DE102007044189A1 - Drucktanksystem mit wärmeleitender Schicht - Google Patents
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Abstract
Drucktanksystem mit einem Druckentlastungsventil, das Druck in dem Tank entlastet, wenn das Ventil eine vorbestimmte Temperatur überschreitet. Damit das Druckentlastungsventil wirksam ist, muss es Wärme an allen Bereichen des Tanksystems detektieren. Das Tanksystem weist eine Wärme leitende Vorrichtung zur Übertragung von Wärme von einer beliebigen Stelle an dem Tanksystem zu dem Druckentlastungsventil auf. Bei einer Ausführungsform ist die Wärme leitende Vorrichtung ein Wärme leitendes Netz bzw. Maschenmaterial, das außerhalb des Drucktanks um diesen herum gewickelt ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Wärme leitende Vorrichtung eine Aluminiumlage, die um den Tank gewickelt ist. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Wärme leitende Vorrichtung Wärme leitende Streifen auf, die entlang des Tanks verlaufen und mit dem Druckentlastungsventil verbunden sind.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Diese Erfindung betrifft allgemein ein Drucktanksystem und insbesondere ein Drucktanksystem zum Speichern von Wasserstoff, wobei das Drucktanksystem eine Wärme leitende Vorrichtung zur Übertragung von Wärme an ein Druckentlastungsventil aufweist.
- 2. Beschreibung des Standes der Technik
- Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Die Kraftfahrzeugindustrie wendet erhebliche Ressourcen bei der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen als eine Energiequelle für Fahrzeuge auf. Derartige Fahrzeuge wären effizienter und würden weniger Emissionen als heutige Fahrzeuge erzeugen, die Verbrennungsmotoren verwenden.
- Typischerweise wird Wasserstoffgas in einem Tank für unter Druck gesetztes Gas unter hohem Druck an dem Fahrzeug gespeichert, um das für das Brennstoffzellensystem erforderliche Wasserstoffgas bereitzustellen. Der Druck in dem unter Druck gesetzten Tank kann bis zu 700 bar betragen. Bei einer bekannten Tankkonstruktion weist der unter Druck gesetzte Tank eine innere Kunststoffauskleidung, die eine gasdichte Abdichtung für das Wasserstoffgas bereitstellt, und eine äußere Kohlefaserkomposit schicht auf, die die konstruktive Stabilität des Tanks bereitstellt. Da das Wasserstoffgas ein sehr leichtes und diffusives Gas ist, müssen die Innenauskleidung und die Tankverbinderkomponenten sorgfältig ausgelegt werden, um Leckagen zu verhindern. Das Wasserstoffgas wird von dem Tank durch ein Rohr entfernt. Typischerweise ist zumindest ein Druckregler vorgesehen, der den Druck des Wasserstoffgases in dem Tank auf einen für das Brennstoffzellensystem geeigneten Druck reduziert.
- Die konstruktive Stabilität des Drucktanks kann infolge des hohen Innendrucks gefährdet sein, wenn die Außenwand des Tanks für eine längere Zeitdauer Feuer oder einer großen Hitze ausgesetzt ist. Auch kann die Hitze selbst den Tank schädigen. Ein Bruch oder Schaden des Tanks kann zu dem Entweichen des Gases darin führen. Typischerweise ist ein Druckentlastungsventil in Kombination mit dem Tank vorgesehen, so dass, wenn der Druck in dem Tank auf ein unerwünschtes Niveau ansteigt, das Ventil langsam öffnet und den Druck des Tanks steuerbar verringert. Bei einer Konstruktion weist das Druckentlastungsventil einen schmelzbaren Auslösemechanismus auf. Wenn der Auslösemechanismus Wärme über einer bestimmten Temperaturschwelle ausgesetzt ist, schmilzt der Auslösemechanismus und öffnet das Ventil, wodurch die Druckentlastung in dem Tank ermöglicht wird. Bei einer Ausführungsform beträgt die Schmelztemperatur des Auslösemechanismus etwa 108°C.
