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Dokumentenidentifikation DE202005020780U1 31.05.2007
Titel Fahrzeug mit einem Gastank
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
DE-Aktenzeichen 202005020780
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 31.05.2007
Registration date 26.04.2007
Application date from patent application 23.12.2005
File number of patent application claimed 10 2005 062 114.7
IPC-Hauptklasse B60K 15/03(2006.01)A, F, I, 20060516, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60K 15/07(2006.01)A, L, I, 20060516, B, H, DE   F17C 1/00(2006.01)A, L, I, 20060516, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das mit Gas als Energieträger betrieben wird. Der Energieträger kann beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff sein, die in einer Brennstoffzelle oder einem Verbrennungsmotor umgesetzt werden. Hierbei ist ein Gastank zum Betanken mit einem gasförmigem Brennstoff, insbesondere mit Erdgas oder Wasserstoff vorgesehen, wobei im Innern des Gastanks als Speichermaterial Metal Organic Framework (MOF) zum Speichern des Brennstoffs angeordnet ist.

Stand der Technik

Sowohl Erdgas (CH4) als auch Wasserstoff (H2) gewinnen als Kraftstoffe für den Fahrzeugantrieb zunehmend an Bedeutung. Ein wesentlicher Nachteil hier ist derzeit noch die vergleichsweise geringe volumetrische Speicherdichte dieser Gase gegenüber flüssigen Kraftstoffen.

Die bisherigen Gastanks sind als hohle Behältnisse ausführt und weisen Drucke von derzeit ca. 200 bar (Erdgas) bzw. 350 bis ca. 800 bar auf. Daneben sind bereits auch sogenannte Metallhydridspeicher bekannt. Hierbei wird durch Bildung eines Hydrats geeigneter Metalle Wasserstoff gespeichert. Diese Metalle absorbieren Wasserstoff bei niedrigen Temperaturen und geben ihn wieder ab, wenn sie aufgeheizt werden.

Nachteilig bei diesen Gastanks ist jedoch, dass sie einerseits vergleichsweise viel Platz beanspruchen, der beispielsweise dringend für den Gepäcktransport als Kofferraum oder dergleichen benötigt wird, und/oder dass sie vergleichsweise schwer sind, bezogen auf die speicherbare Brennstoffmenge.

Darüber hinaus werden bereits Materialien entwickelt, die eine wesentliche Verbesserung dieser Schwachpunkte bringen könnten. Die sich derzeit noch im Entwicklungsstadium befindlichen Metal Organic Frameworks (MOFs) zeichnen sich durch eine extrem hohe spezifische Oberfläche in Form von Nanostrukturen aus und können Gase durch Physisorption in hohen Konzentrationen binden. Die MOF-Verbindungen bestehen im Allgemeinen aus metallischen und organischen Molekülen, die zusammen ein sehr einheitliches Kristallgitter bilden. Im Innern des Gitters ist genügend Platz vorhanden, um kleinere Moleküle, z. B. Wasserstoff oder Methan, wie ein Schwamm aufzusaugen. In ersten Experimenten gelang es, eine Wasserstoffmenge von etwa zwei Gewichtsprozent in MOFs einzulagern. Entsprechende Gastanks weisen folglich im Innern als Speichermaterial Metall Organic Framework (MOF) auf.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenanlage und/oder einem Verbrennungsmotor und wenigstens einem Gastank zum Betanken mit einem gasförmigen Brennstoff, insbesondere mit Erdgas oder Wasserstoff, wobei im Innern des Gastanks als Speichermaterial Metall Organic Framework (MOF) zum Speichern des Brennstoffs angeordnet ist, vorzuschlagen, wobei eine vergleichsweise hohe Speicherdichte erreicht und/oder im Fahrzeug ausreichend Platz für Gepäck bzw. Zuladung zur Verfügung gestellt wird.

Diese Aufgabe wird, von einem Fahrzeug der eingangs genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindungen möglich.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Fahrzeug dadurch aus, dass der Metal Organic Framework (MOF) umfassende Gastank als Druckgastank zum mit Druck beaufschlagten Speichern des gasförmigen Brennstoffs wie Erdgas, Wasserstoff oder dergleichen ausgebildet ist. Hierbei wird vorzugsweise der gasförmige Brennstoff mittels Physisorption im Gastank bzw. Speichermaterial gebunden. Hierdurch kann bei vergleichsweise hoher Speicherdichte der gasförmige Brennstoff getankt und vorzugsweise im Gastank bzw. im Fahrzeug gespeichert und anschließend je nach Bedarf verbraucht werden.

