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DE102023203444A1 - tank system for hydrogen applications, fuel cell arrangement, hydrogen combustion engine system, fuel cell powered vehicle, hydrogen powered vehicle - Google Patents

tank system for hydrogen applications, fuel cell arrangement, hydrogen combustion engine system, fuel cell powered vehicle, hydrogen powered vehicle Download PDF

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DE102023203444A1
DE102023203444A1 DE102023203444.1A DE102023203444A DE102023203444A1 DE 102023203444 A1 DE102023203444 A1 DE 102023203444A1 DE 102023203444 A DE102023203444 A DE 102023203444A DE 102023203444 A1 DE102023203444 A1 DE 102023203444A1
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DE
Germany
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hydrogen
tank
tank system
ultrasonic transducer
transducer element
Prior art date
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Application number
DE102023203444.1A
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German (de)
Inventor
Micha Haupenthal
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to PCT/EP2024/057432 priority patent/WO2024217807A1/en
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Abstract

Tanksystem (100) für Wasserstoffanwendungen, wobei das Tanksystem (100) wenigstens einen Tankbehälter (200) zur Speicherung von Wasserstoff und eine Ventilanordnung (5) umfasst. Der mindestens eine Tankbehälter (200) und die Ventilanordnung (5) stehen in Wirkzusammenhang und sind miteinander fluidisch verbunden, wobei der mindestens eine Tankbehälter (200) einen Tankbehälterinnenraum (20) aufweist, welcher Tankbehälterinnenraum (20) mittels der Ventilanordnung (5) mit Wasserstoff befüllbar ist. Das Tanksystem (100) weist ein Sensorelement (8) zum Messen der Temperatur innerhalb des Tankbehälterinnenraums (20) auf. Darüber hinaus umfasst das Sensorelement (8) ein Ultraschall-Wandlerelement (80).
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellenanordnung, ein Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem, ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug und ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug.

Figure DE102023203444A1_0000
Tank system (100) for hydrogen applications, wherein the tank system (100) comprises at least one tank container (200) for storing hydrogen and a valve arrangement (5). The at least one tank container (200) and the valve arrangement (5) are operatively connected and fluidically connected to one another, wherein the at least one tank container (200) has a tank container interior (20), which tank container interior (20) can be filled with hydrogen by means of the valve arrangement (5). The tank system (100) has a sensor element (8) for measuring the temperature within the tank container interior (20). In addition, the sensor element (8) comprises an ultrasonic transducer element (80).
Furthermore, the invention relates to a fuel cell arrangement, a hydrogen internal combustion engine system, a fuel cell-powered vehicle and a hydrogen-powered vehicle.
Figure DE102023203444A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tanksystem für Wasserstoffanwendungen. Weiterhin findet das Tanksystem in einer Brennstoffzellenanordnung oder in einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor-System Anwendung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb und ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug.The present invention relates to a tank system for hydrogen applications. The tank system is also used in a fuel cell arrangement or in a hydrogen combustion engine system. The invention also relates to a vehicle with a fuel cell drive and a hydrogen-powered vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 10 2017 212 485 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden, die als Kraftstoff für ein Fahrzeug dienen, wobei die Einrichtung mindestens zwei rohrförmige Tankbehälter und mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler mit mindestens einer integrierten Regel- und Sicherheitstechnik umfasst.The DE 10 2017 212 485 A1 describes a device for storing compressed fluids that serve as fuel for a vehicle, wherein the device comprises at least two tubular tank containers and at least one high-pressure fuel distributor with at least one integrated control and safety technology.

Für eine schnelle und sichere Befüllung der Einrichtung mit den verdichteten Fluiden, beispielsweise Wasserstoff, um diesen beispielsweise einem Verbrauchersystem wie einer Brennstoffzellenanordnung oder einem Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem zur Verfügung zu stellen, ist die präzise Bestimmung beispielsweise der Temperatur oder des Drucks von Vorteil. Diese Größen beeinflussen die Einströmrate in die Einrichtung und somit die Geschwindigkeit der Befüllung.For a quick and safe filling of the device with compressed fluids, such as hydrogen, in order to make it available to a consumer system such as a fuel cell arrangement or a hydrogen combustion engine system, it is advantageous to determine the temperature or pressure precisely, for example. These variables influence the flow rate into the device and thus the speed of filling.

