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DE102017004451A1 - Storage device for compressed gas - Google Patents

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DE102017004451A1
DE102017004451A1 DE102017004451.1A DE102017004451A DE102017004451A1 DE 102017004451 A1 DE102017004451 A1 DE 102017004451A1 DE 102017004451 A DE102017004451 A DE 102017004451A DE 102017004451 A1 DE102017004451 A1 DE 102017004451A1
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DE
Germany
Prior art keywords
gas
valve
storage device
compressed gas
mouth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017004451.1A
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German (de)
Inventor
Philipp Hausmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Publication of DE102017004451A1 publication Critical patent/DE102017004451A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung (1) für Druckgas mit mehreren Druckgasbehältern (2), die jeweils ein Tankventil (3) aufweisen, welches jeweils über eine Betankungsfunktion und eine Entnahmefunktion verfügt, wobei alle Druckgasbehälter (2) über ihre Tankventile (3) und ein Leitungselement (4) an ein gemeinsames Sammelvolumen (5) angeschlossen sind, an welches ferner eine Gaszuleitung (6) und eine Gasableitung (8) angeschlossen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ventileinrichtung (11, 12) in die Mündung der Gaszuleitung (6) oder der Gasableitung (8) in das Sammelvolumen (5) integriert ausgebildet ist.

Figure DE102017004451A1_0000
The invention relates to a storage device (1) for compressed gas with a plurality of compressed gas containers (2), each having a tank valve (3), each having a refueling function and a removal function, all compressed gas tank (2) via their tank valves (3) and a Conduit element (4) to a common collecting volume (5) are connected, to which further a gas supply line (6) and a gas discharge line (8) is connected. The invention is characterized in that at least one valve device (11, 12) is integrally formed in the mouth of the gas supply line (6) or the gas discharge line (8) in the collecting volume (5).
Figure DE102017004451A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung für Druckgas mit mehreren Druckgasbehältern nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a storage device for compressed gas with a plurality of compressed gas containers according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Speichervorrichtungen mit mehreren Druckgasbehältern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden typischerweise bei Fahrzeugen eingesetzt, um über die mehreren einzelnen Druckgasbehälter einen Aufbau zu erzielen, bei welchem diese Behälter an verschiedenen Stellen eines Fahrzeugs verteilt angeordnet werden können, um so den zur Verfügung stehenden Bauraum innerhalb des Fahrzeugs ideal auszunutzen.Storage devices with multiple pressurized gas containers are known in the art. They are typically used in vehicles to achieve a structure over the several individual compressed gas containers, in which these containers can be arranged distributed at different locations of a vehicle, so as to make the best use of the available space inside the vehicle.

Aus der JP 2011-159 538 A ist ein solcher Aufbau prinzipiell bekannt. Jeder der Druckgasbehälter verfügt dabei über ein eigenes Tankventil und ist auf dem Druckniveau seines Nenndrucks über ein Sammelvolumen, welches auch als Rail bezeichnet wird, mit den anderen Druckgasbehältern verbunden. Dieses Sammelvolumen reduziert den Verrohrungsaufwand erheblich. Ausgehend von dem Sammelvolumen kann dann eine gemeinsame Leitung zu einem Druckminderer und dem nachfolgenden das Gas nutzenden System verlegt werden, beispielsweise einem Brennstoffzellensystem, in welchem unter Druck gespeicherter Wasserstoff in elektrische Leistung umgesetzt wird. Zur Betankung der Speichervorrichtung kann außerdem eine Betankungsleitung im Bereich des Sammelvolumens angeschlossen werden.From the JP 2011-159 538 A Such a structure is known in principle. Each of the compressed gas tank has its own tank valve and is connected at the pressure level of its nominal pressure via a collecting volume, which is also referred to as rail, with the other compressed gas tanks. This collecting volume reduces the piping effort considerably. Starting from the collecting volume, a common line can then be laid to a pressure reducer and the subsequent system using the gas, for example a fuel cell system in which hydrogen stored under pressure is converted into electrical power. For refueling the storage device can also be connected to a refueling line in the collection volume.

Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik kann außerdem auf die EP 2 457 762 B1 hingewiesen werden. In dieser Schrift ist ein Aufbau beschrieben, bei welchem verschiedene gasführende Elemente in einer Baueinheit zusammengefasst sind. Eine sogenannte Rail wie im oben gezeigten Stand der Technik ist hier nicht beschrieben. For further general state of the art can also on the EP 2 457 762 B1 be pointed out. In this document, a structure is described in which various gas-conducting elements are combined in one unit. A so-called rail as in the prior art shown above is not described here.

Vielmehr umfasst das Gasführungsbauteil zwei getrennte Gasführungen für den Entnahmebetrieb einerseits und den Betankungsbetrieb andererseits.
Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik kann letztlich auch auf die US 2012/0192989 A1 hingewiesen werden, welche ebenfalls eine Speichervorrichtung zeigt.Rather, the gas guide component comprises two separate gas guides for the removal operation on the one hand and the refueling operation on the other.
For further general state of the art can ultimately also on the US 2012/0192989 A1 which also shows a memory device.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die Speichervorrichtung gemäß dem zuerst genannten Stand der Technik vorteilhaft weiterzubilden.The object of the present invention is to develop the memory device according to the first-mentioned prior art advantageous.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale in Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is solved by the features in claim 1. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Ventileinrichtung in die Mündung der Gaszuleitung und/oder der Gasableitung in das Sammelvolumen integriert ist. Die erfindungsgemäße Lösung sieht also vor, das Sammelvolumen, welches auch als Rail bezeichnet werden kann, dahingehend zu erweitern, dass Ventileinrichtungen, welche bisher in der Gaszuleitung oder der Gasableitung vorhanden waren, in das Sammelvolumen integriert werden. Damit entfällt eine weitere Schnittstelle, was insbesondere bei Wasserstoff hinsichtlich der Dichtheitsproblematik von entscheidendem Vorteil ist. Bei allen Gasen sinken hierdurch der Montageaufwand und die prinzipielle Gefahr von Leckagen und/oder einer Fehlmontage. Da das Sammelvolumen selbst auf dem Druckniveau der Druckgasbehälter, in den meisten Systemen also dem sogenannten Hochdruckniveau ist, kann innerhalb des Sammelvolumens eine ideale Anordnung der Ventileinrichtungen erfolgen, ohne dass weitere Anschlüsse und Leitungselemente, welche dem Nenndruck standhalten müssen, notwendig sind.In the storage device according to the invention, it is provided that at least one valve device is integrated in the mouth of the gas supply line and / or the gas discharge in the collecting volume. The solution according to the invention therefore provides for expanding the collecting volume, which may also be referred to as a rail, to the effect that valve devices which were previously present in the gas feed line or the gas discharge line are integrated into the collecting volume. This eliminates a further interface, which is especially in hydrogen in terms of tightness issue of decisive advantage. For all gases, this reduces the assembly effort and the principal risk of leaks and / or incorrect assembly. Since the collecting volume itself is at the pressure level of the pressurized gas containers, in most systems so-called high pressure level, an ideal arrangement of the valve devices can take place within the collecting volume without the need for further connections and line elements which have to withstand the nominal pressure.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist dabei jeweils eine Ventileinrichtung in der Gaszuleitung und der Gasableitung angeordnet. Diese Ventileinrichtungen, welche gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Idee im Bereich der Gaszuleitung als Rückschlagventil und im Bereich der Gasableitung als Absperrventil ausgebildet sein können, nehmen innerhalb des Sammelvolumens auf dem Druckniveau des Nenndrucks die Abdichtung gegenüber den umgebenden Leitungen vor. So kann beispielsweise das Rückschlagventil, welches in der Betankungs- bzw. Gaszufuhrleitung vorhanden sein muss, in das Sammelvolumen integriert werden. Hierdurch entfällt eine weitere Schnittstelle im Bereich der hochdruckfesten Gaszuleitung, was diese entsprechend einfacher und kostengünstiger macht. Außerdem sind Vorteile bezüglich der Dichtheit zu erzielen.According to a very advantageous development of the idea, in each case a valve device is arranged in the gas supply line and the gas discharge line. These valve devices, which according to advantageous embodiments of the idea in the field of gas supply as a check valve and in the gas discharge can be designed as a shut-off valve, take within the collection volume at the pressure level of the nominal pressure, the seal against the surrounding lines. For example, the check valve, which must be present in the refueling or gas supply line, be integrated into the collecting volume. This eliminates a further interface in the field of high-pressure resistant gas supply, which makes this correspondingly easier and cheaper. In addition, advantages in terms of tightness can be achieved.

