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DE102020213577A1 - Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums - Google Patents

Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums Download PDF

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DE102020213577A1
DE102020213577A1 DE102020213577.0A DE102020213577A DE102020213577A1 DE 102020213577 A1 DE102020213577 A1 DE 102020213577A1 DE 102020213577 A DE102020213577 A DE 102020213577A DE 102020213577 A1 DE102020213577 A1 DE 102020213577A1
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DE
Germany
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valve element
tank
tank device
pilot
sealing seat
Prior art date
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Application number
DE102020213577.0A
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English (en)
Inventor
Thomas Schwarz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

Tankvorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit mindestens einer Ventilvorrichtung (2) und mindestens einem Tankbehälter (10). Dabei weist die Ventilvorrichtung (2) ein Ventilgehäuse (200) auf, in welchem Ventilgehäuse (200) ein entlang einer Längsachse (32) der Tankvorrichtung (1) bewegliches Vorsteuerventilelement (6) angeordnet ist. Das Vorsteuerventilelement (6) wirkt zum Öffnen und Schließen eines Durchgangskanals (13) mit einem ersten Dichtsitz (18) zusammen und bildet so ein Vorsteuerventil (60) aus. Die Ventilvorrichtung (2) umfasst weiterhin eine Magnetspule (24), durch welche Magnetspule (24) das Vorsteuerventilelement (6) entlang der Längsachse (32) bewegbar ist. In dem Ventilgehäuse (200) ist ein im Wesentlichen zylinderförmiges Hauptventilelement (8) angeordnet, welches Hauptventilelement (8) zum Öffnen und Schließen eines Versorgungskanals (25) mit einem zweiten Dichtsitz (20) zusammenwirkt und so ein Hauptventil (80) ausbildet. Das Vorsteuerventilelement (6) ist in einer Ausnehmung (31) des Hauptventilelements (8) angeordnet, wobei das Hauptventilelement (8) an einem dem zweiten Dichtsitz (20) zugewandten Ende zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet ist. Das Hauptventilelement (8) weist in einem dem zweiten Dichtsitz (20) zugewandten Bereich (11) eine Ausnehmung (23) auf, welche Ausnehmung (23) als eine magnetische Drosselstelle des Hauptventilelements (8) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb oder zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Wasserstoff-Verbrenner als Antrieb.
  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2018 201 055 A1 beschreibt eine Tankvorrichtung mit mindestens zwei Speichereinheiten, welche jeweils ein Steuerventil aufweisen, und welche über ein Leitungssystem mit einer Ausgangsleitung verbunden sind. Dabei ist mindestens ein Steuerventil mindestens einer Speichereinheit als Hauptventil ausgebildet, und mindestens ein Steuerventil mindestens einer Speichereinheit ist als Nebenventil ausgebildet, wobei das Hauptventil und das Nebenventil unterschiedlich ausgebildet sind.
  • 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, beispielsweise 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 der Ventilvorrichtung oder der Tankvorrichtung führen kann.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass in konstruktiv einfacher Weise ein kompakt ausgelegtes Sicherheitsventil mit geringem Energiebedarf erzielt wird.
  • Dazu weist die Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mindestens eine Ventilvorrichtung und mindestens einen Tankbehälter auf. Die Ventilvorrichtung weist ein Ventilgehäuse auf, in welchem Ventilgehäuse ein entlang einer Längsachse der Tankvorrichtung bewegliches Vorsteuerventilelement angeordnet ist. Das Vorsteuerventilelement wirkt zum Öffnen und Schließen eines Durchgangskanals mit einem ersten Dichtsitz zusammen und bildet so ein Vorsteuerventil aus. Außerdem umfasst die Ventilvorrichtung eine Magnetspule, durch welche Magnetspule das Vorsteuerventilelement entlang der Längsachse bewegbar ist. Weiterhin ist in dem Ventilgehäuse ein im Wesentlichen zylinderförmiges Hauptventilelement angeordnet, welches Hauptventilelement zum Öffnen und Schließen eines Versorgungskanals mit einem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt und so ein Hauptventil ausbildet. Das Vorsteuerventilelement ist darüber hinaus in einer Ausnehmung des Hauptventilelements angeordnet, wobei das Hauptventilelement an einem dem zweiten Dichtsitz zugewandten Ende zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet ist. Weiterhin weist das Hauptventilelement in einem dem zweiten Dichtsitz zugewandten Bereich eine Ausnehmung auf, welche Ausnehmung als eine magnetische Drosselstelle des Hauptventilelements ausgebildet ist.