Weiterhin ist für eine sichere Befüllung eine ständige Überwachung beispielsweise der Temperatur von Vorteil, da die Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden typischerweise auf Temperaturen für kohlefaserverstärkte Behälter ausgelegt ist, welche 85 Grad Celsius nicht überschreiten dürfen. Während der Befüllung mit Wasserstoff sind jedoch aufgrund des negativen Joule-Thomson-Effekts Temperaturschwankungen möglich, welche bei Temperaturüberschreitungen beispielsweise oberhalb von 85 Grad Celsius zu Schäden an der Einrichtung führen können. Daher wird der Wasserstoff vor der Befüllung durch die Tankstelle auf -40 Grad Celsius heruntergekühlt, um eine Überhitzung der Behälter zu minimieren. Die dann tatsächlich vorherrschende Temperatur in dem Behälter hängt von Tanktemperatur, Tankdruck, aber auch der Außentemperatur ab.Furthermore, constant monitoring of the temperature, for example, is advantageous for safe filling, since the device for storing compressed fluids is typically designed for temperatures for carbon fiber reinforced containers, which must not exceed 85 degrees Celsius. During filling with hydrogen, however, temperature fluctuations are possible due to the negative Joule-Thomson effect, which can lead to damage to the device if temperatures exceed 85 degrees Celsius, for example. Therefore, the hydrogen is cooled to -40 degrees Celsius by the filling station before filling in order to minimize overheating of the containers. The actual temperature in the container then depends on the tank temperature, tank pressure, but also the outside temperature.

Für die Messung der Temperatur wird bisher auf konventionelle Thermoelemente oder Messwiderstände zurückgegriffen. So kann allerdings lediglich die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung des Temperatursensors ermittelt werden. Aufgrund der stark variierenden Temperatur innerhalb des Behälters während der Betankung ist jedoch die Messung der Temperatur über ein größeres Volumen innerhalb des Behälters erstrebenswert.Conventional thermocouples or measuring resistors have been used to measure the temperature. However, this only allows the temperature in the immediate vicinity of the temperature sensor to be determined. Due to the strongly varying temperature inside the container during refueling, it is desirable to measure the temperature over a larger volume inside the container.

Zusätzlich folgt das Messsignal der konventionellen Sensorik der realen Temperatur nur stark verzögert. Dies wird durch die Wärmekapazität und die begrenzte Wärmeleitfähigkeit des Sensor-Materials selbst verursacht. Weiterhin wird dies in der mobilen Anwendung aufgrund der unvermeidbaren Schwingungsbelastung und der daraus resultierenden mechanischen Auslegung eines solchen Sensors verstärkt.In addition, the measurement signal of conventional sensors follows the real temperature only with a significant delay. This is caused by the heat capacity and the limited thermal conductivity of the sensor material itself. This is further amplified in mobile applications due to the unavoidable vibration load and the resulting mechanical design of such a sensor.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Tanksystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass durch die Anwendung eines alternativen Sensorkonzepts eine präzise und schnelle Messung der Tanktemperatur, insbesondere während der Betankung des Tanksystems, erzielt wird.The tank system according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the use of an alternative sensor concept enables a precise and rapid measurement of the tank temperature, in particular during refueling of the tank system.

Dazu weist das Tanksystem wenigstens einen Tankbehälter zur Speicherung von Wasserstoff und eine Ventilanordnung auf. Der mindestens eine Tankbehälter und die Ventilanordnung stehen in Wirkzusammenhang und sind miteinander fluidisch verbunden. Der mindestens eine Tankbehälter weist einen Tankbehälterinnenraum auf, welcher Tankbehälterinnenraum mittels der Ventilanordnung mit Wasserstoff befüllbar ist. Das Tanksystem weist außerdem ein Sensorelement zum Messen der Temperatur innerhalb des Tankbehälterinnenraums auf. Darüber hinaus umfasst das Sensorelement ein Ultraschall-Wandlerelement.For this purpose, the tank system has at least one tank container for storing hydrogen and a valve arrangement. The at least one tank container and the valve arrangement are operatively connected and fluidically connected to one another. The at least one tank container has a tank container interior, which tank container interior can be filled with hydrogen by means of the valve arrangement. The tank system also has a sensor element for measuring the temperature within the tank container interior. In addition, the sensor element comprises an ultrasonic transducer element.