Darüber hinaus kann die Form des Gastanks flexibel an die vorhandenen Verhältnisse bzw. Anwendungen in vorteilhafter Weise angepasst werden.

Vorzugsweise umfasst der Druckgastank wenigstens zwei Teiltanks, wobei die Summe der separaten Teiltankvolumina im Wesentlichen dem Gesamtspeichervolumen des Druckgastanks entspricht. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Aufteilung des gesamten Speichervolumens erreicht werden. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Anpassung an die vorhandenen Platzverhältnisse bzw. Unterbringungsmöglichkeiten insbesondere im Fahrzeug. Beispielsweise kann ein Tank heckseitig und/oder ein anderer Tank frontseitig und/oder mittig und/oder im Dachbereich und/oder im Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet werden. Eine entsprechend flexible Aufteilung des Gesamtspeichervolumens kann dazu führen, dass vor allem der Kofferraum im Fahrzeug nur wenig bzw. nahezu nicht für die Brennstoffspeicherung in Anspruch genommen wird.

Generell ist es denkbar, dass der Kofferraum des Fahrzeugs nicht nur wie allgemein üblich heckseitig, sondern auch frontseitig in einem Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenanlage gemäß der Erfindung angeordnet wird.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den wenigstens zwei Teiltanks zumindest eine Verbindungsleitung zum Durchströmen des gasförmigen Brennstoffs vorgesehen. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird in einfacher Weise ermöglicht, dass das Gesamtspeichervolumen beispielsweise mittels einer gemeinsamen Leitung mit der Brennstoffzellenanlage verbindbar ist. Dies ermöglicht ein vorteilhaftes Management des im Gastank gespeicherten gasförmigen Brennstoffs im Betrieb bzw. während der Fahrt des Fahrzeugs.

Vorzugsweise sind die Konturen des Druckgastanks und/oder zumindest einer der Teiltanks wenigstens teilweise an einen Fahrzeughohlraum und/oder an die Fahrzeugkontur angepasst. Hiermit wird gewährleistet, dass die räumliche Ausdehnung des Druckgastankes bzw. eines der Teiltanks in vorteilhafter Weise an vorhandene Hohlräume des Fahrzeuges bzw. an die Außenkontur des Fahrzeugs und/oder an innere Konturen des Fahrzeugs anpassbar ist. Hierdurch wird die Unterbringung des Druckgastankes bzw. der Teiltanks im Fahrzeug entscheidend vereinfacht.

Beispielsweise ist ein Gastank in einer Tür und/oder in einem doppelwandigem Boden und/oder Dach, etc. angeordnet. In vorteilhafter Weise wird der Druckgastank bzw. einer der Teiltanks in beispielsweise aus Festigkeitsgründen gebildeten Hohlräumen der Karosserie bzw. des Fahrwerks angeordnet. Gegebenenfalls lässt sich hierdurch zugleich eine Schutz- und/oder Stützfunktion durch die Fahrzeugkarosserie bzw. des Fahrzeugs für den Gastank gemäß der Erfindung realisieren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen der Druckgastank und/oder mindestens einer der Teiltanks wenigstens zwei im Wesentlichen planparallele und/oder winklig bzw. keilförmig zueinander angeordnete plane Wandflächen auf. Ein derartiger Druckgastank bzw. Teiltank ist vergleichsweise einfach herstellbar, so dass relativ geringe Kosten hieraus resultieren. Zudem ist ein derartiger Gastank besonders platzsparend unterzubringen.

Vorzugsweise weisen der Druckgastank und/oder zumindest einer der Teiltanks im Wesentlichen die Form eines Prismas, insbesondere eines Quaders oder dergleichen auf. Derartig ausgebildete Druckgastanks bzw. Teiltanks sind besonders einfach herstellbar und montierbar.

