特許 7197695 センサモジュール装置を有する、圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】センサモジュール装置を有する、圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/02 20060101AFI20221220BHJP

   B60K 15/03 20060101ALI20221220BHJP

   B60K 15/10 20060101ALI20221220BHJP

   G01L 19/14 20060101ALI20221220BHJP

   G01L 19/06 20060101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

F17C13/02 301A

B60K15/03 E

B60K15/10

G01L19/14

G01L19/06 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021527939

(86)(22)【出願日】2019-11-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-25

(86)【国際出願番号】 EP2019081196

(87)【国際公開番号】W WO2020108999

(87)【国際公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-07-19

(31)【優先権主張番号】102018220542.6

(32)【優先日】2018-11-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】ルクス，アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】クルーゼ，サンドラ

【審査官】金丸 治之

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１２０１８５１６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特表２００９－５０８０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６６７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３２２３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２７４８５８５（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２００４－５１８９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９８２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５０９９２８５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００９－２３１１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１３２０４６３２（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４３０９５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１７Ｃ １３／０２

Ｂ６０Ｋ １５／０３

Ｂ６０Ｋ １５／１０

Ｇ０１Ｌ １９／１４

Ｇ０１Ｌ １９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素を蓄えるためのタンク装置（２４）であって、少なくとも１つのタンク容器（２６）とセンサモジュール装置（１００）とを有しており、前記センサモジュール装置（１００）が高圧センサモジュール（２８）を有している形式のものにおいて、
前記センサモジュール装置（１００）が低圧センサモジュール（１）を含有していて、該低圧センサモジュール（１）が圧力調整弁（４４）と協働し、
前記センサモジュール装置（１００）が、機械的な接続エレメント（１２）および電気的な接続エレメント（１０）を含有しており、前記機械的な接続エレメント（１２）が前記低圧センサモジュール（１）または前記高圧センサモジュール（２８）と堅固に接続されていて、前記電気的な接続エレメント（１０）がコネクタエレメント（１４）を有していて、該コネクタエレメント（１４）が電気接点（１６）を介して前記低圧センサモジュール（１）または前記高圧センサモジュール（２８）に接続されており、
前記機械的な接続エレメント（１２）が切欠（４２）を有していて、該切欠（４２）内に、前記低圧センサモジュール（１）または前記高圧センサモジュール（２８）のためのガス透過性の保護エレメント（１７）が配置されている、
ことを特徴とする、圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置（２４）。

【請求項2】

前記低圧センサモジュール（１）または前記高圧センサモジュール（２８）がセンサハウジング（２）を有しており、該センサハウジング（２）内にセンサチップ（６）が配置されていて、該センサチップ（６）が電線接続（８）を介してリードフレーム（４）に接続可能である
ことを特徴とする、請求項１記載のタンク装置（２４）。

【請求項3】

前記センサハウジング（２）がプラスチックより製作されている
ことを特徴とする、請求項２記載のタンク装置（２４）。

【請求項4】

前記センサチップ（６）が感圧式のマイクロメカニカルモジュールを含有している
ことを特徴とする、請求項２または３記載のタンク装置（２４）。

【請求項5】

前記ガス透過性の保護エレメント（１７）が絞りエレメント（１８）を含有している
ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のタンク装置（２４）。

【請求項6】

前記ガス透過性の保護エレメント（１７）がストレーナエレメント（２０）を含有している
ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のタンク装置（２４）。

【請求項7】

前記ガス透過性の保護エレメント（１７）がメンブレンエレメント（２２）を含有している
ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のタンク装置（２４）。

【請求項8】

請求項１から７までのいずれか１項記載のタンク装置（２４）を有する、
燃料電池装置（３８）。

【請求項9】

請求項１から７までのいずれか１項記載の、圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置（２４）を有する、
車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサモジュール装置を備えた、圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置であって、例えば燃料電池駆動装置を備えた車両に使用するための、特に水素を蓄える燃料電池タンクのためのタンク装置に関する。

【背景技術】

【0002】

事前公開されていない特許文献１は、圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置について記載しており、この場合、タンク装置は、例えば燃料電池システムの全システムの正常で確実な機能形式を保証する多数の弁を備えたタンク容器を含有している。

【0003】

例えば水素によるタンク装置の充填レベルを監視するために、弁の他に圧力センサモジュール装置も使用されている。ここでは、一般的に高圧センサが使用され、この高圧センサは、満杯のタンクにおける、例えば３５０ｂａｒまたは７００ｂａｒの圧力の圧力測定のために必ず必要とされている。

【0004】

タンク装置の放出中にタンク装置内の圧力低下に伴って、高圧センサは、圧力のデータに関して大きい不正確さを有しており、従って、タンクはすべての安全性ファクターを考慮して概ね２０ｂａｒまでしか放出可能ではない。これによって、このようなタンク装置を備えた車両の走行距離は低下される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１８２０９０５７号明細書

【発明の概要】

【0006】

これに対して、請求項１に記載された特徴を有する本発明による装置は、より高い精度を有する圧力センサモジュール装置を低い圧力の範囲内に使用したことによって、タンク装置の効率が高められる、という利点を有している。

