用于车辆的氢罐容器的喷管和用于车辆的氢罐容器的制作方法

1.本发明涉及一种用于车辆的氢罐容器的喷管和用于车辆的氢罐容器。


背景技术：

2.基于氢的燃料电池视为未来的移动方案，因为燃料电池仅排放水作为废气并且相比于具有长充电时间的电池能够实现快速的加注时间。
3.由于其很小的密度，氢存储在车辆、尤其是燃料电池车辆的相应的罐容器中是一种挑战。不同类型的用于存储氢的罐容器目前已经创造。用于移动应用的现有技术是在250bar或700bar的压力下以气态存储氢。
4.为了防止车辆在加注站加注时的过热，将氢预冷却并且对氢从加注站流出的流量进行节流。加注过程在此通过国际通用标准进行标准化，例如通过标准sae tir j2601。在此，将加注站中的氢例如预冷却到-40℃。氢在膨胀时和在等容的压力提高的情况下变热。对此，氢的温度在罐容器中在加注过程期间升高。
5.氢在从氢加注站或者通过氢加注站的相应的氢-加注枪加注时被供应给喷管，该喷管导入到氢罐容器中并且将氢供应到氢罐容器中。通过导入到氢罐容器中并且主要伸入到氢罐容器中的喷管可以更好地在其中分配或混合预冷却的氢。
6.由现有技术已知的这种喷管1的实施方式在图1a和1b中示出。图1a在此示出笔直实施的喷管1的纵截面，该喷管具有呈纵向孔形状的通道2，该纵向孔沿着喷管1延伸并且将氢沿着喷管1运输至开口3。图1b示出喷管1的前视图，该喷管从前面露出开口3。图9示出在导入到氢罐容器10中的安装状态下的喷管1。


技术实现要素：

7.本发明涉及一种用于车辆的氢罐容器的喷管和用于车辆的氢罐容器。
8.在此，结合根据本发明的喷管所说明的特征和细节自然也适用于结合根据本发明的氢罐容器，并且反之亦然，使得关于对本发明各个方面的公开总是相互参照的或能够相互参照的。
9.据此，按照第一方面，本发明涉及一种用于车辆的氢罐容器的喷管。喷管具有从喷管入口侧朝喷管出口侧的方向延伸的主通流通道。该主通流通道与至少一个旁通流通道流体技术上连接，其中，至少一个旁通流通道在喷管内相对于主延伸轴线倾斜地在喷管的端部区段中延伸并且延伸至出口侧上的旁通流开口。
10.根据本发明的喷管通过进入到氢罐容器中的氢借助至少一个倾斜延伸的旁通流通道的相应的流动形态降低在车辆的氢罐容器的加注期间和加注结束时出现的最大温度。在氢流动中由此激励的横向脉冲、即氢流动的湍流引起较冷的氢和较热的氢的混合并引起在氢罐容器内侧上的热传递提高。由此实现在出现的最低与最高温度之间、而且在加注过程的中间温度并因此在最终温度上降低温度的效果。这能够实现更快的加注，因为在相同温度下可以更快地提高压力。而且可以减少或取消氢的冷却，这导
致加注成本降低、提高的效率以及提高的鲁棒性(robustheit)。此外，通过较冷的氢的较高密度还可以在氢罐容器中储存更多质量，由此可以提高车辆的续航里程(reichweite)。最后，总体上降低对在氢罐容器中所使用的材料的要求，由此又可以节省成本。
11.此外，喷管可以相应地设置为用于被定位或安装在氢罐容器中。喷管可以相应地至少以其端部区段伸入到氢罐容器中。
12.替代地，通道也可以称为孔，该孔在喷管内延伸。就此而言，主通流通道也可以称为主通流孔，并且至少一个旁通流通道也可以称为旁通流孔。通道或孔允许氢从喷管的入口侧(在该入口侧上将氢供应给主通流通道或主通流孔)流至喷管的出口侧(该出口侧位于氢罐容器中)，以便给氢罐容器加注氢。
13.喷管的端部区段是喷管的靠近出口侧的区段，在该区段中，喷管沿着主延伸轴线延伸。在端部区段之前，喷管同样可以沿着主延伸轴线延伸，然而也可以遵循其它延伸部，例如可以是弯曲的。就此而言，端部区段可以仅包括这种喷管的笔直的端部区段。
14.可以设置，喷管纵向地并且笔直地沿着主延伸轴线在喷管的端部区段中延伸。尤其，主通流通道的纵轴线可以与主延伸轴线一致。此外，主通流通道的纵轴线可以在中央或者说居中地位于喷管内。相应地，主通流通道也在中央或者说居中地布置在喷管内。
