstige Montage des Gehäuseelements und/oder des Ventilgehäuses und/oder des Tanks miteinander ermöglicht. Des Weiteren kann auf diese Weise eine schnelle und kostengünstige Demontage für Wartungszwecke ermöglicht werden, wodurch die Betriebskosten der Tankvorrichtung und der Ventilvorrichtung reduziert werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass in dem Gehäuseelement ein Durchgangskanal ausgebildet ist, über weichen Durchgangskanal der Tank mit der Ventilvorrichtung verbunden ist. Dies führt zu einer höheren Robustheit des gesamten Tanks, insbesondere im Falle eines Unfalls.
Die beschriebene Tankvorrichtung eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle.
Die beschriebene Tankvorrichtung eignet sich weiterhin in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug zur Speicherung von Wasserstoff. Zeichnungen
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, dargestellt. Es zeigt in
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung im Längsschnitt,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung im Längsschnitt,
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung im Längsschnitt,
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 mit einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 2 im Längsschnitt für ein gasförmiges Medium gezeigt. Die Tankvorrichtung 1 weist einen Tank 10 und die Ventilvorrichtung 2 auf. Der Tank 10 weist ein Tankgehäuse 47 auf, in dem ein Tankinnenraum 100 ausgebildet ist. Das Tankgehäuse 47 umfasst weiterhin einen Halsbereich 6, in den die Ventilvorrichtung 2 mittels eines topfförmigen Gehäuseelements 24 integriert ist. Die Tankvorrichtung 1 dient dabei zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff.
In dem topfförmigen Gehäuseelement 24 ist ein Durchgangskanal 244 ausgebildet, so dass gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, auf diese Weise beispielsweise einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle in einer Brennstoffzellenanordnung über die Ventilvorrichtung 2 aus dem Tankinnenraum 100 über einen zylinderförmigen Durchlasskanal 80 zuführbar ist. Weiterhin ist der Tank 10 über den Durchgangskanal 244 mit der Ventilvorrichtung 2 verbunden. Die Ventilvorrichtung 2 weist ein Ventilgehäuse 20 mit einer Längsachse 11 auf, in dem ein stufenförmiger Innenraum 7 ausgebildet ist. Die Ventilvorrichtung 2 weist weiterhin in dem topfförmigen Gehäuseelement 24 eine zylinderförmige Einlassöffnung 28 auf, wobei die Einlassöffnung 28 in den Durchgangskanal 244 mündet. Sowohl die Anströmung als auch die Abströmung der Ventilvorrichtung 2 erfolgt hier axial zu der Längsachse 11 der Ventilvorrichtung 2. Wobei in dem Ventilgehäuse 20 ein entlang der Längsachse 11 bewegliches Ansteuerventilelement 18 angeordnet ist, welches Ansteuerventilelement 18 zumindest mittelbar zum Öffnen und Schließen mindestens einer jeweiligen Auslassöffnung 31a, b mit mindestens einem jeweiligen Dichtsitz 4, 40 zusammenwirkt. Dabei ist die Ventilvorrichtung 2 mittels einer Magnetspule 14 ansteuerbar, wobei eine entlang der Längsachse 11 verlaufende Ventilelement-Baugruppe 16 am Ventilgehäuse 20 angeordnet. Des Weiteren weist die Ventilelement-Baugruppe 16 dabei zumindest die Bauteile topfförmiges Gehäuseelement 24, Magnetspule 14 und Ansteuerventilelement 18 auf.
Weiterhin ist die Magnetspule 14 in dem Ventilgehäuse 20 und/oder dem topfförmigen Gehäuseelement 24 aufgenommen und integriert, wobei die Magnetspule 14 mittels eines Stützelements 22 in dem Ventilgehäuse 20 und/oder dem topfförmigen Gehäuseelement 24 fixiert und mittels Dichtelementen an dem Stützelement 22 gegen den Innenraum 7 abgedichtet ist. Die Magnetspule 14 ist dabei über einen elektrischen Anschluss 30 ansteuerbar.
