WO2026017477A1 - Speichersystem für einen unter druck stehenden gasförmigen brennstoff - Google Patents

Speichersystem für einen unter druck stehenden gasförmigen brennstoff

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WO2026017477A1
WO2026017477A1 PCT/EP2025/069357 EP2025069357W WO2026017477A1 WO 2026017477 A1 WO2026017477 A1 WO 2026017477A1 EP 2025069357 W EP2025069357 W EP 2025069357W WO 2026017477 A1 WO2026017477 A1 WO 2026017477A1
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tank
temperature control
control device
fuel
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PCT/EP2025/069357
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Sven Pegel
Daniel Nullmeier
Baptiste RAVINEL
Alexander Zink
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Daimler Truck Holding AG
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Daimler Truck AG
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Definitions

  • the invention relates to a pressure storage system for a pressurized gaseous fuel of the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a vehicle with such a pressure storage system.
  • Pressure storage systems for pressurized gaseous fuels are well-established in the art. They can be used in both stationary and mobile applications. Particularly in mobile applications, the storage of hydrogen in compressed, i.e., pressurized, form plays a crucial role in order to then convert it into propulsion power in an internal combustion engine or, especially, in a fuel cell system.
  • Such storage systems typically have several pressurized gas containers connected to each other via a piping system. They also typically include a tank nozzle and a pressure regulating unit, which, for example, in the application described above, reduces the high-pressure stored hydrogen to a pressure level suitable for a consumer in one or more steps.
  • the pressurized gas containers themselves are usually designed in different sizes and shapes to make optimal use of the available installation space.
  • the individual or interconnected pressurized gas containers have a tank valve, which is generally electrically controlled and equipped with a temperature sensor.
  • a tank valve as defined in the present invention, includes at least the functionality of refueling the pressurized gas container as well as the extraction of fuel from the pressurized gas container.
  • Integrated withdrawal valve Generally, pressure and/or temperature sensors are installed in various components of the storage system to control it. The control itself is then handled by a control unit for the tank valves, which occasionally also directly integrates the pressure regulating unit. In older designs, the two functions are sometimes located in separate valves, for example, at opposite ends of the compressed gas cylinder. In a system with multiple tank valves, the opening and closing of each individual tank valve can occur independently.
  • the pressure is regulated from the high-pressure side to a medium-pressure side via the pressure control unit.
  • the pressure in the connected pressure vessels drops, and the mass flow rates adjust according to the volume ratios of the connected pressure vessels. Due to thermodynamic effects, the emptying of the pressure vessels is always accompanied by a more or less significant cooling of the hydrogen inside the storage system.
  • the fuel temperature can drop so low after a relatively short operating time that the critical lower operating temperature of individual components of the storage system is reached. Falling below critical lower temperature limits, which according to the current state of the art are usually on the order of -40°C as the lowest possible operating temperature, can, in the worst case, lead to damage to the affected components, ultimately resulting in the risk of fuel loss within the storage system. It escapes and enters the environment. This emission can then, in the worst case, lead to an explosive mixture when mixed with atmospheric oxygen.
  • heat can also be supplied by external heating of the pipes and/or the pressurized gas containers.
  • a gas or gas mixture such as air, serves as the heat transfer medium, which is preferably conveyed openly over the relevant elements to avoid the need for a complex recirculation system.
  • the object of the present invention is to provide an improved storage system for storing a pressurized gaseous fuel with several pressure gas containers, which avoids the aforementioned disadvantages and enables continuous operation without temperature-related throttling, particularly during fuel withdrawal, by means of a temperature control device.
  • this problem is solved by a storage system with the features of claim 1, and in particular in the characterizing part of claim 1.
  • Advantageous embodiments and further developments are described in the dependent claims.
  • a vehicle according to claim 13 solves the problem.
  • Advantageous embodiments and further developments of this vehicle are also described in the dependent claims.
  • the storage system according to the invention for a pressurized gaseous fuel provides at least two individual pressurized gas containers which are interconnected via a piping system with filling and emptying connections. Similar to the prior art designs, this storage system includes at least one temperature control device.
  • a temperature control device is not integrated into each of the pressurized gas containers, but rather arranged in the piping system. According to the invention, it is located in a connecting line between at least two of the pressurized gas containers.
  • the temperature control device thus allows the gaseous fuel to be tempered on its way from one pressurized gas container to another. This primarily concerns heating during withdrawal, but in principle, cooling during refueling is also conceivable.
  • the connecting line between a The invention comprises a primary tank valve of at least one compressed gas container and a secondary tank valve or a secondary-side tank connection.
  • a tank valve within the meaning of the invention is a valve assembly that has both a filling and a withdrawal function within the compressed gas container.
  • a tank connection within the meaning of the present invention lacks these functionalities and can, for example, be designed as a modified so-called end plug, which is connected to the interior of the compressed gas container via a bore to which a high-pressure line can be connected.
  • the primary tank valve is the type of tank valve that is also common in the prior art and serves for the general withdrawal of fuel and for filling the individual compressed gas containers.
  • a possible secondary tank valve, as an alternative to the simple tank connection would then be arranged on the opposite side of the compressed gas container and could accordingly be used for reintroducing fuel after it has passed through the temperature control device.
  • the tank connection can also be provided with a check valve as its sole functional element.
  • the secondary-side tank valve or the tank connection is connected exclusively to the connecting line or a distributor connected to the connecting line.
  • Connected or “in contact” within the meaning of the invention always refers to the connection between two components via corresponding lines, so that a connection that may exist in practice, albeit fluidically, via several intermediate components and pressurized gas containers or the like, is not considered a connection within the meaning of the invention.
  • the connecting line with the temperature control device is therefore arranged exclusively on the secondary side of the individual pressurized gas containers.
  • the functionality of the temperature control, and this particularly concerns the heating during high withdrawal flows from the storage system, is therefore implemented only on the secondary side, so that the gaseous fuel heated by the temperature control device enters the The pressurized gas flows into the container and heats it evenly through mixing of the gases.
  • a particularly advantageous embodiment of the storage system according to the invention can also provide that the tank connection with the integrated check valve or the check valve provided in the piping system in its area is connected to that area of the piping system which has the filling and withdrawal connections for the gaseous fuel.
  • the tank connection of at least one pressurized gas cylinder is connected via the check valve to the area containing the filling and emptying connections.
  • fuel thus enters the corresponding pressurized gas cylinder via the tank connection, which is then connected via the connecting line on the side of its tank valve.
  • the temperature control device preferably comprises a section of the piping system which is surrounded externally by a heat generator.
  • the setup would thus be implemented, for example, in the manner of an instantaneous water heater.
  • the temperature control device can then be used exclusively for its primary purpose: heating the gaseous fuel during dispensing.
  • the heat generator itself can be electrically operated, for example, as a resistance heater or an eddy current heater.
  • the heat generator can also be designed as a burner, which provides the heat via flame combustion, catalytic combustion, or a similar process.
  • the temperature control device is designed as a heat exchanger, one side of which is traversed by the gaseous fuel and the other side by a heat transfer medium. Heat can be transferred to or extracted from the gaseous fuel via this heat transfer medium.
