用于储存气态介质的箱装置和用于制造箱装置的方法与流程

1.本发明涉及一种用于燃料电池箱的箱装置，尤其是用于储存氢气，例如用以应用在具有燃料电池驱动装置的车辆中，并且涉及一种用于制造这种箱装置的方法。


背景技术：

2.未预公开的de 10 2018 209 057 a1描述了一种用于对燃料电池箱进行温度卸压的箱装置，其中，所述箱装置包括箱容器，所述箱容器具有各种阀、例如截止阀，所述阀确保例如燃料电池系统的有序的工作方式。
3.用于这种箱装置的安全装置是标准化的。在此，每个箱装置必须具有这种截止阀。因此，截止阀能够在由具有燃料电池驱动器的车辆发生事故而引起箱装置的损坏的情况下或者在箱装置的管路破损的情况下确保，箱容器是关闭的，因为截止阀在断电状态下是关闭的。因此，在发生事故和故障的情况下，随时都能够避免气体从箱容器中逸出。
4.法律要求规定，视容器而定，这些安全阀必须直接安置在箱容器上或者甚至安置在容器中。因而，安全阀直接暴露于气态介质和系统压力，例如高达1000bar的系统压力。作用在安全阀上的这些大的力需要成本高的建设性措施，以防止快速老化并且因此防止安全阀失效。


