CN114636105A - 用于储气罐的温度压力卸载的储罐设备、燃料电池系统、燃料电池运行车辆和氢气运行车辆 - Google Patents

用于储气罐的温度压力卸载的储罐设备、燃料电池系统、燃料电池运行车辆和氢气运行车辆 Download PDF

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Abstract

一种用于储气罐的温度压力卸载的储罐设备，其中，储罐设备包括至少两个储罐容器和能够与储罐容器连接的输送线路。至少两个储罐容器中的每个在一端上具有布置在相应的储罐容器和输送线路之间的至少一个截止阀，其中，在储罐容器的另一端上布置有至少一个安全阀。在储罐容器上布置有由电线路和其他电线路组成的网格元件，其中，所述电线路具有与所述其他电线路的纵轴不同的纵轴。在此，所述电线路与所述其他电线路构造电绝缘的节点。此外，网格元件和储罐容器不具有电接触。本发明还涉及一种燃料电池系统、一种燃料电池运行的车辆和一种氢气运行的车辆。

Description

用于储气罐的温度压力卸载的储罐设备、燃料电池系统、燃料 电池运行车辆和氢气运行车辆
技术领域
本发明涉及一种用于储气罐的温度压力卸载的储罐设备，例如用于具有燃料电池驱动的车辆或用于具有氢气驱动的车辆。
背景技术
DE 10 2017 212 485 A1描述了一种用于存储用作车辆燃料的压缩流体的装置，其中，该装置包括至少两个管状储罐模块和带有至少一个集成控制和安全技术的至少一个高压燃料分配器。此外，至少两个管状储罐模块由金属制成，并且与带有至少一个集成控制和安全技术的至少一个高压燃料分配器模块化地连接，以形成灵活几何形状的模块。
如在DE 10 2017 212 485 A1中所示，这种装置的安全设备是标准化的。在此，每个储罐模块必须具有自动可截止的溢流阀和安全阀。如此，例如，在用于存储压缩流体的装置发生事故时或在装置内的线路破裂时，溢流阀能够关闭，从而气体不能从存储单元中流出。此外，例如在发生火灾或温度上升超过预先确定的阈值的情况下，安全阀应确保例如可以将氢气从储罐模块中导出，以便预防储罐模块或者甚至用于存储压缩流体的整个装置的爆炸。
对于这些安全预防措施需要大量的阀门，由此增加整个储气系统的复杂性及其成本。此外，根据安全阀的位置，必须确保即使火源不在安全阀附近也触发安全阀，以便预防储气系统的可能的爆炸。
发明内容
本发明的优点
与此相对，根据本发明的储罐设备具有以下优点：以在结构上简单的方式，在对储罐设备产生热影响的情况下，以简单且快速的方式清空储罐设备，其中，通过有针对性地排放气态介质、例如氢气来防止储罐设备的爆裂。
为此，用于储气罐的温度压力卸载的储罐设备具有至少两个储罐容器和能够与储罐容器连接的输送线路(Zuführleitung)。至少两个储罐容器中的每个在一端上具有至少一个截止阀，该截止阀布置在相应的储罐容器和输送线路之间。在储罐容器的另一端上布置有至少一个安全阀。此外，在储罐容器上布置有由电线路和其他电线路组成的网格元件(Gitterelement)，其中，电线路具有与其他电线路的纵轴不同的纵轴。此外，电线路与其他电线路构造节点，这些节点是电绝缘的。此外，网格元件和储罐容器不具有电接触(elektrischen Kontakt)。
如此，可以以简单的方式确保，在紧急情况的情况下，例如在突然发生火灾时，存在足够的时间，以便安全阀能够可靠且持续地打开，以便排放所存储的气体、例如氢气。因为，根据热量输入
Figure BDA0003411919230000021
在怎样的部位处对储罐设备起作用，必须确保安全阀可靠地打开，以便抵抗储罐容器的爆裂。
在一种有利的扩展方案中设置，电线路垂直于其他电线路地布置。有利地，电线路具有与其他电线路的线路长度不同的线路长度。因此，在相同温度下，与其他电线路相比，电线路具有不同的电阻。有利地，安全阀是电可操控的排放阀。如果现在储罐容器下方存在热源，则相应的各个电线路不同程度地变热。因此，在这些电线路中也出现不同的电阻，由此可以例如通过与存储在控制设备中的特性曲线族进行比较来实施比较，并且因此例如可以操控电可操控的排放阀，以便排放气体、例如氢气。
在一种有利的扩展方案中，储罐容器能够借助安全阀与排出线路连接。因此，在紧急情况的情况下，可以以简单的方式将气态介质、例如氢气从储罐容器中排出并且例如释放到周围环境中。
在本发明的另一构型中有利地设置，至少两个储罐容器由钢制成。通过选择材料，因此实现成本节省。
在一种有利的扩展方案中设置，至少两个储罐容器可以通过截止阀和输送线路与消耗系统(Verbrauchersystems)的入口区域、优选燃料电池系统的阳极区域连接。
所描述的储罐设备优选地适用于燃料电池系统中以用于存储氢气以用于燃料电池的运行。
在本发明的另一构型中有利地设置，网格元件能够与单独布置的电池连接。如此可以确保，在停放的车辆的情况下，也存在电流以用于求取各个电阻，并且因此在这种情况下也对储罐设备附近的可能的火源进行可靠的控制。
在有利的应用中，储罐设备可以在具有燃料电池驱动的车辆中使用。
在有利的应用中，储罐设备可以在具有氢气作为驱动的车辆中使用。
除了探测局部的热源外，还提供对机械损坏的保护或者说使得能够探测储罐容器的机械损坏。如果车辆驶过可能从下方损坏储罐容器的障碍物，则电线路首先受到损坏。如果线路由于机械损坏而断裂，则这可以借助所求取的电阻唯一明确地识别出来，并且为了安全起见可以排放气体、例如氢气和/或通知驾驶员。
附图说明
在附图中示出根据本发明的用于储气罐的温度压力卸载的储罐设备的实施例。附图示出：
在图1中以俯视图示出根据本发明的储罐设备的一种实施例；
在图2中示出具有网格元件的、图1中的实施例的俯视图；
在图3中示出具有网格元件和火源的、图1中的实施例的俯视图。
具体实施方式
图1以俯视图示出根据本发明的储罐设备40的一种实施例。储罐设备40具有带有储罐壳体100的多个储罐容器44，这些储罐容器基本上构造成圆柱形并且由钢制成。相应储罐容器44的相应端部26、27具有锥形的聚拢部(Verjüngung)并且因此具有典型的瓶颈结构(Flaschenhalsstruktur)。
就端部26来说，相应的储罐容器44借助截止阀43与输送线路45连接，如在图1中所示。该输送线路45借助另一阀门41例如与消耗系统的入口区域、例如燃料电池系统的阳极区域连接。如此，储罐设备40例如可以为布置在燃料电池系统中的燃料电池提供氢气。
就另一端部27来说，相应的储罐容器44通过储罐输出线路(Tankausführleitung)71与排出线路(Abführleitung)70连接。在储罐输出线路71中，针对每个储罐容器44分别布置一个安全阀77。安全阀77在此构造为电可操控的排放阀。
