DE102018105642A1

DE102018105642A1 - Verfahren zur Vermeidung von Bränden in Tanksystemen sowie Tanksystem für Methanoltreibstoffe mit einer Brandschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102018105642A1
Application number: DE102018105642.7A
Authority: DE
Inventors: Edgar Harzfeld
Original assignee: Hochschule Stralsund
Current assignee: HARZFELD, EDGAR, PROF. DR.-ING., DE
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-13
Also published as: US11602651B2; WO2019175050A1; US20210052926A1; DE102018105642B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Bränden in Tanksystemen sowie mehrere Ausführungsbeispiele für Tanksysteme für Methanoltreibstoffe mit einer Brandschutzeinrichtung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, welches effektiv zur Vermeidung von Fahrzeugbränden eingesetzt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, Tanksysteme für Methanoltreibstoffe mit einer geeigneten Brandschutzeinrichtung zu versehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung von Bränden in Tanksystemen findet beispielsweise in Fahrzeugen mit einem Antrieb auf Methanolbasis als Kraftstoff Anwendung, wobei ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin besteht, dass im Notfall ein zündunfähiges Gemisch aus Methanol und Wasser erzeugt wird. Die erfindungsgemäßen Tanksysteme enthalten mindestens einen Doppelschichttank und/oder mindestens einen Glockentank und/oder mindestens einen Balgtank.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Bränden in Tanksystemen sowie mehrere Ausführungsbeispiele für Tanksysteme für Methanoltreibstoffe mit einer Brandschutzeinrichtung.
Klimawandel und steigende Ölpreise führen immer mehr zu einem Umdenken in der Nutzung fossiler Brennstoffe. Insbesondere wird auf dem Gebiet alternativer Antriebe nach geeignetem Ersatz geforscht. So sind Methanoltreibstoffe eine mögliche Energiequelle zur Nutzung in Tanksystemen, ähnlich wie es von Otto- und Dieselmotoren bekannt ist.
Neben der Funktionalität spielt die Sicherheit bzw. Beherrschbarkeit dieser Technik eine entscheidende Rolle. Eine Hauptursache für Fahrzeugbrände stellt die Beschädigung der Tank- und Kraftstoffleitung dar, so dass auslaufender Kraftstoff zu einer enormen Gefahrenquelle werden kann. Es ist daher erforderlich, entstehende Brände schnell zu löschen oder gar nicht erst entstehen zu lassen. Daher sind verschiedene Löscheinrichtungen bereits, beispielsweise im Kraftfahrzeug, vorgeschrieben. Bekannt sind z.B. Pulverlöscher, um Brände möglichst schnell vor Ort bekämpfen zu können. Ebenso gibt es bereits automatische Feuerlöschanlage auf Basis von CO₂ oder Pulver.
Eine völlig andere Lösung wird in DE 10352569 A1 offenbart, bei der der brennbare Kraftstoff sich nicht bei einem Brand entzünden kann. Dazu wird ein Kraftstoffbehälter mittels einer zwischen zwei Behältermänteln eingebauten Intumeszenzmasse vor Bränden geschützt.
Die Lösung in dem deutschen Patent DE 4118026 C2 beschreibt ein in der Treibstoffleitung installiertes Magnetventil, welches das Austreten von Kraftstoff verhindert. Gleichzeitig wird Löschmittel durch elastische Rohrleitungen an kritischen Zonen eingebracht.
In DE 4118026 C2 wird eine Vorrichtung zum Verhindern eines bei einem Störfall auftretenden Brandes in Kraftfahrzeugen offenbart, bei welcher der unter hohem Druck aus einer beschädigten, z.B. gerissenen Treibstoffleitung austretende Treibstoff sofort und selbsttätig mit Hilfe eines mit Unterdruck beaufschlagten Auffangbehälters abgezogen wird, damit eine Entzündung des austretenden Treibstoffes wirksam verhindert wird. Der Unterdruckbehälter ist über ein Magnetventil mit der Treibstoffleitung verbunden. Im Gefahrenfall wird das Magnetventil selbsttätig gesteuert, so dass im Gefahrenfall die Treibstoffleitung unverzüglich entleert und damit verhindert wird, dass Treibstoff in der gerissenen Treibstoffleitung entzündet wird.
Andere Systeme arbeiten mit einem Schutzgas, wodurch die Explosionsgefahr eines Treibstofftanks verhindert werden kann. In der Lösung nach DE 102005054885 B4 wird dazu das im Betrieb des Brennstoffzellensystems von der Brennstoffzelle erzeugte Abgas als Schutzgas genutzt.
Eine weitere Möglichkeit zur Verhinderung von Bränden wird in CN 105258148 A aufgezeigt. Ein Flüssigkeitskraftstofftank, beispielsweise für Methanol, ist in einem Wassertank angeordnet und fast vollständig von Wasser umgeben. Eine Kraftstoffleitung wird über ein Drei-Wege-Ventil zum Verbrennungsmotor geführt. An dem Drei-Wege-Ventil liegt gleichzeitig eine Leitung für das in dem Wassertank befindliche Wasser an. Eine elektromagnetische Ventilsteuerung öffnet im Normalfall die Kraftstoffleitung. Bei Ausbruch eines Feuers wird jedoch die Wasserleitung geöffnet, so dass sich der in der Kraftstoffleitung befindliche Kraftstoff mit dem Wasser mischt.
Schnellbereitschaftsanlagen werden bereits heute zur Vermeidung von Stromausfällen innerhalb sensibler Verbrauchergruppen eingesetzt. Hierzu zählen insbesondere Wohngebiete, Industrieparks, Schulen, Krankenhäuser, Lebensmittelmärkte, Kühlhäuser, Sportstadien, Wasserversorgungsanlagen und Altenheime. Diese Verbraucher besitzen in der Regel ein Notstromaggregat, das mit einem Dieselmotor betrieben wird.
Schnellbereitschaftsanlagen nach dem Stand der Technik sind dadurch gekennzeichnet, dass sie ausschließlich einen Notbetrieb absichern können, der eine Notbeleuchtung und/oder Notfahrweisen von technischen Anlagen, z.B. Pumpbetrieb, einer Pumpenanlage vorsieht. Schnellbereitschaftsanlagen nach dem Stand der Technik sind nicht in der Lage, Strom, Wärme und Treibstoff abzugeben. Diese zusätzlichen Funktionen sind neu.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, welches effektiv zur Vermeidung von Fahrzeugbränden eingesetzt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, Tanksysteme für Methanoltreibstoffe mit einer geeigneten Brandschutzeinrichtung zu versehen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung von Bränden in Tanksystemen findet beispielsweise in Fahrzeugen mit einem Antrieb auf Methanolbasis als Kraftstoff Anwendung, wobei ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin besteht, dass im Notfall ein zündunfähiges Gemisch aus Methanol und Wasser erzeugt wird.
Das Verfahren verwendet eine Brandschutzeinrichtung, welche mindestens einen Methanoltank mit Methanol und mindestens einen separaten Wassertank mit Wasser enthält. Durch ein Steuersignal von mindestens einem Airbagsystem und/oder mindestens einem Brandwarnsystem aus dem mindestens einen Wassertank Wasser in das Methanol oder aus dem mindestens einen Methanoltank Methanol in das Wasser freigesetzt wird, wodurch ein Wasser-Methanol-Gemisch entsteht, welches mit seinen Stoffeigenschaften eine wirksam Zündgrenze unterschreitet.
Das Verfahren wird weiter ausgeführt dadurch, dass gleichzeitig mit einem Auslösen des mindestens einen Airbagsystems und/oder mindestens einen Brandwarnsystems das Steuersignal an einen Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird, wobei das Tanksystem aus einem Doppelschichttank besteht, bei welchem der Wassertank in der oberen Hälfte des Methanoltanks angeordnet ist, und wenigstens zwei Schotten-Auslöseeinheiten mit integrierten Schotten sowohl mit dem Methanoltank als auch mit dem Wassertank in Wirkverbindung stehen. Wenigstens eine Stempel-Auslöseeinheit steht ebenfalls mit dem Wassertank in Wirkverbindung. Die Schotten-Auslöseeinheiten und die Stempel-Auslöseeinheit werden durch das Steuersignal aktiviert, wodurch Wasser aus dem Wassertank in den Methanoltank mittels geöffneter Schotten geleitet wird.