  • So kann in einfacher Weise die Effizienz und die Funktionsweise der Ventilvorrichtung bei gleichzeitiger Kostenersparnis durch Minimierung der notwendigen magnetischen Kräfte für die Öffnung der Ventilvorrichtung optimiert werden. Weiterhin wird durch optimale Auslegung des magnetischen Flusses aufgrund optimierter Materialwahl, der Querschnittsdimensionierungen und der Gestaltung der Oberflächenstrukturen der Ventilvorrichtung der Magnetkreis verbessert und so eine kompakte und kostengünstige Ventilvorrichtung erzielt.
  • In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Vorsteuerventilelement eine Ausnehmung aufweist, in welcher Ausnehmung eine Feder angeordnet ist, welche Feder das Vorsteuerventilelement mit einer Kraft in Richtung des ersten Dichtsitzes beaufschlagt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der erste Dichtsitz an einem ersten Dichtkörper ausgebildet ist, welcher erste Dichtkörper aus einem Kunststoff hergestellt und an dem Hauptventilelement angeordnet ist.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist der zweite Dichtsitz an einem zweiten Dichtkörper ausgebildet, welcher zweite Dichtkörper aus einem Kunststoff hergestellt und an dem Ventilgehäuse angeordnet ist.
  • So kann in einfacher Weise die Dichtheit an den Dichtkörpern gewährleistet werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Vorsteuerventilelement einen Durchlasskanal aufweist, welcher Durchlasskanal in die Ausnehmung des Vorsteuerventilelements und in eine Querbohrung des Vorsteuerventilelements mündet.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Hauptventilelement mindestens eine Querbohrung aufweist, welche Querbohrung in einen Vorsteuerraum mündet, in welchen Vorsteuerraum die Querbohrung des Vorsteuerventilelements mündet. Durch diese geometrische Ausformung wird eine optimale Funktionsweise der Ventilvorrichtung begünstigt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der zylinderförmige Durchgangskanal in dem Hauptventilelement ausgebildet ist und in den zylinderförmigen Versorgungskanal mündet, wobei der Durchmesser des Durchgangskanals kleiner ist als der Durchmesser des Versorgungskanals. So kann der Fluss des gasförmigen Mediums in einfacher Weise gesteuert werden. Weiterhin wird eine schnelle und effiziente Öffnung der gesamten Ventilvorrichtung ermöglicht, da nur geringe magnetische Kräfte für die Öffnung notwendig sind.
  • In vorteilhafter Weiterbildung weist die Ventilvorrichtung einen Ventilgehäusetopf auf, welcher Ventilgehäusetopf fest mit dem Ventilgehäuse verbunden ist und welcher Ventilgehäusetopf in einem Halsbereich der Tankvorrichtung angeordnet und gegen einen Tankboden innerhalb des Halsbereichs gepresst ist.
  • Aufgrund der konstruktiven Auslegung der Ventilvorrichtung innerhalb des Halsbereichs wird eine geringere Druckangriffsfläche erzielt, was geringere axiale Druckkräfte der Ventilvorrichtung zur Folge hat. Bei hohen Drücken stellen geringere Druckangriffsflächen eine hohe Entlastung bezüglich Bauteilbelastungen dar, was sich in geringeren Verformungen, weniger Verschleiß und Dichtheitseinflüssen und einer erhöhten Lebensdauer der gesamten Tankvorrichtung und der Ventilvorrichtung widerspiegelt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass in dem Tankboden und in dem Ventilgehäusetopf eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist, welche Durchgangsöffnung in die Ausnehmung des Vorsteuerventilelements mündet. So kann das Innere der Ventilvorrichtung in einfacher Weise mit einem Tankinnenraum der Tankvorrichtung verbunden werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Tankbehälter einen Tankinnenraum aufweist, welcher Tankinnenraum mittels der Ventilvorrichtung und mittels einer Zulaufleitung mit einem Verbrauchersystem, beispielsweise mit einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems verbindbar ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Tankinnenraum mittels der Ventilvorrichtung und mittels der Zulaufleitung mit einer Tankstelle verbindbar ist. Somit kann in konstruktiv einfacher Weise der Tankinnenraum über dieselbe Ventilvorrichtung und dieselbe Zulaufleitung mit Wasserstoff befüllt werden wie dieser dem Zulaufbereich eines Verbrauchersystems, beispielsweise einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems, zur Verfügung gestellt wird.