  • the heat transfer medium can be, for example, a gas or a liquid. It can, for example, be according to the second aforementioned design.
  • the technology uses a gaseous medium that is conveyed through the heat exchanger without a cycle taking place.
  • the heat transfer medium is part of a cooling circuit that is already present in the higher-level system containing the storage medium.
  • this could be the cooling circuit of the fuel cell system, whose waste heat can thus be used to preheat the gaseous fuel when high volume flows are extracted.
  • Another very advantageous embodiment can further provide for at least two temperature control devices in order to be able to heat all necessary areas connected via the connecting line in a targeted manner, even with a more complex distribution of the pressurized gas containers in the system.
  • At least one of the tank valves, and in particular the secondary tank valve may have separate filling and emptying paths.
  • the secondary tank valve can thus be designed in a correspondingly simpler manner, without having to exhibit the complex structure of the primary tank valve, which is typically designed as a so-called OTV (On Tank Valve).
  • the storage system can preferably be used in a vehicle, and in particular for storing compressed hydrogen in a vehicle equipped with a hydrogen engine or, more preferably, with a fuel cell system.
  • the vehicle can be a truck, in particular, since a fuel cell system with the corresponding storage systems for compressed hydrogen offers clear advantages in terms of vehicle weight compared to battery-powered vehicles, especially for such heavy vehicles intended to be electrically driven, while maintaining the same achievable range.
  • applications using other compressed gaseous fuels, such as natural gas would also be conceivable.
  • gaseous fuels both vehicle and stationary applications are possible.
  • vehicle must be interpreted very broadly and can include all types of land vehicles (both free-roaming and rail-bound), watercraft, aircraft, and even spacecraft.
  • Fig. 1 shows a storage system for pressurized gaseous fuel according to the prior art
  • Fig. 2 shows a first possible embodiment of a storage system according to the invention
  • Fig. 3 shows a second possible embodiment of a storage system according to the invention
  • Fig. 4 shows a third possible embodiment of a storage system according to the invention.
  • Fig. 5 shows a fourth possible embodiment of a storage system according to the invention.
  • Fig. 6 shows a fifth possible embodiment of a storage system according to the invention.
  • Fig. 7 shows a sixth possible embodiment of a storage system according to the invention.
  • Fig. 8 shows a schematically indicated vehicle with such a storage system.
  • Figure 1 shows a storage system 1 in an embodiment according to the prior art.
  • the storage system 1 serves to store pressurized fuel, for example, compressed hydrogen or compressed natural gas.
  • pressurized fuel for example, compressed hydrogen or compressed natural gas.
  • the pressures currently used are typically between 70 and 110 MPa.
  • the storage system 1 in the representation of Figure 1 comprises various pressurized gas containers 2, of which the three pressurized gas containers 2 shown above are in a small design and the pressurized gas containers 2 shown below are in a larger design.
  • Each of these compressed gas containers 2 includes a tank valve 3 on its primary side, shown here on the left.
  • This tank valve 3 is specifically designed as an on-tank valve (OTV). It typically includes a refueling function with a check valve, a controllable withdrawal valve, and corresponding sensors, such as a temperature sensor projecting into the interior of the respective compressed gas container 2.
  • OTV on-tank valve
  • sensors such as a temperature sensor projecting into the interior of the respective compressed gas container 2.
  • Such valves are generally known from the prior art, so it is clear to those skilled in the art what type of valve to use here.
  • end plugs 4 are arranged, which tightly seal the opening created there during production in the respective compressed gas container.
  • a control line shown as a dotted line, is shown for controlling the individual tank valves 3 and is connected to a control unit 5.
  • the control line can be used both to control the tank valves 3 and to transmit data, for example from the pressure and/or temperature sensors, to the control unit 5.
  • the individual compressed gas containers 2 are interconnected via a piping system 6.
  • this piping system 6 is a high-pressure piping system corresponding to the nominal pressure level of the connected compressed gas containers 2.
  • the individual lines are combined in a distributor 7, often also referred to as a rail or common rail, so that the corresponding high-pressure lines of the power system 6 are connected to the respective tank valves 3 from this distributor 7.
  • a tank nozzle 8, used for refueling the storage system 1, is also connected to this distributor 7 via a high-pressure line.
  • Storage system 1 essentially serves to supply a consumer designated 10 with the gaseous fuel at a pressure level suitable for that consumer. This pressure level is then typically referred to as This is referred to as the low-pressure level or medium-pressure level. To reduce the pressure from the high-pressure level of the piping system 6 with its distributor 7 to this low-pressure level, a pressure regulator or pressure reducer, designated here as 9, is provided between these two components. The line between the pressure regulator 9 and the consumer 10 is shown as thinner than the line between the pressure gas container 2 and the pressure regulator 9 to illustrate the respective pressure levels.
  • FIG. 2 illustrates this setup again, but it is further developed according to the invention.
  • the fuel is heated only for the two large pressurized gas containers 2 shown below, as this functionality can be omitted for smaller pressurized gas containers 2.
  • the design of the piping system 6 is modified such that the distributor 7, analogous to the prior art design, is connected to the tank nozzle 8 and, via the pressure regulating unit 9, to the consumer 10. It is also connected to the two large pressurized gas containers 2.
  • the three small pressurized gas containers 2 are connected to the distributor 7 via their own distributor 11 and a check valve 12, whereby the check valve allows flow only in the direction from the first distributor 7 to the second distributor 11.
  • the second distributor 11 and the smaller pressurized gas containers 2 connected to it are then connected to a third distributor 14 via a connecting line 13.
  • a temperature control device 15 is arranged in this connecting line 13, which can be designed, for example, as a chemically or electrically heated flow heater or as a heat exchanger.
  • the gaseous fuel flowing to the third distributor 14 is thus heated.
  • These tank connections 16 can simply be designed as end plugs with a bore for receiving the corresponding pipe elements.
  • the fuel is heated in the connecting line 13 via the temperature control device 15, so that the heated fuel maintains the two large pressure gas containers 2 and the medium contained within them at a temperature that reliably prevents shutdown due to falling below a lower limit temperature of typically -40°C.
  • Small pressurized gas containers are not actively heated in this setup. However, this is not strictly necessary, as the problem of cooling is less pronounced in smaller pressurized gas containers due to the ratio of surface area to enclosed volume.
  • the upper pressure gas container 2 where several could be arranged parallel to each other, now also has a tank connection labeled 16. It is arranged such that its primary side is now on the right, while the secondary side with the tank connection 16 is on the left.
  • This tank connection 16 is connected to the distributor 7 via the check valve 12, allowing fuel to flow from the distributor 7 into the pressure gas container 2.
  • the fuel can then enter the connecting line 13 with the temperature control device 4 via the tank valve 3 of this pressure gas container 2 shown above and flows into the pressure gas container 2 shown below via the tank connection 16 to heat its contents.
  • the actual withdrawal of the compressed gaseous fuel then takes place via the tank valve 3 of the pressure gas container shown below, where, of course, several pressure gas containers 2 could again be arranged in parallel.