在一种替代的实施方案中，储罐容器44由壳体元件12完全包围并且相对于周围环境120压力密封地封装。
图2以俯视图示出具有网格元件30的、图1中的实施例，该网格元件由电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L和其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20组成。电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L具有与其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20的纵轴43不同的纵轴42。此外，电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L与其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20构造电绝缘的节点32。此外，网格元件30和储罐容器44不具有电接触。
在此，电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L垂直于其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20地布置。此外，电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L具有与其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20的线路长度不同的线路长度。
在消耗系统、例如燃料电池系统中，在其他实施方案中存在附加布置的电池，其能够与网格元件30连接。
储罐设备40的工作方式如下：在正常的工作方式的情况下，储罐设备40给消耗系统供给储罐容器44中的气体。在此，截止阀43如此设计，使得保证至消耗系统的安全输送。
如果例如由火灾引起热量输入到储罐设备40或储罐容器44上，则安全阀77应在出现热量输入后尽可能快地触发，从而可以将气体从储罐容器44中通过储罐输出线路71导入到排出线路70中，以便例如预防储罐容器44的爆炸。在此，通常也中断对截止阀43的供电，从而气体不再能够从储罐容器44中逸出。
根据在储罐设备40的哪个区域中发生热量输入，这可能导致一定的延迟时间，直到安全阀77由于热量输入和相应的热传导而打开。然而，相应的储罐容器44中的压力已经随着热量输入对储罐容器40的作用增加。因此，安全阀77在此构造为电可操控的排放阀。
此外，恒定地以一定的、预先给定的时间间隔测量电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L的电阻与其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20的电阻，从而求取电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L中的电阻与其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中的电阻。
在相同温度下，电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L具有相同的电阻，并且其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20同样具有相同的电阻。
在热量输入33的情况下，各个电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L与各个其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20不同程度地变热。在此，如在图3中示例性示出的那样，与电线路A、D、E、F、G、H、I、J、K、L相比，在电线路B、C中求取出不同的电阻，并且与其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、19、20相比，在其他电线路15、16、17、18中求取出不同的电阻。
根据电阻的变化的程度，例如梯度或空间延伸或量值，通过存储在控制设备中的特征曲线族能够区分是否涉及紧急情况。在紧急情况的情况下，即，例如在具有根据本发明的储罐设备的车辆下发生火灾时，因此可以有针对性地通过电操控的排放阀、即相应的安全阀77将相关的储罐容器44清空，以保护各个储罐容器44免受损坏，并且例如可以向驾驶员或车主传递信号。
因此，在触发安全阀77时，气态介质、即氢气可以在排出线路12的方向上从储罐容器44中流出，从而在火灾情况下可靠地清空这些储罐容器。
根据本发明的储罐设备40在停放的车辆的情况下也需要小的电流以求取各个电阻。该电流需求可以由存在于消耗系统中的电池或由单独的电池馈给。各个电阻的求取不必永久地进行。在一定的时间间隔内求取电阻就足够了。这些间隔可以与车辆的停放持续时间耦合。因此，随着停放持续时间的持续时间，车辆下发生火灾情况越来越不可能。
另一方面，更可能的是，在停放时，车辆驶过已经存在的热源，例如火，并且车辆停放在这种热源上。因此，应在车辆停放后立即以相对较短的间隔求取电阻。
除了局部热源的探测之外，根据本发明的储罐设备1还提供对机械损坏的保护或者说使得能够探测储罐容器44的机械损坏。如果车辆驶过可能从下方损坏储罐设备40的障碍物，则首先损坏由电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L和其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20组成的网格元件30。如果电线路A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L或其他电线路1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中的一个电线路由于机械损坏而断裂，则这可以借助所求取的电阻唯一明确地识别出来，并且可以为了安全起见排放气体和/或通知驾驶员。
然而，除了可以用于燃料电池运行的(brennstoffzellenbetriebenen)车辆外，用于存储气态介质的储罐设备40例如还可以用于具有氢气燃烧器作为驱动的车辆中的氢气存储。