So kann in effizienter Weise die Temperatur innerhalb des Tankbehälterinnenraums nahezu verzögerungsfrei ermittelt werden. Weiterhin wird so auch die Temperatur an verschiedenen Stellen innerhalb des Tankbehälterinnenraums berücksichtigt und so eine mittlere Temperatur des Tankbehälterinnenraums ermittelt.In this way, the temperature inside the tank can be determined efficiently and almost without delay. Furthermore, the temperature at different points inside the tank is also taken into account and an average temperature inside the tank is determined.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Ultraschall-Wandlerelement mehrteilig ausgebildet ist, wobei das Ultraschall-Wandlerelement mindestens einen Sender zum Senden eines Schallsignals und mindestens einen Empfänger zum Empfangen eines Schallsignals umfasst. So kann beispielsweise eine Komponente des Ultraschall-Wandlerelements als Sender und eine andere Komponente des Ultraschall-Wandlerelements als Empfänger ausgebildet sein. Ein weiterer Vorteil ist, dass dadurch auch mehrere Ultraschallsignale in den Tankbehälterinnenraum abgesetzt werden können und so eine präzisere Temperaturbestimmung möglich ist.In an advantageous development, it is provided that the ultrasonic transducer element is designed in several parts, wherein the ultrasonic transducer element comprises at least one transmitter for transmitting a sound signal and at least one receiver for receiving a sound signal. For example, one component of the ultrasonic transducer element can be designed as a transmitter and another component of the ultrasonic transducer element can be designed as a receiver. A further advantage is that this also allows several ultrasonic signals to be sent into the tank container interior, thus enabling a more precise temperature determination.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Ultraschall-Wandlerelement einen Sender zum Senden eines Ultraschallsignals und einen Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals umfasst, welche in einer einteiligen Bauform ausgeführt sind.In an advantageous further development, it is provided that the ultrasonic transducer element has a transmitter for transmitting an ultrasonic signal and a receiver for receiving an ultrasonic signal, which are designed in a one-piece construction.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Tankbehälter an einem der Ventilanordnung gegenüberliegenden Ende ein Endplugelement aufweist, in welchem Endplugelement das Ultraschall-Wandlerelement angeordnet ist.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the tank container has an end plug element at an end opposite the valve arrangement, in which end plug element the ultrasonic transducer element is arranged.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements in dem Endplugelement angeordnet ist.In an advantageous development, it is provided that the receiver for receiving an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element is arranged in the end plug element.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Sender zum Senden eines Ultraschallsignals und der Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements als einteilige Baukomponente in dem Endplugelement angeordnet sind.In an advantageous further development, it is provided that the transmitter for transmitting an ultrasonic signal and the receiver for receiving an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element are arranged as a one-piece structural component in the end plug element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Ultraschall-Wandlerelement in der Ventilanordnung angeordnet ist.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the ultrasonic transducer element is arranged in the valve arrangement.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Sender zum Senden eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements in der Ventilanordnung angeordnet ist.In an advantageous further development, it is provided that the transmitter for transmitting an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element is arranged in the valve arrangement.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements in der Ventilanordnung angeordnet ist.In an advantageous further development, it is provided that the receiver for receiving an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element is arranged in the valve arrangement.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Sender zum Senden eines Ultraschallsignals und der Empfänger zum Empfangen eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements als einteilige Baukomponente in der Ventilanordnung angeordnet sind.In an advantageous further development, it is provided that the transmitter for transmitting an ultrasonic signal and the receiver for receiving an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element are arranged as a one-piece structural component in the valve arrangement.

So kann in konstruktiv einfacher Weise das Ultraschall-Wandlerelement in das Tanksystem integriert und eine kompakte Bauweise des Tanksystems erzielt werden.In this way, the ultrasonic transducer element can be integrated into the tank system in a structurally simple manner and a compact design of the tank system can be achieved.

Das beschriebene Tanksystem eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle.The tank system described is preferably suitable in a fuel cell arrangement for storing hydrogen for the operation of a fuel cell.

Das beschriebene Tanksystem eignet sich vorzugsweise in einem Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb eines Wasserstoff-Verbrennungsmotors.The tank system described is preferably suitable in a hydrogen combustion engine system for storing hydrogen for the operation of a hydrogen combustion engine.