Vorteilhafterweise ist der Druckgastank und/oder zumindest einer der Teiltanks wenigstens im Bereich zwischen und/oder unter Fahrzeugsitzen und/oder wenigstens an einer Rückenlehne des Fahrzeugssitzes und/oder im Bereich des Fahrzeugdaches angeordnet. An derartigen Stellen kann der Druckgastank bzw. einer der Teiltanks in vorteilhafter Weise untergebracht werden, ohne dass besonders wertvoller Platz z. B. im Kofferraum des Fahrzeugs verloren geht. Möglicherweise wird durch die Unterbringung an den zuvor genannten Plätzen im Fahrzeug darüber hinaus eine zusätzliche Versteifungsfunktion der Fahrzeugkarosserie erreichbar.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens im Innern des Druckgasspeichers eine Stützeinheit zum Stützen der Wandflächen vorgesehen. Die Stützeinheit ist insbesondere zur Aufnahme von Zugkräften ausgebildet, so dass ein vergleichsweise großer Druck des gasförmigen Brennstoffs aufgenommen werden kann. Mit einer derartigen Stützeinheit gemäß der Erfindung kann der Druck des gasförmigen Brennstoffs relativ groß ausgebildet werden, ohne dass besonders massive bzw. dicke Wandstärken des Druckgastankes notwendig werden. Hierdurch kann auch die oben genannte Form als Prisma, Quader, mit planparallelen Wandflächen bzw. die Anpassung an den Fahrzeughohlraum und/oder die Fahrzeugkontur in einfacher Weise realisiert werden.

Grundsätzlich ist es von Vorteil, den Druckgastank gemäß der Erfindung in der Weise auszubilden, dass die Form frei ausbildbar bzw. wählbar ist.

Vorzugsweise ist die Stützeinheit des Druckgastanks als Wabenstruktur ausgebildet. Beispielsweise weist die Wabenstruktur polygonförmige, insbesondere viereckige, sechseckige und/oder achteckige Zwischenräume auf, in denen das Speichermaterial bzw. das Metal Organic Framework (MOF) gelagert bzw. angeordnet ist. Derartige Wabenstrukturen haben sich als besonders vorteilhaft zur Aufnahme auftretender Drucke des gasförmigen Brennstoffs erwiesen.

Generell können außen am Gastank gemäß der Erfindung Stütz-, Versteifungselemente/-vorrichtungen vorgesehen werden. Diese können alternativ oder in Kombination zur zuvor genannten Stützeinheit den Gastank druckresistenter ausbilden. Beispielsweise sind diese Stütz-, Versteifungselemente/-vorrichtungen als äußere Verdickungen das Gastanks und/oder als Elemente der Karosserie bzw. des Fahrwerks ausgebildet.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist wenigstens im Innern des Druck-Adsorptionsgastank bzw. Druckgastanks und/oder zumindest eines der Teiltanks eine Heizeinheit und/oder eine Kühleinheit zum Kühlen und/oder Heizen des Druckgastanks bzw. des Teiltanks vorgesehen. Vorzugsweise ist ein Heiz- und/oder Kühlfluid beispielsweise ein Betriebswasser oder dergleichen, vorgesehen. Alternativ oder in Kombination hierzu sind für ein besonders effektives Thermomanagement auch sogenannte Heat Pipes möglich. Durch eine erfindungsgemäße Heizung lässt sich in einfacher Weise der Druckgastank bzw. die Teiltanks thermostatisch kontrollieren. Vorzugsweise wird hierbei eine elektronische Kontrolleinheit zum Kontrollieren der Betriebstemperatur des Druckgastanks bzw. der Teiltanks verwendet.

Vorzugsweise ist der Druck des Brennstoffs zumindest im Normalbetrieb größer als 10 bar und/oder kleiner als 350 bar bzw. kleiner als 50 bar. Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Betriebsdrucken hohe Speicherdichten realisierbar sind.

Grundsätzlich kann mit Hilfe eines Druckgastankes gemäß der Erfindung dessen Form derart flach gewählt werden, dass dieser an beliebigen Stellen im Fahrzeug untergebracht werden kann, wie z. B. im Fahrzeugboden, ohne dass nennenswerte konstruktive Änderungen der anderen, gegebenenfalls herkömmlichen bzw. handelsüblichen Fahrzeugkomponenten notwendig bzw. deren Funktion beeinträchtigt werden. Hierdurch werden u. a. die Fahrzeugkonstruktion deutlich erleichtert bzw. die Kosten für die Realisierung der Erfindung gesenkt.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im Einzelnen zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Druckgastanks gemäß der Erfindung im Fahrzeugboden und

2 eine schematische Ansicht eines Druckgastanks gemäß der Erfindung, wobei dieser in mehrere, miteinander verbundene Teiltanks aufgeteilt ist.

1 zeigt ein Fahrzeug 1 gemäß der Erfindung, wobei ein Druckgastank 2 im Bodenbereich des Fahrzeugs 1 angeordnet ist.

