DE10152631A1

DE10152631A1 - Sicherheitsventil-Entnahmeleitung für einen Speicherbehälter für kryogenes Medium

Info

Publication number: DE10152631A1
Application number: DE2001152631
Authority: DE
Inventors: Bernhard Edlinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Es wird ein Speicherbehälter für ein kryogenes Medium mit jeweils wenigstens einer zu einem Verbraucher führenden Entnahmeleitung für die flüssige und die gasförmige Phase des kryogenen Mediums und wenigstens einer Sicherheitsventil-Entnahmeleitung zum Abblasen von kryogenem Medium in gasförmiger Phase vorgeschlagen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine im Speicherbehälter angeordnete Öffnung der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung so gestaltet ist, dass unabhängig von der Lage des Speicherbehälters ausschließlich kryogenes Medium in gasförmiger Phase aufgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsventil-Entnahmeleitung für einen Speicherbehälter für kryogenes Medium nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Es ist bereits ein Speicherbehälter mit einer Sicherheitsventil-Entnahmeleitung für kryogenes Medium bekannt, bei dem die Entnahme von kryogenem Medium aus dem Speicherbehälter in die Atmosphäre über eine Entnahmeleitung mit einem Sicherheitsventil erfolgt. Die Entnahmeleitung ist dazu im oberen Bereich so im Speicherbehälter angeordnet, dass das kryogene Medium in seiner Gasphase entnommen werden kann. Weitere Entnahmeleitungen, wenigstens eine für die flüssige und wenigstens eine für die gasförmige Phase, sind vorgesehen, die zu einer zu dem Verbraucher des kryogenen Mediums führenden Leitung zusammengeführt werden. Die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung für die gasförmige Phase ist in Form einer Durchführung durch die Speicherbehälterwand im oberen Bereich des Speicherbehälters ausgeführt.

Eine weitere Sicherheitsventil-Entnahmeleitung beschreibt die DE 41 04 766 C2. Hier zweigt die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung außerhalb der Speicherbehälterwand von der zu dem Verbraucher des kryogenen Mediums führenden Entnahmeleitung für die gasförmige Phase ab.

Was die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung für die gasförmige Phase betrifft, ist es bei der Verwendung eines solchen Speicherbehälters als Kraftfahrzeugflüssiggastank möglich, dass bei Kurvenfahrt oder bei geneigter Fahrbahn, flüssiger Kraftstoff in die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung gelangt. Dies ist nachteilig für die beabsichtigte Funktion der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung, nämlich ein gleichmäßiges und zeitlich konstantes Abblasen des kryogenen Mediums aus der gasförmigen Phase.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und so jederzeit die Möglichkeit eines gleichmäßigen und zeitlich konstanten Abblasens des kryogenen Mediums aus der gasförmigen Phase über die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung zu sichern.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung ist ein Speicherbehälter für ein kryogenes Medium, mit wenigstens einer Sicherheitsventil-Entnahmeleitung zum Abblasen von kryogenem Medium in gasförmiger Phase, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Speicherbehälter angeordnete Öffnung der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung so gestaltet ist, dass unabhängig von der Lage des Speicherbehälters ausschließlich kryogenes Medium in gasförmiger Phase aufgenommen wird. Dazu ist zum Beispiel wenigstens ein Einlauf der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung beweglich ausgeführt und mit einem Schwimmer versehen. Das hat den Vorteil, dass der Einlauf über der flüssigen Phase des kryogenen Mediums gehalten wird. Vorteilhafterweise besteht der Schwimmer aus einem evakuierten Hohlkörper, was bei der geringen Dichte von zum Beispiel flüssigem Wasserstoff als kryogenem Medium eine sichere Maßnahme ist, ausschließlich aus der gasförmigen Phase abzublasen.

Der Einlauf der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung kann zum Beispiel durch einen flexiblen Schlauch gebildet werden oder aber über eine Drehkupplung beweglich an der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung angebracht sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besitzt die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung wenigstens einen Einlaß mit zwei Öffnungen, die im Speicherbehälter mindestens vertikal beabstandet, jeweils in der Nähe einer Wand des Speicherbehälters so angeordnet sind, dass in jeder Lage des Speicherbehälters mindestens eine Öffnung von der gasförmigen Phase des kryogenen Mediums beaufschlagt ist. Des weiteren besitzt die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung in Entnahmestromrichtung nach jeder Öffnung eine Querschnittsverjüngung.