- Damit das Druckentlastungsventil richtig funktioniert, muss die Temperatur in dem unmittelbaren Bereich des Ventils die Temperaturschwelle erreichen, um das Entlastungsventil zu öffnen. Insbesondere wenn die Temperatur des Tanks eine gewisse Distanz entfernt von dem Druckentlastungsventil über die Schwelle hinaus ansteigt, beispielsweise an einem entgegengesetzten Ende des Tanks, kann der Tank für eine längere Zeit dauer einer extremen Hitze ausgesetzt sein, bevor die Temperatur an dem Druckentlastungsventil ausreichend groß genug ist, um zu bewirken, dass das Entlastungsventil öffnet, wodurch möglicherweise ein Reißen des Tankes ermöglicht wird. Dieses Problem kann noch dadurch gesteigert werden, dass das Außenmaterial des Tanks ein Komposit ist, der eine geringe Wärmeleiteigenschaft besitzt.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist ein Drucktanksystem offenbart, das ein Druckentlastungsventil aufweist, das Druck in dem Tank entlastet, wenn das Ventil eine vorbestimmte Temperatur überschreitet. Damit das Druckentlastungsventil wirksam ist, muss es Hitze an allen Bereichen des Tanksystems detektieren. Da der Tank ein schlechter Wärmeleiter sein kann, schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass eine Wärme leitende Vorrichtung zur Übertragung von Wärme von einer beliebigen Stelle an dem Tanksystem an das Druckentlastungsventil vorgesehen wird.
- Bei einer Ausführungsform ist die Wärme leitende Vorrichtung ein Wärme leitendes Netz bzw. Maschenmaterial, das um eine Außenseite des Drucktanks gewickelt ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Wärme leitende Vorrichtung eine Aluminiumlage, die um den Tank gewickelt ist. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Wärme leitende Vorrichtung Wärme leitende Streifen auf, die entlang des Tanks verlaufen und mit dem Druckentlastungsventil thermisch verbunden sind.
- Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Längsansicht eines Drucktanksystems, das ein Wärme leitendes Netz aufweist, das um den Tank gewickelt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 ist eine Längsschnittansicht eines Drucktanksystems mit einer äußeren Wärme leitenden Schicht gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
3 ist eine Längsansicht eines Drucktanksystems mit Wärme leitenden Streifen, die entlang des Drucktanks positioniert sind, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Drucktanksystem gerichtet ist, das eine Wärme leitende Vorrichtung aufweist, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
-
1 ist eine Längsansicht eines Drucktanksystems10 , das einen Drucktank12 und ein Druckentlastungsventil14 aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei einer nicht beschränkenden Ausführungsform speichert das Drucktanksystem10 unter Druck gesetztes Wasserstoffgas und besitzt eine spezielle Anwendung zur Lieferung von Wasserstoffbrennstoff an ein Brennstoffzellensystem16 . Der Tank12 kann ein beliebiger, für diese Zwecke geeigneter Tank sein, wie ein Tank, der eine innere gasdichte Kunststoffauskleidung und eine äußere Kompositschicht aufweist, die die konstruktive Stabilität bereitstellt. Der Fachmann erkennt leicht, dass das Tanksystem der Erfindung viele verschiedene Konfigurationen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung besitzen kann. Das Druckentlastungsventil14 kann ein beliebiges Druckentlastungsventil sein, das für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist, wie ein Druckentlastungsventil, das einen schmelzbaren Auslösemechanismus des oben beschriebenen Typs aufweist. - Wie oben beschrieben ist, kann das Material des Tanks