Die Integration eines Absperrventils in den Bereich der Gasableitung ist ein besonderer Vorteil. Bisher war ein derartiges Absperrventil, wenn überhaupt, im Bereich der Leitungen zur Gasabfuhr, insbesondere im Bereich des Wechsels vom Hochdruck zum Niederdruck üblich. Häufig ist auch ausschließlich auf den Druckminderer, welcher bei entsprechenden Bedingungen schließt, als Absperrorgan vertraut worden. Durch das zusätzliche Absperrorgan im Hochdruckbereich entsteht nun ein vorteilhafter und sehr viel sicherer Aufbau. Sollte dieses Ventil ausfallen, kann immer noch der Druckminderer als Absperrorgan dienen und umgekehrt. Darüber hinaus ist man in der Lage, über das Absperrventil in dem Sammelvolumen ein Abströmen von Gas aus dem Sammelvolumen gänzlich zu verhindern, was ebenfalls ein Sicherheitsvorteil ist. Insbesondere kann das Absperrventil geschlossen sein, während das System betankt wird, sodass eine Druckauswirkung auf die nachfolgenden Komponenten, insbesondere ein Druckminderer, unterbleibt.The integration of a shut-off valve in the gas discharge area is a particular advantage. So far, such a shut-off valve, if at all, in the area of the lines for gas removal, especially in the area of change from high pressure to low pressure usual. Often, only the pressure reducer, which closes under appropriate conditions, has become familiar as a shut-off device. The additional obturator in the high pressure area now creates an advantageous and very safe construction. Should this valve fail, the pressure reducer can still serve as a shut-off device and vice versa. In addition, one is able to talk about that Shut-off valve in the collecting volume to prevent leakage of gas from the collecting volume entirely, which is also a safety advantage. In particular, the shut-off valve may be closed while the system is fueled, so that a pressure on the subsequent components, in particular a pressure reducer, is omitted.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sammelvolumens ergibt sich nun aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.An advantageous embodiment of the collection volume according to the invention will now be apparent from the embodiment, which is described below with reference to the figure.

Die einzige beigefügte Figur zeigt dabei eine Speichervorrichtung in einer Ausführungsvariante gemäß der Erfindung.The sole attached figure shows a memory device in a variant according to the invention.