15.此外，可以设置，至少一个旁通流通道的纵轴线与主通流通道的纵轴线同心地延伸。至少一个倾斜的旁通流通道或者其纵轴线相对于主通流通道的纵轴线同心的布置提高在加注氢时出现的流动中的横向脉冲或湍流，并且因此改善在加注过程期间在氢罐容器内侧上的混合和热传递。
16.替代地可以设置，至少一个旁通流通道的纵轴线相对于主通流通道的纵轴线偏心地(azentrisch)延伸。通过至少一个旁通流通道或其纵轴线相对于主通流通道的纵轴线偏心的布置能够对流动施加附加的旋转，该附加的旋转导致进一步改善在加注过程期间在氢罐容器内侧上的混合和热传递。
17.在多个旁通流通道的情况下，自然也可以设置，多个旁通流通道中的一个或一些或者其纵轴线与主通流通道的纵轴线同心地布置，而多个旁通流通道中的另一个或另一些或者其纵轴线与主通流通道的纵轴线偏心地布置。
18.也可以设置，主通流通道延伸至出口侧上的主通流开口。就此而言，主通流通道也可以通到出口侧并且将氢释放到氢罐容器中。主通流开口的横截面在此可以小于、等于或大于旁通流开口的横截面。
19.尤其可以设置，主通流通道与至少两个或更多旁通流通道流体技术上连接，其中，至少两个或更多旁通流通道中的每个在喷管内相对于喷管的主延伸轴线倾斜地延伸并且分别延伸至出口侧上的至少两个旁通流开口中的一个。通过两个或更多旁通流通道可以产生在罐容器内特别好的混合。
20.在此可以设置，至少两个旁通流开口布置在出口侧上的孔圆上。旁通流开口在该孔圆上的布置方式在此可以是对称的。在孔圆上的旁通流开口还可以相对彼此具有相同的间距。在孔圆上的旁通流开口可以具有彼此不同的横截面或相同大小的横截面。
21.也可以设置，主通流通道与至少四个旁通流通道流体技术上连接，其中，至少四个旁通流通道中的每个在喷管内相对于喷管的主延伸轴线倾斜地延伸并且分别延伸至出口侧上的至少四个旁通流开口中的一个，并且其中，至少四个旁通流开口中的至少两个布置
在出口侧上的第一孔圆上，并且至少四个旁通流开口中的至少两个另外的旁通流开口布置在出口侧上的与第一孔圆不同的第二孔圆上。在第一孔圆上的旁通流开口和在第二孔圆上的旁通流开口可以具有彼此不同的横截面或相同大小的横截面。由此也可以改善混合。此外可以是，另外的旁通流通道的另外的旁通流开口布置在另外的孔圆上。
22.此外可以设置，各旁通流通道如此定向，使得它们设置为用于激励氢从旁通流开口同向或反向地流动。通过这种构型可以进一步影响流动形态，使得该流动形态引起在罐容器内更好的混合。
23.尤其，在具有偏心地延伸的旁通流通道以及旁通流开口布置在至少一个第一孔圆和第二孔圆、可能地还在另外的孔圆上的实施方式中能够实现各旁通流通道交叉。由此可以进一步增强湍流形成。
24.也可以是，旁通流通道以圆柱形或锥形构造。也可以是，至少两个旁通流通道具有圆柱形的形状，并且至少两个旁通流通道中的至少另一个具有锥形的形状。由此可以进一步影响从喷管流出的氢射束的形状。
25.按照第二方面，本发明涉及一种用于车辆的氢罐容器，其中，在车辆中布置有按照本发明的第一方面的喷管。该喷管也可以称为氢罐喷管。
26.另外的改善本发明的措施由下面对于本发明的不同实施例的说明得出，这些实施例在附图中示意地示出。所有由权利要求、说明书或附图得出的特征和/或优点，包含结构细节和空间布置可以不仅单独地而且以不同组合地对于本发明是重要的。
附图说明
27.下面根据附图进一步详细阐述本发明。附图示出了：
28.图1a-1b根据现有技术的一个实施方式的喷管的示意图；
29.图2a-2b根据本发明的一个实施例的喷管的示意图；
30.图3a-3g根据本发明的各实施例的喷管的示意图；
31.图4a-4c根据本发明的各实施例的喷管的示意图；
32.图5a-5c在根据本发明的一个实施例的喷管中旁通流通道的同心布置的示意图；
33.图6a-6c在根据本发明的一个实施例的喷管中旁通流通道的偏心布置的示意图；
34.图7a-7c根据本发明的各实施例的具有两个旁通流开口的喷管的示意图；
35.图8a-8c根据本发明的各实施例的在两个孔圆上具有旁通流开口的喷管的示意图；和
