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DE102021200469A1 - Vorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums - Google Patents

Vorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas, umfassend eine Speicherleitung (20), an welche Speicherleitung (20) mindestens ein Tankbehälter (6) angeschlossen ist. Außerdem bildet der mindestens eine Tankbehälter (6) mittels eines Doppelmutterverschraubungselements (5) mit der Speicherleitung (20) eine fluiddichte Verbindung (90), wobei das Doppelmutterverschraubungselement (5) ein Rechtsgewinde und ein Linksgewinde aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas. Bei der Verwendung mit Wasserstoff dient die Vorrichtung zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb oder in Fahrzeugen mit einem Wasserstoff-Verbrenner als Antrieb.
  • Stand der Technik
  • In mobilen Anwendungen werden Druckgase üblicherweise in einem einzigen Druckgastank oder in mehreren Druckgasbehältern bzw. Druckgasflaschen bevorratet. Aus Sicherheitsgründen muss zu jedem Zeitpunkt die Dichtheit des Tanks bzw. der Flaschen gewährleistet sein. Zum sicheren Verschließen von Druckgasbehältern werden daher Sicherheitsmagnetventile eingesetzt, die im stromlosen Zustand geschlossen sind, so dass ein Gasaustritt selbst im Fehlerfall sicher vermieden wird.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2017 004 451 A1 ist eine Speichereinrichtung für Druckgas mit mehreren Druckgasbehältern bekannt, die jeweils über ein Tankventil und ein Leitungselement an ein gemeinsames Sammelvolumen angeschlossen sind. Das Sammelvolumen, das auch als „Rail“ bezeichnet werden kann, reduziert den Verrohrungsaufwand.
  • Aus Sicherheitsgründen muss zu jedem Zeitpunkt die Dichtheit der Druckgasbehälter zum Sammelvolumen gewährleistet sein.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine konstruktive einfache und kostensparende Vorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums zur Verfügung gestellt wird, welche gleichzeitig alle Sicherheitsanforderungen aufweist.
  • Dazu weist die Vorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas, eine Speicherleitung auf, an welche Speicherleitung mindestens ein Tankbehälter angeschlossen ist. Darüber hinaus bildet der mindestens eine Tankbehälter mittels eines Doppelmutterverschraubungselements mit der Speicherleitung eine fluiddichte Verbindung, wobei das Doppelmutterverschraubungselement ein Rechtsgewinde und ein Linksgewinde aufweist.
  • Dadurch kann in einfacher Weise eine sichere und dichte Vorrichtung zur Speicherung gasförmiger Medien erzielt werden. Darüber hinaus ermöglicht ein technisch einfacher Aufbau eine optimale und sichere Montage der Vorrichtung. Weiterhin ermöglicht der Einsatz eines Doppelmutterverschraubungselements einen Entfall eines aufwändig herzustellendes Widerlagers, da die Funktion hier von dem Doppelmutterverschraubungselement und dem Tankbehälter bzw. der Speicherleitung übernommen wird.
  • In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Doppelmutterverschraubungselement zwei gleiche oder zwei unterschiedliche Gewindedurchmesser aufweist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Speicherleitung einen Gewindeanschluss und der Tankbehälter einen Gewindeanschluss aufweisen, wodurch die Speicherleitung und der Tankbehälter mittels des Doppelmutterverschraubungselements miteinander verschraubbar sind. Vorzugsweise ist die Steigung des Gewindeanschlusses der Speicherleitung gleich der Steigung des Gewindeanschlusses des Tankbehälters. So wird eine rein lineare Bewegung der Speicherleitung und des Tankbehälters erzielt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Tankbehälter und das Doppelmutterverschraubungselement eine Längsachse aufweisen, wobei der Tankbehälter und die Speicherleitung durch eine Drehbewegung des Doppelmutterverschraubungselements axial zu der Längsachse des Tankbehälters verschraubbar sind, wobei der Tankbehälter oder die Speicherleitung für die Verschraubung entlang der Längsachse des Doppelmutterverschraubungselements beweglich gelagert ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Gewindeanschluss der Speicherleitung ein Rechtsgewinde und der Gewindeanschluss des Tankbehälters ein Linksgewinde ist.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Gewindeanschluss der Speicherleitung ein Linksgewinde und der Gewindeanschluss des Tankbehälters ein Rechtsgewinde ist.
  • Dadurch ist es möglich, dass bei einer Verspannung der Speicherleitung und des Tankbehälters diese sich aufeinander zu bewegen, bis diese aneinander anliegen und abdichten. Die Speicherleitung und der Tankbehälter drehen sich dabei nicht um ihre Gewindeachse, sondern bewegen sich linear entlang der Längsachse des Doppelmutterverschraubungselements aufeinander zu. Ein Beschädigen der sich gegenüberliegenden Dichtflächen aufgrund des Einschraubvorgangs wird durch die reine Längsbewegung verhindert. Dies sorgt für einen deutlichen Schutz vor Beschädigung der Dichtstellen und damit höheren Dichtwirkung und Lebensdauer des Dichtverbandes.