  • the larger compressed gas container 2 is thus heated accordingly with fuel from the smaller compressed gas container 2.
  • the smaller compressed gas container 2 which again provides the heated fuel for the larger compressed gas container 2 (shown below), has a conventional end plug 4 on one side and the tank valve on its primary side (shown on the right). This valve is connected to the distributor 7, to which the tank nozzle is also connected.
  • the connecting line 13 then branches off from the distributor 7 to a tank connection 16 of the second large compressed gas container 2 (shown below), in which the temperature control device 15 for temperature control of the fuel is again located.
  • Fuel is then drawn from the large pressurized gas container 2 via its tank valve 3 and the corresponding control unit 5. It also flows through the pressure regulator 9 and then, at the lower pressure level shown by the thinner lines of the pipes, to the consumer 10.
  • the pressurized gas containers 2 can, of course, also be equipped with a tank valve 3 on both the primary and secondary sides. This is illustrated in Figure 5 using the example of two pressurized gas containers 2 of the same size; naturally, the pressurized gas containers 2 could also have different sizes.
  • both pressurized gas containers 2 are connected via their tank valve 3 to the piping system 6 and, in particular, to the distributor 7, which is additionally connected to the tank nozzle 8 and the pressure regulating unit 9 for supplying the consumer 10 with the gaseous fuel.
  • further secondary-side tank valves 17 are provided, which can, in principle, be identical in design to the tank valves 3. These are connected to the connecting line 13 with the temperature control device 15 located therein.
  • a tank connection 16 for the lower of the pressurized gas containers 2 instead of the secondary tank valve 17.
  • the functionality is the same: heated fuel is transferred from one container to the other.
  • the control unit 5 allows for flow both from bottom to top and from top to bottom, as shown in Figure 5.
  • special regulatory requirements apply to such interconnections in bundles.
  • the design is correspondingly more flexible, as the containers can be positioned according to the available installation space in the vehicle 100.
  • Figure 6 takes up this principle again and creates a setup in which three pressurized gas containers 2 are used. These also have the tank valve 3 on their primary side and the secondary tank valve 17 on their secondary side. Two connecting lines 13, each including a temperature control device 15, are connected via a distributor 14. This allows fuel to be supplied as temperature-controlled fuel from the lower to the middle container as well as from the lower to the middle container. Fuel could be routed to the upper pressure gas container 2. Equally, fuel could be routed from the middle container to the upper and lower containers simultaneously, or vice versa, from the upper and lower containers simultaneously to the middle pressure gas container 2.
  • This variant of the storage system 1 offers the greatest flexibility, but requires three tank valves 3, 17 on each of the pressure gas containers 2.
  • FIG. 7 illustrates this setup again. It is somewhat simplified compared to the setup shown above with regard to the secondary tank valves 17.
  • the secondary tank valves 17 are now designed to include a switchable valve 18 on one side and a check valve 19 on the other. In Figure 7, these are only individually labeled in the upper secondary tank valve 17.
  • This setup allows for the use of correspondingly simpler secondary tank valves than the primary tank valves 3.
  • This setup requires a significantly more complex pipe routing, but it eliminates the need for one of the two temperature control devices required according to Figure 6.
  • the connecting lines are connected to the distributor 14 on the side of the check valve.
  • the distributor 14 is then connected, via the section of the connecting line 13 containing the temperature control device 15, to a second distributor 20, which in turn is connected to the respective switching valves 18. All the functionalities described above are also possible here.
  • the ability to use simpler components and manage with just one temperature control device comes at the cost of additional piping, which is not critical if sufficient installation space is available.
  • FIG 8 shows a vehicle designated 100 in the form of a truck, in the embodiment shown here a combination of tractor unit and semi-trailer.
  • This vehicle 100 has the storage system designated 1 in one of the embodiment variants described above, with at least two pressurized gas containers 2, which are not explicitly shown and labeled here.
  • Hydrogen is stored in this storage system 1 of the vehicle 100, which is supplied as a consumer 10 to a fuel cell system, also indicated in the vehicle 100, in order to provide drive power for the vehicle 100.
  • this can be any type of vehicle 100.
  • the vehicle 100 is particularly preferably the truck shown here, since especially in heavy vehicles 100 that require a large amount of drive power, storage systems 1 with a large amount of stored gaseous fuel provide ideal conditions for the use of the storage system according to the invention.
  • Such heavy vehicles require high drive power and thus comparatively large volume flows when extracting hydrogen from the storage system 1. It is particularly advantageous here if the temperature control device 15, in one of the variants described above, can ensure that this power is always available.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Speichersystem (1) für einen unter Druck stehenden gasförmigen Brennstoff mit wenigstens zwei Druckgasbehältern (2), welche über ein Leitungssystem (6) untereinander und mit Befüll- und Entnahmeanschlüssen gekoppelt sind, und wenigstens einer Temperierungsvorrichtung (15), wobei die Temperierungsvorrichtung (15) in dem Leitungssystem (6) angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Speichersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (15) in einer Verbindungsleitung (13) zwischen zumindest zwei der Druckgasbehälter (2) angeordnet ist.

Description

Speichersystem für einen unter Druck stehenden gasförmigen Brennstoff
Die Erfindung betrifft ein Druckspeichersystem für einen unter Druck stehenden gasförmigen Brennstoff nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Druckspeichersystem.
Druckspeichersysteme für unter Druck stehende gasförmige Brennstoffe sind so weit aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können sowohl stationär als auch in mobilen Anwendungen zum Einsatz kommen. Vor allem in mobilen Anwendungen spielt dabei die Speicherung von Wasserstoff in komprimierter, also unter Druck stehender, Form eine entscheidende Rolle, um diesen dann in einem Verbrennungsmotor oder insbesondere in einem Brennstoffzellensystem zur Erzeugung von Antriebsleistung umzusetzen.
Derartige Speichersysteme haben typischerweise mehrere Druckgasbehälter, welche über ein Leitungssystem miteinander verbunden sind. Sie umfassen typischerweise außerdem einen Tankstutzen und eine Druckregeleinheit, welche beispielsweise bei der oben bereits beschriebenen Anwendung den unter Hochdruck gespeicherten Wasserstoff auf ein für einen Verbraucher geeignetes Druckniveau in einem oder mehreren Schritten absenkt. Die Druckgasspeicher selbst sind meist in unterschiedlichen Größen und Formen ausgebildet, um den zur Verfügung stehenden Bauraum ideal ausnutzen zu können. Die einzelnen oder mehrere zusammengeschaltete Druckgasspeicher verfügen über ein Tankventil, welches in der Regel elektrisch ansteuerbar und mit einem Temperatursensor ausgestattet ist. Ein solches Tankventil im Sinne der hier vorliegenden Erfindung umfasst dabei zumindest die Funktionalität der Betankung des Druckgasbehälters als auch der Entnahme von Brennstoff aus dem Druckgasbehälter. Typischerweise ist hierfür eine Rückschlagfunktionalität für die Betankung und eine Möglichkeit zur Entnahme von Brennstoff durch ein elektromagnetisch zu öffnendes Entnahmeventil integriert. Im Allgemeinen werden zur Steuerung des Speichersystems in verschiedenen Komponenten Drucksensoren und/oder Temperatursensoren verbaut. Die Steuerung selbst erfolgt dann über ein Steuergerät für die Tankventile, welches gelegentlich auch die Druckregeleinheit unmittelbar mit einbezieht. Bei älteren Aufbauten ist es zum Teil auch so, dass die die beiden Funktionalität in getrennten Ventilen, z.B. an den beiden gegenüberliegenden Enden des Druckgasbehälters angeordnet sind. In einem System mit mehren Tankventilen kann das Öffnen und Schließen der einzelnen Tankventile unabhängig voneinander erfolgen.