技术实现要素：

5.与此相对，具有权利要求1的区别技术特征的根据本发明的箱装置具有以下优点：尽管在箱装置中有多个箱容器和多个为这些箱容器所规定的安全阀，在没有使这种箱装置的安全性最小化的情况下仍实现了低成本且可靠的解决方案。
6.为此，用于储存气态介质、尤其是氢气的箱装置具有至少一个箱容器。至少一个箱容器具有带有箱颈的箱壳体。此外，在箱颈中布置有箱压力底部，所述箱压力底部使箱颈空间和箱内部空间彼此分隔开，并且所述箱颈具有作为支座的外螺纹。
7.此外，本发明包括一种用于制造箱装置的方法，其中，至少一个箱容器由钢制成并且具有特定熔化温度，其特征在于具有以下步骤：
[0008]-将至少一个箱容器的两个端部加热至特定熔化温度；
[0009]-借助成形工具将至少一个箱容器的端部成形为箱颈；
[0010]-借助拉伸和加压过程(streck-und druckvorgang)使箱颈发生内部变形，用以产生双重的箱压力底部，其中，将至少两个芯轴同时或者交替地引入到箱颈中并且因而使箱颈朝内部成形；
[0011]
重复前一步骤，直到达到箱压力底部的预确定的几何形状和刚度。
[0012]
在该方法的有利扩展方案，箱压力底部的预确定的几何形状在横截面中相当于圆盘。
[0013]
此外，本发明包括一种用于制造箱装置的替代方法，其中，至少一个箱容器由钢制成并且具有特定熔化温度，其特征在于具有以下步骤：
[0014]-将至少一个箱容器的两个端部加热至特定熔化温度；
[0015]-借助对同样经加热的实心材料进行的压紧(andr
ü
cken)或者收缩(aufschrumpfen)使至少一个箱容器的端部变形成箱颈；
[0016]-将任意选择的几何形状引入到该实心材料中，用以在箱颈中制造双重的箱压力底部。
[0017]
因此，能够使作用到箱装置的、尤其是阀装置的部件上的负载减小，其方式是，将在阀装置处的力作用面保持得尽可能小。如果作用到使用在箱颈中的部件上的力作用面被减小，则这也导致作用到箱容器上的力负载普遍减小。
[0018]
此外，通过与市场上常见的饮料瓶类似的箱容器形状和柱形箱容器的最大直径均匀变细的形状，能实现简单的制造。
[0019]
在第一有利扩展方案中设置，在箱压力底部中构造有箱压力底部开口。因而，能够以结构上简单的方式确保箱容器被填充或排空。
[0020]
在本发明的另一构型中，有利地设置，至少一个箱容器设计为用于与大气压相比为1bar至1000bar的压差。因此，能够优化气态介质在箱容器中的使用。
[0021]
在有利扩展方案中，箱颈柱形地构造并且作为锥形扩宽部过渡到柱形的箱体中，其中，箱颈的直径d小于箱体的直径d。通过该形状，能够在箱容器内实现均匀的压力分布。在箱容器的箱颈上的最大开口和与此相关的最大压力作用面典型地通过以下方式来确定：在箱颈中的部件必须满足什么功能，以及哪些机械负载作用在这些部件上，以及何种尺寸规定是必需的。对于来自这里的箱容器的体积流量来说，需要小开口，使得这些部件典型地比为了实现这些部件的功能所需要的壁厚构造得更厚。因此，在本发明中提出，在箱颈中引入底部，该底部减小了作用到箱颈中的部件上的力作用面，其方式是，这些压力的大部分在瓶结构中被接收。因而，在箱容器处的被压力加载的开口的尺寸可以被规定为仅与为了所需要的体积流量和保留密封元件所需要的尺寸一样大。
[0022]
在有利扩展方案中设置，至少一个箱容器由塑料材料、碳纤维材料或者钢制成。因此，实现了节省成本的箱容器结构。
[0023]
在本发明的另一构型中，有利地设置，在箱容器的箱颈中，与箱容器的纵轴线同轴地布置有阀装置。因此，能够以结构上简单的方式将作为安全阀的阀装置集成到箱容器中，其中，保护阀装置免于由于外部影响、例如在运行期间的冲击而引起的损坏。
[0024]
所描述的箱装置优选地适用在用以储存用于运行燃料电池的氢气的燃料电池组件中。优选地，所描述的箱装置能够使用在具有燃料电池驱动装置的车辆中。
附图说明
[0025]
在附图中示出本发明的用于储存气态介质、尤其是氢气的箱装置的实施例。附图示出：
[0026]
图1以纵截面示出根据本发明的具有箱容器的箱装置的一个实施例，该箱装置包括带有箱颈的箱壳体和箱体，
[0027]
图2示出图1的实施例在箱颈的区域中的放大的局部，
[0028]
图3示出图1的实施例在具有阀装置的箱颈的区域中的放大的局部，
[0029]
图4示出用于制造本发明的箱装置的本发明方法的流程图，
[0030]
图5示出用于制造本发明的箱装置的本发明的替代方法的流程图。
具体实施方式
[0031]
在图1中，以示意性视图示出用于气态介质、尤其是氢气的根据本发明的箱装置1的一个实施例。箱装置1具有带有箱壳体30的箱容器3。箱壳体30包括箱体31和箱颈2。在此，箱体31构造为箱颈2的锥形扩宽部。不但箱体31而且箱颈2都构造为柱形，其中，箱体31的直径d大于箱颈2的直径d。因此，该形状与市场上的饮料瓶类似。
[0032]
图2以横截面示出图1的箱容器3在箱颈2的区域中的带有纵轴线16的放大视图。箱颈2在箱容器3内在朝向箱容器3的锥形扩大部的方向的端部上相对于箱体31具有双重的箱压力底部8，该双重的箱压力底部的横截面相当于圆盘。箱压力底部8还具有箱压力底部开口9。
[0033]
在箱体31中构造有箱内部空间6，该箱内部空间经由箱压力底部开口9通到箱颈空间7中，该箱颈空间构造在箱颈2中。
[0034]
此外，箱颈2在外侧20上具有作为支座的外螺纹10，该外螺纹能够用于紧固箱装置1的另外的附装部件，例如用于紧固阀装置。
[0035]
图3以横截面示出图1的箱容器3在箱颈2的区域中的放大视图。这里，在箱颈2中，阀装置11与纵轴线16同轴地布置。阀装置11具有阀壳体15，阀装置11利用该阀壳体固定地集成在箱容器3中。这种固定的集成借助阀紧固元件14实现，该阀紧固元件在外部旋拧在箱颈2的外螺纹10上。阀紧固元件14在此与阀装置11固定连接。
[0036]
此外，阀装置11具有阀弹簧12，该阀弹簧以一个力使阀元件17预紧，使得阀装置11关闭并因而使构造在阀壳体15中的阀通过开口13关闭。如果阀装置11的电磁体被通电，则该阀装置可以被打开，使得气态介质、尤其是氢气能够从箱容器3中朝向例如燃料电池的阳极区域的方向流动。
[0037]
箱压力底部8使箱内部空间6与箱颈空间7分开，该箱颈空间用作用于安全部件、例如阀装置11的安装空间。在此，低压区域4构造在阀装置11和箱颈空间7之间并且在操控阀装置的区域中、即在电磁体中。在箱内部空间6中和阀装置11的阀通过开口13中构造有高压区域5。
[0038]
箱容器3设计为用于与大气压相差1bar至1000bar的压差。典型地，例如在燃料电池组件中使用箱容器3，该箱容器储存具有最高700bar压强的氢气。此外，箱容器由塑料材料、碳纤维材料或者钢制成。
[0039]
箱装置1在这里不限于具有一个箱容器3。该箱装置可以具有多个上述箱容器3并且例如集成到具有燃料电池驱动装置的车辆中。此外，箱容器3的形状不限于市场上常见的上述饮料瓶形状，而是能够视需要而定地采用任意几何形状。
[0040]
在下文中，如在图4中的流程图所示出的那样，描述用于制造由钢制成并且具有特定熔化温度的箱装置1的上述方法：
[0041]
根据钢材料的选择，将箱容器3的两个端部都加热至特定熔化温度(加热40)。然后，借助成形工具使箱容器3的端部变形成箱颈2(变形41)。在下一步骤中，借助拉伸和加压过程使箱颈2发生内部变形42，用以产生双重的箱压力底部8，其中，将至少两个芯轴同时或者交替地引入到箱颈2中并且因而实现箱颈2的内部变形42。
[0042]
重复该步骤，直到达到预确定的几何形状和刚度(重复43)。例如，在图1、图2和图3中的实施方案中，箱压力底部8的几何形状在横截面中相当于圆盘。
[0043]
在图5中示出用于制造由钢制成并且具有特定熔化温度的箱装置1的替代方法的流程图：
[0044]
根据钢材料的选择，将箱容器3的两个端部都加热至特定熔化温度(加热44)。然后，借助对同样经加热的实心材料进行的压紧或者收缩使箱容器3的端部变形成箱颈2(变形45)。通过将任意选择的几何形状引入46到该实心材料中，能够相应地制成箱压力底部8的几何形状。
[0045]
这两种方法的目的均是：获得均匀的材料结构，以排除由于例如在氢气或者其他影响下使用而造成的损坏或在运行中的其他损坏。
[0046]
热处理和其它材料科学方面的工艺可以随时、例如在处理期间或者在后续步骤中使用。