  • Je nach eingebrachter Gewindesteigung und Gangzahl der Gewinde kann die erforderliche Anzahl von Umdrehungen des Doppelmutterverschraubungselements und Anzugskraft eingestellt werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass eine Dichtstelle des Tankbehälters und der Speicherleitung über Flachsitze und/oder Kegelsitze und/oder Beißkanten. So kann die Dichtheit der gesamten Vorrichtung unterstützt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass zur Verbesserung der Dichtheit an der Dichtstelle mindestens ein O-Ring angeordnet ist.
  • Die beschriebene Vorrichtung eignet sich vorzugsweise in einem Brennstoffzellensystem zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle.
  • Die beschriebene Vorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle eignet sich weiterhin vorteilhaft in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug.
  • Die beschriebene Vorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff eignet sich weiterhin vorteilhaft in einem wasserstoffbetriebenen Fahrzeug, d.h. in einem Fahrzeug mit einem Wasserstoff-Verbrenner als Antrieb.
  • Figurenliste
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas, dargestellt. Es zeigt in
    • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer fluiddichten Verbindung in vereinfachter schematischer Ansicht,
    • 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer fluiddichten Verbindung im Längsschnitt,
    • 3 ein vergrößerter Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus der 1 im Bereich der fluiddichten Verbindung im Längsschnitt.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas, in vereinfachter schematischer Ansicht.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine Speicherleitung 20 und mehrere Tankbehälter 6 mit einer Längsachse 30 auf. Die Speicherleitung 20 weist ein Speicherleitungsgehäuse 2 auf, in dem weitere Baukomponenten 72 wie beispielsweise Ventile angeordnet sein können.
  • Die Speicherleitung 20 ist fluidisch mit einem Verbrauchersystem 70 wie beispielsweise einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems, verbunden. Das in den Tankbehältern 6 gespeicherte gasförmige Medium, beispielsweise Wasserstoff, verteilt das gasförmige Medium über die Speicherleitung 20 in das jeweilige Verbrauchersystem 70 und stellt diesem das gasförmige Medium zur Verfügung.
  • Im Falle einer Betankung der Tankbehälter 6 wird die Speicherleitung 20 mit einer externen Tankstelle 71 verbunden und stellt so das nötige gasförmige Medium zur Verfügung.
  • Die Speicherleitung 20 und die Tankbehälter 6 bilden eine fluiddichte Verbindung 90 der Vorrichtung 1, da diese mittels eines Doppelmutterverschraubungselements 5 miteinander verbunden und so aneinander fixiert sind, wie in 2 vergrößert in einem Bereich I um die fluiddichte Verbindung 90 gezeigt.
  • Das Doppelmutterverschraubungselement 5 weist dieselbe Längsachse 30 wie der Tankbehälter 6 auf. Weiterhin weist das Doppelmutterverschraubungselement 5 ein Rechtsgewinde und ein Linksgewinde auf.
  • Die Speicherleitung 20 weist einen Gewindeanschluss 40 auf, welcher als Rechtsgewinde oder als Linksgewinde ausgebildet sein kann.
  • Die Tankbehälter 6 weisen einen Gewindeanschluss 60 auf, welcher als Rechtsgewinde oder als Linksgewinde ausgebildet sein kann.
  • Dabei ist die Steigung des Gewindeanschlusses 40 der Speicherleitung 20 gleich der Steigung des Gewindeanschlusses 60 des Tankbehälters 6. Weiterhin ist der Gewindeanschluss 40 der Speicherleitung hier als Linksgewinde ausgebildet, wohingegen der Gewindeanschluss 60 der Tankbehälter 6 als Rechtsgewinde ausgebildet ist.
  • In weiteren Ausführungen ist der Gewindeanschluss 40 der Speicherleitung als Rechtsgewinde ausgebildet, wohingegen der Gewindeanschluss 60 der Tankbehälter 6 als Linksgewinde ausgebildet ist.
  • Bei Montage der Vorrichtung 1 wird durch Anbringen eines Drehmoments des Doppelmutterverschraubungselements 5 axial zu der Längsachse 30 der Tankbehälter 6 und die Speicherleitung 20 miteinander verschraubt. Durch die Gewindesteigung und die rechts- und linksgängige Ausführung, nähern sich der Tankbehälter 6 und die Speicherleitung 20 einander an, bis sie sich an einer Dichtstelle 8 berühren und die erforderliche Flächenpressung für die notwendige Dichtwirkung erreicht ist. Dabei dienen die Gewindeflankenpaare an der Speicherleitung 20 und an dem Tankbehälter 6 mit dem jeweiligen Gewinde des Doppelmutterverschraubungselements 5 als gegenseitiges Widerlager. Die Vorspannkraft wird über ein Gehäuse 50 des Doppelmutterverschraubungselements 5 eingebracht und aufrechterhalten. Hierbei unterstützt der elastische Übergangsbereich der beiden Gewinde. Dabei verhindert die Vorspannkraft ein Losdrehen des Speicherleitungsgehäuses 2 und des Tankbehälters 6 aufgrund von Temperaturänderungen an dem Speicherleitungsgehäuse 2 und dem Tankbehälter 6 und Schüttelbewegungen während des Betriebs.