Weiterhin ist in Fig. 1 gezeigt, dass das Ansteuerventilelement 18 und das Ventilgehäuse 20 einen zweiten Ringraum 27 begrenzen, wobei das Ansteuerventilelement 18 und das Gehäuseelement 24 einen Federraum 25 begrenzen. Im zweiten Ringraum 27 befindet sich zudem ein Hauptventilelement 15, welches zwischen dem Ventilgehäuse 20 und dem Ansteuerventilelement 18 angeordnet ist. Dabei ist das Hauptventilelement 15 derart am Ansteuerventilelement 18 angeordnet, das dieses zusammen mit dem Ansteuerventilelement 18 einen ersten Dichtsitz 4 ausbildet und mit einem an dem Ventilgehäuse 20 konisch ausgebildeten zweiten Dichtsitz 40 und/oder ein Ansteuerventil 44 ausbildet. Das Hauptventilelement 15 ist dabei zumindest nahezu zylindrisch ausgeführt und weist im Bereich des zweiten Dichtsitzes 40 eine konische verlaufende Kontaktfläche auf, mit der er auf dem zweiten Dichtsitz 40 aufliegt, und ist vorzugsweise aus einem Kunststoff oder einer dichten Materialpaarung gefertigt. Durch das Ansteuerventilelement 18, das sich insbesondere mit dem Hauptventilelement 15 in Richtung der Längsachse 11 zum Tank 10 hinbewegt, kann eine Verbindung zwischen dem zweiten Ringraum 27 und dem Durchlasskanal 80 geöffnet und geschlossen werden, wobei es sich hierbei insbesondere in einem geöffneten Zustand der Verbindung ausgebildete Auslassöffnung 31b handelt.
Darüber hinaus ist in dem Hauptventilelement 15 eine zylinderförmige Auslassöffnung 31a mit einer Drossel in Form einer Verengung der Auslassöffnung 31a 26 ausgebildet. Dabei wirkt ein kuppenförmiger Ansatz 343 des Ansteuerventilelements 18 mit dem ersten Dichtsitz 4 zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung 31a zusammen.
Der Durchlasskanal 80, der einen Durchmesser D aufweist mündet, in einen Bereich mit einem kleineren Durchmesser d, wobei dieser Bereich im Hauptventilelement 15 ausgebildet ist. Vom Bereich des Durchmessers verläuft in Richtung der Längsachse 11 ein konischer, sich zum Ansteuerventil 18 hin verjüngender Übergangsbereichs 42, der schlussendlich in die Auslassöffnung 31 mündet, wobei sich die Auslassöffnung 31 im Hauptventilelement 15 befindet. Der Durchmesser D des Durchlasskanals 80 ist größer als der Durchmesser d der Auslassöffnung 31.
Das Hauptventilelement 15 wirkt zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung 31b, die auch als eine Hauptöffnung 31b bezeichnet werden kann, mit dem zweiten Dichtsitz 40 zusammen, wobei ein Öffn ungsqu erseh nitt dieser Hauptöffnung 31b in Verbindung mit dem zweiten Dichtsitz 40 größer ist als ein Öffnungsquer- schnitt der Auslassöffnung 31a und/oder des konischen Übergangsbereichs 42 in Verbindung mit dem ersten Dichtsitz 4. Denn der Durchmesser der Hauptöffnung 31b ist größer als der Durchmesser der Auslassöffnung 31a
In dem Ansteuerventilelement 18 sind eine Längsöffnung 33 und weitere Öffnungen 32a ausgebildet, wobei diese Öffnung 32a zumindest nahezu orthogonal zur Längsachse 11 verläuft und in eine Öffnung 32b mündet, wobei die Öffnung 32b im Hauptventilelement 15 ausgebildet ist. Die Öffnung 32a mündet einerseits über die Öffnung 32b in den zweiten Ringraum 27 und die Längsöffnung 33 mündet andererseits in den Federraum 25. Des Weiteren weist das Ansteuerelement 18 auf der dem Hauptventil 15 zugewandten Seite den kuppenförmigen Ansatz 343 auf, wobei der kuppenförmige Ansatz 343 beispielsweise derart mit dem Hauptventilelement 15 in Anlage steht, dass mittels des ersten Dichtsitzes 4 eine Auslassöffnung 31 verschlossen ist.