In der Praxis ist es nun so, dass bei der Befüllung, beispielsweise mit Wasserstoff, das Speichersystem durch die Kompression des Wasserstoffs auf heute üblicherweise 70 bis 110 MPa entsprechend stark erwärmt wird. Die Betankung wird dafür in der Regel seitens der Tankanlage so gesteuert, dass die Druckgasbehälter unterhalb kritischer Temperaturen bleiben, welche gemäß den aktuellen technischen Regelwerken und Verordnungen bei ca. 85° C liegen. Für andere komprimierte gasförmige Brennstoffe, wie z.B. Erdgas, gilt dies im Wesentlichen analog.
Wird nun im Betrieb eines Verbrauchers Brennstoff aus dem Speichersystem entnommen, dann wird der Druck über die Druckregeleinheit von der Hochdruckseite auf eine Mitteldruckseite eingeregelt. Der Druck in den eingesetzten Druckgasbehältern sinkt dabei ab und die Massenströme stellen sich entsprechend der Volumenverhältnisse der angeschlossenen Druckgasbehälter ein. Die Entleerung der Druckgasbehälter geht dabei durch die thermodynamischen Effekte immer mit einer mehr oder weniger starken Abkühlung des Wasserstoffs im Inneren des Speichersystems einher.
Erfolgt die Entnahme von Brennstoff beispielsweise bei niedrigen Umgebungstemperaturen und/oder insbesondere bei hohen Massenströmen, kann die Temperatur des Brennstoffs bereits nach vergleichsweise kurzer Betriebsdauer so weit absinken, dass die kritische untere Betriebstemperatur einzelner Komponenten des Speichersystems erreicht wird. Eine Unterschreitung von kritischen unteren Grenztemperaturen, welche gemäß dem aktuellen Stand der Technik meist in der Größenordnung von -40° C als unterste mögliche Betriebstemperatur liegen, können im schlimmsten Fall eine Beschädigung der betroffenen Komponenten nach sich ziehen, welche in dem Speichersystem letztlich mit der Gefahr einhergeht, dass Brennstoff entweicht und in die Umwelt gelangt. Diese Emission kann dann bei der Mischung mit Luftsauerstoff schlimmstenfalls zu einem explosiven Gemisch führen.
Zur Vermeidung dieser Gefährdung wird ein solches Speichersystem durch die oben bereits angesprochenen Sensoren, insbesondere Temperatursensoren, überwacht. Um zu verhindern, dass kritische untere Betriebstemperaturen erreicht werden, werden dann im Zweifel die Massenströme reduziert, was typischerweise mit einer Einschränkung für die angeschlossenen Verbraucher einhergeht.
Man kann zwar generell dem Problem der Abkühlung entgegenwirken, indem beispielsweise eine Heizung in das Innere der Druckgasbehälter integriert wird, wie es in der EP 2 754 946 B1 beschrieben ist. Dies ist jedoch vergleichsweise aufwändig, da die Öffnungen der Druckgasbehälter aus technischen Gründen möglichst klein ausgestaltet werden müssen. Die Heizung muss dann zur Montage durch diesen kleinen Durchmesser eingeführt werden, was entsprechend aufwändig und teuer ist. Derartige Lösungsansätze haben ferner den Nachteil, dass sie sehr starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, da sie sehr weit in das Innere des jeweiligen Druckgasbehälters hineinragen müssen, um ihre Wirkung sinnvoll entfalten zu können. Dennoch kommt es zu einer schlechten Verteilung und Übertragung der Wärme. Außerdem verringern sie das zur Verfügung stehende Speichervolumen, was ebenfalls unerwünscht ist.
Die Zufuhr von Wärme kann nun prinzipiell auch über eine äußere Beheizung der Leitungen und/oder der Druckgasbehälter erreicht werden. Eine solche wird in der DE 10 2020 128478 A1 beschrieben, wobei hier ein Gas oder Gasgemisch, wie beispielsweise Luft, als Wärmeträger dient, welcher vorzugsweise offen über die entsprechenden Elemente gefördert wird, um auf eine aufwändige Kreislaufführung verzichten zu können.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass die entsprechenden Elemente so angeordnet werden müssen, dass sie gut von dem Gas oder Gasgemisch umströmt werden können. Dies erfordert entsprechende Einschränkungen beim Bauraum und eine Anordnung aller beteiligten Komponenten in ein und demselben Bereich, da ansonsten weitere Fördereinrichtungen notwendig werden, welche entsprechend Energie benötigen. Dies macht die Flexibilität beim Verteilen der einzelnen Druckgasbehälter eines solchen Speichersystems, beispielsweise über den in einem Lastkraftwagen zur Verfügung stehenden Bauraum in verschiedenen Bereichen des Chassis, praktisch unmöglich. Darüber hinaus ist der Wärmeübergangskoeffizient und damit die Wärmestromdichte bei Umströmung von Gasen im Vergleich zu Flüssigkeiten vergleichsweise gering.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin ein verbessertes Speichersystem zum Speichern eines unter Druck stehenden gasförmigen Brennstoffs mit mehreren Druckgasbehältern anzugeben, welches die eingangs genannten Nachteile vermeidet und durch eine Temperierungsvorrichtung, insbesondere bei der Entnahme von Brennstoff, einen kontinuierlichen Betrieb ohne temperaturbedingtes Abregeln ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Speichersystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 , und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Fahrzeug gemäß Anspruch 13 die Aufgabe. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den abhängigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Speichersystem für einen unter Druck stehenden gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, sieht wenigstens zwei einzelne Druckgasbehälter vor, welche über ein Leitungssystem mit Befüll- und Entnahmeanschlüssen untereinander gekoppelt sind. Dieses Speichersystem umfasst, ähnlich wie die Aufbauten gemäß dem Stand der Technik, wenigstens eine Temperierungsvorrichtung.