Das hat den Vorteil, dass für die Entnahme von gasförmigem kryogenem Medium mehrere Entnahmestellen alternativ und unabhängig von einander vorhanden sind. Gelangt flüssiger Kraftstoff in eine der Öffnungen für die Entnahme, beeinträchtigt dies nicht mehr zwangsläufig das Abblasen. Hier wird die unterschiedliche Zähigkeit der gasförmigen und der flüssigen Phase des kryogenen Mediums, zum Beispiel Wasserstoff, ausgenutzt. An der Querschnittsverjüngung findet bei bewegter Strömung ein Druckabfall statt. Da die flüssige Phase eine größere Zähigkeit besitzt als die gasförmige, ist der Druckabfall an allen Öffnungen, die in die flüssige Phase eintauchen, größer, als an der Öffnung, die sich in der gasförmigen Phase befindet. Somit strömt ausschließlich gasförmiges Medium in die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung aus. Dieses Sicherheitsventil-Entnahmesystem ist völlig ohne bewegte Teile realisiert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dieser Effekt zusätzlich verstärkt, indem die jeweilige in der flüssigen Phase befindliche Öffnung durch ein Schließorgan verschlossen wird. Jeweils zwei gegenüberliegenden Öffnungen ist vorteilhafterweise ein Verschlusskörper als Schließorgan zugeordnet. Dieser wird dann von Trägheitskräften bei Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeuges und von der Schwerkraft bei geneigtem Kraftfahrzeug betätigt, wenn die betreffende der Öffnungen in die flüssige Phase des kryogenen Mediums hinein ragt. Der Verschlusskörper verschließt, insbesondere durch die Auftriebskraft der kryogenen Flüssigkeit, die jeweilige Öffnung von innen, durch Auflage auf der entsprechenden Querschnittsverjüngung der zugehörigen Öffnung.

Wenn die Öffnungen von den Trägheitskräften und von der Schwerkraft über ein Ventil verschlosssen werden, hat das den Vorteil, dass das Abblasen von gasförmigem Medium, selbst bei einer Verwendung des Speicherbehälters als Flüssiggastank für ein Kraftfahrzeug, bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges und bei geneigtem Kraftfahrzeug ohne Beeinträchtigung immer aus der gasförmigen Phase erfolgt.

Vier bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreibt die nachfolgende Beschreibung mit der zugehörigen Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Speicherbehälters im Schnitt, mit einer Sicherheitsventil-Entnahmeleitung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Sicherheitsventil-Entnahmeleitung gemäß der Erfindung für einen im Schnitt gezeichneten Speicherbehälter,
Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung eines Speicherbehälters im Schnitt, mit einer dritten Ausführungsform einer Sicherheitsventil-Entnahmeleitung gemäß der Erfindung und
Fig. 4 einen Teilschnitt durch ein Ende einer Sicherheitsventil- Entnahmeleitung wie in Fig. 3 verwendet, mit einem Ventil gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Speicherbehälter 1 für ein kryogenes Medium dargestellt, mit jeweils einer zu einem nicht gezeichneten Verbraucher führenden Entnahmeleitung 12, 22 für eine flüssige 13 und eine gasförmige Phase 23 des kryogenen Mediums. Eine Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 zum Abblasen von kryogenem Medium in gasförmiger Phase 23 über ein Sicherheitsventil 21 erstreckt sich in den Speicherbehälter 1 hinein. Beim gezeichneten Pegelstand des kryogenen Mediums befindet sich die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 in der flüssigen Phase des kryogenen Mediums. Damit kryogenes Medium immer in gasförmiger Phase 23 abgeblasen wird, besitzt die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 einen Einlauf 3, der über eine Drehkupplung 4 beweglich an der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 angebracht ist. Der Einlauf 3 ist mit einem Schwimmer 5 aus einem evakuierten Hohlkörper versehen, der diesen immer auf einem Pegel über der flüssigen Phase 13 des kryogenen Mediums hält. Dadurch ist gewährleistet, dass unabhängig von der Lage des Speicherbehälters 1 ausschließlich kryogenes Medium in gasförmiger Phase 23 in die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 aufgenommen wird.
In Fig. 2 ist ein dem von Fig. 1 entstprechender Speicherbehälter 1 dargestellt. Damit kryogenes Medium immer in gasförmiger Phase 23 abgeblasen werden kann, besitzt die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 einen Einlauf 3, der durch einen flexiblen Schlauch 6 gebildet wird. Der Einlauf 3 ist auch mit einem Schwimmer 5 aus einem evakuierten Hohlkörper versehen, der diesen immer auf einem Pegel über der flüssigen Phase 13 des kryogenen Mediums hält. Dadurch ist auch bei dieser Ausführungsform gewährleistet, dass unabhängig von der Lage des Speicherbehälters 1 ausschließlich kryogenes Medium in gasförmiger Phase 23 in die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 aufgenommen wird.
Völlig ohne bewegte Teile ist ein Sicherheitsventil-Entnahmesystem entsprechend Fig. 3 realisiert. Hier wird die unterschiedliche Zähigkeit der gasförmigen 23 und der flüssigen Phase 13 des kryogenen Mediums, zum Beispiel Wasserstoff, ausgenutzt. Eine zentrale Entnahme 7 für die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 besitzt mehrere Rohre 8, 18 die an unterschiedlichen Stellen des Speicherbehälters 1 Öffnungen 9, 10 aufweisen. Jeweils zwei Öffnungen 9, 10 sind im Speicherbehälter 1, jeweils in der Nähe einer Wand 11, 14 des Speicherbehälters 1 so angeordnet, dass in jeder Lage des Speicherbehälters 1 mindestens eine Öffnung 9 von der gasförmigen Phase 23 des kryogenen Mediums beaufschlagt ist. Außerdem besitzt die zentrale Entnahme 7 in Entnahmestromrichtung nach jeder Öffnung 9, 10 eine Querschnittsverjüngung 19, 20. Hier findet bei bewegter Strömung ein Druckabfall statt. Da die flüssige Phase 13 eine größere Zähigkeit besitzt als die gasförmige 23, ist der Druckabfall an allen Rohren 18, die in die flüssige Phase 13 eintauchen, größer, als an dem Rohr 8, dessen Öffnung 9 sich in der gasförmigen Phase 23 befindet. Somit strömt ausschließlich gasförmiges Medium in die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung 2 aus.
In einer Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 4 wird dieser Effekt zusätzlich verstärkt, indem die jeweilige in der flüssigen Phase 13 befindliche Öffnung 10durch eine Kugel 15 als Schließorgan verschlossen wird. Jeweils zwei gegenüberliegenden Öffnungen 9, 10 in der zentralen Entnahme 7 ist diese Kugel 15 als Schließorgan zugeordnet. Sie wird dann von Trägheitskräften bei Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeuges und von der Schwerkraft bei geneigtem Kraftfahrzeug betätigt, wenn die betreffende der Öffnungen 9, 10 in die flüssige Phase 13 des kryogenen Mediums hinein ragt. Die Kugel 15 verschließt das jeweilige Rohr 8, 18 von innen, durch Auflage auf der entsprechenden Querschnittsverjüngung 19, 20 der zugehörigen Öffnung 9, 10.