Das Verfahren wird weiter ausgeführt dadurch, dass bei Aktivierung der Schotten-Auslöseeinheiten durch die integrierten Schotten der Wassertank geöffnet wird, wobei das Wasser in den Methanoltank strömt, und gleichzeitig durch die Stempel-Auslöseeinheit eine flächige, horizontale Gummimembran, welche den Wassertank in zwei Bereiche teilt und in dem Wassertank beweglich angeordnet und mit der Stempel-Auslöseeinheit verbunden ist, gegen den Tankboden des Wassertanks gedrückt wird, um das Ausströmen des Wassers zu beschleunigen. Die Schotten dichten den Wassertank in Richtung Methanoltank ab und die Gummimembran ist im Betriebsfall entspannt.
Das Verfahren wird weiter ausgeführt dadurch, dass gleichzeitig mit einem Auslösen des mindestens einen Airbagsystems und/oder mindestens einen Brandwarnsystems das Steuersignal an einen Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird, wobei das Tanksystem aus einem Glockentank besteht, welcher den Methanoltank umfasst. Der Methanoltank ist in dem Wassertank angeordnet. Eine Wasserglocke, welche mit Wasser gefüllt ist weist eine Verbindung zum Wassertank auf. Die Wasserglocke ist als ein vertikal schwingendes System in dem Methanoltank vertikal beweglich angeordnet. Durch das Steuersignal wird ein Fixier- und Auslösesystem aktiviert, um das Wasser aus dem Wassertank und der Wasserglocke in den Methanoltank zu leiten. Die Wasserglocke wird mittig, entlang eines Rohrzentrierers, welcher mit dem Tankboden des Wassertanks und mit dem Boden des Methanoltanks fest verbunden ist, geführt. Die Wasserglocke bewegt sich in dem Methanoltank vertikal. Eine Rückholfeder zwischen einer Tankdeckenplatte des Methanoltanks und der Oberseite der Wasserglocke versetzt bei Aktivierung des Fixier- und Auslösesystems die Wasserglocke) in eine vertikale Schwingung entlang des Rohrzentrierers
Das Verfahren wird weiter ausgeführt dadurch, dass gleichzeitig mit einem Auslösen des mindestens einen Airbagsystems und/oder mindestens einen Brandwarnsystems das Steuersignal an einen Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird, wobei das Tanksystem aus einem Balgtank besteht, welcher einen oberen Balg als Wassertank mit Wasser, den Methanoltank mit Methanol und einen unteren, zusammengezogenen Balg umfasst. Der obere Balg, der Methanoltank und der untere Balg sind übereinander durch ein Balg-Verbindungsrohr wirkverbunden angeordnet. Eine Airbag-Auslöseeinheit, welche an einer Oberseite des Wassertanks angeordnet ist und eine Airbag-Auslöseeinheit, welche an einer Unterseite des Methanoltanks angeordnet ist, werden aktiviert, um das Wasser aus dem Wassertank und der Wasserglocke in den Methanoltank zu leiten. Nach Aktivierung der Airbag-Auslöseeinheit wird der untere Balg freigegeben, indem sich das Balg-Verbindungsrohr in Richtung unterer Balg bewegt, wobei wenigstens zwei Öffnungen zwischen dem Wassertank und dem Methanoltank und wenigstens zwei Durchführungen zwischen dem Methanoltank und dem unteren Balg frei gegeben werden, so dass Wasser aus dem oberen Balg in den Methanoltank fließt, sich mit dem Methanol mischt und als Wasser-Methanol-Gemisch in den unteren Balg fließt.
Das Verfahren wird weiter ausgeführt dadurch, dass gleichzeitig mit einem Auslösen des mindestens einen Airbagsystems und/oder mindestens einen Brandwarnsystems das Steuersignal an einen Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird, wodurch in einer Schnellbereitschaftsanlage mindestens ein Doppelschichttank und/oder mindestens ein Glockentank und/oder mindestens ein Balgtank aktiviert wird, um das Wasser aus dem Wassertank oder aus dem Wassertank und der Wasserglocke in den Methanoltank zu leiten.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Tanksystem für Methanoltreibstoffe mit einer Brandschutzeinrichtung, welche mindestens einen Methanoltank mit Methanol und mindestens einen separaten Wassertank mit Wasser enthält. Der Wassertank ist in der oberen Hälfte des Methanoltanks angeordnet und zusammen bilden der Methanoltank und der Wassertank einen Doppelschichttank. Wenigstens zwei Schotten-Auslöseeinheiten mit integrierten Schotten stehen sowohl mit dem Methanoltank als auch mit dem Wassertank in Wirkverbindung. Eine Stempel-Auslöseeinheit steht außerdem mit dem Wassertank in Wirkverbindung. Die Schotten-Auslöseeinheiten und die Stempel-Auslöseeinheit sind mit einer Steuer- und Aktivierungseinheit verbunden. Eine flächige Gummimembran teilt den Wassertank in zwei Bereiche und ist in dem Wassertank beweglich angeordnet und mit der Stempel-Auslöseeinheit verbunden. Die Schotten dichten den Wassertank in Richtung Methanoltank ab und die Gummimembran ist im Betriebsfall entspannt. Als Betriebsfall ist im Sinne der Erfindung die normale Anwendung, nicht der Havariefall zu verstehen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Tanksystem mit einer Brandschutzeinrichtung, welche mindestens einen Methanoltank mit Methanol und mindestens einen separaten Wassertank mit Wasser enthält, wobei der Methanoltank in dem Wassertank in der Art angeordnet ist, dass der Methanoltank von dem Wasser umgeben ist, und eine Wasserglocke mit Wasser gefüllt ihrerseits im Methanoltank angeordnet und mit dem Boden des Methanoltanks abgedichtet verbunden ist. Die Wasserglocke hat mittels Durchführungen im Boden des Methanoltanks eine offene Verbindung zu dem Wassertank. Die Wasserglocke ist entlang eines Rohres zur Wasserbefüllung und Entlüftung vertikal beweglich in dem Methanoltank angeordnet. Ein Fixier- und Auslösesystem ist mit einer Steuer- und Aktivierungseinheit verbunden. Das Fixier- und Auslösesystem ist über das Rohr zur Wasserbefüllung und Entlüftung mit der Wasserglocke verbunden. In dem Rohr zur Wasserbefüllung und Entlüftung ist ein Rohrzentrierer mit dem Tankboden des Wassertanks und mit dem Boden des Methanoltanks fest verbunden, so dass die Wasserglocke mittig geführt ist. Eine Rückholfeder ist zwischen einer Tankdeckenplatte des Methanoltanks und der Oberseite der Wasserglocke angeordnet.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Tanksystem mit einer Brandschutzeinrichtung, welche mindestens einen Methanoltank mit Methanol und mindestens einen separaten Wassertank mit Wasser enthält, wobei der Methanoltank mit dem Wassertank über ein Balgsystem miteinander verbunden ist und so ein Balgtank gebildet wird. Der Balgtank ist in einem Gehäuse geführt. In einem oberen Balg, oberhalb des Methanoltanks, ist der Wassertank angeordnet und unterhalb des Methanoltanks ist ein unterer Balg angeordnet, welche im Normalbetrieb gespannt und nach der Auslösung entspannt sind. Ein Balg-Verbindungsrohr verbindet den unteren Balg mit dem oberen Balg. Zwischen dem Wassertank und dem Methanoltank sind wenigstens zwei Öffnungen angeordnet, welche durch einen Abdichtteller im Betriebsfall verschlossen sind. Zwischen dem Methanoltank und dem unteren Balg sind wenigstens zwei Durchführungen angeordnet, welche durch eine lösbare Deckplatte des unteren Balgs abgedichtet sind. Eine Airbag-Auslöseeinheit und Wasserbefüllung, welche an einer Oberseite des Wassertanks angeordnet ist und eine Airbag-Auslöseeinheit und Wasser-Methanol-Gemisch Entleerung, welche an einer Unterseite des Methanoltanks angeordnet ist, sind über das Balg-Verbindungsrohr miteinander und mit einer Steuer- und Aktivierungseinheit verbunden. Der Abdichtteller ist mit dem Balg-Verbindungsrohr fest verbunden, wodurch durch die Airbag-Auslöseeinheiten im Brandfall die Öffnungen frei gegeben werden. Der Methanoltank ist in einem Gehäuse angeordnet, welches in seiner Verlängerung oberhalb und unterhalb des Methanoltanks eine Balgführung für den oberen Balg und den unteren Balg darstellt. Der Abdichtteller ist an seiner Unterseite mit einer Rückholfeder fest verbunden, welche an ihrem gegenüberliegenden Ende mit dem Tankboden des Methanoltanks fest verbunden ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Tanksystem, das mit einer Schnellbereitschaftsanlage zur Umwandlung und Speicherung von elektrischer Energie in chemische Energie mittels einer Methanolspeicheranlage verbunden ist, wobei das Tanksystem mindestens einen Doppelschichttank und/oder mindestens einen Glockentank und/oder mindestens einen Balgtank enthält, wobei aus Abgas einer Gasturbine gewonnenes Wasser über einen Wasserabscheider der Schnellbereitschaftsanlage dem Wassertank des Tanksystems zugeführt wird.