Anders als bei den Aufbauten im Stand der Technik ist nicht in jeden der Druckgasbehälter eine Temperierungsvorrichtung integriert, sondern in dem Leitungssystem angeordnet. Erfindungsgemäß ist sie dabei in einer Verbindungsleitung zwischen mindestens zwei der Druckgasbehälter angeordnet. Über die Temperierungsvorrichtung lässt sich also der gasförmige Brennstoff auf dem Weg von dem einen Druckgasbehälter in den anderen Druckgasbehälter temperieren. Im Wesentlichen betrifft diese eine Erwärmung bei der Entnahme, im Prinzip ist jedoch auch eine Abkühlung beim Betanken denkbar.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des Speichersystems gemäß der Erfindung kann es ferner vorgesehen sein, dass die Verbindungsleitung zwischen einem primären Tankventil wenigstens eines Druckgasbehälters und einem sekundären Tankventil oder einem sekundärseitigen Tankanschluss ausgebildet ist. Ein Tankventil im Sinne der Erfindung ist dabei, wie es eingangs bereits ausgeführt worden ist, eine Ventileinrichtung, welche im Bereich des Druckgasbehälters eine Befüllfunktionalität ebenso wie eine Entnahmefunktionalität aufweist. Ein Tankanschluss im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist ohne diese Funktionalitäten ausgestattet und kann beispielsweise als modifizierter sogenannter Endplug ausgebildet sein, welcher über eine Bohrung, an die eine Hochdruckleitung angeschlossen werden kann, mit dem Inneren des Druckgasbehälters in Verbindung steht. Das primäre Tankventil ist dabei dasjenige Tankventil, welches auch gemäß dem Stand der Technik üblich ist und zur allgemeinen Entnahme von Brennstoff und zur Befüllung der einzelnen Druckgasbehälter dient. Ein eventuelles sekundäres Tankventil als Alternative zu dem reinen Tankanschluss wäre dann an der gegenüberliegenden Seite des Druckgasbehälters angeordnet und könnte dementsprechend für das Wiedereinleiten von Brennstoff nach dem Durchströmen der Temperierungsvorrichtung genutzt werden.
Im Falle eines reinen Tankanschlusses wäre je nach Anwendungsform dabei ein Rückschlagventil notwendig. Dieses kann bei Bedarf in das Leitungssystem integriert sein. Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speichersystems kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Tankanschluss ein Rückschlagventil als einziges Funktionselement aufweist.
Gemäß einer weiteren außerordentlich vorteilhaften Ausgestaltung des Speichersystems gemäß der Erfindung kann es nun ferner vorgesehen sein, dass das sekundärseitige Tankventil oder der Tankanschluss ausschließlich mit der Verbindungsleitung oder einem mit der Verbindungsleitung verbundenen Verteiler in Verbindung stehen. Verbunden sein oder in Verbindung stehen im Sinne der Erfindung bezeichnet dabei immer die Verbindung zwischen zwei Komponenten über entsprechende Leitungen, sodass also ein in der Praxis zwar fluidisch vorhandene Verbindung über mehrere Zwischenkomponenten und Druckgasbehälter oder ähnliches nicht als Verbindung im Sinne der Erfindung gilt. Die Verbindungsleitung mit der Temperierungsvorrichtung ist also ausschließlich auf der Sekundärseite der einzelnen Druckgasbehälter angeordnet. Die Funktionalität der Temperierung, und dies betrifft insbesondere die Erwärmung bei hohen Entnahmeströmen aus dem Speichersystem, ist also lediglich sekundärseitig ausgeführt, sodass der über die Temperierungsvorrichtung erwärmte gasförmige Brennstoff in die Druckgasbehälter strömt und diese durch eine Durchmischung der Gase gleichmäßig erwärmt.
Eine besonders günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speichersystems kann es auch vorsehen, dass der Tankanschluss mit dem integrierten oder in dem Leitungssystem in dessen Bereich vorgesehenen Rückschlagventil mit demjenigen Bereich des Leitungssystems in Verbindung steht, welches die Befüll- und Entnahmeanschlüsse für den gasförmigen Brennstoff aufweist.
Bei dieser Ausgestaltung ist also der T ankanschluss wenigstens eines Druckgasbehälters über das Rückschlagventil mit dem Bereich, welcher die Befüll- und Entnahmeanschlüsse aufweist, verbunden. Beim Befüllen gelangt Brennstoff so über den Tankanschluss in den entsprechenden Druckgasbehälter, welcher dann über die Verbindungsleitung auf der Seite seines Tankventils angeschlossen ist.
Die Temperierungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann vorzugsweise einen Leitungsabschnitt des Leitungssystems umfassen, welcher außen von einem Wärmeerzeuger umgeben ist. Der Aufbau wäre also beispielsweise in der Art eines Durchlauferhitzers realisiert. Die Temperierungsvorrichtung kann dann ausschließlich für den primären Einsatzzweck, dem Erwärmen des gasförmigen Brennstoffs während einer Entnahme, vorgesehen werden. Der Wärmeerzeuger selbst kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung elektrisch ausgebildet sein, also beispielsweise als Widerstandsheizung oder als Wirbelstromheizung. Ergänzend oder alternativ hierzu kann der Wärmeerzeuger auch als Brenner ausgestaltet sein, welcher über eine Flammverbrennung, eine katalytische Verbrennung oder ähnliches die Wärme zur Verfügung stellt.
Eine weitere Alternative, welche sowohl zur Beheizung als auch Kühlung des Brennstoffes verwendet werden kann, kann es gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung auch vorsehen, dass die Temperierungsvorrichtung als Wärmetauscher ausgebildet ist, dessen eine Seite von dem gasförmigen Brennstoff und dessen andere Seite von einem Wärmeträgermedium durchströmt wird. Über dieses Wärmeträgermedium kann Wärme in den gasförmigen Brennstoff übertragen oder diesem entzogen werden. Das Wärmeträgermedium kann beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Es kann beispielsweise gemäß dem zweiten eingangs genannten Stand der Technik als gasförmiges Medium durch den Wärmetauscher gefördert werden, ohne dass hier ein Kreislauf vorliegt.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Speichersystems kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium Teil eines Kühlkreislaufs ist, welcher in der das Speichermedium aufweisenden übergeordneten Anlage ohnehin vorhanden ist. Beispielsweise kann dies bei einer Fahrzeuganwendung zur Speicherung von Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem der Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems sein, dessen Abwärme somit genutzt werden kann, um bei der Entnahme von hohen Volumenströmen den gasförmigen Brennstoff anzuwärmen.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung kann es ferner vorsehen, dass wenigstens zwei Temperierungsvorrichtungen vorgesehen sind, um so bei einer komplexeren Verteilung der Druckgasbehälter in dem System alle notwendigen Bereiche, welche über die Verbindungsleitung verbunden sind, gezielt erwärmen zu können.
Ferner kann es gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Speichersystems gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Tankventile, und hier insbesondere das sekundäre Tankventil, getrennte Befüll- und Entnahmepfade aufweist. Das sekundäre Tankventil kann dabei entsprechend einfacher gestaltet werden, ohne den komplexen Aufbau des typischerweise als sogenanntes OTV (On Tank Valve) ausgestalteten primären Tankventils aufweisen zu müssen.