  • Die beschriebene Tankvorrichtung eignet sich vorzugsweise in einem Brennstoffzellensystem zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle.
  • Die beschriebene Tankvorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle eignet sich weiterhin vorteilhaft in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug.
  • Die beschriebene Tankvorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff eignet sich weiterhin vorteilhaft in einem wasserstoffbetriebenen Fahrzeug.
  • Figurenliste
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, dargestellt. Es zeigt in
    • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, im Längsschnitt.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • l zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 mit einer Ventilvorrichtung 2 und einer Längsachse 32 im Längsschnitt. Die Tankvorrichtung 1 weist ein Tankgehäuse 101 auf, das einen Halsbereich 36 aufweist, welcher über eine Durchgangsöffnung 15 in einen Tankinnenraum 100 mündet. Dabei ist die Durchgangsöffnung 15 in einem Tankboden 37 der Tankvorrichtung 1 ausgebildet, welcher den Halsbereich 36 von dem Tankinnenraum 100 trennt.
  • Die Ventilvorrichtung 2 ist in dem Halsbereich 37 der Tankvorrichtung 1 angeordnet. Dabei weist die Ventilvorrichtung 2 ein Ventilgehäuse 200 und ein Ventilgehäusetopf 27 auf, mit welchem Ventilgehäusetopf 27 die Ventilvorrichtung 2 in dem Halsbereich 36 eingebettet ist und an dem Tankboden 37 anliegt. Der Ventilgehäusetopf 27 weist eine Durchgangsöffnung 43 auf, welche in die Durchgangsöffnung 15 mündet. Das Ventilgehäuse 200 und das Tankgehäuse 101 sind dabei mittels Verspannelementen 34 fest miteinander verbunden.
  • In der Ventilvorrichtung 2 ist ein entlang der Längsachse 32 bewegliches Vorsteuerventilelement 6 angeordnet, welches zusammen mit einem ersten Dichtsitz 18 ein Vorsteuerventil 60 ausbildet. Das Vorsteuerventilelement 6 weist einen zylinderförmigen Durchlasskanal 14 auf, welche in eine zylinderförmige Ausnehmung 28 übergeht, wobei der Durchmesser der Ausnehmung 28 größer ist als der Durchmesser des Durchlasskanals 14.
  • In der Ausnehmung 28 ist eine Feder 12 angeordnet, welche sich einerseits an dem Vorsteuerventilelement 6 und andererseits an dem Ventilgehäusetopf 27 abstützt und das Vorsteuerventilelement 6 mit einer Kraft in Richtung des ersten Dichtsitzes 18 beaufschlagt. Die Ausnehmung 28 mündet außerdem in die Durchgangsöffnung 43. Das Vorsteuerventilelement 6 weist darüber hinaus eine Querbohrung 26 auf, welche in den Durchlasskanal 14 mündet.
  • Weiterhin ist in der Ventilvorrichtung 2 koaxial zu dem Vorsteuerventilelement 6 ein im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildetes Hauptventilelement 8 angeordnet, welches zusammen mit einem zweiten Dichtsitz 20 ein Hauptventil 80 ausbildet.
  • Der erste Dichtsitz 18 ist hier an einem ersten Dichtkörper 17 ausgebildet, welcher an dem Hauptventilelement 8 angeordnet und mit diesem fest verbunden ist.
  • Der zweite Dichtsitz 20 ist an einem zweiten Dichtkörper 19 ausgebildet, welcher an dem Ventilgehäuse 200 angeordnet und mit diesem fest verbunden ist.
  • Sowohl der erste Dichtkörper 17 als auch der zweite Dichtkörper 19 sind beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt.
  • Das Hauptventilelement 8 weist zudem eine Ausnehmung 31 auf, in welcher das Vorsteuerventilelement 6 aufgenommen ist. An einem dem zweiten Dichtsitz 20 zugewandten Ende ist das Hauptventilelement 8 abschnittsweise konisch ausgebildet, wobei sich dem konischen Bereich eine Ausnehmung 23 anschließt, welche durch eine Dünndrehung des Hauptventilelements 8 als eine magnetische Drosselstelle des Hauptventilelements 8 ausgebildet ist.