Durch die Erfindung werden folgenden Problemstellungen gelöst:

1) Gewährleistung eines schrittweisen Übergangs von ölbasierten auf wasserstoffbasierte Treibstoffe durch Nutzung aller Systemvorteile (z.B. Wassermischbarkeit von Methanol).
2) Vermeidung von Fahrzeugbränden infolge einer Tank- oder Kraftstoffleitungsbeschädigung mit Kraftstoffaustritt durch Zumischung von Wasser zur Unterschreitung der Zündgrenze des Kraftstoffs.
3) Zerstörungsfreie und kurzfristige Wiederherstellbarkeit der vollen Funktionalität des Tanksystems nach Ansprechen und Wirksamwerden der Brandschutzeinrichtung durch Kammerrückstellung und Kammerfüllung mit Wasser.
4) Erweiterung bestehender Airbagsysteme für den Personenschutz durch einen Tankschutz, der verhindert, dass Fahrzeugbrände nach dem Ansprechen des Airbagsystems auftreten können.

Vorteile der Erfindung sind, dass weder der Fahrzeugführer noch andere Beteiligte einen Brand löschen muss, da verhindert wird, dass dieser entstehen kann. Der Brandschutz wirkt sozusagen an der Quelle im Tank. Die Lösung kann mit einem geringen technischen Aufwand umgesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil ist die zerstörungsfreie Wiederherstellbarkeit der Funktionalität des Tanksystems nach Ansprechen und Wirksamwerden, da der Tank selbst nicht beschädigt wird. Da das hier vorgeschlagene Tanksystem lediglich erneut vorgespannt und mit Wasser gefüllt werden muss, kann es beliebig oft verwendet werden.
Da alternative Kraftstoffe immer mehr an Bedeutung gewinnen, ist es ein besonderer Vorteil, wenn die Sicherheit der Fahrzeuge durch die Erfindung erhöht werden kann. Dabei kann die Erfindung sowohl im Bereich der Kraftfahrzeuge, als auch für Baumaschinen oder Landwirtschaftsmaschinen genutzt werden. Ebenso wäre eine modifizierte Anwendung auf Schiffen, in Eisenbahnen oder in Flugzeugen vorstellbar.
Die erfindungsgemäße Schnellbereitschaftsanlage kann große Leistungen nahezu unbefristet bereitstellen. Der hierzu erforderliche Speicher (Methanoltank) ist sehr kostengünstig und aktuellen Batterielösungen in allen Belangen überlegen. Hinzu kommt, dass die Schnellbereitschaftsanlage mittels Reformer (Methanol zu Wasserstoff und CO2) im Hot-Standby-Betrieb mit sehr schnellen Reaktionszeiten und mit kontinuierlicher Wärmeproduktion für optionale Wärmeauskopplung betrieben werden kann, wodurch sehr schnelle Lastwechsel realisierbar sind. Da die Schnellbereitschaftsanlage bis zur Netzunterbrechung ununterbrochen elektrische Energie aus dem speisenden Netz (Erzeugernetz) bezieht, kann die Anlage auch Zusatzfunktionen übernehmen. Hierzu zählen beispielsweise die Anfahrhilfe für Windparks und eine Tankstellenfunktion für selbst produziertes Methanol.
Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen

1 ein Tanksystem (Doppelschichttank) nach einer Auslösung,
2 ein Tanksystem (Doppelschichttank) vor der Befüllung,
3 ein Tanksystem (Doppelschichttank) bei der Befüllung,
4 ein Tanksystem (Glockentank) nach einer Auslösung,
5 ein Tanksystem (Glockentank) in Betrieb,
6 ein Tanksystem (Balgtank) außer Betrieb,
7 ein Tanksystem (Balgtank) in Betrieb,
8 eine Schnellbereitschaftsanlage mit Tanksystem in Betrieb,
9 ein Tanksystem (Doppelschichttank) mit variablem Wasserspeicher einer Schnellbereitschaftsanlage,
10 ein Tanksystem (Glockentank) mit variablem Wasserspeicher einer Schnellbereitschaftsanlage,
11 ein Tanksystem (Balgtank) mit variablem Wasserspeicher einer Schnellbereitschaftsanlage,

Es werden verschiedene Ausführungsbeispiele gezeigt. Die Bezugszeichen sind in allen Ausführungsbeispielen gleich gewählt, sofern die gleichen Teile benannt sind. Neben einem Methanoltank 106 für Methanol 6 und einem Wassertank 107 für Wasser 7 sind auch eine Steuer- und Aktivierungseinheit sowie Zu- und Ableitungen, beispielsweise für Methanol 6 und Wasser 7, mit dem Tanksystem verbunden. Die Steuer- und Aktivierungseinheit steht mit einem, hier nicht gezeigten Airbag- und/oder Brandwarnsystem in Wirkverbindung und empfängt dessen Steuer-Signale. Bei normalem Betrieb ist der Methanoltank 106 wie üblich betankt. Wird bei einem Unfall oder einer Havarie beispielsweise das Airbagsystem oder das Brandwarnsystem ausgelöst, wird ein Signal an den Empfänger der Steuer- und Aktivierungseinheit weitergeleitet.
Doppelschichttank
In 1 wird das erfindungsgemäße Tanksystem mit einer deaktivierten Brandschutzeinrichtung nach einer Auslösung gezeigt. Mittels zweier Auslöseeinheiten, die mit einem Airbagsystem verbunden sind, werden im Notfall zwei geschlossene Schotten des Wassertanks 107 geöffnet, wodurch Wasser 7 bzw. ein Wasser-Methanol-Gemisch 76 (Frostschutzmaßnahme) in den Methanoltank 106 gelangen kann. Eine dritte Auslöseeinheit bringt einen Wasserairbag zum Einsatz, der dazu beiträgt, dass das Wasser 7 sehr schnell in den Methanoltank 106 gelangen kann. Das Wasser 7 bzw. das Wasser-Methanol-Gemisch 76 vermischt sich mit dem im Methanoltank 106 enthaltenen Methanol 6 und trägt dazu bei, die Zündfähigkeit des Gemisches so weit zu reduzieren, dass das entstehende Gemisch keinen Brand auslösen kann. Nach einer Airbagauslösung, kann das Wasser-Methanol-Gemisch 76 über ein separates Ventil am Methanoltank 106 abgenommen werden und der Tank gespült werden.