In vorteilhaften Verwendungen kann das Tanksystem in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb verwendet werden.In advantageous applications, the tank system can be used in vehicles with a fuel cell drive.

In vorteilhaften Verwendungen kann das Tanksystem in Fahrzeugen mit einem Wasserstoffantrieb verwendet werden.In advantageous applications, the tank system can be used in hydrogen-powered vehicles.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigt:

  • 1 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Tanksystems in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Tanksystems in einer zweiten Ausführungsform,
  • 3 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Tanksystems in einer dritten Ausführungsform,
  • 4 wasserstoffbetriebenes Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenanordnung oder einem Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem mit einem erfindungsgemäßen Tanksystem in vereinfachter schematischer Ansicht.
It shows:
  • 1 a schematic plan view of a tank system according to the invention in a first embodiment,
  • 2 a schematic plan view of a tank system according to the invention in a second embodiment,
  • 3 a schematic plan view of a tank system according to the invention in a third embodiment,
  • 4 Hydrogen-powered vehicle with a fuel cell arrangement or a hydrogen combustion engine system with a tank system according to the invention in a simplified schematic view.

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Tanksystems bzw. seiner Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.All figures are merely schematic representations of the tank system according to the invention or its components according to embodiments of the invention. In particular, distances and size relationships are not shown to scale in the figures.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Tanksystem 100 für Wasserstoffanwendungen in einer ersten Ausführungsform. Das Tanksystem 100 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Tankbehälter 200 mit einer Längsachse 400 zur Speicherung von Wasserstoff auf. In einer alternativen Ausführung kann das Tanksystem 100 mehrere Tankbehälter 200 aufweisen, welche über eine Verbindungsleitung in fluidischem Kontakt stehen können. 1 shows a schematic plan view of a tank system 100 according to the invention for hydrogen applications in a first embodiment. In this embodiment, the tank system 100 has a tank container 200 with a longitudinal axis 400 for storing hydrogen. In an alternative embodiment, the tank system 100 can have several tank containers 200, which can be in fluidic contact via a connecting line.

Weiterhin weist der Tankbehälter 200 eine Ventilanordnung 5 auf, welche mit dem Tankbehälter 200 in Wirkzusammenhang steht und welche miteinander fluidisch verbunden sind. Die Ventilanordnung 5 ist dabei in einem Halsbereich 26 des Tankbehälters 200 integriert und ragt in einen Tankbehälterinnenraum 20 des Tankbehälters 200 hinein. Über die Ventilanordnung 5 ist der Tankbehälterinnenraum 20 mit Wasserstoff beispielsweise von einer externen Tankstelle befüllbar. Weiterhin kann über die Ventilanordnung 5 Wasserstoff aus dem Tankbehälterinnenraum 20 in Richtung eines Verbrauchersystems, beispielsweise einer Brennstoffzellenanordnung 70 oder einem Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem 71, geleitet werden.Furthermore, the tank container 200 has a valve arrangement 5, which is operatively connected to the tank container 200 and which are fluidically connected to one another. The valve arrangement 5 is integrated in a neck region 26 of the tank container 200 and protrudes into a tank container interior 20 of the tank container 200. The tank container interior 20 is supplied with hydrogen via the valve arrangement 5, for example from an external filling station. Furthermore, hydrogen can be conducted from the tank interior 20 towards a consumer system, for example a fuel cell arrangement 70 or a hydrogen combustion engine system 71, via the valve arrangement 5.

An einem der Ventilanordnung 5 gegenüberliegenden Ende 25 weist der Tankbehälter 200 ein Endplugelement 9 auf.The tank container 200 has an end plug element 9 at an end 25 opposite the valve arrangement 5.