Das Speichersystem kann, wie oben bereits erwähnt, vorzugsweise in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen, und hier insbesondere zur Speicherung von komprimiertem Wasserstoff in einem mit einem Wasserstoffmotor oder besonders bevorzugt mit einem Brennstoffzellensystem ausgestatten Fahrzeug. Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug um einen Lastkraftwagen handeln, da insbesondere bei solchen schweren Fahrzeugen, welche elektrisch angetrieben werden sollen, ein Brennstoffzellensystem mit den entsprechenden Speichersystemen für komprimierten Wasserstoff eindeutige Vorteile hinsichtlich des Fahrzeugleergewichts gegenüber Aufbauten mit Batterien, bei gleicher zu erzielender Reichweite, bieten. Selbstverständlich wäre auch eine Anwendung mit anderen komprimierten gasförmigen Brennstoffen denkbar, z.B. Erdgas. Dabei ist für alle denkbaren gasförmigen Brennstoffe sowohl eine Fahrzeuganwendung als auch eine Anwendung in stationären Bereich möglich. Der Begriff des Fahrzeugs muss dabei sehr breit verstanden werden und kann freie oder schienengebundene Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge oder auch Weltraumfahrzeuge jeder Art umfassen.
Weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltungen des Speichersystems gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Speichersystem für unter Druck stehenden gasförmigen Brennstoff gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine erste mögliche Ausführungsform eine Speichersystems gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine zweite mögliche Ausführungsform eine Speichersystems gemäß der Erfindung;
Fig. 4 eine dritte mögliche Ausführungsform eine Speichersystems gemäß der Erfindung;
Fig. 5 eine vierte mögliche Ausführungsform eine Speichersystems gemäß der Erfindung;
Fig. 6 eine fünfte mögliche Ausführungsform eine Speichersystems gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine sechste mögliche Ausführungsform eine Speichersystems gemäß der Erfindung; und
Fig. 8 ein schematisch angedeutetes Fahrzeug mit einem derartigen Speichersystem.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein Speichersystem 1 in einer Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik erkennbar. Das Speichersystem 1 dient zur Speicherung von unter Druck stehendem Brennstoff, beispielsweise zur Speicherung von komprimiertem Wasserstoff oder komprimiertem Erdgas. Bei komprimiertem Wasserstoff liegen die heute üblichen Drücke dabei bei einem Nenndruck von 70 bis 110 MPa. Das Speichersystem 1 in der Darstellung der Figur 1 umfasst verschiedene Druckgasbehälter 2, von welchen die drei oben dargestellten Druckgasbehälter 2 in einer kleinen Bauform und die unten dargestellten Druckgasbehälter 2 in einer größeren Ausführung realisiert sind.
Jeder einzelne dieser Druckgasbehälter 2 umfasst auf seiner hier links dargestellten Primärseite ein Tankventil 3. Dieses Tankventil 3 ist insbesondere als sogenanntes On- Tank-Valve (OTV) ausgebildet. Typischerweise umfasst es eine Betankungsfunktionalität mit einem Rückschlagelement, ein ansteuerbares Entnahmeventil und entsprechende Sensoren, wie beispielsweise einen in das Innere des jeweiligen Druckgasbehälters 2 ragenden Temperatursensor. Solche Ventile sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt, sodass dem Fachmann klar ist, welche Art von Ventilen er hier einsetzen soll. Auf der Rückseite, also der Sekundärseite des jeweiligen Druckgasbehälters, sind dabei sogenannte Endplugs 4 angeordnet, welche die dort produktionsbedingt entstehende Öffnung in dem jeweiligen Druckgasbehälter dicht verschließen.
Zur Ansteuerung der einzelnen Tankventile 3 ist eine punktiert dargestellte Steuerleitung zu erkennen, welche mit einem Steuergerät 5 verbunden ist. Die Steuerleitung kann einerseits zum Ansteuern der Tankventile 3 dienen und andererseits beispielsweise von den Druck- und/oder Temperatursensoren ermittelte Daten an die Steuereinheit 5 liefern.
Die einzelnen Druckgasbehälter 2 sind nun untereinander über ein Leitungssystem 6 miteinander verbunden. Dieses Leitungssystem 6 ist im hier vorliegenden Fall dementsprechend ein Hochdruckleitungssystem, welches dem Nenndruckniveau der angeschlossenen Druckgasbehälter 2 entspricht. Die einzelnen Leitungen werden dabei in einem mit 7 bezeichneten Verteiler, welcher häufig auch mit dem englischen Begriff der Rail oder Common Rail beschrieben wird, zusammengefasst, sodass also ausgehend von diesem Verteiler 7 die entsprechenden Hochdruckleitungen des Leistungssystems 6 mit den jeweiligen Tankventilen 3 verbunden sind. In diesem Verteiler 7 ist außerdem über eine Hochdruckleitung ein Tankstutzen 8 angeschlossen, welcher zur Betankung des Speichersystems 1 dient.
Das Speichersystem 1 dient nun im Wesentlichen dazu einen mit 10 bezeichneten Verbraucher mit dem gasförmigen Brennstoff auf einem für diesen Verbraucher passenden Druckniveau zu versorgen. Dieses Druckniveau wird dann typischerweise als Niederdruckniveau oder Mitteldruckniveau bezeichnet. Um ausgehend von dem Hochdruckniveau des Leitungssystems 6 mit seinem Verteiler 7 auf dieses Druckniveau zu gelangen ist zwischen diesen beiden Bauteilen ein Druckregler bzw. Druckminderer vorgesehen, welcher hier mit 9 bezeichnet ist. Die Leitung zwischen dem Druckregler 9 und dem Verbraucher 10 ist zu Veranschaulichung des jeweiligen Druckniveaus dünner dargestellt als zwischen dem Druckgasbehältern 2 und dem Druckregler 9.