Das Tanksystem nach 1 besteht im Wesentlichen aus einem Methanoltank 106, einem Wassertank 107, zwei Schotten-Auslöseeinheiten 101 mit integrierten Schotten, einer Stempel-Auslöseeinheit 102 mit einem Stempel und einer flächigen Gummimembran 100, welche den Wassertank 107 in zwei Bereiche teilt und in dem Wassertank 107 beweglich angeordnet ist, einer Luftkammer 103 oberhalb der Gummimembran 100, einer Methanolzuführung 104 und einer Methanolabführung 105. Die Schotten-Auslöseeinheiten 101 und die Stempel-Auslöseeinheit 102 stehen mit einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems in Wirkverbindung.
Der Methanoltank 106 ist in dieser Darstellung leer. Sämtliche Auslöseeinheiten, hier die Schotten-Auslöseeinheit 101 und die Stempelauslöseeinheit 102 haben angesprochen und befinden sich in der Sicherheitsendlage, die gleichbedeutend mit einem spannungsfreien Zustand zu sehen ist. Die Schotten des Wassertanks 107 sind geöffnet. Das zuvor darin befindliche Wasser 7 wurde in den Methanoltank 106 geleitet und hat sich dort mit Methanol 6 gemischt. Das Gemisch hat die Zündgrenze unterschritten und einen Fahrzeugbrand verhindert. Im Anschluss wurde das Wasser-Methanol-Gemisch 76 über die Methanolabführung 105 abgepumpt.
Im Methanoltank 106 wurde der Wassertank 107 so integriert, dass im Gefahrenfall „Airbag-Auslösung“ ein Steuersignal an den Empfänger der Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird und Wasser 7 aus dem Wassertank 107 in den Methanoltank 106 mittels geöffneter Schotten geleitet wird. Die Schotten werden über Schotten-Auslöseeinheiten 101, die mit dem Airbagsystem und/oder dem Brandwarnsystem (kurz Airbagsystem) verbunden sind, geöffnet. Im gleichen Moment wird durch das Airbagsystem die Stempel-Auslöseeinheit 102 mit dem Stempel und der Gummimembran 100 aktiviert, wodurch der Stempel mittels einer vorgespannten Feder gegen den Tankboden des Wassertanks 107 gedrückt wird. Der im Wassertank enthaltene Wasserairbag besteht aus einem an den Rändern der Tankdecke des Wassertanks 107 befestigten Gummimembran 100, in deren Mitte ein flächiger Stempel ansetzt, der dafür sorgt, dass die Gummimembran 100 flächig, im Umfang der Stempelfläche, von der Tankdecke in Richtung Wassertankboden gedrückt werden kann. Dadurch ist es möglich, sehr viel Wasser 7 in kürzester Zeit aus dem Wassertank 107 in den Methanoltank 106 zu befördern. Die Kombination aus Stempel und Gummimembran 100 beansprucht ca. 2/3 des Gesamtvolumens des Wassertanks 107. Mit der Aktivierung der Stempel-Auslöseeinheit 102 wird der Wassertank 107 bis zu 2/3 seines Volumens schlagartig entleert.
2 zeigt das Tanksystem in einem vorläufigen betriebsbereiten Zustand. Vorläufig deshalb, da der Wassertank 107 noch nicht mit Wasser 7 gefüllt wurde. Zur Wiederherstellung der Funktionstüchtigkeit des Doppelschichttanks und seiner Schutzeinrichtungen werden die seitlichen Schotten der Schotten-Auslöseeinheit 101 geschlossen. Der Wasserairbag wird gespannt und der Wassertank 107 gefüllt. Die Schutzeinrichtung ist nun für einen neuen Einsatz vorbereitet. Der Methanoltank kann nun ohne Probleme gefüllt (Tanken) oder entleert (Treibstoffabgabe an den Motor) werden. Der Stempel der Stempel-Auslöseeinheit 102 ist vorgespannt und bereit für eine Auslösung.
3 zeigt das Tanksystem während der Wasserbefüllung des Wassertanks 107. Die Wasserbefüllung wird über die Stempel-Auslöseeinheit 102 vorgenommen. Im Anschluss an die Befüllung des Wassertanks 107 wird die Wasserzuführung der Stempel-Auslöseeinheit 102 dicht verschlossen und die vollständige Betriebsbereitschaft des Airbagsystems hergestellt. Die Brandschutzeinrichtung ist wieder verwendbar, da keine Zerstörung der Brandschutzeinrichtung stattfindet.
Leckagen an den Schotten des Doppelschichttanks sind sehr unwahrscheinlich. Sollten Leckagen auftreten, so würde eine Füllstandskontrolle mittels eines metallisch beschichteten Auftriebskörpers, der mit Luft gefüllt ist, in einem Messröhrchen zu einer Kontaktunterbrechung (zwei Kontakte an der Wassertankdecke werden mittels eines Auftriebskörpers verbunden) führen und die Leckage signalisieren. Im Falle einer Leckage, ist der Tank zu überprüfen und die Schotten zu wechseln.
Glockentank
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in 4 und 5 gezeigt. 4 zeigt das Tanksystem nach einer Auslösung des Airbagsystems.
In einem Wassertank 107 befindet sich ein Methanoltank 106. Mittels einer Wasserglocke 210 werden Durchführungen im Methanoltank 106 in Richtung Wassertank 107 geöffnet, so dass Wasser 7 in den Methanoltank 106 gelangen kann und ein Wasser-Methanol-Gemisch 76 entsteht, das dazu führt, dass das Gemisch die Zündgrenze von reinem Methanol 6 unterschreitet und ein Treibstoffbrand verhindert wird.
Der Methanoltank 106 verfügt über eine Tankdeckenplatte mit Versteifungen 201 die dafür sorgen, dass das Airbagsystem, welches mit der Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems in Wirkverbindung steht, ein Fixier- und Auslösesystem 202 steuern kann. Die Wasserzuführung zum Wassertank 107 erfolgt über eine geöffnete Verschlusskappe für Wasserzuführung und Druckentlastung 203. Das Druckausgleichsystem 204 stellt sicher, dass der erwünschte Mischvorgang von Wasser 7 und Methanol 6 zu einem Wasser-Methanol-Gemisch 76 sehr schnell verlaufen kann.
Die Wasserglocke 210 im Methanoltank 106 ist über eine starre Rohrverbindung, Rohr zur Wasserbefüllung und Entlüftung 206, mit der Airbagsteuerung und dem Fixier- und Auslösesystem 202 verbunden. In der starren Rohrverbindung, Rohr zur Wasserbefüllung und Entlüftung 206, befindet sich ein Rohrzentrierer 207. Der Rohrzentrierer 207 ist sowohl auf dem Tankboden des Wassertanks 107 als auch auf dem Boden des Methanoltanks 106 (Tankboden 208 mit Versteifung) fest fixiert und garantiert somit, dass die Wasserglocke 210 immer mittig geführt wird. Zwischen der Wasserglocke 210 und der Tankdeckenplatte 201 mit Versteifungen ist eine Rückholfeder 205 für die Wasserglocke 210 installiert. Die Wasserglocke 210 wird dabei durch eine Rückholfeder 205 auf den Methanoltankboden gepresst. Um zu vermeiden, dass Wasser 7 aus der Wasserglocke 210 austritt, wird die Wasserglocke 210 in einem Abdichtring auf dem Methanoltankboden fixiert. Die Rückholfeder 205 für die Wasserglocke 210 ist nach einer Auslösung entspannt.
Auf dem Wassertankboden ist ein Rohrzentrierer 207 befestigt, der dafür sorgt, dass die Wasserglocke 210 eine exakte Position einnehmen kann. Der Rohrzentrierer 207 befindet sich in einem Befestigungs- und Versorgungsrohr. Das Befestigungsrohr dient der Befestigung der Wasserglocke 210. Darüber hinaus wird über das Befestigungsrohr auch die Wasserversorgung, die Wasserbefüllung und der erforderliche Druckausgleich der Wasserglocke 210 vorgenommen. Mittels eines Schlauchs, der bei geöffneter Verschlusskappe 203 für die Wasserzuführung und Druckentlastung in das Rohr 206 zur Wasserbefüllung und Entleerung eingeführt wird, um den Rohrzentrierer 207 zu ereichen, wird über den Rohrzentrierer 207 das Wasser-Methanol-Gemisch 76 aus dem Wassertank 107 abgepumpt.