Die in der Darstellung der 1 angedeutete Speichervorrichtung 1 kann beispielsweise zur Speicherung von Wasserstoff bei einem Nenndruck von 70 MPa vorgesehen sein. Dieser Wasserstoff kann insbesondere in einem hier nicht dargestellten Fahrzeug gespeichert werden, um ein hier ebenfalls nicht dargestelltes Brennstoffzellensystem mit Brennstoff zu versorgen und damit elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug bereitzustellen. Die Speichervorrichtung 1 umfasst mehrere Druckgasbehälter 2, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise drei derartige Druckgasbehälter 2. Jeder der Druckgasbehälter 2 hat ein eigenes Tankventil 3, welches insbesondere als sogenanntes On-Tank-Valve (OTV) ausgebildet sein kann. Über eine dem Nenndruck standhaltende Leitung 4, welche nachfolgend auch als Hochdruckleitung bezeichnet wird, sind diese Druckgasbehälter 2 bzw. ihre Tankventile 3 mit einem Sammelvolumen 5 verbunden. Dieses Sammelvolumen 5, welches auch als Rail bezeichnet wird, dient also als Gassammler sowohl für den Entnahmefall als auch für den Betankungsfall der einzelnen Druckgasbehälter 2 der Speichervorrichtung 1. Das Sammelvolumen 5 ist daher mit einer Gaszuleitung 6 verbunden, welche einen Tankstutzen 7 des Fahrzeugs mit dem Sammelvolumen 5 verbindet. Außerdem ist eine Gasableitung 8 mit dem Sammelvolumen 5 verbunden, wobei die Gasableitung 8 beispielsweise zu einem Druckminderer 9 führt, an welchen sich dann ein hier nicht näher bezeichnetes und mit dem Bezugszeichen 10 prinzipmäßig angedeutetes Mittel- und/oder Niederdrucksystem anschließt.The in the presentation of the 1 indicated storage device 1 may for example be provided for storing hydrogen at a nominal pressure of 70 MPa. This hydrogen can be stored in particular in a vehicle, not shown here, to supply a here not shown fuel cell system with fuel and thus provide electrical drive power for the vehicle. The storage device 1 includes several compressed gas tanks 2 in the exemplary embodiment illustrated here, for example, three such compressed gas containers 2 , Each of the compressed gas tanks 2 has its own tank valve 3 , which can be designed in particular as a so-called on-tank valve (OTV). Above a nominal pressure holding line 4 , which is also referred to below as the high-pressure line, these compressed gas containers 2 or their tank valves 3 with a collection volume 5 connected. This collection volume 5 , which is also referred to as rail, so it serves as a gas collector both for the removal case and for refueling the individual compressed gas tank 2 the storage device 1 , The collection volume 5 is therefore with a gas supply line 6 connected, which a tank neck 7 of the vehicle with the collection volume 5 combines. There is also a gas outlet 8th with the collection volume 5 connected, with the gas discharge 8th For example, to a pressure reducer 9 leads, to which then a unspecified here and by the reference numeral 10 in principle indicated medium and / or low pressure system connects.

Erfindungsgemäß ist es nun so, dass zumindest in den Mündungsbereich einer der Gasleitungen 6, 8 eine Ventileinrichtung integriert in das Sammelvolumen 5 ausgebildet ist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist in den Mündungsbereich, also innerhalb des Sammelvolumens 5, vor dem Anschluss der Gaszuleitung 6 ein Rückschlagventil 11 als Ventileinrichtung angeordnet. Dieses vorzugsweise federbelastete Rückschlagventil 11, welches bei den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik im Bereich der Gaszuleitung 6 angeordnet wäre, wird nun also in das Sammelvolumen 5 integriert. Hierdurch werden Komponenten und Schnittstellen im Bereich der Gaszuleitung 6 eingespart, was diese entsprechend kostengünstiger und leichter zu montieren macht. Auch hinsichtlich der Dichtheit ist das Einsparen von Schnittstellen ein entscheidender Vorteil.According to the invention, it is now so that at least in the mouth region of the gas lines 6 . 8th a valve device integrated into the collecting volume 5 is trained. In the embodiment shown here is in the mouth area, ie within the collection volume 5 , before connecting the gas supply line 6 a check valve 11 arranged as a valve device. This preferably spring-loaded check valve 11 which in the constructions according to the prior art in the field of gas supply 6 would be arranged, so now in the collection volume 5 integrated. As a result, components and interfaces in the field of gas supply 6 saved, which makes this corresponding cheaper and easier to assemble. Also regarding the tightness the saving of interfaces is a decisive advantage.