Weiterhin weist das Ansteuerventilelement 18 eine Ausnehmung 45 auf, welche mit der Längsöffnung 33 verbunden ist. In der Ausnehmung 45 ist der Federraum 25 ausgebildet und eine erste Feder 26 angeordnet, welche sich einerseits an dem Gehäuseelement 24 und andererseits an dem Ansteuerventilelement 18 abstützt und welche das Ansteuerventilelement 18 in Richtung des zweiten Dichtsitzes 40 drückt.
Der Druck P2 im Tank 10 ist außerdem größer als der Druck pi im Durchlasskanal 80, so dass neben der Kraft der ersten Feder 26 eine weitere schließende Kraft auf das Ansteuerventilelement 18 wirkt und die Ventilvorrichtung 2 bei un- bestromter Magnetspule 14 in einer geschlossenen Position angeordnet ist.
Die Funktionsweise der Tankvorrichtung 1 ist wie folgt: Bei einer Bestromung der Magnetspule 14 bildet sich ein magnetisches Feld aus, was zu einer magnetischen Kraftwirkung zwischen dem Ansteuerventilelement 18 und dem Gehäuseelement 24 führt. Bei ausreichend hoher Magnetkraft hebt das Ansteuerventilelement 18 von dem ersten Dichtsitz 4 ab und gibt den Öffnungsquerschnitt zwischen dem kuppenförmigen Ansatz 343 und dem Hauptventilelement 15, insbesondere der Auslassöffnung 31, frei. So strömt nun gasförmiges Medium, beispielsweise Wasserstoff, aus dem Tankinnenraum 100 über Einlassöffnung 28 des Gehäuseelements 24, den Federraum 25 und die Längsöffnung 33 des Ansteuerventilelements 18, weiter durch die jeweiligen weiteren Öffnungen 32a, 32b und durch die Auslassöffnung 31 und den konischen Übergangsbereich 42 hin zum Durchlasskanal 80 des Ventilgehäuses 20.
Wird die Bestromung der Magnetspule 14 unterbrochen, so bricht das magnetische Feld zusammen und es wird eine schließende Kraft auf das Ansteuerventilelement 18 und das Hauptventilelement 15 durch die erste Feder 26 und den pneumatischen Druckverhältnissen in der Ventilvorrichtung 2 ausgeübt. Das Ansteuerventilelement 18 und das Hauptventilelement 15 bewegen sich dadurch wieder in Richtung des ersten Dichtsitzes 4 und des zweiten Dichtsitzes 40 und dichten so wieder die Öffn ungsqu erseh nitte ab. Gasförmiges Medium strömt nun nicht mehr aus der Tankvorrichtung 1 über die Ventilvorrichtung 2 in Richtung des Anodenbereichs des Brennstoffzellensystems.
Soll die Wasserstoff-Zufuhr zu der Brennstoffzelle unterbrochen werden, wird die Magnetspule 14 nicht weiter bestromt, so dass das magnetische Feld abgebaut wird und sich das Ansteuerventilelement 18 mittels der Kraft der ersten Feder 26 und des Druckunterschieds zwischen dem Tank 10 und dem Durchlasskanal 80 wieder in Richtung des ersten Dichtsitzes 4 bewegt und diesen schließt.
Das Prinzip des selbstständigen Verschließens der Ventilvorrichtung 2 wirkt auch bei einem Notfall, wenn beispielsweise die Stromzufuhr unterbrochen ist. So kann sichergestellt werden, dass der Wasserstoff in der Tankvorrichtung 1 eingeschlossen ist und dieser nicht unkontrolliert in die Umgebung abgegeben wird.
Im Betankungsfall wird der Durchlasskanal 80 über eine Tankeinheit mit Druck versorgt. Dabei ist der anstehende Druck in der Hauptöffnung 28 höher als in der Ventilvorrichtung 2 und dem Tankinnenraum 100. Die unterschiedlichen Druckverhältnisse führen dazu, dass das Hauptventilelement 15 aus dem zweiten Dichtsitz 40 gedrückt wird und der große Öffnungsquerschnitt freigegeben wird. Der Tankinnenraum 100 kann nun mit Wasserstoff befüllt werden. Wird der Tankvorgang beendet, so gleicht sich der Druck in der Hauptöffnung 28 wieder dem Druck in der Ventilvorrichtung 2 und dem Tankinnenraum 100 an, so dass sich das Hauptventilelement 15, unterstützt durch die Kraft einer zweiten Feder 46, in Richtung des zweiten Dichtsitzes 40 bewegt und diesen wieder verschließt. Somit kann der Tankinnenraum 100 über eine Zulaufleitung und den Durchlasskanal 80, welche hier dann an eine Tankstelle angeschlossen wird, über dieselbe Ventilvorrichtung 2 mit Wasserstoff befüllt werden, wie der Wasserstoff für die Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt wird.