5 zeigt das Tanksystem im betriebsbereiten Zustand. Die Wasserglocke 210 wurde auf dem Dichtring 209 für die Wasserglocke 210 fixiert und sowohl über das Rohr 206 zur Wasserbefüllung und Entlüftung als auch über das Fixier- und Auslösesystem 202 auf den Dichtring 209 gepresst. Dabei wurde die Rückholfeder 205 für die Wasserglocke 210 gespannt.
Die Wasserglocke 210 und der Wasserbehälter 107 werden bei geöffneter Verschlusskappe 203 mit Wasser 7 gefüllt. Im Anschluss wir die Verschlusskappe für Wasserzuführung und Druckentlastung 203 geschlossen und das Airbagsystem zugeschaltet.
Die Auslöseeinheit befindet sich auf der Methanoltankdecke, am oberen Ende der Rückholfeder 205. Die Auslösung des Airbagsystems führt dazu, dass sich das Fixier- und Auslösesystem von der Oberseite der Tankdeckenplatte mit Versteifung 201 löst und mittels Federkraft der Rückholfeder 205 für die Wasserglocke 210, die an der Unterseite der Tankdeckenplatte mit Versteifungen 201 und auf der Oberseite der Wasserglocke 210 fixiert ist, nach oben bewegt. Die Wasserglocke 210 folgt dieser Bewegung entlang des Rohrzentrierers 207. Dadurch gelangt das in der Wasserglocke 210 und im Wassertank 107 enthaltene Wasser 7 in den Methanoltank 106 und verdünnt das Methanol 6 so stark, dass es seine Zündfähigkeit verliert. Infolge von Federschwingungen der Rückholfeder 205, die sich auf die Wasserglocke 210 übertragen, erfolgt eine zügige Gemischbildung aus Methanol 6 und Wasser 7 zu einem Wasser-Methanol-Gemisch 76. Ein Druckausgleichssystem sorgt dafür, dass der Druck im Methanoltank 106 und in der Wasserglocke 210 gleich groß sind. Der Druckausgleich ist eine wesentliche Voraussetzung für die Funktionstüchtigkeit der Brandschutzeinrichtung. Der Glockentank kann nach einer Auslösung wieder verwendet werden. Hierzu ist das Wasser-Methanol-Gemisch 76 aus dem Methanoltank 106 und dem Wassertank 107 zu entfernen und zu spülen.
Balgtank
Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Balgtank ist in den 6 und 7 mit einem Balgtank zu sehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Balgtank ist der Methanoltank 106 mit dem Wassertank 107 über ein Balgsystem miteinander verbunden. Der Methanoltank 106 befindet sich zwischen zwei Balgeinheiten. Der obere Balg 312 ist als Wassertank 107 im Normalbetrieb, bei maximalem Volumen, mit Wasser 7 gefüllt und gespannt. Der untere Balg 309 ist bei minimalem Volumen gespannt und über ein Balg-Verbindungsrohr 306 mit dem oberen Balg 312 verbunden. Der untere Balg 309 und der obere Balg 312 sind im Betriebszustand gespannt und nach einer Auslösung entspannt. Ein Balg-Verbindungsrohr 306 verbindet den unteren Balg 309 mit dem oberen Balg 312. Das Balg-Verbindungsrohr 306 verfügt über Abdichtungseinheiten, die den oberen Balg 312 gegen den Methanoltank 106 solange abdichten, bis ein Airbagsignal die Auslösung veranlasst. Zwischen dem Wassertank 107 und dem Methanoltank 106 sind wenigstens zwei Öffnungen 314 angeordnet, welche durch einen Abdichtteller 305, welcher mit dem Balg-Verbindungsrohr 306 fest verbunden ist, im Betriebsfall verschlossen sind. Zwischen dem Methanoltank 106 und dem unteren Balg 309 sind wenigstens zwei Durchführungen 308 angeordnet, welche durch eine lösbare Deckplatte des unteren Balgs 309 abgedichtet sind. Eine Airbag-Auslöseeinheit und Wasserbefüllung 301, welche an einer Oberseite des Wassertanks 107 angeordnet ist und eine Airbag-Auslöseeinheit und Wasser-Methanol-Gemisch Entleerung 311, welche an einer Unterseite des Methanoltanks 106 angeordnet ist, sind über das Balg-Verbindungsrohr 306 miteinander und mit einem Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit verbunden. Im Falle einer Auslösung wird die gespannte Feder des oberen Balgs 312 freigeben und die Balgfeder drückt das Balg-Verbindungsrohr 306 in Richtung unterer Balg 309. Dadurch werden sowohl die obere als auch die untere Abdichtung zum Methanoltank 106 geöffnet. Wasser 7 aus dem oberen Balg 312 kann nun in den Methanoltank 106 gelangen und sich mit Methanol 6 mischen. Da bei einer Airbagauslösung nicht nur die obere Federentspannung (oberer Balg 312), sondern auch die untere Federentspannung (unterer Balg 309) einsetzt, wird das entstehende Methanol-Wasser-Gemisch 76 in den unteren Balg gezogen und dort gesammelt. Das Methanol-Wasser-Gemisch 76 kann über einen Adapter und eine Auslassöffnung am unteren Balg 309 abgepumpt werden.
6 zeigt das Tanksystem nach einer Auslösung. Vom oberen Balg 312 ist lediglich die Deckplatte 303, die Balgfeder 304 (entspannt) sowie die Airbag-Auslöseeinheit und Wasserbefüllung 301 zu sehen. Der obere Balg 312 und der untere Balg 309 werden in einer Balgführung 302 oberhalb und unterhalb des Methanoltanks 106 geführt. Die Deckplatte 303 des oberen Balgs 312 und die Deckplatte 313 des unteren Balgs 309 werden über das Balg-Verbindungsrohr 306 starr verbunden. Am Balg-Verbindungsrohr 306 ist ebenfalls ein Abdichtteller 305 für wenigstens zwei Öffnungen 314 vom oberen Balg 312 zum Methanoltank 106 fest fixiert. Die Rückholfeder 307 für den Abdichtteller 305 ist an der Unterseite des Abdichttellers 305 und an der Oberseite des Tankbodens des Methanoltanks 106 fest fixiert.
Nach einer Auslösung der Airbag-Auslöseeinheit 311, die gespannt an der Unterseite des Methanoltanks 106 eingerastet war, wird der untere Balg 309, und hier insbesondere die gespannte Balgfeder 310, freigegeben. Das Balg-Verbindungsrohr 306 bewegt sich in Richtung unterer Balg 309 und gibt die Öffnungen 314 in Richtung oberer Balg 312 frei. Die freigegebenen Öffnungen 314 wurden zuvor vom Abdichtteller 305 verschlossen. Zeitgleich werden Durchführungen 308 auf der Unterseite des Methanoltanks 106 in Richtung des unteren Balgs 309 zum Methanoltank 106 geöffnet, die zuvor durch die Deckplatte des unteren Balgs 309 abgedichtet wurden. Wasser 7 aus dem oberen Balg 312 kann nun ungehindert in den Methanoltank 106 fließen, sich mit Methanol 6 mischen und als Wasser-Methanol-Gemisch 76 in den unteren Balg 309 fließen.