【0007】

このために、圧縮された流体、特に水素を蓄えるための本発明によるタンク装置は、少なくとも１つのタンク容器とセンサモジュール装置とを有している。センサモジュール装置はさらに高圧センサモジュールを有している。さらにセンサモジュール装置は低圧センサモジュールを含有していて、この低圧センサモジュールは圧力調整弁と協働する。

【0008】

高圧センサモジュールおよび低圧センサモジュールを使用したことによって、高い範囲の圧力も、低い範囲の圧力も精確に算出することができるので、タンク容器の精確な充填レベル確認が可能である。これによって、車両の高い効率および長い走行距離が得られる。さらに、圧力調整弁を使用したことによって、低圧センサモジュールは、高すぎる圧力に対して保護されるので、低圧センサモジュールの損傷を引き起こす可能性がある機械的な過負荷が最小化され得る。

【0009】

第１の好適な実施態様では、低圧センサモジュールまたは高圧センサモジュールがセンサハウジングを有しており、このセンサハウジング内にセンサチップが配置されていて、このセンサチップが電線接続を介してリードフレームに接続可能であるようになっている。好適な形式で、センサハウジングはプラスチックより製作されていて、好適な形式でセンサチップは、感圧式のマイクロメカニカルモジュールを含有している。これによって、簡単かつ効果的な形式で、タンク容器内の圧力値を精確に算出することができる。

【0010】

本発明の別の実施態様によれば、好適には、センサモジュール装置が、機械的な接続エレメントおよび電気的な接続エレメントを含有しており、この場合、機械的な接続エレメントが低圧センサモジュールまたは高圧センサモジュールと堅固に接続されていて、電気的な接続エレメントがコネクタエレメントを有していて、このコネクタエレメントが電気接点を介して低圧センサモジュールまたは高圧センサモジュールに接続されている。好適な形式で、機械的な接続エレメントは切欠を有しており、この切欠内に低圧センサモジュールまたは高圧センサモジュールのためのガス透過性の保護エレメントが配置されている。

【0011】

タンク装置の運転中に、固形粒子がタンク容器から巻き上げられ、それによって低圧センサモジュールまたは高圧センサモジュールの近傍に達し得る。このような固形粒子が例えばセンサチップ、センサチップとリードフレームとの間の電線接続、または電気接点に達すると、低圧センサモジュールまたは高圧センサモジュールの機能障害を引き起こし得る機械的な損傷が生ぜしめられる。

【0012】

好適な実施態様では、ガス透過性の保護エレメントが絞りエレメンを含有している。

【0013】

好適な実施態様では、ガス透過性の保護エレメントがストレーナエレメントを含有している。

【0014】

従って、水素は、ギャップ開口を使用したことによって簡単な形式で、低圧センサモジュールまたは高圧センサモジュールの方向に向かって流れ、これに対して固形粒子は取り残される。

【0015】

好適な実施態様では、ガス透過性の保護エレメントがメンブレンエレメントを含有している。メンブレンエレメントは、水素を流過させることができ、これに対して固形粒子はメンブレンエレメントによって取り除かれる。

【0016】

以上記載したタンク装置は好適な形式で、燃料電池の運転のために水素を蓄える燃料電池装置に適している。

【0017】

好適な使用法では、このタンク装置は、気体状の燃料による駆動装置を備えた車両で、圧縮された流体を蓄えるために使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明による低圧センサモジュール／高圧センサモジュールの１実施例の縦断面図である。

【図2a】図１に示した実施例の本発明による低圧センサモジュール／高圧センサモジュールを有するセンサモジュール装置の縦断面図である。

【図2b】図２ａに示したセンサモジュール装置の側面図である。

【図3a】低圧センサモジュール／高圧センサモジュールおよびガス透過性の保護部材を有する本発明によるセンサモジュール装置の別の実施例の縦断面図である。

【図3b】低圧センサモジュール／高圧センサモジュールおよびガス透過性の保護部材を有する本発明によるセンサモジュール装置の別の実施例の縦断面図である。

【図3c】低圧センサモジュール／高圧センサモジュールおよびガス透過性の保護部材を有する本発明によるセンサモジュール装置の別の実施例の縦断面図である。

【図4】センサモジュール装置を備えた本発明によるタンク装置を有する車両の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図面には、センサモジュール装置を有する、圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置の実施例が示されている。

【0020】

図１は、本発明の１実施例による低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８の縦断面図を示す。低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８は、センサハウジング２を有しており、このセンサハウジング２内にリードフレーム４が堅固に組み込まれている。

【0021】

リードフレーム４は、一般的にフレーム状または櫛状の金属製の電路支持体である。リードと呼ばれている個別の接点は互いに接続されており、この場合、枠、いわゆるフレームは、別のフレームが設けられている場合には、この別のフレームと接続可能である。