Im Falle einer Befüllung des Tanks 10 mit gasförmigem Medium, hier Wasserstoff, bei dem die Strömungsrichtung von der Auslassöffnung 31a, b in Richtung der Einlassöffnung 28 verläuft, wird der Durchlasskanal 80 mit einem externen Tanksystem verbunden. Da beim Betanken nicht bestromt werden darf, muss die Ventilvorrichtung 2 so ausgelegt sein, dass über die an der Ventilvorrichtung 2 anstehenden Druckverhältnisse die Ventilvorrichtung 2 aufgedrückt werden kann. Da beim Betankungsfall der Druck im Durchlasskanal 80 größer ist als im Bereich des Ansteuerventilelements 18, müssen die Druckverhältnisse so ausgelegt sein, dass das Ansteuerventilelement 18 gegen die Kraft der ersten Feder 26 und den in dem Tank 10 anstehenden Druck gedrückt und geöffnet werden kann, sodass der Tank 10 mit Wasserstoff gefüllt werden kann. Sobald der Betankungsvorgang beendet wird, stellt sich vor und hinter dem zweiten Dichtsitz 40 gleiche Druckverhältnisse ein, sodass die Ventilvorrichtung 2 über die Kraft der ersten Feder 26 wieder verschlossen wird.
In Fig. 1 ist zudem gezeigt, dass sich die Ventilelement-Baugruppe 16 zumindest nahezu vollständig in dem Halsbereich 6 des Tanks 10 befindet und/oder fest integriert ist, wobei das Ventilgehäuse 20 und das Gehäuseelement 24 kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist und wobei die Ventilvorrichtung 2 mittels eines Tankdrucks in dem Tank 10 und mittels einer ersten Feder 26 bei ausgeschalteter Magnetspule 14 in einer geschlossenen Position angeordnet ist. Dabei weist die Ventilelement-Baugruppe 16 zusätzlich die Bauteile Stützelement 22 und/oder Ansteuerventilelement 18 und/oder Hauptventilelement 15 und/oder erste Feder 26 auf.
Des Weiteren weist das Ventilgehäuse 20 auf seiner dem topfförmigen Gehäuseelement 24 zugewandten Seite eine zylindrisch um die Längsachse 11 verlaufende Anformung 21 auf, wobei die zylindrische Anformung 21 auf der der Längsachse 11 abgewandten Seite einen Absatz 38 aufweist. Dabei weist das topfförmige Gehäuseelement 24 auf der dem Tankinnenraum 100 abgewandten, und somit insbesondere der dem Ventilgehäuse 20 zugewandten Seite einen hülsenförmiger Bereich 242 mit einem ersten innenliegenden Ringraum 8 auf. Die Magnetspule 14 befindet sich dabei orthogonal und/oder konzentrisch zur Längsachse 11 zwischen der zylindrischen Anformung 21 und dem hülsenförmigen Bereich 242.
Fig. 1 zeigt weiterhin, dass die zylindrische Anformung 21 des Ventilgehäuses 20 in den Ringraum 8 des Gehäuseelements 24 hineinragt. Dabei ist das Gehäu- seelement 24 mit seinem hülsenförmigen Bereich 242 mit der zylindrischen Anformung 21 des Ventilgehäuses 20 verbunden. Das Ventilgehäuse 20 weist dabei im Bereich der zylindrischen Anformung 21 den Absatz 38 mit einem Hinterschnitt 17 und/oder einer umlaufenden Aussparung 17 auf, wobei das Gehäuseelement 24 mit seinem hülsenförmigen Bereich 242, insbesondere einer der Längsachse 11 zugewandten umlaufenden Nase 35, den Bereich des Hinterschnitts 17 der Anformung 21 übergreift, so dass ein Kontaktbereich 34 zwischen dem Ventilgehäuse 20 und dem Gehäuseelement 24 ausgebildet wird, wobei es sich bei der Verbindung insbesondere um eine Bördelung 34 handelt.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 2 im Längsschnitt gezeigt. Dabei ist dargestellt, dass das Ventilgehäuse 20, insbesondere im Bereich der zylindrischen Anformung 21, umlaufend um die Längsachse 11 ein erstes Gewinde 241 und ein zweites Gewinde 243 aufweist und das topfförmige Gehäuseelement 24 an seinem Innendurchmesser des hülsenförmigen Bereichs 242 ein umlaufend um die Längsachse 11 verlaufendes drittes Gewinde 245, insbesondere ein Innengewinde 245 aufweist, wobei das Ventilgehäuse 20 und das Gehäuseelement 24 mittels der jeweiligen Gewinde 243, 245 verbunden sind. Dabei handelt es sich bei dieser Verbindung insbesondere um eine Schraubverbindung 36.