In der Darstellung der Figur 2 wird dieser Aufbau nochmals aufgegriffen, ist nun jedoch gemäß der Erfindung weitergebildet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es so, dass eine Beheizung des Brennstoffes lediglich für die beiden großen unten dargestellten Druckgasbehältern 2 erfolgt, da auf diese Funktionalität bei kleinen Druckgasbehältern 2 ggf. auch verzichtet werden kann. Um nun die Möglichkeit der Beheizung der Brennstoffe bei der Entnahme von hohen Masseströmen zu schaffen, ist der Aufbau des Leitungssystems 6 so modifiziert, dass der Verteiler 7 analog zum Aufbau im Stand der Technik mit dem Tankstutzen 8 und über die Druckregeleinheit 9 mit dem Verbraucher 10 in Verbindung steht. Außerdem steht er mit den beiden großen Druckgasbehältern 2 in Verbindung. Die drei kleinen Druckgasbehälter 2 stehen nun über einen eigenen Verteiler 11 und ein Rückschlagventil 12 mit dem Verteiler 7 in Verbindung, wobei das Rückschlagventil eine Durchströmung lediglich in der Strömungsrichtung von dem ersten Verteiler 7 zu dem zweiten Verteiler 11 ermöglicht. Der zweite Verteiler 11 und die an ihm angeschlossenen kleineren Druckgasbehälter 2 sind dann über eine Verbindungsleitung 13 mit einem dritten Verteiler 14 verbunden. In dieser Verbindungsleitung 13 ist eine Temperierungsvorrichtung 15 angeordnet, welche beispielsweise als chemisch oder elektrisch beheizter Durchlauferhitzer oder als Wärmetauscher ausgebildet sein kann. Der zu dem dritten Verteiler 14 strömende gasförmige Brennstoff wird nun also erwärmt. Von dem Verteiler 14 gelangt er über zwei Tankanschlüsse 16 in die beiden großen Druckgasbehälter 2. Diese Tankanschlüsse 16 können dabei einfach als Endplugs mit einer Bohrung zur Aufnahme der entsprechenden Leitungselemente ausgebildet sein. Durch Modifizierung des Entnahmepfades im Vergleich zu Figur 1 strömt der Brennstoff immer über wenigstens einen der beiden großen Druckgasbehälter 2 zu der Druckregeleinheit 9. Der Brennstoff wird dabei in der Verbindungsleitung 13 über die Temperierungsvorrichtung 15 erwärmt, sodass der erwärmte Brennstoff die beiden großen Druckgasbehälter 2 und das in ihnen befindliche Medium auf einer Temperatur hält, welche ein Abschalten aufgrund des Unterschreitens einer unteren Grenztemperatur von typischerweise -40° C zuverlässig vermeidet. Die kleinen Druckgasbehälter werden in diesem Aufbau nicht aktiv beheizt. Die ist jedoch auch nicht zwingend notwendig, da die Problematik der Auskühlung, aufgrund des Verhältnisses von Oberfläche und umschlossenem Volumen bei kleineren Druckgasbehältern 2 geringer ist.
Die erfindungsgemäße Idee lässt sich nun in verschiedenen anderen konstruktiven Ausgestaltungen weitgehend analog umsetzen.
In der Darstellung der Figur 3 ist beispielsweise wieder nur der erste Verteiler 7 vorhanden, dafür weist der eine obere Druckgasbehälter 2, wobei auch hier mehrere parallel zueinander angeordnet sein könnten, nun ebenfalls einen mit 16 bezeichneten Tankanschluss auf. Es ist so angeordnet, dass seine primäre Seite nun rechts liegt, während die sekundäre Seite mit dem Tankanschluss 16 links angeordnet ist. Dieser Tankanschluss 16 ist über das Rückschlagventil 12 mit dem Verteiler 7 so verbunden, dass Brennstoff von dem Verteiler 7 in den Druckgasbehälter 2 einströmen kann. Über das Tankventil 3 dieses oben dargestellten Druckgasbehälters 2 kann der Brennstoff dann in die Verbindungsleitung 13 mit der Temperierungsvorrichtung 4 gelangen und strömt über den Tankanschluss 16 des unten dargestellten Druckgasbehälters 2 in diesen ein, um dessen Inhalt entsprechend zu erwärmen. Über das Tankventil 3 des unten dargestellten Druckgasbehälters, wobei hier selbstverständlich auch wieder mehrere Druckgasbehälter 2 parallel denkbar wären, erfolgt dann die eigentliche Entnahme des komprimierten gasförmigen Brennstoffs.
Der größere Druckgasbehälter 2 wird also mit Brennstoff aus dem kleineren Druckgasbehälter 2 entsprechend erwärmt. Ein solcher Aufbau wäre auch mit dem Einsatz eines herkömmlichen Endplugs 4 in dem kleineren Druckgasbehälter 2 möglich. Diese Ausführungsvariante ist in der Darstellung der Figur 4 zu erkennen. Der kleinere Druckgasbehälter 2, welcher auch hier den erwärmten Brennstoff für den größeren Druckgasbehälter 2, welcher unten dargestellt ist, zur Verfügung stellt, weist einen herkömmlichen Endplug 4 auf der einen Seite und auf seiner Primärseite, welche auch hier wieder rechts dargestellt ist, das Tankventil auf. Dieses ist mit dem Verteiler 7 verbunden, an welchem ebenso der Tankstutzen angeschlossen ist. Vom Verteiler 7 zweigt dann die Verbindungsleitung 13 zu einem Tankanschluss 16 des zweiten unten dargestellten großen Druckgasbehälters 2 ab, in welcher wieder die Temperierungsvorrichtung 15 zur Temperierung des Brennstoffs angeordnet ist. Aus dem großen Druckgasbehälter 2 wird dann über dessen Tankventil 3 und die entsprechende Steuereinheit 5 der Brennstoff entnommen. Es strömt auch hier über den Druckregler 9 und dann auf dem niedrigeren mit dünnerer Linie der Leitungen dargestellten Druckniveau zu dem Verbraucher 10.
An die Stelle des Tankanschlusses 16, welcher das Rückschlagventil 12 in einer Leitung zu dem Tankanschluss 16 oder auch integriert in den Tankanschluss 16 aufweisen könnte, lassen sich die Druckgasbehälter 2 nun selbstverständlich auch sowohl primärseitig als auch sekundärseitig mit einem Tankventil 3 ausstatten. Dies ist in der Darstellung der Figur 5 am Beispiel zweier gleichgroßer Druckgasbehälter 2 dargestellt, auch hier könnten die Druckgasbehälter 2 natürlich unterschiedliche Baugrößen aufweisen. Primärseitig sind beide Druckgasbehälter 2 über ihr Tankventil 3 mit dem Leitungssystem 6 und hier insbesondere dem Verteiler 7 verbunden, welcher zusätzlich mit dem Tankstutzen 8 und der Druckregeleinheit 9 zur Versorgung des Verbrauchers 10 mit dem gasförmigen Brennstoff verbunden ist. Sekundärseitig sind nun weitere sekundärseitige Tankventile 17 vorgesehen, welche prinzipiell baugleich zu den Tankventilen 3 ausgeführt sein können. Diese sind mit der Verbindungsleitung 13 mit der darin angeordneten Temperierungsvorrichtung 15 verbunden. Selbstverständlich wäre es hier auch möglich vergleichbar wie in den Darstellungen der Figuren 3 und 4 bei dem unteren der Druckgasbehälter 2 anstelle des sekundären Tankventils 17 lediglich einen Tankanschluss 16 vorzusehen. Die Funktionalität ist auch hier so, dass von dem einen der Behälter erwärmter Brennstoff in den anderen Behälter geleitet wird. Über die Steuereinheit 5 kann eine Strömung sowohl von unten nach oben als auch von oben nach unten in der Darstellung der Figur 5 realisiert werden. Allerdings gelten für derartige Verschaltungen in Bündeln besondere regulatorische Anforderungen. Bei der Verwendung von zwei sekundären Tankventilen 17 ist der Aufbau entsprechend variabler, da die Behälter entsprechend der zur Verfügung stehenden Bauräume im Fahrzeug 100 platziert werden können.