【0022】

センサハウジング２はさらに切欠１９を有しており、この切欠１９内に、センサチップ６が配置されている。この場合、センサチップ６は、センサハウジング２およびリードフレーム４に配置されているので、センサチップ６は電線接続８、例えばボンドワイヤを介してリードフレーム４と接続可能である。さらに、センサチップ６は、感圧式のマイクロメカニカルモジュールより製作されている。

【0023】

図２ａは、センサモジュール装置１００内における図１に示された実施例を示す。この場合、センサモジュール装置１００は、低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８、電気的な接続エレメント１０および機械的な接続エレメント１２を含有している。低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８は、機械的な接続エレメント１２に配置され、部分的に機械的な接続エレメント１２の切欠４２内に配置されている。この場合、低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８は、機械的な接続エレメント１２に堅固に結合されている。

【0024】

電気的な接続エレメント１０は同様に、機械的な接続エレメント１２に堅固に結合されており、この場合、低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８は、電気的な接続エレメント１０と機械的な接続エレメント１２との間に配置されている。

【0025】

電気的な接続エレメント１０はコネクタエレメント１４を有しており、このコネクタエレメント１４は電気接点１６を介して低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８のリードフレーム４に接続されている。従って、例えばコントロールユニットとの電気的接続が形成され得る。

【0026】

図２ｂはさらに、図２ａに示したセンサモジュール装置１００の側面図を示し、この場合、センサハウジング２はここではプラスチックより製作されている。

【0027】

図３ａ，図３ｂ，図３ｃは、図２ａに示したセンサモジュール装置１００の、機械的な接続エレメント１２の領域内の縦断面図を示す。ここでは、機械的な接続エレメント１２の切欠４２内に、センサモジュール装置１００の運転中に固形粒子から低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８を保護するための、ガス透過性の保護エレメント１７が配置されている。

【0028】

図３ａは、ギャップ開口４５を備えた絞りエレメント１８の形のガス透過性の保護エレメント１７を示す。

【0029】

図３ｂは、複数のギャップ開口４５を備えたストレーナエレメント２０の形のガス透過性の保護エレメント１７を示す。

【0030】

図３ｃは、メンブレンエレメント２２の形のガス透過性の保護エレメント１７を示す。

【0031】

圧縮された流体、例えば水素のためのタンク装置２４内でセンサモジュール装置１００を使用する際に、このようなガス透過性の保護エレメント１７を用いることによって、センサモジュール装置１００の正常な機能形式が保証される。何故ならば、タンク充填によって水素に達し得る固形粒子は、センサチップ６まで到達することはなく、低圧センサモジュール１または高圧センサモジュール２８の機械的な損傷を生ぜしめることはないからである。

【0032】

図４は、一例として、圧縮された流体を蓄えるためのタンク装置２４を有する、燃料電池駆動装置を備えた車両３０の概略図を示す。この場合、車両３０のシャーシ内に、本発明によるタンク装置２４を備えた燃料電池装置３８およびセンサモジュール装置１００が組み込まれている。この場合、タンク装置２４は、供給管路３６を介して燃料電池装置３８に水素を供給し、ここでは車両後部に配置されている。選択的に、タンク装置２４は車両３０の別の位置に配置されていてもよい。

【0033】

タンク装置２４はここでは２つのタンク容器２６を有しており、これら２つのタンク容器２６内に水素を蓄えることができる。ここでは、各タンク容器２６のネック領域４８内に、高圧センサモジュール２８を含有するセンサモジュール装置１００と、低圧センサモジュール１を含有するセンサモジュール装置１００を備えた圧力調整弁４４とが配置されている。この場合、タンク装置２４内のタンク容器２６の数は変えることができ、各タンク容器２６は、それぞれ高圧センサモジュール２８を含有するセンサモジュール装置１００と、低圧センサモジュール１を含有するセンサモジュール装置１００を備えた圧力調整弁４４とを有している。選択的な構成では、全タンク装置２４は、それぞれ高圧センサモジュール２８を含有するセンサモジュール装置１００と、低圧センサモジュール１を含有するセンサモジュール装置１００を備えた圧力調整弁４４とを有している。

【0034】

従って、各タンク容器２６内の圧力を決定することができ、充填レベルを精確に算出することができる。さらに、センサチップ６および電気的環境のための保護ジェルの使用は省くことができる。何故ならば、センサモジュール装置１００は、ここでは液体フリーの媒体、つまり高純度の気体状の水素内で使用され、使用温度における凝縮のためには水分が少なすぎるからである。従って、短絡の形成または水による腐食が最小化される。

【符号の説明】

【0035】

１ 低圧センサモジュール
２ センサハウジング
４ リードフレーム
６ センサチップ
８ 電線接続
１０ 電気的な接続エレメント
１２ 機械的な接続エレメント
１４ コネクタエレメント
１６ 電気接点
１７ 保護エレメント
１８ 絞りエレメント
１９ 切欠
２０ ストレーナエレメント
２２ メンブレンエレメント
２４ タンク装置
２６ タンク容器
２８ 高圧センサモジュール
３６ 供給管路
３８ 燃料電池装置
４２ 切欠
４４ 圧力調整弁
１００ センサモジュール装置

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4】