Das Tanksystem 100 weist zudem ein Sensorelement 8 auf, das ein Ultrasachall-Wandlerelement 80 umfasst. In dieser Ausführung ist das Ultraschall-Wandlerelement 80 mehrteilig ausgebildet, welches einen Sender 801 zum Senden eines Ultraschallsignals 40 und einen Empfänger 802 zum Empfangen des Ultraschallsignals 40 umfasst. So kann beispielsweise eine Komponente des Ultraschall-Wandlerelements 80 als Sender und eine andere Komponente des Ultraschall-Wandlerelements 80 als Empfänger ausgebildet sein. Das Ultraschall-Wandlerelement 80 sendet somit mit dem Sender 801 ein Ultraschallsignal 40 in den Tankbehälterinnenraum 20 und nimmt mittels des Empfängers 802 das durch den Tankbehälterinnenraum 20 gesendete Ultraschallsignal 40 wieder auf. Über die Schallgeschwindigkeit und einen Laufweg 45 des Ultraschallsignals 40 sowie dem Druck innerhalb des Tankbehälters 200 ist die mittlere Temperatur des Tankbehälterinnenraums 20 präzise ermittelbar. So lassen sich ggfs. auch Verunreinigungen des Wasserstoffs detektieren. Der oben beschriebene Vorgang ist beispielsweise über ein Steuergerät 12 steuerbar.The tank system 100 also has a sensor element 8, which comprises an ultrasonic transducer element 80. In this embodiment, the ultrasonic transducer element 80 is designed in several parts, which comprises a transmitter 801 for transmitting an ultrasonic signal 40 and a receiver 802 for receiving the ultrasonic signal 40. For example, one component of the ultrasonic transducer element 80 can be designed as a transmitter and another component of the ultrasonic transducer element 80 can be designed as a receiver. The ultrasonic transducer element 80 thus transmits an ultrasonic signal 40 into the tank container interior 20 with the transmitter 801 and receives the ultrasonic signal 40 transmitted through the tank container interior 20 by means of the receiver 802. The average temperature of the tank container interior 20 can be precisely determined via the speed of sound and a path 45 of the ultrasonic signal 40 as well as the pressure within the tank container 200. This also makes it possible to detect any contamination of the hydrogen. The process described above can be controlled, for example, via a control unit 12.

Der Sender 801 des Ultraschall-Wandlerelements 80 ist hier in der Ventilanordnung 5 angeordnet, wohingegen der Empfänger 802 des Ultraschall-Wandlerelements 80 in dem Endplugelement 9 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführung kann der Sender 801 des Ultraschall-Wandlerelements 80 auch in dem Endplugelement 9 und der Empfänger 802 des Ultraschall-Wandlerelements 80 in der Ventilanordnung 5 angeordnet sein.The transmitter 801 of the ultrasonic transducer element 80 is arranged here in the valve arrangement 5, whereas the receiver 802 of the ultrasonic transducer element 80 is arranged in the end plug element 9. In an alternative embodiment, the transmitter 801 of the ultrasonic transducer element 80 can also be arranged in the end plug element 9 and the receiver 802 of the ultrasonic transducer element 80 in the valve arrangement 5.

2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Tanksystem 100 für ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug in einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform aus 1. Sie unterscheiden sich lediglich in der Ausführung des Ultraschall-Wandlerelements 80. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Ultraschall-Wandlerelement 80 einteilig ausgebildet, d.h. dass der Sender 801 und der Empfänger 802 einteilig ausgeführt sind und in der Ventilanordnung 5 angeordnet sind. Das Ultraschall-Wandlerelement 80 sendet somit mit dem Sender 801 ein Ultraschallsignal 40 in den Tankbehälterinnenraum 20 und nimmt mittels des Empfängers 802 das durch den Tankbehälterinnenraum 20 gesendete Ultraschallsignal 40 wieder auf. In einer alternativen Ausführung kann der Sender 801 und der Empfänger 802 einteilig ausgeführt sein und in dem Endplugelement 9 angeordnet sein. 2 shows a schematic plan view of a tank system 100 according to the invention for a hydrogen-powered vehicle in a second embodiment. The second embodiment essentially corresponds to the first embodiment of 1 . They differ only in the design of the ultrasonic transducer element 80. In the second embodiment, the ultrasonic transducer element 80 is designed as a single piece, i.e. the transmitter 801 and the receiver 802 are designed as a single piece and are arranged in the valve arrangement 5. The ultrasonic transducer element 80 thus sends an ultrasonic signal 40 into the tank container interior 20 with the transmitter 801 and receives the ultrasonic signal 40 sent through the tank container interior 20 again by means of the receiver 802. In an alternative embodiment, the transmitter 801 and the receiver 802 can be designed as a single piece and arranged in the end plug element 9.