7 zeigt das Tanksystem im betriebsbereiten Zustand. Der obere Balg 312 ist als Wassertank 107 mit Wasser 7 gefüllt. Die Balgfeder 304 des oberen Balgs 312 ist gespannt. Die Airbag-Auslöseeinheit und Wasser-Methanol-Gemisch Entleerung 311 (kurz Airbag-Auslöseeinheit 311) ist auf der Unterseite des Methanoltanks 106 eingerastet. Die Balgfeder 310 des unteren Balgs 309 ist ebenfalls gespannt. Bei einer Auslösung des Airbag- und/oder Brandschutzsystems wird die Airbag-Auslöseeinheit 311, die zur Spannung der Balgfedern 304 und 310 sowie der Rückholfeder für Abdichtteller 307 dient, von der Unterseite des Methanoltanks 106 aus einer mechanischen Einrastung gelöst. Die Federkräfte des oberen Balgs 312 und des unteren Balgs 309 sowie der Rückholfeder 307 pressen Wasser 7 aus dem oberen Balg 312 (Wassertank 107) in den Methanoltank 106 und weiter ein Wasser-Methanol-Gemisch 76 in den unteren Balg 309.
Schnellbereitschaftsanlage
Die 8a, 8b und 8c zeigen eine Schnellbereitschaftsanlage mit Tanksystem in Betrieb und die 9 bis 11 die verschiedenen Tanksysteme in der Anwendung mit einer Schnellbereitschaftsanlage. Tanksysteme stellen Speicheranlagen dar, die im Falle eines Energieausfalls Energie bereitstellen können. In Kombination mit Energiewandlungsanlagen wie beispielsweise einer Methanolanlage sowie einer Rückverstromungsanlage, besteht die Möglichkeit Tanksysteme sehr effizient zu nutzen. Im ungestörten Betrieb, wäre es beispielsweise möglich, günstigen Überschussstrom mittels einer Methanolsyntheseanlage in Tanksystemen zu speichern. Im Falle einer Netzstörung, die eine Netztrennung des Verbrauchers zur Folge haben kann, wird über das Tanksystem und eine Rückverstromungsanlage eine Weiterversorgung des Verbrauchers sichergestellt. Sämtliche Einsatzmedien einer Schnellbereitschaftsanlage können für das Tanksystem zum Einsatz kommen. Wesentliche Einsatzmedien einer Schnellbereitschaftsanlage sind Wasser 7 und Methanol 6.
Die Schnellbereitschaftsanlage wandelt und speichert elektrische Energie in chemische Energie mittels einer Methanolspeicheranlage. Die chemisch gespeicherte Energie wird im Fall einer Netztrennung mittels einer Brennstoffzelle und/oder bei größeren Leistungen mittels einer Turbine in elektrische Energie rückgewandelt. Die Schnellbereitschaftsanlage entspricht einer Inselanlage, die im Hot-Standby-Betrieb arbeitet, wodurch extreme Gradienten in der Energieaufnahme und Energieabgabe realisiert werden können. So arbeiten die Elektrolyse und die Rückverwandlungsanlage im Hot-Standby-Betrieb bei minimaler Leistung, die der Eigenversorgung dient. Im Falle einer Netzunterbrechung wird die Unterbrechungsfreiheit durch die sofortige Abschaltung der Elektrolyse erreicht und die Brennstoffzelle oder Turbine auf volle Leistung gefahren. Nach Erreichung der vollen Turbinenleistung wird die Elektrolyseanlage in den Hot-Standby-Betrieb gefahren. Da die Schnellbereitschaftsanlage im ungestörten Betrieb Energie speichert, die über das für eine Unterbrechungsversorgung notwendige Maß hinaus geht, kann die Schnellbereitschaftsanlage auch Methanol als Kraftstoff abgeben und eine Zusatzfunktion als Tankstelle übernehmen. Dabei ist es unerheblich, ob der aus dem Erzeugernetz bezogene Strom aus einer regenerativen oder konventionellen Energiewandlungsanlage stammt.
Die Schnellbereitschaftsanlage in 8 zeigt Tanksystem in Betrieb. Die Befüllung des Tanksystems, bestehend aus einem Methanoltank 106 und einem Wassertank 107, erfolgt über eine Methanolsynthese 412 und einen Methanolverteiler 414. Zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Methanolproduktion dient ein Methanolreformer 415. Der Methanolreformer 415 und eine vorgeschaltete Elektrolyseeinheit 408 sind in der Lage, Wasserstoff zu produzieren, der in der Methanolsynthese 412 unter Zugabe von Kohlendioxid zu Methanol 6 chemisch gebunden wird.
Neben der Methanolerzeugung und Speicherung verfügt die Schnellbereitschaftsanlage auch über eine Rückverstromungsanlage, die einen Methanolverbraucher darstellt. Ein Luftverdichter 418, verdichtet Frischluft, der auch Elektrolysesauerstoff aus der Elektrolyse 408 zugemischt werden kann. In einem Kondensator einer Wärmepumpe 416 wird der Frischluft Wärme aus dem Abgas einer Gasturbine 410 zugeführt. Die Wärme des Abgases wird mittels Verdampfer einer Wärmepumpe 409 und eines CO2-Abscheiders 411 aufgenommen und über einen Verdichter im CO2-Abscheider 411 dem Kondensator der Wärmepumpe 416 zugeführt (8b und 8c). Hier wird das Kältemittel, z.B. CO2, nach der Wärmeabgabe im Kondensator über ein Expansionsventil im CO2-Abscheider 411 entspannt und an den Verdampfer der Wärmepumpe 409 und CO2-Abscheider 411 weitergeleitet. Die erhitzte Frischluft wird einer Brennkammer 413 zugeführt und hiermit Methanol 6 gemischt und gezündet. Das heiße Abgas treibt ein oder mehrere Turbinenräder einer Gasturbine 410 an. Die Gasturbine 410 ist mit einem Generator 406 gekoppelt. Hier wird das von der Gasturbine 410 erzeugte Drehmoment in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie liegt als Gleichstrom vor und kann nun direkt dem Verbraucher über das Verbrauchernetz II 405 zugeführt werden. Sollte beim Verbraucher im Verbraucher Netz II 405 kein Bedarf bestehen, so könnte die erzeugte Energie auch über den Leistungsschalter 402 (Schaltzustand „Ein“) in das speisende Netz I 401 zurückgespeist werden.
Die Schnellbereitschaftsanlage verfügt über zahlreiche Zusatzanlagen, die der Speicherung von Zwischenprodukten wie beispielsweise Wasser 7, CO2 und Methanol 6 dienen. Wasser 7 bester Qualität, auch als Deionat bezeichnet, wird über den Wasserabscheider 407 aus dem Abgas der Gasturbine 410 gewonnen und dem Wassertank 107 zugeführt. Alternativ zum Gasturbine-Generator-Satz (418, 416, 413, 410 und 406), kann auch eine Methanol-Brennstoffzelle zum Einsatz kommen. Die entstehenden Reaktionsprodukte sind ähnlich und können auch über einen Wasserabscheider 407 zur Wassergewinnung verwendet werden.
Das für die Methanolsynthese erforderlich CO2 wird vorrangig aus dem Abgas der Gasturbine bzw. der Brennstoffzelle gewonnen. Hierbei wird CO2 über eine Membran extrahiert. Das gasförmige CO2 wird so hoch komprimiert, das es dem Kältekreislauf der Wärmepumpe 409, und zwar in der Gasphase, zugeführt werden kann. Im Gegenzug wird flüssiges CO2 aus der Wärmepumpe 409 entnommen und in einem Speicher zwischengespeichert.
Für den Fall, dass die Rückverstromungsanlage nicht in Betrieb ist und Kohlendioxid und Wasserstoff (CO2 und H2 ) für die Methanolsynthese nicht ausreichend zur Verfügung steht, kann CO2 und H2 auch über einen Methanolreformer 415 gewonnen werden.
Der in Schnellbereitschaftsanlagen zum Einsatz kommende Tank stellt eine Kombination aus einem Methanol- 106 und einem Wassertank 107 dar. Beide Medien können entweder in einer Doppelschicht-, Glockenoder Balgtanklösung gespeichert werden. Die Schnellbereitschaftsanlage zu Umwandlung und Speicherung von elektrischer Energie in chemische Energie mittels einer Methanolspeicheranlage ist mit einem Tanksystem verbunden, welches mindestens einen Doppelschichttank und/oder mindestens einen Glockentank und/oder mindestens einen Balgtank enthält. Das aus dem Abgas einer Gasturbine 410 gewonnene Wasser 7 wird über einen Wasserabscheider 407 der Schnellbereitschaftsanlage dem Wassertank 107 des Tanksystems zugeführt. Im Störungsfall (Brandfall), werden Schutzsysteme aktiviert, die zur Herabsetzung der Zündfähigkeit des Methanols 6 führen.