Vergleichbares gilt für die Mündung der Gasableitung 8. In ihrem Bereich ist ein mit 12 bezeichnetes Absperrventil in das Sammelvolumen 5 integriert. Dieses Absperrventil, welches ebenfalls auf dem hohen Druckniveau des Sammelvolumens 5, also dem Nenndruck des Speichervolumens 1 angeordnet ist, ist in der Lage, aktiv, beispielsweise elektromagnetisch angesteuert, das Abströmen von Gas aus dem Sammelvolumen 5 zu unterbinden. Das Absperrventil 12 kann also eine Gasströmung in das mit dem Gas versorgten System gänzlich unterbunden werden. Dieses Absperrorgan ersetzt bisher gebräuchliche Absperrorgane, welche typischerweise im Mitteldruckbereich hinter dem Druckminderer 9 angeordnet sind und kann außerdem den Druckminderer 9 selbst entsprechend entlasten, da auch dieser häufig eine Funktionalität als Absperrorgan, zumindest während der Betankung der Speichervorrichtung 1 in den herkömmlichen Aufbauten übernommen hat. Ein ferner meist vorhandenes optionales Sicherheitsventil mit einer Entlastungsbohrung, welches hier nicht dargestellt ist, kann dadurch in seiner Größe sehr viel kleiner dimensioniert werden, was ein weiterer Vorteil ist.The same applies to the mouth of the gas discharge 8th , In her area is one with 12 designated shut-off valve in the collecting volume 5 integrated. This shut-off valve, which also at the high pressure level of the collection volume 5 , ie the nominal pressure of the storage volume 1 is arranged, is active, for example, electromagnetically driven, the outflow of gas from the collection volume 5 to prevent. The shut-off valve 12 Thus, a gas flow into the system supplied with the gas can be completely prevented. This obturator replaces previously used shut-off devices, which are typically in the medium-pressure region behind the pressure reducer 9 are arranged and can also the pressure reducer 9 Relieve itself accordingly, as this often has a functionality as a shut-off, at least during refueling of the storage device 1 has taken over in the conventional constructions. A further usually existing optional safety valve with a relief hole, which is not shown here, can be dimensioned much smaller in size, which is another advantage.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2011159538 A [0003]JP 2011159538 A [0003]
  • EP 2457762 B1 [0004]EP 2457762 B1 [0004]
  • US 2012/0192989 A1 [0005]US 2012/0192989 A1 [0005]

Claims (5)

Speichervorrichtung (1) für Druckgas mit mehreren Druckgasbehältern (2), die jeweils ein Tankventil (3) aufweisen, welches jeweils über eine Betankungsfunktion und eine Entnahmefunktion verfügt, wobei alle Druckgasbehälter (2) über ihre Tankventile (3) und ein Leitungselement (4) an ein gemeinsames Sammelvolumen (5) angeschlossen sind, an welches ferner eine Gaszuleitung (6) und eine Gasableitung (8) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ventileinrichtung (11, 12) in die Mündung der Gaszuleitung (6) oder der Gasableitung (8) in das Sammelvolumen (5) integriert ausgebildet ist.Storage device (1) for pressurized gas with a plurality of compressed gas containers (2), each having a tank valve (3), each having a refueling function and a removal function, all compressed gas containers (2) via their tank valves (3) and a line element (4) to a common collecting volume (5) are connected, to which further a gas supply line (6) and a gas discharge (8) is connected, characterized in that at least one valve means (11, 12) in the mouth of the gas supply line (6) or the gas discharge (8) is integrated in the collecting volume (5). Speichervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im Bereich der Mündung der Gaszuleitung (6) als auch der Gasableitung (8) jeweils eine Ventileinrichtung (11, 12) in das Sammelvolumen (5) integriert ist.Storage device (1) after Claim 1 , Characterized in that both in the region of the mouth of the gas supply pipe (6) and the gas outlet (8) in each case a valve device (11, 12) is integrated into the collection volume (5). Speichervorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (11) im Bereich der Mündung der Gaszuleitung (6) als Rückschlagventil ausgebildet ist.Storage device (1) after Claim 2 , characterized in that the valve device (11) in the region of the mouth of the gas supply line (6) is designed as a check valve. Speichervorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (11) im Bereich der Mündung der Gasableitung (8) als Absperrventil (12) ausgebildet ist.Storage device (1) after Claim 2 , characterized in that the valve device (11) in the region of the mouth of the gas discharge line (8) is designed as a shut-off valve (12). Speichervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelvolumen (5) auf dem Druckniveau des Nenndrucks der Druckgasbehälter (2) liegt.Storage device (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the collecting volume (5) is at the pressure level of the nominal pressure of the compressed gas container (2).
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