  • Außerdem weist das Hauptventilelement 8 eine Querbohrung 21 auf, welche in die Querbohrung 26 des Vorsteuerventilelements 6 mündet. Neben der Querbohrung 26 weist das Hauptventilelement 8 einen zylinderförmig ausgebildeten Durchgangskanal 13 auf, welcher in einen in dem Ventilgehäuse 200 ausgebildeten zylinderförmigen Versorgungskanal 25 mündet. Der Durchmesser des Versorgungskanals 25 ist dabei größer als der Durchmesser des Durchgangskanals 13.
  • Das Hauptventilelement 8 wirkt zum Öffnen und Schließen des Versorgungskanals 25 mit dem zweiten Dichtsitz 20 zusammen, wobei ein Öffnungsquerschnitt des Versorgungskanals 25 in Verbindung mit dem zweiten Dichtsitz 20 größer ist als ein Öffnungsquerschnitt des Durchgangskanals 13 in Verbindung mit dem ersten Dichtsitz 18, da der Durchmesser des Versorgungskanals 25 größer ist als der Durchmesser des Durchgangskanals 13.
  • Der Öffnungsquerschnitt an dem zweiten Dichtsitz 20 verbindet dabei einen von dem Ventilgehäuse 200 und dem Hauptventilelement 8 begrenzten Hauptsteuerraum 33 mit dem Versorgungskanal 25. Der Hauptsteuerraum 33 ist über die Durchgangsöffnung 15 und der Durchgangsöffnung 43 mit dem Tankinnenraum 100 fluidisch verbunden.
  • Der Versorgungskanal 25 ist beispielsweise mit einem Zulaufbereich 40 eines Verbrauchersystems, beispielsweise eines Brennstoffzellensystems verbunden, um eine in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Brennstoffzelle mit Wasserstoff zu versorgen.
  • Das Vorsteuerventilelement 6 und das Hauptventilelement 8 begrenzen einen Vorsteuerraum 30, welcher fluidisch mit der Querbohrung 26 des Vorsteuerventilelements 6 und mit der Querbohrung 21 des Hauptventilelements 8 verbunden ist.
  • Der Durchgangskanal 13 ist darüber hinaus ebenfalls in dem ersten Dichtkörper 17 ausgebildet, so dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Durchgangskanal 13 und dem Vorsteuerraum 30 über den ersten Dichtsitz 18 steuerbar ist.
  • Das dem ersten Dichtsitz 18 zugewandte Ende des Vorsteuerventilelements 6 ist konisch ausgebildet und wirkt mit dem ersten Dichtsitz 18 zum Öffnen und Schließen des Durchgangskanals 13 zusammen.
  • Weiterhin ist in der Ventilvorrichtung 2 eine Magnetspule 24 angeordnet, welche in der Ventilvorrichtung 2 zur Stromversorgung einen elektrischen Anschluss aufweist. Die Magnetspule 24 bildet zusammen mit dem Vorsteuerventilelement 6 bzw. dem Hauptventilelement 8 und dem Ventilgehäusetopf 27 bzw. dem Ventilgehäuse 200 einen Elektromagneten aus. Das Vorsteuerventilelement 6 und das Hauptventilelement 8 sind vorzugsweise aus Metall hergestellt.
  • Zwischen der Magnetspule 24, dem Ventilgehäuse 200 und dem Ventilgehäusetopf 27 ist ein magnetisches Trennelement 29 angeordnet.
  • Die Funktionsweise der Tankvorrichtung 1 ist wie folgt: Bei einer Bestromung der Magnetspule 24 bildet sich ein magnetisches Feld aus, welches durch das Vorsteuerventilelement 6, das Hauptventilelement 8, den Ventilgehäusetopf 27 und das Ventilgehäuse 200 geleitet wird. Eine magnetische Trennung wird durch das magnetische Trennelement 29 gewährleistet. So bildet sich an der dem ersten Dichtsitz 18 zugewandten Seite des Vorsteuerventilelements 6 und an der dem zweiten Dichtsitz 20 zugewandten Seite des Hauptventilelements 8 im Luftspalt eine magnetische Kraft aus.
  • Bei ausreichend hoher Magnetkraft hebt das Vorsteuerventilelement 6 von dem ersten Dichtsitz 18 ab und gibt den Öffnungsquerschnitt am Durchgangskanal 13 frei. So strömt nun gasförmiges Medium, beispielsweise Wasserstoff, aus dem Tankinnenraum 100 über die Durchgangsöffnung 15 des Tankbodens 37, die Durchgangsöffnung 43 des Ventilgehäusetopfs 27, die Ausnehmung 28 des Vorsteuerventilelements 6, den Durchlasskanal 14 und die Querbohrung 26 des Vorsteuerventilelements 10 und den Vorsteuerraum 30 in den Durchgangskanal 13 in Richtung des Versorgungskanals 25.