2 zeigt eine mögliche Aufteilung des Druckgastanks 2 gemäß der Erfindung in mehrere, miteinander verbundene Teiltanks 3, 4, 5, 6. Die Teiltanks sind durch Leitungen 7, 8 bzw. Rohre 7, 8 in vorteilhafter Weise verbunden, so dass das gesamte Speichervolumen insbesondere über eine einzige Abgabeöffnung einer Brennstoffzellenanlage bzw. eines Brennstoffzellenstacks und/oder dem Motor zur Direktverbrennung zugeführt werden kann.

In den Figuren wurde lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung weiterer Komponenten, insbesondere der Brennstoffzellenanlage bzw. des Brennstoffzellenstacks bzw. Motorantriebs, etc. verzichtet.

Durch die Figuren wird deutlich, dass die Teiltanks 3 bis 6 bzw. der Druckgastank 2 beispielsweise zwei planparallele Wandflächen bzw. im Wesentlichen als Quader mit gegebenenfalls abgerundeten Kanten oder dergleichen ausbildbar und somit in vorteilhafter Weise im Fahrzeug 1 anzuordnen ist. Beispielsweise ist Teiltank 3 im Dachbereich des Fahrzeugs angeordnet und kann hierdurch zusätzlich zur Versteifung des Dachs beitragen. Entsprechendes trifft auch für die Teiltanks 4, 5, 6 bzw. den Druckgastank 2 zu.

Aus den Figuren wird weiterhin deutlich, dass ein Kofferraum 9 bzw. dessen Volumen durch den Druckgastank 2 bzw. die Teiltanks 3 bis 6 nur unwesentlich beeinträchtigt bzw. verkleinert wird.


Anspruch[de]
Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenanlage und/oder einem Verbrennungsmotor und wenigstens einem Gastank (2 bis 6) zum Betanken mit einem gasförmigen Brennstoff, insbesondere mit Erdgas oder Wasserstoff, wobei im Innern des Gastanks (2 bis 6) als Speichermaterial Metal Organic Framework (MOF) zum Speichern des Brennstoffs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Metal Organic Framework (MOF) umfassende Gastank (2 bis 6) als Druckgastank (2 bis 6) zum mit Druck beaufschlagten Speichern des gasförmigen Brennstoffs ausgebildet ist. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgastank (2) wenigstens zwei Teiltanks (3 bis 6) umfasst, wobei die Summe der wenigstens zwei, im Wesentlichen separaten Teiltankvolumina im Wesentlichen dem Gesamtspeichervolumen des Druckgastanks (2) entspricht. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den wenigstens zwei Teiltanks (3 bis 6) zumindest eine Verbindungsleitung (7, 8) zum Durchströmen des gasförmigen Brennstoffs vorgesehen ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen des Druckgastanks (2) und/oder zumindest einer der Teiltanks (3 bis 6) wenigstens teilweise an einen Fahrzeughohlraum und/oder an die Fahrzeugkontur angepasst sind. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgastank (2) und/oder zumindest einer der Teiltanks (3 bis 6) wenigstens zwei im Wesentlichen planparallele Wandflächen aufweisen. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgastank (2) und/oder zumindest einer der Teiltanks (3 bis 6) wenigstens zwei im Wesentlichen winklig zueinander angeordnete plane Wandflächen aufweisen. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgastank (2) und/oder zumindest einer der Teiltanks (3 bis 6) im Wesentlichen die Form eines Prismas aufweisen. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgastank (2) und/oder zumindest einer der Teiltanks (3 bis 6) im Wesentlichen die Form eines Quaders aufweisen. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgastank (2) und/oder zumindest einer der Teiltanks (3 bis 6) wenigstens im Bereich zwischen und/oder unter Fahrzeugsitzen angeordnet ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgastank (2) und/oder zumindest einer der Teiltanks (3 bis 6) wenigstens an einer Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes angeordnet ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgastank (2) und/oder zumindest einer der Teiltanks (3 bis 6) wenigstens im Bereich des Fahrzeugdaches angeordnet ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Innern des Druckgastanks (2 bis 6) eine Stützeinheit zum Stützen der Wandflächen vorgesehen ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Innern des Druckgastanks (2 bis 6) eine Heizeinheit und/oder eine Kühleinheit zum Heizen und/oder Kühlen des Druckgastanks (2 bis 6) vorgesehen ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Brennstoffs zumindest im Normalbetrieb größer als 10 bar ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Brennstoffs zumindest im Normalbetrieb kleiner als 250 bar ist. Fahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Brennstoffs zumindest im Normalbetrieb kleiner als 50 bar ist.






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