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Tanksystem 100 für ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug in einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform aus 1. Sie unterscheiden sich dadurch, dass das Ultraschall-Wandlerelement 80 mehrere Sender 801 und mehrere Empfänger 802 aufweist, wodurch mittels der Sender 801 mehrere Ultraschallsignale 41, 42 abgesendet werden können, welche beispielsweise an einer Innenwand 50 des Tankbehälterinnenraums 20 reflektiert werden und so die reflektierten Ultraschallsignale 41', 42' von den Empfängern 802 aufgenommen werden können. Dies ermöglicht die Erfassung ungleichmäßiger Temperaturverteilungen innerhalb des Tankbehälters 200, so dass der Tankbehälterinnenraum 20 temperaturtechnisch noch effektiver überwacht werden kann. Dies ermöglicht darüber hinaus beispielsweise auch einen schnellen und sicheren Betankungsvorgang des Tankbehälters 200 mit Wasserstoff. 3 shows a schematic plan view of a tank system 100 according to the invention for a hydrogen-powered vehicle in a third embodiment. The third embodiment essentially corresponds to the first embodiment of 1 They differ in that the ultrasonic transducer element 80 has several transmitters 801 and several receivers 802, whereby several ultrasonic signals 41, 42 can be sent by means of the transmitters 801, which are reflected, for example, on an inner wall 50 of the tank container interior 20 and the reflected ultrasonic signals 41', 42' can thus be received by the receivers 802. This enables the detection of uneven temperature distributions within the tank container 200, so that the temperature of the tank container interior 20 can be monitored even more effectively. This also enables, for example, a quick and safe refueling process of the tank container 200 with hydrogen.

4 zeigt in vereinfachter schematischer Ansicht ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug 72, welches beispielsweise mit einer Brennstoffzellenanordnung 70, ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug 73, oder einem Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem 71 betrieben werden kann. Die Brennstoffzellenanordnung 70 bzw. das Wasserstoff-Verbrennungsmotorsystem 71 weist für die Bereitstellung von Wasserstoff das erfindungsgemäße Tanksystem 100 auf. 4 shows a simplified schematic view of a hydrogen-powered vehicle 72, which can be operated, for example, with a fuel cell arrangement 70, a fuel cell-powered vehicle 73, or a hydrogen combustion engine system 71. The fuel cell arrangement 70 or the hydrogen combustion engine system 71 has the tank system 100 according to the invention for the provision of hydrogen.

Neben den oben beschriebenen mobilen Einsatzgebieten kann das oben beschriebene Tanksystem 100 auch bei stationären Anwendungen wie beispielsweise SOFC (Solid Oxide Fuel Cell, Festoxid-Brennstoffzelle) - Anwendungen oder auch Elektrolyse-Anwendungen als möglicher Speicher bei der Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt werden. Darüber hinaus ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Tanksystems 100 in der Schifffahrt oder in Flugzeugen ebenfalls möglich.In addition to the mobile applications described above, the tank system 100 described above can also be used in stationary applications such as SOFC (solid oxide fuel cell) applications or electrolysis applications as a possible storage facility for the production of hydrogen. In addition, the tank system 100 according to the invention can also be used in shipping or in aircraft.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102017212485 A1 [0002]DE 102017212485 A1 [0002]

Claims (14)