  • Dies führt zu einem Druckausgleich zwischen dem Tankinnenraum 100 und einem Systemdruck eines Verbrauchersystems, beispielsweise eines Brennstoffzellensystems. Dadurch bildet sich je nach Medienabnahme des Verbrauchersystems ein ausgleichendes Druckniveau um das Hauptventilelement 8 aus.
  • Gleichzeitig wirkt auf das von dem Hauptventilelement 6 umgebene Vorsteuerventilelement 6 weiterhin eine öffnende magnetische Kraft aus, was zusätzlich ein Abheben des Hauptventilelements 8 von dem zweiten Dichtsitz 20 begünstigt, auch wenn im Falle eines Druckabfalls am ersten Dichtsitz 18 aufgrund des abgenommenen Massestroms des gasförmigen Mediums der zweite Dichtsitz 20 nicht vollständig druckunterwandert wird. Darüber hinaus wird durch die magnetische Drosselstelle an dem Hauptventilelement 8 der magnetische Streufluss reduziert und gezielt in den zylindrischen Teil des Hauptventilelements 8 geleitet, um die magnetische Kraft auf das Hauptventilelement 8 zu erhöhen.
  • Durch Abheben des Hauptventilelements 8 von dem zweiten Dichtsitz 20 wird der große Öffnungsquerschnitt, eine Verbindung zwischen dem Versorgungskanal 25 und dem Hauptsteuerraum 33 freigegeben. So strömt nun beispielsweise Wasserstoff beispielsweise zur Versorgung einer Brennstoffzelle in Richtung des Zulaufbereichs 40 des Verbrauchersystems, in dem Falle eines Brennstoffzellensystems.
  • Wird die Bestromung der Magnetspule 24 unterbrochen, so bricht das magnetische Feld zusammen und es wird eine schließende Kraft auf das Vorsteuerventilelement 6 und das Hauptventilelement 8 durch die Feder 12 und ggfs. den pneumatischen Druckverhältnissen in der Ventilvorrichtung 2 ausgeübt. Das Vorsteuerventilelement 6 und das Hauptventilelement 8 bewegen sich dadurch wieder in Richtung des ersten Dichtsitzes 18 bzw. des zweiten Dichtsitzes 20 und dichten so wieder die Öffnungsquerschnitte an dem ersten Dichtsitz 18 und dem zweiten Dichtsitz 20 ab. Gasförmiges Medium strömt nun nicht mehr aus der Tankvorrichtung 1 über die Ventilvorrichtung 2 in Richtung des Zulaufbereichs 40 des Verbrauchersystems.
  • 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 Versorgungskanal 25 über eine Tankeinheit mit Druck versorgt. Dabei ist der anstehende Druck im Versorgungskanal 25 höher als in der Ventilvorrichtung 2 und dem Tankinnenraum 100. Die unterschiedlichen Druckverhältnisse führen dazu, dass das Hauptventilelement 8, entgegen der Kraft der Feder 12, aus dem zweiten Dichtsitz 20 gedrückt wird und der große Öffnungsquerschnitt an dem zweiten Dichtsitz 20 freigegeben wird. Der Tankinnenraum 100 kann nun mit Wasserstoff befüllt werden.
  • Wird der Tankvorgang beendet, so gleicht sich der Druck in dem Versorgungskanal 25 wieder dem Druck in der Ventilvorrichtung 2 und dem Tankinnenraum 100 an, so dass sich das Hauptventilelement 8, unterstützt durch die Kraft der Feder 12, in Richtung des zweiten Dichtsitzes 20 bewegt und diesen wieder verschließt. Somit kann der Tankinnenraum 100 über die Zuführleitung 4, welche hier dann an eine Tankstelle 41 angeschlossen wird, über dieselbe Ventilvorrichtung 2 mit Wasserstoff befüllt werden, wie der Wasserstoff für das Verbrauchersystem zur Verfügung gestellt wird.