Figur 6 greift dieses Prinzip nochmals auf und schafft einen Aufbau, bei welchem nun drei Druckgasbehälter 2 zur Anwendung kommen. Auch sie weisen auf ihrer Primärseite das Tankventil 3 und auf ihrer Sekundärseite jeweils das sekundäre Tankventil 17 auf. Über einen Verteiler 14 sind nun zwei Verbindungsleitungen 13, welche jeweils eine Temperierungsvorrichtung 15 umfassen, angeschlossen. Damit kann Brennstoff sowohl als temperierter Brennstoff von dem unteren zum dem mittleren als auch von dem unteren zu dem oberen Druckgasbehälter 2 geleitet werden. Genauso gut könnte Brennstoff von dem mittleren zu dem oberen und dem unteren gleichzeitig oder andersherum von dem oberen und dem unteren gleichzeitig zu dem mittleren der Druckgasbehälter 2 geleitet werden. Diese Variante des Speichersystems 1 bietet die größte Variabilität, benötigt dabei jedoch drei Tankventile 3, 17 an jedem der Druckgasbehälter 2.
In der Darstellung der Figur 7 wird dieser Aufbau nochmals aufgegriffen. Er ist gegenüber dem oben dargestellten Aufbau hinsichtlich der sekundären Tankventile 17 etwas vereinfacht. Die sekundären Tankventile 17 sind nun hinsichtlich ihrer Funktionalität so ausgestaltet, dass sie ein schaltbares Ventil 18 einerseits und ein Rückschlagventil 19 andererseits umfassen. Diese sind in der Darstellung der Figur 7 lediglich in dem oberen sekundären Tankventil 17 einzeln mit Bezugszeichen versehen. Dieser Aufbau ermöglicht es hier entsprechend einfachere sekundäre Tankventile einzusetzen, als es die primären Tankventile 3 sind. Allerdings erfordert der Aufbau eine deutlich komplexere Leitungsführung, kann dafür jedoch wieder auf eine der beiden Temperierungsvorrichtungen, wie sie gemäß Figur 6 notwendig waren, verzichten. Die Verbindungsleitungen sind hier auf der Seite des Rückschlagventils mit dem Verteiler 14 verbunden, welcher dann über denjenigen Teil des Verbindungsleitung 13, welche die Temperierungsvorrichtung 15 aufweist, mit einem zweiten Verteiler 20 verbunden ist, welcher seinerseits wieder mit den jeweiligen Schaltventilen 18 in Verbindung steht. Auch hier sind alle oben beschriebenen Funktionalitäten möglich. Die Möglichkeit, einfachere Komponenten einzusetzen und mit lediglich einer Temperierungsvorrichtung auszukommen, wird durch zusätzliche Leitungen erkauft, was bei ausreichend zur Verfügung stehendem Bauraum unkritisch ist.
Abschließend ist in der Darstellung der Figur 8 ein mit 100 bezeichnetes Fahrzeug in Form eines Lastkraftwagens, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kombination aus Zugmaschine und Auflieger, zu erkennen. Dieses Fahrzeug 100 weist das mit 1 bezeichnete Speichersystem in einer der oben beschriebenen Ausführungsvarianten mit wenigstens zwei hier nicht explizit dargestellten und bezeichneten Druckgasbehältern 2 auf. In diesem Speichersystem 1 des Fahrzeugs 100 soll dabei Wasserstoff gespeichert sein, weicher einem in dem Fahrzeug 100 ebenfalls angedeuteten Brennstoffzellensystem als Verbraucher 10 zur Verfügung gestellt wird, um Antriebsleistung für das Fahrzeug 100 zu liefern. Prinzipiell kann es sich dabei um jede beliebige Art von Fahrzeug 100 handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug 100 um den hier dargestellten Lastkraftwagen, da insbesondere bei schweren Fahrzeugen 100, die eine große Menge an Antriebsleistung benötigen, durch Speichersysteme 1 mit einer großen Menge an gespeicherten gasförmigen Brennstoff, ideale Voraussetzungen für den Einsatz des erfindungsgemäßen Speichersystems gegeben sind. Derartige schwere Fahrzeuge benötigen nämlich eine hohe Antriebsleistung und damit vergleichsweise große Volumenströme bei der Entnahme von Wasserstoff aus dem Speichersystem 1. Vor allem hier ist es von entscheidendem Vorteil, wenn durch die Temperierungsvorrichtung 15 in einer der oben beschriebenen Varianten sichergestellt werden kann, dass diese Leistung auch immer abrufbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Speichersystem (1) für einen unter Druck stehenden gasförmigen Brennstoff mit wenigstens zwei Druckgasbehältern (2), welche über ein Leitungssystem (6) untereinander und mit Befüll- und Entnahmeanschlüssen gekoppelt sind, und wenigstens einer Temperierungsvorrichtung (15), wobei die Temperierungsvorrichtung (15) in dem Leitungssystem (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (15) in einer Verbindungsleitung (13) zwischen zumindest zwei der Druckgasbehälter (2) angeordnet ist.
2. Speichersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (13) zwischen einem primären Tankventil (3) wenigstens eines Druckgasbehälters (2) und einem sekundärseitigen Tankventil (17) oder einem sekundärseitigen Tankanschluss (16) ausgebildet ist.
3. Speichersystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tankanschluss (16) ein Rückschlagventil als einziges Funktionselement aufweist.
4. Speichersystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass des sekundärseitige Tankventil (17) oder der Tankanschluss (16) ausschließlich mit der Verbindungsleitung oder einem mit der Verbindungsleitung verbundenen Verteiler (14, 20) in Verbindung stehen.
5. Speichersystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tankanschluss (16) mit dem integrierten Rückschlagventil mit demjenigen Bereich des Leitungssystems in Verbindung steht, welcher die Befüll- und Entnahmeanschlüsse für den gasförmigen komprimierten Brennstoff aufweist.
6. Speichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (15) einen Leitungsabschnitt umfasst, welcher außen von einem Wärmeerzeuger umgeben ist.
7. Speichersystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger ein elektrisches Heizelement aufweist.
8. Speichersystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger einen Brenner aufweist.
9. Speichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung (15) als Wärmetauscher ausgebildet ist, dessen eine Seite von dem gasförmigen Brennstoff und dessen andere Seite von einem Wärmeträgermedium durchströmt wird, welches Wärme in den gasförmigen Brennstoff überträgt oder diesem entzieht.
10. Speichersystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium Teil eines Kühlkreislaufs ist.
11. Speichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Temperierungsvorrichtungen (15) vorgesehen sind.
12. Speichersystem (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Tankventile (3, 17), insbesondere das sekundärseitige Tankventil (17), getrennte Befüll- und Entnahmepfade (19, 18) aufweist.
13. Fahrzeug (100) mit einem Speichersystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Fahrzeug (100) nach Anspruch 13, mit einem Speichersystem (1) zur Speicherung von komprimiertem gasförmigem Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem als Verbraucher (10).
15. Fahrzeug (100) nach Anspruch 13, mit einem Speichersystem (1) zur Speicherung von komprimiertem gasförmigem Brennstoff für ein Verbrennungsmotor als Verbraucher (10).
16. Fahrzeug (100) nach Anspruch 13, 14 oder 15 gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Lastkraftwagen.
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