9 zeigt ein Tanksystem (Doppelschichttank) mit variablem Wasserspeicher einer Schnellbereitschaftsanlage. Der Wassertank 107 wird nun in Abhängigkeit vom Methanolstand im Methanoltank 106 geladen oder auch entladen. Der Wassertank 107 stellt einen Puffer für die Wasserenthärtungsanlage oder Deionatherstellung 417 dar. Das für die Elektrolyse erzeugte Deionat kann entweder direkt aus der Deionatherstellung 417, aus dem Wassertank 107 oder dem Wasserabscheider 407 bezogen werden. Die variable Wasserzuführung 108 zum Wassertank 107 der Schnellbereitschaftsanlage und die variable Wasserabführung 109 aus dem Wassertank 107 der Schnellbereitschaftsanlage sind regelbar.
10 zeigt ein Tanksystem (Glockentank) mit variablem Wasserspeicher 107 einer Schnellbereitschaftsanlage. Die Funktionsweise entspricht der des Doppelschichttanks.
11 zeigt ein Tanksystem (Balgtank) mit variablem Wasserspeicher 107 einer Schnellbereitschaftsanlage.
Bezugszeichenliste
Allgemein

6: Methanol
7: Wasser
76: Wasser-Methanol-Gemisch
104: Methanolzuführung zu Methanoltank 106
105: Methanolabführung
106: Methanoltank
107: Wassertank
108: Wasserzuführung zum Wassertank 107 der Schnellbereitschaftsanlage
109: Wasserabführung aus Wassertank 107 Schnellbereitschaftsanlage

100: Gummimembran
101: Schotten-Auslöseeinheit mit Schotten
102: Stempel-Auslöseeinheit mit Stempel und Gummimembran
103: Luftkammer

201: Tankdeckenplatte mit Versteifung
202: Airbag-Steuerung, Fixier- und Auslösesystem
203: Verschlusskappe für Wasserzuführung und Druckentlastung
204: Druckausgleichsystem
205: Rückholfeder für Wasserglocke
206: Rohr zur Wasserbefüllung und Entlüftung
207: Rohrzentrierer
208: Tankboden mit Versteifung
209: Dichtring für Wasserglocke
210: Wasserglocke

301: Airbag-Auslöseeinheit und Wasserbefüllung
302: Balgführung oberhalb und unterhalb des Methanoltanks
303: Deckplatte des oberen Balg 312
304: Balgfeder des oberen Balg (entspannt)
305: Abdichtteller für Durchführungen oberer Balg zum Methanoltank
306: Balg-Verbindungsrohr
307: Rückholfeder für Abdichtteller
308: Durchführung unterer Balg zum Methanoltank
309: unterer Balg
310: Balgfeder unterer Balg entspannt
311: Airbag-Auslöseeinheit und Wasser-Methanol-Gemisch Entleerung
312: oberer Balg
313: Deckplatte des unteren Balgs 309
314: Öffnungen in Richtung oberer Balg 312

401: Netz I, z.B. speisendes Netz (z.B. Drehstromnetz)
402: Leistungsschalter (Normalbetrieb- Ein; Störung- Aus)
403: Stromrichter, z.B. im Gkeichrichterbetrieb
404: Stromrichter, z.B. im Wechselrichterbetrieb
405: Netz II, z.B. Verbrauchernetz
406: Gleichstromgenerator oder Brennstoffzelle
407: Wasserabscheider
408: Elektrolyseeinheit
409: Wärmepumpe V (Verdampfer, Wärmeaufnahme von Abgaswärme)
410: Gasturbine
411: CO2-Abscheider
412: Methanolsynthese
413: Gasturbinenbrennkammer
414: Methanolverteiler
415: Methanolreformer
416: Wärmepumpe K (Kondensator, Wärmeabgabe an Frischluft)
417: Deoinatherstellung (Wasserenthärtung)
418: Verdichter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10352569 A1 [0004]
DE 4118026 C2 [0005, 0006]
DE 102005054885 B4 [0007]
CN 105258148 A [0008]

Claims

Verfahren zur Vermeidung von Bränden in Tanksystemen unter Verwendung einer Brandschutzeinrichtung, welche mindestens einen Methanoltank (106) mit Methanol (6) und mindestens einen separaten Wassertank (107) mit Wasser (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Steuersignal von mindestens einem Airbagsystem und/oder mindestens einem Brandwarnsystem aus dem mindestens einen Wassertank (107) Wasser (7) in das Methanol (6) oder aus dem mindestens einen Methanoltank (106) Methanol (6) in das Wasser (7) freigesetzt wird und dadurch ein Wasser-Methanol-Gemisch (76) entsteht, welches mit seinen Stoffeigenschaften eine wirksam Zündgrenze unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit einem Auslösen des mindestens einen Airbagsystems und/oder mindestens einen Brandwarnsystems das Steuersignal an einen Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird, wobei das Tanksystem aus einem Doppelschichttank besteht, bei welchem der Wassertank (107) in der oberen Hälfte des Methanoltanks (106) angeordnet ist und wenigstens zwei Schotten-Auslöseeinheiten (101) mit integrierten Schotten sowohl mit dem Methanoltank (106) als auch mit dem Wassertank (107) in Wirkverbindung stehen, und wenigstens eine Stempel-Auslöseeinheit (102) mit dem Wassertank (107) in Wirkverbindung steht, und dass die Schotten-Auslöseeinheiten (101) und die Stempel-Auslöseeinheit (102) durch das Steuersignal aktiviert werden, wodurch Wasser (7) aus dem Wassertank (107) in den Methanoltank (106) mittels geöffneter Schotten geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass bei Aktivierung der Schotten-Auslöseeinheiten (101) durch die integrierten Schotten der Wassertank (107) geöffnet wird, wobei das Wasser (7) in den Methanoltank (106) strömt, und gleichzeitig durch die Stempel-Auslöseeinheit (102) eine flächige, horizontale Gummimembran (100), welche den Wassertank (107) in zwei Bereiche teilt, in dem Wassertank (107) beweglich angeordnet und mit der Stempel-Auslöseeinheit (102) verbunden ist, gegen den Tankboden des Wassertanks (107) gedrückt wird, um das Ausströmen des Wassers (7) zu beschleunigen.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Schotten den Wassertank (107) in Richtung Methanoltank (106) abdichten und die Gummimembran (100) im Betriebsfall entspannt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit einem Auslösen des mindestens einen Airbagsystems und/oder mindestens einen Brandwarnsystems das Steuersignal an einen Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird, wodurch in einem Glockentank, welcher den Methanoltank (106) umfasst, wobei der Methanoltank (106) in dem Wassertank (107) angeordnet ist und eine Wasserglocke (210), welche mit Wasser (7) gefüllt ist und eine Verbindung zum Wassertank (107) aufweist, als ein vertikal schwingendes System in dem Methanoltank (106) vertikal beweglich angeordnet ist, ein Fixier- und Auslösesystem (202) aktiviert wird, um das Wasser (7) aus dem Wassertank (107) und der Wasserglocke (210) in den Methanoltank (106) zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die sich Wasserglocke (107) mittig, entlang eines Rohrzentrierers (207), welcher mit dem Tankboden des Wassertanks (107) und mit dem Boden des Methanoltanks (106) fest verbunden ist, geführt und vertikal in dem Methanoltank (106) bewegt, und dass eine Rückholfeder (205) zwischen einer Tankdeckenplatte (201) des Methanoltanks (106) und der Oberseite der Wasserglocke (210) bei Aktivierung des Fixier- und Auslösesystems (202) die Wasserglocke (210) in eine vertikale Schwingung entlang des Rohrzentrierers (207) versetzt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit einem Auslösen des mindestens einen Airbagsystems und/oder mindestens einen Brandwarnsystems das Steuersignal an einen Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird, wodurch in einem Balgtank, welcher einen oberen Balg (312) als Wassertank (107) mit Wasser (7), den Methanoltank (106) mit Methanol (6) und einen unteren, zusammengezogenen Balg (309) umfasst, wobei der obere Balg (312), der Methanoltank (106) und der untere Balg (309) übereinander durch ein Balg-Verbindungsrohr (306) wirkverbunden angeordnet sind, eine Airbag-Auslöseeinheit (301), welche an einer Oberseite des Wassertanks (107) angeordnet ist und eine Airbag-Auslöseeinheit (311), welche an einer Unterseite des Methanoltanks (106) angeordnet ist, aktiviert werden, um das Wasser (7) aus dem Wassertank (107) und der Wasserglocke (210) in den Methanoltank (106) zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass nach Aktivierung der Airbag-Auslöseeinheit (311) der untere Balg (309) freigegeben wird, indem sich das Balg-Verbindungsrohr (306) in Richtung unterer Balg (309) bewegt, wobei wenigstens zwei Öffnungen (314) zwischen dem Wassertank (107) und dem Methanoltank (106) und wenigstens zwei Durchführungen (308) zwischen dem Methanoltank (106) und dem unteren Balg (309) frei gegeben werden, so dass Wasser (7) aus dem oberen Balg (312) in den Methanoltank (106) fließt, sich mit dem Methanol (6) mischt und als Wasser-Methanol-Gemisch (76) in den unteren Balg (309) fließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit einem Auslösen des mindestens einen Airbagsystems und/oder mindestens einen Brandwarnsystems das Steuersignal an einen Empfänger einer Steuer- und Aktivierungseinheit des Tanksystems gegeben wird, wodurch in einer Schnellbereitschaftsanlage mindestens ein Doppelschichttank und/oder mindestens ein Glockentank und/oder mindestens ein Balgtank aktiviert wird, um das Wasser (7) aus dem Wassertank (107) oder aus dem Wassertank (107) und der Wasserglocke (210) in den Methanoltank (106) zu leiten.