Bei dem ersten Gewinde 241 und/oder dem zweiten Gewinde 243 kann es sich dabei beispielsweise um ein Außengewinde handeln. Dabei befindet sich das erste Gewinde 241 und das zweite Gewinde 243 in einem gestuften Verlauf der zylindrischen Anformung 21 des Ventilgehäuses 20, wobei das erste Gewinde 241 einen größeren Durchmesser als das zweite Gewinde 243 hat. Auf diese Weise lässt sich eine stabile Befestigung des topfförmigen Gehäuseelements 24 am Ventilgehäuse 20 erzielen und/oder eine stabile Verbindung der Ventilelement-Baugruppe 16 im Halsbereich 6 des Tankgehäuses 47 erzielen. Zudem kann im Falle von einer notwendigen Wartung und/oder eines Ersetzens bei einem Defekt ein schnelles und kostengünstiges Ausbauen der Ventilelement-Baugruppe 16 und ein Wiedereinbau dieser in den Tank 10 vollzogen werden, ohne dass Bauteile durch den Ausbau beschädigt werden. In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 2 im Längsschnitt gezeigt. Dabei weist das Gehäuseelement 24 an seiner dem in Richtung der Längsachse 11 dem Ventilgehäuse 20 zugewandten Seite umlaufend um die Längsachse 11 ein ringförmiges Ende 246 auf, insbesondere direkt angrenzend an den hülsenförmigen Bereich 242. Weiterhin weist Gehäuseelement 24 im Bereich eines ringförmigen Endes 246 einen vergrößerten Durchmesser auf und/oder in Richtung der Längsachse 11 zumindest teilweise aus dem Halsbereich 6 des Tanks 10 herausragt. Dabei ist das ringförmige Ende 246 des Gehäuseelements 24 als ein erster Sechskant 39 ausgebildet. Des Weiteren weist das Ventilgehäuse 20 einen scheibenförmigen Bereich 37 mit einem vergrößerten Durchmesser auf, wobei dieser Bereich 37 als ein zweiter Sechskant 41 ausgebildet ist. Dabei kann sich das Ventilgehäuse 20 mit dem scheibenförmigen Bereich 37 am ersten Sechskant 39 abstützen.
Weiterhin ist in Fig. 3 gezeigt, dass das topförmige Gehäuseelement 24 mit einem vierten Gewinde 247, insbesondere einem Außengewinde 247, in einen Halsbereich 6 des Tanks 10 eingeschraubt ist.

Claims

Ansprüche
1. Tankvorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, für ein Brennstoffzellensystem mit einer Ventilvorrichtung (2) und einem Tank (10), wobei die Ventilvorrichtung (2) ein Ventilgehäuse (20) mit einer Längsachse (11) aufweist, wobei in diesem Ventilgehäuse (20) ein entlang der Längsachse (11) bewegliches Ansteuerventilelement (18) angeordnet ist, welches Ansteuerventilelement (18) zum Öffnen und Schließen mindestens einer jeweiligen Auslassöffnung (31a, b) mit mindestens einem jeweiligen Dichtsitz (4, 40) zusammenwirkt und so ein Ansteuerventil (44) ausbildet, wobei die Ventilvorrichtung (2) mittels einer Magnetspule (14) ansteuerbar ist, wobei eine entlang der Längsachse (11) verlaufende Ventilelement-Baugruppe (16) am Ventilgehäuse (20) angeordnet ist, wobei die Ventilelement-Baugruppe (16) zumindest die Bauteile topfförmiges Gehäuseelement (24), Magnetspule (14) und Ansteuerventilelement (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ventilelement-Baugruppe (16) zumindest nahezu vollständig in einem Halsbereich (6) des Tanks (10) befindet und/oder fest integriert ist, wobei das Ventilgehäuse (20) und das Gehäuseelement (24) kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist und wobei die Ventilvorrichtung (2) mittels eines Tankdrucks in dem Tank (10) und mittels einer ersten Feder (26) bei ausgeschalteter Magnetspule (14) in einer geschlossenen Position angeordnet ist.
2. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilelement-Baugruppe (16) zusätzlich die Bauteile Stützelement (22) und/oder Hauptventilelement (15) und/oder erste Feder (26) aufweist.
3. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (20) auf seiner dem topfförmigen Gehäuseelement (24) zugewandten Seite eine zylindrisch um die Längsachse (11) verlaufende Anformung (21) aufweist, wobei die zylindrische Anformung (21) auf der der Längsachse (11) abgewandten Seite einen Absatz (38) aufweist.
4. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das topfförmige Gehäuseelement (24) auf der dem Tankinnenraum (100) abgewandten Seite einen hülsenförmigen Bereich (242) mit einem ersten innenliegenden Ringraum (8) aufweist.
5. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Anformung (21) des Ventilgehäuses (20) in den ersten Ringraum (8) des Gehäuseelements (24) hineinragt und wobei das Gehäuseelement (24) mit seinem hülsenförmigen Bereich (242) mit der zylindrischen Anformung (21) des Ventilgehäuses (20) verbunden ist.
6. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (20) im Bereich der zylindrischen Anformung (21) einen Absatz (38) mit einem Hinterschnitt (17) und/oder einer umlaufenden Aussparung (17) aufweist, wobei das Gehäuseelement (24) mit seinem hülsenförmigen Bereich (242), insbesondere einer der Längsachse (11) zugewandten umlaufenden Nase (35) ,den Bereich des Hinterschnitts (17) der Anformung (21) übergreift, so dass ein Kontaktbereich (34) zwischen dem Ventilgehäuse (20) und dem Gehäuseelement (24) ausgebildet wird, wobei es sich bei der Verbindung insbesondere um eine Bördelung (34) handelt.
7. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass das Ventilgehäuse (20), insbesondere im Bereich der zylindrischen Anformung (21), umlaufend um die Längsachse ein erstes Gewinde (241) und ein zweites Gewinde (243) aufweist und das topfförmige Gehäuseelement (24) an seinem Innendurchmesser des hülsenförmigen Bereichs (242) ein umlaufend um die Längsachse (11) verlaufendes drittes Gewinde (245), insbesondere ein Innengewinde (245) aufweist, wobei das Ventilgehäuse (20) und das Gehäuseelement (24) mittels der jeweiligen Gewinde (243, 245) verbunden sind, wobei es sich bei dieser Verbindung insbesondere um eine Schraubverbindung (36) handelt.
8. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (24) an seiner dem in Richtung der Längsachse (11) dem Ventilgehäuse (20) zugewandten Seite umlaufend um die Längsachse (11) ein ringförmiges Ende (246) aufweist, insbesondere direkt angrenzend an den hülsenförmigen Bereich (242) , wobei das Gehäuseelement im Bereich eines ringförmigen Endes (246) einen vergrößerten Durchmesser aufweist und/oder in Richtung der Längsachse (11) zumindest teilweise aus dem Halsbereich (6) des Tanks (10) herausragt.
9. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Ende (246) des Gehäuseelements (24) als ein erster Sechskant (39) ausgebildet ist und/oder dass das Ventilgehäuse (20) einen scheibenförmigen Bereich (37) mit einem vergrößerten Durchmesser aufweist, wobei dieser Bereich (37) als ein zweiter Sechskant (41) ausgebildet ist.
10. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuseelement (24) ein Durchgangskanal (244) ausgebildet ist, über weichen Durchgangskanal (244) der Tank (10) mit der Ventilvorrichtung (2) verbunden ist.
11. Brennstoffzellenanordnung mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von verdichteten Fluiden nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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