36.图9根据本发明的一个实施例在车辆中的氢罐容器的示意图。
37.具有相同功能和作用方式的元件在图1至9中分别设有相同的附图标记。只要相同的元件多次存在，就对其连续编号，其中，附图标记的各连续编号通过点隔开。
具体实施方式
38.在图1a和1b中示出由现有技术已知的用于给车辆的氢罐容器10加注氢的喷管1的实施方式，该喷管包括其端部区段。图1a在此示出笔直的喷管1的纵截面，该喷管具有呈纵向孔形状的通道2，该纵向孔沿喷管1延伸并且将氢沿着喷管1运输至开口3。图1b是喷管1的前视图，该喷管从前部露出开口3。
39.图2a示出根据本发明的一个实施例的喷管1的端部区段的纵截面。喷管1以主通流通道2从入口侧4延伸至出口侧5。喷管1在入口侧4上仅缩短地示出，从而仅示出其靠近出口侧5的端部区段。喷管1在该端部区段中具有沿着主延伸轴线h的笔直走势，主延伸轴线h与主通流通道2的纵轴线l2一致。主通流通道2在出口侧5上通到主通流开口3中，在入口侧4上供应的氢可以通过主通流开口3在出口侧5上流出。位于该端部区段之前的端部区段可以如喷管在加注枪上的情况下已知的那样相对于喷管1的笔直的端部区段是弯曲的。然而替代地，喷管1的位于该端部区段之前的区段也可以是笔直的。
40.除了根据图2a和2b的实施例的主通流通道2外，喷管1具有四个旁通流通道6.1、6.2，其中在图2a的纵截面中仅可见具有其旁通流开口7.1、7.2的两个旁通流通道6.1、6.2。
41.如图2b作为喷管1的出口侧5的俯视图所示地，喷管1实际上具有四个对称地布置的旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4，它们源自四个旁通流通道6.1、6.2、6.3、6.4，其中，旁通流开口7.3、7.4的旁通流通道6在图2a和2b的视图中不可见。
42.旁通流通道6.1、6.2相对于主延伸轴线h倾斜地布置，或者说旁通流通道6.1、6.2的纵轴线l
6.1
、l
6.2
相对于主延伸轴线h或主通流通道2的纵轴线l2倾斜地以所示的角α
6.1
、α
6.2
布置。角α
6.1
、α
6.2
在此相同大小，使得产生旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4在出口侧5上的对称布置。如图3b所示，由此可以绘制在出口侧5上通过旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4的中点的孔圆8。该孔圆将旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4相互连接。然而替代地，不同旁通流通道6.1、6.2的角α
6.1
、α
6.2
也可以构造为不同大小。旁通流通道6.1、6.2的可能的角α
6.1
、α
6.2
例如可以位于5至40
°
的范围内、尤其在10至35
°
的范围内，并且尤其特别位于15至30
°
的范围内。
43.如图3a还示出，主通流通道2在从入口侧4至出口侧5附近的区域2.1中具有比在出口侧5附近的区域2.2中更大的横截面，在区域2.2中，该横截面是减小的。由此在该区域中实现用于旁通流通道6.1、6.2的空间。
44.如图3c所示，替代地也可以仅三个具有相应旁通流通道6的旁通流开口7.1、7.2、7.3布置在孔圆8上或者说构造在喷管1中。
45.如图3d所示，旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4可以具有不同的横截面。
46.此外，如图3e所示，主通流开口3也可以在其横截面上构造为小于旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4。替代地，旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4的横截面(如从图3b可看到的那样)可以等于或小于主通流开口3的横截面。图3g在此示出与图3c相同的喷管1的出口侧5，区别仅在于，主通流开口3的横截面小于旁通流开口7.1、7.2、7.3。