12 ein schlechter Wärmeleiter sein. Wenn das Tanksystem10 an einer Stelle weit genug entfernt von dem Druckentlastungsventil14 Feuer oder großer Hitze ausgesetzt ist, das/die zur Folge hat, dass der Druck in dem Tank12 zunimmt, kann es daher sein, dass das Druckentlastungsventil14 nicht öffnet, bevor der Drucktank12 gefährdet ist. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine Wärme leitende Netzschicht bzw. maschenartige Schicht20 um die Außenfläche des Drucktanks12 gewickelt bzw. geschlungen, so dass die Netzschicht20 mit allen Abschnitten der Außenfläche des Drucktanks12 in Kontakt steht und mit dem Druckentlastungsventil14 in thermischem Kontakt steht. Die Wärme leitende Netzschicht20 besteht aus einem stark Wärme leitenden Material, wie Stahl, Kupfer, Aluminium, etc. Der Durchmesser der Drähte in der Netzschicht20 und die Lochgröße der Netzschicht20 können für die hier beschriebenen Zwecke beliebig geeignet ausgebildet sein. Wenn daher ein beliebiger Abschnitt des Tanksystems10 einer großen Hitze oder Feuer ausgesetzt ist, wird diese Hitze durch die Wärme leitende Netzschicht20 schnell an das Druckentlastungsventil14 übertragen, so dass das Druckentlastungsventil14 den Druck in dem Tank12 zuverlässig regeln kann, wie es beabsichtigt ist. Die Netzschicht20 kann auf eine beliebige geeignete Weise an dem Tank12 befestigt sein. -
2 ist eine Längsschnittansicht eines Tanksystems26 , das auch einen Drucktank30 und ein Druckentlastungsventil28 aufweist, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Drucktank30 weist eine beliebige innere gasdichte Auskleidung32 , typischerweise Kunststoff, und eine äußere Kohlefaserkompositschicht34 auf, die die konstruktive Stabilität bereitstellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Wärme leitende Lage, Folie oder Schicht36 zu demselben Zweck wie die Wärme leitende Netzschicht20 um die gesamte Außenseite der Kompositschicht34 gewickelt. Die Dicke der Schicht34 kann eine für die hier beschriebenen Zwecke beliebige geeignete Dicke sein. Wenn daher ein Bereich des Drucktanksystems26 großer Hitze oder Feuer ausgesetzt ist, wird diese Hitze schnell an das Druckentlastungsventil28 übertragen. Ferner wirkt die Schicht36 als eine Wärmeabschirmung, um Wärme von dem Tank30 abzuweisen. Bei einer Ausführungsform ist das Wärme leitende Material der Schicht34 Aluminium, obwohl gleichermaßen auch andere Materialien anwendbar sind. Auch kann die Wärme leitende Schicht36 durch eine beliebige geeignete Technik an der Kompositschicht34 befestigt sein. -
3 ist eine Längsansicht eines Tanksystems40 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind Wärme leitende Streifen42 in Kontakt mit einem Drucktank44 und in thermischem Kontakt mit einem Druckentlastungsventil46 positioniert. Die Wärme leitenden Streifen42 werden für denselben Zweck, wie oben beschrieben ist, verwendet, um Wärme von einer beliebigen Stelle in dem Tanksystem40 an das Druckentlastungsventil46 zu übertragen. Die Anzahl der Streifen42 , die Dicke der Streifen42 und die Breite der Strei fen42 können für ein bestimmtes Tanksystem als so wirksam wie möglich ausgelegt sein. Auch können die Streifen42 Aluminiumstreifen sein, obwohl jedoch ein beliebiges geeignetes Wärme leitendes Material verwendet werden kann. Ferner können die Streifen42 durch eine beliebige Technik, wie Kleben oder Fügen, an dem Drucktank44 angehaftet werden. - Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt leicht aus einer derartigen Diskussion und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen darin ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, durchgeführt werden können.
Claims (20)
- Drucktanksystem, mit: einem Tank zum Speichern eines Gases unter Druck; einem Druckentlastungsventil, das mit dem Tank gekoppelt ist und dazu dient, den Druck in dem Tank durch Entlasten von Gas darin zu steuern, wenn der Druck in dem Tank einen vorbestimmten Druck überschreitet; und einer Wärme leitenden Vorrichtung, die in thermischem Kontakt mit dem Druckentlastungsventil positioniert ist, wobei die Wärme leitende Vorrichtung Wärme von von dem Druckentlastungsventil beabstandeten Oberflächen des Tanks zu dem Druckentlastungsventil überträgt.