Claims (11)

1.一种用于储气罐的温度压力卸载的储罐设备(40)，其中，所述储罐设备(40)包括至少两个储罐容器(44)和能够与所述储罐容器(44)连接的输送线路(45)，其中，所述至少两个储罐容器(44)中的每个储罐容器在一端(26)上具有至少一个截止阀(43)，所述截止阀(43)布置在相应的储罐容器(44)和所述输送线路(45)之间，其中，在所述储罐容器(44)的另一端(27)上布置有至少一个安全阀(77)，其特征在于，在所述储罐容器(44)上布置有网格元件(30)，所述网格元件由电线路(A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L)和其他电线路(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20)组成，其中，所述电线路(A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L)具有纵轴(42)，所述纵轴(42)与所述其他电线路(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20)的纵轴(43)不同，其中，所述电线路(A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L)与所述其他电线路(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20)构造节点(32)，所述节点(32)是电绝缘的，其中，所述网格元件(30)和所述储罐容器(44)不具有电接触。
2.根据权利要求1所述的储罐设备(40)，其特征在于，所述电线路(A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L)垂直于所述其他电线路(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20)地布置。
3.根据权利要求1或2所述的储罐设备(40)，其特征在于，所述电线路(A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L)具有线路长度，所述线路长度与所述其他电线路(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20)的线路长度不同。
4.根据权利要求1、2或3所述的储罐设备(40)，其特征在于，所述安全阀(77)是电可操控的排放阀。
5.根据以上权利要求中任一项所述的储罐设备(40)，其特征在于，所述储罐容器(44)能够借助所述安全阀(77)与排出线路(70)连接。
6.根据以上权利要求中任一项所述的储罐设备(40)，其特征在于，所述至少两个储罐容器(44)由钢制成。
7.根据以上权利要求中任一项所述的储罐设备(40)，其特征在于，所述至少两个储罐容器(44)能够通过所述截止阀(43)和所述输送线路(45)与消耗系统的入口区域、优选为燃料电池系统的阳极区域连接。
8.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具有根据权利要求1至7中任一项所述的储罐设备(40)。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述网格元件(30)能够与附加布置的电池连接。
10.一种燃料电池运行的车辆，所述燃料电池运行的车辆具有根据权利要求1至7中任一项所述的储罐设备(40)。
11.一种氢气运行的车辆，所述氢气运行的车辆具有根据权利要求1至7中任一项所述的储罐设备(40)。
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