47.图3f又示出在孔圆8上具有五个旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4、7.5并且在喷管1中具有相应五个旁通流通道6的喷管1。
48.图4a示出没有主通流开口3的喷管1。根据图4b在此如在图3b中那样，四个旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4布置在喷管1的出口侧5上的孔圆8上。替代地，图4c示出图4a的在纵截面中示出的喷管1的一个实施方式，该喷管在出口侧5上的孔圆8上具有三个旁通流开口7.1、7.2、7.3。
49.图5a、5b和5c示出根据本发明的一个实施例旁通流通道6在喷管1中相对于主通流通道2同心的布置。如图5b作为在图5a的喷管1的出口侧5的俯视图中的截面a-a示出，旁通流通道6从主通流通道2出发、尤其是从其端部出发并相对于主通流通道2的纵向延伸部倾斜地延伸到出口侧5上。
50.图6a、6b和6c示出根据本发明的一个实施例旁通流通道6在喷管1中相对于主通流通道2偏心的布置。如图6b作为在图6a的喷管1的出口侧5的俯视图中的截面a-a示出，旁通流通道6从主通流通道2旁、尤其是在其端部旁并相对于主通流通道2的纵向延伸部倾斜地延伸到出口侧5上。与图5a、5b和5c的同心布置的旁通流通道6不同地，偏心地布置的旁通流通道6不在主通流通道2的端部上开始，而是从主通流通道2旁延伸到出口侧5上。
51.图7a、7b和7c示出具有两个旁通流通道6.1、6.2和没有主通流开口3的喷管1的出口侧5的不同实施方式。在图7a中，旁通流通道6.1、6.2与主通流通道2同心地并彼此相对地布置。
52.在图7b中，旁通流通道6.1、6.2相对于主通流通道2偏心地布置并且这样纵向地沿着喷管1布置，使得形成氢从旁通流开口7.1、7.2的同向流动。换言之，产生的氢流动的旋转方向对于两个旁通流开口7.1、7.2是同向的。
53.在图7c中，相反地，旁通流通道6.1、6.2虽然也相对于主通流通道2偏心地布置，但这样纵向地沿着喷管1布置，使得形成氢从旁通流开口7.1、7.2的反向流动。换言之，产生的氢流动的旋转方向对于两个旁通流开口7.1、7.2是反向的。
54.在图8a、8b和8c中示出具有多个旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6的喷管1的出口侧5的不同实施方式。
55.在图8a中，旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6的横截面都相同大小。旁通流开口7.1、7.2、7.3布置在第一孔圆8上。旁通流开口7.4、7.5、7.6相比之下布置在相比于第一孔圆8更大的并围绕第一孔圆8的第二孔圆9上。
56.在图8b中，旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6的横截面相比之下并不完全是相同大小的。
57.在图8c中，四个旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4中的各自仅两个分别布置在孔圆8、9中的一个上，其中，旁通流开口7.1、7.2、7.3、7.4的横截面相同大小。
58.图9最后示出根据本发明的一个实施例的氢罐容器10，其具有车辆的其它部件。在氢罐容器10中布置有根据本发明的各实施例的上述喷管1之一。喷管1至少以其端部区段伸入到氢罐容器10中。
59.喷管1与车辆中的氢管路11流体技术上连接，该氢管路通向罐接管13，通过该罐接管可以将氢加注到氢管路11中。在喷管1与罐接管13之间，在氢管路11中布置有阀门组12。氢管路11可以通向另外的未示出的容器以及通向未示出的燃料电池系统，这通过箭头14表示。