  • Die Tankvorrichtung 1 zur Speicherung eines gasförmigen Mediums kann neben brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen beispielsweise auch zur Wasserstoff-Speicherung in Fahrzeugen mit einem Wasserstoff-Verbrenner als Antrieb verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018201055 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Tankvorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit mindestens einer Ventilvorrichtung (2) und mindestens einem Tankbehälter (10), wobei die Ventilvorrichtung (2) ein Ventilgehäuse (200) aufweist, in welchem Ventilgehäuse (200) ein entlang einer Längsachse (32) der Tankvorrichtung (1) bewegliches Vorsteuerventilelement (6) angeordnet ist, welches Vorsteuerventilelement (6) zum Öffnen und Schließen eines Durchgangskanals (13) mit einem ersten Dichtsitz (18) zusammenwirkt und so ein Vorsteuerventil (60) ausbildet, wobei die Ventilvorrichtung (2) eine Magnetspule (24) umfasst, durch welche Magnetspule (24) das Vorsteuerventilelement (6) entlang der Längsachse (32) bewegbar ist, wobei in dem Ventilgehäuse (200) ein im Wesentlichen zylinderförmiges Hauptventilelement (8) angeordnet ist, welches Hauptventilelement (8) zum Öffnen und Schließen eines Versorgungskanals (25) mit einem zweiten Dichtsitz (20) zusammenwirkt und so ein Hauptventil (80) ausbildet, wobei das Vorsteuerventilelement (6) in einer Ausnehmung (31) des Hauptventilelements (8) angeordnet ist, wobei das Hauptventilelement (8) an einem dem zweiten Dichtsitz (20) zugewandten Ende zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet ist und das Hauptventilelement (8) in einem dem zweiten Dichtsitz (20) zugewandten Bereich (11) eine Ausnehmung (23) aufweist, welche Ausnehmung (23) als eine magnetische Drosselstelle des Hauptventilelements (8) ausgebildet ist.
  2. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventilelement (6) eine Ausnehmung (28) aufweist, in welcher Ausnehmung (28) eine Feder (12) angeordnet ist, welche Feder (12) das Vorsteuerventilelement (6) mit einer Kraft in Richtung des ersten Dichtsitzes (18) beaufschlagt.
  3. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtsitz (18) an einem ersten Dichtkörper (17) ausgebildet ist, welcher erste Dichtkörper (17) aus einem Kunststoff hergestellt und an dem Hauptventilelement (8) angeordnet ist.
  4. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dichtsitz (20) an einem zweiten Dichtkörper (19) ausgebildet ist, welcher zweite Dichtkörper (19) aus einem Kunststoff hergestellt und an dem Ventilgehäuse (200) angeordnet ist.
  5. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventilelement (6) einen Durchlasskanal (14) aufweist, welcher Durchlasskanal (14) in die Ausnehmung (28) des Vorsteuerventilelements (6) und in eine Querbohrung (26) des Vorsteuerventilelements (6) mündet.
  6. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventilelement (8) mindestens eine Querbohrung (21) aufweist, welche Querbohrung (21) in einen Vorsteuerraum (30) mündet, in welchen Vorsteuerraum (30) die Querbohrung (26) des Vorsteuerventilelements (6) mündet.
  7. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Durchgangskanal (13) in dem Hauptventilelement (8) ausgebildet ist und in den zylinderförmigen Versorgungskanal (25) mündet, wobei der Durchmesser des Durchgangskanals (13) kleiner ist als der Durchmesser des Versorgungskanals (25).
  8. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (2) einen Ventilgehäusetopf (27) aufweist, welcher Ventilgehäusetopf (27) fest mit dem Ventilgehäuse (100) verbunden ist und welcher Ventilgehäusetopf (27) in einem Halsbereich (36) der Tankvorrichtung (1) angeordnet und gegen einen Tankboden (37) innerhalb des Halsbereichs (36) gepresst ist.
  9. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tankboden (37) und in dem Ventilgehäusetopf (36) eine Durchgangsöffnung (15) ausgebildet ist, welche Durchgangsöffnung (15) in die Ausnehmung (28) des Vorsteuerventilelements (6) mündet.
  10. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tankbehälter (10) einen Tankinnenraum (100) aufweist, welcher Tankinnenraum (100) mittels der Ventilvorrichtung (2) und mittels einer Zulaufleitung (4) mit einem Verbrauchersystem, beispielsweise mit einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems verbindbar ist.
  11. Tankvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Tankinnenraum (100) mittels der Ventilvorrichtung (2) und mittels der Zulaufleitung (4) mit einer Tankstelle (54) verbindbar ist.
  12. Brennstoffzellensystem mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  13. Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  14. Wasserstoffbetriebenes Fahrzeug mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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DE102022211918A1 (de) 2022-11-10 2024-05-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, Brennstoffzellenanordnung, Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem, brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug, wasserstoffbetriebenes Fahrzeug

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