Tanksystem für Methanoltreibstoffe mit einer Brandschutzeinrichtung, welche mindestens einen Methanoltank (106) mit Methanol (6) und mindestens einen separaten Wassertank (107) mit Wasser (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassertank (107) in der oberen Hälfte des Methanoltanks (106) angeordnet ist und dass der Methanoltank (106) und der Wassertank (107) zusammen einen Doppelschichttank bilden, wobei wenigstens zwei Schotten-Auslöseeinheiten (101) mit integrierten Schotten sowohl mit dem Methanoltank (106) als auch mit dem Wassertank (107) in Wirkverbindung stehen und wenigstens eine Stempel-Auslöseeinheit (102) mit dem Wassertank (107) in Wirkverbindung steht, und die Schotten-Auslöseeinheiten (101) und die Stempel-Auslöseeinheit (102) mit einer Steuer- und Aktivierungseinheit verbunden sind, und dass eine flächige, horizontale Gummimembran (100) den Wassertank (107) in zwei Bereiche teilt und in dem Wassertank (107) beweglich angeordnet und mit der Stempel-Auslöseeinheit (102) verbunden ist.
Tanksystem für Methanoltreibstoffe mit einer Brandschutzeinrichtung, welche mindestens einen Methanoltank (106) mit Methanol (6) und mindestens einen separaten Wassertank (107) mit Wasser (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Methanoltank (106) in dem Wassertank (107) in der Art angeordnet ist, dass der Methanoltank (106) von dem Wasser (7) umgeben ist, und dass eine Wasserglocke (210) mit Wasser (7) gefüllt ihrerseits im Methanoltank (106) angeordnet und mit dem Boden des Methanoltanks (106) abgedichtet verbunden ist, und dass die Wasserglocke (210) mittels Durchführungen im Boden des Methanoltanks (106) eine offene Verbindung zu dem Wassertank (107) hat, und dass die Wasserglocke (107) entlang eines Rohres zur Wasserbefüllung und Entlüftung (206) vertikal beweglich in dem Methanoltank (106) angeordnet ist, und dass ein Fixier- und Auslösesystem (202) mit einer Steuer- und Aktivierungseinheit verbunden ist, und dass das Fixier- und Auslösesystem (202) über das Rohr zur Wasserbefüllung und Entlüftung (206) mit der Wasserglocke (107) verbunden ist.
Tanksystem nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohr zur Wasserbefüllung und Entlüftung (206) ein Rohrzentrierer (207) mit dem Tankboden des Wassertanks (107) und mit dem Boden des Methanoltanks (106) fest verbunden ist, so dass die Wasserglocke (210) mittig geführt ist, und dass eine Rückholfeder (205) zwischen einer Tankdeckenplatte (201) des Methanoltanks (106) und der Oberseite der Wasserglocke (210) angeordnet ist.
Tanksystem für Methanoltreibstoffe mit einer Brandschutzeinrichtung, welche mindestens einen Methanoltank (106) mit Methanol (6) und mindestens einen separaten Wassertank (107) mit Wasser (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Methanoltank (106) mit dem Wassertank (107) über ein Balgsystem miteinander verbunden ist, wobei sie einen Balgtank bilden in der Art, dass oberhalb des Methanoltanks (106) der Wassertank (107) in einem oberen Balg (312) angeordnet ist und unterhalb des Methanoltanks (106) ein unterer Balg (309) angeordnet ist, welche im Normalbetrieb gespannt und nach einer Auslösung entspannt sind, und dass ein Balg-Verbindungsrohr (306) den unteren Balg (309) mit dem oberen Balg (312) verbindet, und dass zwischen dem Wassertank (107) und dem Methanoltank (106) wenigstens zwei Öffnungen (314) angeordnet sind, welche durch einen Abdichtteller (305) im Betriebsfall verschlossen sind, und dass wenigstens zwei Durchführungen (308) zwischen dem Methanoltank (106) und dem unteren Balg (309) angeordnet sind, welche durch eine lösbare Deckplatte des unteren Balgs (309) abgedichtet sind, und dass eine Airbag-Auslöseeinheit und Wasserbefüllung (301), welche an einer Oberseite des Wassertanks (107) angeordnet ist und eine Airbag-Auslöseeinheit und Wasser-Methanol-Gemisch Entleerung (311), welche an einer Unterseite des Methanoltanks (106) angeordnet ist, über das Balg-Verbindungsrohr (306) miteinander und mit einer Steuer- und Aktivierungseinheit verbunden sind, und dass der Abdichtteller (305) mit dem Balg-Verbindungsrohr (306) fest verbunden ist, wodurch durch die Airbag-Auslöseeinheiten (301, 311) im Brandfall die Öffnungen (314) geöffnet werden.
Tanksystem nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Methanoltank (106) in einem Gehäuse angeordnet ist, welches in seiner Verlängerung oberhalb und unterhalb des Methanoltanks (106) eine Balgführung (302) für den oberen Balg (312) und den unteren Balg (309) darstellt.
Tanksystem nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Abdichtteller (305) an seiner Unterseite mit einer Rückholfeder (307) fest verbunden ist, welche an ihrem gegenüberliegenden Ende mit dem Tankboden des Methanoltanks (106) fest verbunden ist.
Tanksystem, welches mit einer Schnellbereitschaftsanlage zu Umwandlung und Speicherung von elektrischer Energie in chemische Energie mittels einer Methanolspeicheranlage verbunden ist, wobei das Tanksystem mindestens einen Doppelschichttank und/oder mindestens einen Glockentank und/oder mindestens einen Balgtank nach einem der Ansprüche 9 bis 15 enthält, wobei aus Abgas einer Gasturbine (410) gewonnenes Wasser (7) über einen Wasserabscheider (407) der Schnellbereitschaftsanlage dem Wassertank (107) des Tanksystems zugeführt wird.