  • Für den Verschraubungsprozess muss entweder der Tankbehälter 6 oder die Speicherleitung 20 axial gelagert sein.
  • Aufgrund der gegenläufigen Gewinde, d.h. dem Rechtsgewinde und dem Linksgewinde, nähern sich der Tankbehälter 6 und die Speicherleitung 20 bei einer Umdrehung um den ca. zweifachen Weg an. Dies ermöglicht bei der Montage eine Zeitersparnis.
  • Über die Gewindesteigung kann je nach Anforderung die Vorspannkraft und der Verschraubungsweg festgelegt werden. Mehrgängige Gewinde sind bei größeren Abmessungen ebenfalls möglich.
  • Bei Demontage wird an dem Doppelmutterverschraubungselement 5 ein Drehmoment in entgegengesetzter Richtung aufgebracht, so dass sich der Tankbehälter 6 und die Speicherleitung 20 voneinander wegbewegen.
  • 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt II der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 aus der 2 im Bereich der fluiddichten Verbindung 90 im Längsschnitt, wobei hier eine Kegeldichtfläche als Auslegungsvariante dargestellt ist, sowie eine mögliche Variante des Doppelmutterverschraubungselements 5 mit unterschiedlichen Gewindedurchmessern. Im montierten Zustand weisen der Tankbehälter 6 und die Speicherleitung 20 die Dichtstelle 8 aus, welche über Flachsitze und/oder Kegelsitze und /oder Beißkanten ausgebildet sind.
  • Alternativ oder ergänzend können für eine optimierte Dichtheit auch O-Ringe an der Dichtstelle 8 eingesetzt werden, welche radial oder axial dichtend ausgeführt sind.
  • Die Vorrichtung 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.
  • Ebenfalls kann die Vorrichtung 1 zur Speicherung eines gasförmigen Mediums in Erdgas-basierten Fahrzeugen zur Speicherung von Erdgas Anwendung finden.
  • 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 102017004451 A1 [0003]

Claims (12)

  1. Vorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas, umfassend eine Speicherleitung (20), an welche Speicherleitung (20) mindestens ein Tankbehälter (6) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Tankbehälter (6) mittels eines Doppelmutterverschraubungselements (5) mit der Speicherleitung (20) eine fluiddichte Verbindung (90) bildet, wobei das Doppelmutterverschraubungselement (5) ein Rechtsgewinde und ein Linksgewinde aufweist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelmutterverschraubungselement (5) zwei gleiche oder zwei unterschiedliche Gewindedurchmesser aufweist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherleitung (20) einen Gewindeanschluss (40) und der Tankbehälter (6) einen Gewindeanschluss (60) aufweisen, wodurch die Speicherleitung (20) und der Tankbehälter (6) mittels des Doppelmutterverschraubungselements (5) miteinander verschraubbar sind.
  4. Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des Gewindeanschlusses (40) der Speicherleitung (20) gleich der Steigung des Gewindeanschlusses (60) des Tankbehälters (6) ist.
  5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeanschluss (40) der Speicherleitung (20) ein Rechtsgewinde und der Gewindeanschluss (60) des Tankbehälters (6) ein Linksgewinde ist.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeanschluss (40) der Speicherleitung (20) ein Linksgewinde und der Gewindeanschluss (60) des Tankbehälters (6) ein Rechtsgewinde ist.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tankbehälter (6) und das Doppelmutterverschraubungselement (5) eine Längsachse (30) aufweisen, wobei der Tankbehälter (6) und die Speicherleitung (20) durch eine Drehbewegung des Doppelmutterverschraubungselements (5) axial zu der Längsachse (30) des Tankbehälters (6) verschraubbar sind, wobei der Tankbehälter (6) oder die Speicherleitung (20) für die Verschraubung entlang der Längsachse (30) des Doppelmutterverschraubungselements (5) beweglich gelagert ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtstelle (8) des Tankbehälters (6) und der Speicherleitung (20) über Flachsitze und/oder Kegelsitze und/oder Beißkanten ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Dichtheit an der Dichtstelle (8) mindestens ein O-Ring angeordnet ist.
  10. Brennstoffzellensystem mit einer Vorrichtung (1) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug mit einer Tankvorrichtung (1) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  12. Wasserstoff betriebenes Fahrzeug mit einer Vorrichtung (1) zur Speicherung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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