- Tanksystem nach Anspruch 1, wobei die Wärme leitende Vorrichtung ein Wärme leitendes Netz bzw. Maschenmaterial ist, das um eine Außenfläche des Tanks gewickelt ist.
- Tanksystem nach Anspruch 2, wobei das Wärme leitende Netz aus einem Wärme leitenden Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, die umfasst: Stahl, Kupfer und Aluminium.
- Tanksystem nach Anspruch 1, wobei die Wärme leitende Vorrichtung eine Wärme leitende Schicht ist, die den Tank vollständig einkapselt.
- Tanksystem nach Anspruch 4, wobei die Wärme leitende Schicht eine Aluminiumschicht ist.
- Tanksystem nach Anspruch 1, wobei die Wärme leitende Vorrichtung eine Vielzahl Wärme leitender Streifen umfasst, die an einer Außenfläche des Tanks angebracht und voneinander beabstandet sind.
- Tanksystem nach Anspruch 6, wobei die Wärme leitenden Streifen Aluminiumstreifen sind.
- Tanksystem nach Anspruch 1, wobei der Tank eine innere Auskleidungsschicht und eine äußere Kompositschicht aufweist.
- Tanksystem nach Anspruch 1, wobei der Tank ein Wasserstoffgas enthält.
- Tanksystem nach Anspruch 9, wobei das Wasserstoffgas an ein Brennstoffzellensystem geliefert wird.
- Tank zum Speichern eines Gases, wobei der Tank umfasst: ein Druckentlastungsventil, das dazu dient, den Druck in dem Tank zu steuern; und eine Wärme leitende Vorrichtung, die in thermischem Kontakt mit dem Druckentlastungsventil positioniert ist, wobei die Wärme leitende Vorrichtung Wärme an von dem Druckentlastungsventil beabstandeten Stellen zu dem Druckentlastungsventil überträgt.
- Tank nach Anspruch 11, wobei die Wärme leitende Vorrichtung ein Wärme leitendes Netz bzw. Maschenmaterial ist, das um eine Außenfläche des Tanks gewickelt ist.
- Tank nach Anspruch 11, wobei die Wärme leitende Vorrichtung eine Aluminiumschicht ist, die den Tank vollständig einkapselt.
- Tank nach Anspruch 11, wobei die Wärme leitende Vorrichtung eine Vielzahl Wärme leitender Streifen umfasst, die an einer Außenfläche des Tanks angebracht und voneinander beabstandet sind.
- Drucktanksystem zum Speichern von Wasserstoffgas für ein Brennstoffzellensystem, wobei das Tanksystem umfasst: einen Tank zum Speichern des Gases unter Druck; ein Druckentlastungsventil, das mit dem Tank gekoppelt ist und dazu dient, den Druck in dem Tank durch Entlasten des Gases darin zu steuern, wenn der Druck in dem Tank einen vorbestimmten Druck überschreitet; und eine Wärme leitende Vorrichtung, die in Kontakt mit einer Außenfläche des Drucktanks positioniert ist und sich in thermischem Kontakt mit dem Druckentlastungsventil befindet, wobei die Wärme leitende Vorrichtung Wärme von von dem Druckentlastungsventil beabstandeten Oberflächen des Tanks zu dem Druckentlastungsventil überträgt.
- Tanksystem nach Anspruch 15, wobei die Wärme leitende Vorrichtung ein Wärme leitendes Netz bzw. Maschenmaterial ist, das um eine Außenfläche des Tanks gewickelt ist.
- Tanksystem nach Anspruch 15, wobei die Wärme leitende Vorrichtung eine Wärme leitende Schicht ist, die den Tank vollständig einkapselt.
- Tanksystem nach Anspruch 17, wobei die Wärme leitende Schicht eine Aluminiumschicht ist.
- Tanksystem nach Anspruch 15, wobei die Wärme leitende Vorrichtung eine Vielzahl Wärme leitender Streifen umfasst, die an einer Außenfläche des Tanks angebracht und voneinander beabstandet sind.
- Tanksystem nach Anspruch 15, wobei der Tank eine innere Auskleidungsschicht und eine äußere Kompositschicht aufweist.
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