Claims

1. Speicherbehälter (1) für ein kryogenes Medium, mit jeweils wenigstens einer zu einem Verbraucher führenden Entnahmeleitung (12, 22) für die flüssige (13) und die gasförmige Phase (23) des kryogenen Mediums und wenigstens einer Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) zum Abblasen von kryogenem Medium in gasförmiger Phase (23), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine im Speicherbehälter (1) angeordnete Öffnung (3, 9, 10) der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) so gestaltet ist, dass unabhängig von der Lage des Speicherbehälters (1) ausschließlich kryogenes Medium in gasförmiger Phase (23) aufgenommen wird.

2. Speicherbehälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einlauf (3) der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) beweglich ausgeführt und mit einem Schwimmer (5) versehen ist, der den Einlauf (3) über der flüssigen Phase (13) des kryogenen Mediums hält.

3. Speicherbehälter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (5) aus einem evakuierten Hohlkörper besteht

4. Speicherbehälter (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (3) der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) durch einen flexiblen Schlauch (6) gebildet wird.

5. Speicherbehälter (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (3) der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) über eine Drehkupplung (4) beweglich an der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) angebracht ist.

6. Speicherbehälter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) wenigstens zwei Öffnungen (9, 10) besitzt, die im Speicherbehälter (1) mindestens vertikal beabstandet jeweils in der Nähe einer Wand (11, 14) des Speicherbehälters (1) so angeordnet sind, dass in jeder Lage des Speicherbehälters (1) mindestens eine Öffnung (9, 10) von der gasförmigen Phase 23) des kryogenen Mediums beaufschlagt ist und dass die Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) in Entnahmestromrichtung nach jeder Öffnung (9, 10) eine Querschnittsverjüngung (19, 20) besitzt.

7. Speicherbehälter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Öffnungen (9, 10) Schließorgane zugeordnet sind deren Absperrmittel, insbesondere durch eine Auftriebskraft der kryogenen Flüssigkeit, dann betätigt wird, wenn die betreffende Öffnung (9, 10) in die flüssige Phase (13) des kryogenen Mediums hinein ragt.

8. Speicherbehälter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließorgan von den Trägheitskräften bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges und von der Schwerkraft bei geneigtem Kraftfahrzeug betätigt wird.

9. Speicherbehälter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließorgan aus einem Verschlusskörper, insbesondere einer Kugel (15), für jeweils zwei einander gegenüberliegende Öffnungen (9, 10) in der Sicherheitsventil-Entnahmeleitung (2) besteht und dass der Verschlusskörper die jeweilige Querschnittsverjüngung (19, 20) der jeweiligen Öffnung (9, 10) von innen verschließt.