Tanksystem (100) für Wasserstoffanwendungen, wobei das Tanksystem (100) wenigstens einen Tankbehälter (200) zur Speicherung von Wasserstoff und eine Ventilanordnung (5) umfasst, wobei der mindestens eine Tankbehälter (200) und die Ventilanordnung (5) in Wirkzusammenhang stehen und miteinander fluidisch verbunden sind, wobei der mindestens eine Tankbehälter (200) einen Tankbehälterinnenraum (20) aufweist, welcher Tankbehälterinnenraum (20) mittels der Ventilanordnung (5) mit Wasserstoff befüllbar ist, wobei das Tanksystem (100) ein Sensorelement (8) zum Messen der Temperatur innerhalb des Tankbehälterinnenraums (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (8) mindestens ein Ultraschall-Wandlerelement (80) umfasst.Tank system (100) for hydrogen applications, wherein the tank system (100) comprises at least one tank container (200) for storing hydrogen and a valve arrangement (5), wherein the at least one tank container (200) and the valve arrangement (5) are operatively connected and fluidically connected to one another, wherein the at least one tank container (200) has a tank container interior (20), which tank container interior (20) can be filled with hydrogen by means of the valve arrangement (5), wherein the tank system (100) has a sensor element (8) for measuring the temperature within the tank container interior (20), characterized in that the sensor element (8) comprises at least one ultrasonic transducer element (80). Tanksystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Wandlerelement (80) mehrteilig ausgebildet ist, wobei das Ultraschall-Wandlerelement (80) mindestens einen Sender (801) zum Senden eines Ultraschallsignals und mindestens einen Empfänger (802) zum Empfangen eines Ultraschallsignals umfasst.tank system (100) after claim 1 , characterized in that the ultrasonic transducer element (80) is designed in several parts, wherein the ultrasonic transducer element (80) comprises at least one transmitter (801) for transmitting an ultrasonic signal and at least one receiver (802) for receiving an ultrasonic signal. Tanksystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Wandlerelement (80) einen Sender (801) zum Senden eines Ultraschallsignals und einen Empfänger (802) zum Empfangen eines Ultraschallsignals umfasst, welche in einer einteiligen Bauform ausgeführt sind.tank system (100) after claim 1 or 2 , characterized in that the ultrasonic transducer element (80) comprises a transmitter (801) for transmitting an ultrasonic signal and a receiver (802) for receiving an ultrasonic signal, which are designed in a one-piece construction. Tanksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tankbehälter (200) an einem der Ventilanordnung (5) gegenüberliegenden Ende (25) ein Endplugelement (9) aufweist, in welchem Endplugelement (9) das Ultraschall-Wandlerelement (80) angeordnet ist.Tank system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the tank container (200) has an end plug element (9) at an end (25) opposite the valve arrangement (5), in which end plug element (9) the ultrasonic transducer element (80) is arranged. Tanksystem (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (802) zum Empfangen eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements (80) in dem Endplugelement (9) angeordnet ist.Tank system (100) according to the preceding claim, characterized in that the receiver (802) for receiving an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element (80) is arranged in the end plug element (9). Tanksystem (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (801) zum Senden eines Ultraschallsignals und der Empfänger (802) zum Empfangen eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements (80) als einteilige Baukomponente in dem Endplugelement (9) angeordnet sind.tank system (100) after claim 4 , characterized in that the transmitter (801) for transmitting an ultrasonic signal and the receiver (802) for receiving an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element (80) are arranged as a one-piece structural component in the end plug element (9). Tanksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Wandlerelement (80) in der Ventilanordnung (5) angeordnet ist.Tank system (100) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the ultrasonic transducer element (80) is arranged in the valve arrangement (5). Tanksystem (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (801) zum Senden eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements (80) in der Ventilanordnung (5) angeordnet ist.Tank system (100) according to the preceding claim, characterized in that the transmitter (801) for transmitting an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element (80) is arranged in the valve arrangement (5). Tanksystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Empfänger (802) zum Empfangen eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements (80) in der Ventilanordnung (5) angeordnet ist.tank system (100) after claim 7 , characterized in that the receiver (802) for receiving an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element (80) is arranged in the valve arrangement (5). Tanksystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (801) zum Senden eines Ultraschallsignals und der Empfänger (802) zum Empfangen eines Ultraschallsignals des Ultraschall-Wandlerelements (80) als einteilige Baukomponente in der Ventilanordnung (5) angeordnet sind.tank system (100) after claim 7 , characterized in that the transmitter (801) for transmitting an ultrasonic signal and the receiver (802) for receiving an ultrasonic signal of the ultrasonic transducer element (80) are arranged as a one-piece structural component in the valve arrangement (5). Brennstoffzellenanordnung (70) mit einem Tanksystem (100) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Fuel cell arrangement (70) with a tank system (100) for storing hydrogen for operating a fuel cell according to one of the preceding claims. Wasserstoff-Vebrennungsmotorsystem (71) mit einem Tanksystem (100) zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb eines Wasserstoff-Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Hydrogen combustion engine system (71) with a tank system (100) for storing hydrogen for operating a hydrogen combustion engine according to one of the Claims 1 until 10 . Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug (73) mit einem Tanksystem (100) zur Speicherung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Fuel cell powered vehicle (73) with a tank system (100) for storing hydrogen according to one of the Claims 1 until 10 . Wasserstoffbetriebenes Fahrzeug (72) mit einem Tanksystem (100) zur Speicherung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Hydrogen-powered vehicle (72) with a tank system (100) for storing hydrogen according to one of the Claims 1 until 10 .
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