DE102018209047A1 - Device for temperature pressure relief of a fuel tank - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Vorrichtung (20) zur Temperaturdruckentlastung eines Brennstofftanks (8, 8a-8d) beschrieben, wobei die Vorrichtung (20) eine wärmeleitende Leitung (22, 22a-22d) aufweist, die mit einem gasförmigen oder flüssigem Medium befüllbar ist, wobei eine erstes Ende (24) der Leitung (22) mit einem druckgesteuerten Abblasventil (18), das in einer Abblasleitung (16) zum Abblasen von Brennstoff aus dem Brennstofftank (8, 8a-8d) angeordnet ist, verbindbar ist, wobei die Vorrichtung (20) so ausgelegt ist, dass die Vorrichtung (20), wenn ein Druck des Mediums in der Leitung (20) grösser als ein Druckschwellwert (P_2) ist, das Abblasventil (18) mit Druck beaufschlagt, so dass das Abblasventil (18) öffnet, um den Brennstoff aus dem Brennstofftank (8, 8a-8d) in die Abblasleitung (16) zu entleeren. A device (20) for the temperature pressure relief of a fuel tank (8, 8a-8d) is described, wherein the device (20) has a heat-conducting line (22, 22a-22d) which can be filled with a gaseous or liquid medium, wherein a first end (24) of the conduit (22) is connectable to a pressure controlled bleed valve (18) disposed in a bleed line (16) for bleeding fuel from the fuel tank (8, 8a-8d), the device (20 ) is designed so that the device (20), when a pressure of the medium in the conduit (20) is greater than a pressure threshold (P_2), the blast valve (18) is pressurized, so that the blow-off valve (18) opens, to empty the fuel from the fuel tank (8, 8a-8d) into the exhaust line (16).
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus der Praxis ist es bekannt, dass wasserstoffbasierte Brennstoffzellen oder erdgasbasierte Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen eingesetzt werden, um Kohlenstoff basierte Abgase zu reduzieren und gleichzeitig eine Betankungszeit im Vergleich zu batteriebetriebenen Fahrzeugen zu reduzieren. Die Speicherung von Wasserstoff oder Erdgas (Englisch „Compressed Natural Gas“, CNG) im Fahrzeug ist allerdings aufgrund der geringen Dichte des Gases eine Herausforderung. Zugehörige Brennstofftanks für die gasförmige Speicherung des Wasserstoffstoffs bestehen beispielsweise in der Regel aus Metall und stehen unter einen Druck zwischen 350 bar und 700 bar. Es können ebenfalls mehrere Brennstofftanks für Wasserstoff in einem Fahrzeug, beispielsweise Bussen, eingebaut werden, um eine größere Reichweite des Fahrzeugs zu ermöglichen. Gemäß der United Nations Normierung UNECE R Nr. 134 ist es vorgeschrieben, dass jeder Wasserstoff-Brennstofftank eine Schmelzsicherung (Englisch „thermally activated relief device, TPRD“) aufweisen muss, die ein Bersten des Brennstofftanks bei hohem Druck bzw. Temperatur verhindern soll. Dieses Prinzip ist unter dem englischen Begriff „leak before burst“ bekannt. Ein solches Bersten kann beispielsweise durch eine Temperaturerhöhung in dem oder nahe des Brennstofftanks über eine vorgegebene Schwelle, z. B. 105°C, entstehen, die mit einer Druckerhöhung im Brennstofftank verbunden ist. Die Schmelzsicherung soll sicherstellen, dass ein Abblasventil in einer Abblasleitung, die mit dem Brennstofftank verbunden ist, rechtzeitig öffnet, um den Brennstoff aus dem Brennstofftank freizugeben, damit eine Tankexplosion verhindert wird. Es ist ebenfalls in Deutschland vom Technischen Überwachungsverein (TÜV) vorgeschrieben, dass eine Schmelzsicherung an jeder Extremität jedes Brennstofftanks vorgesehen ist, um die entgegengesetzten Enden der üblicherweise langgestreckt gebauten Brennstofftanks abzusichern.It is known in the art that hydrogen-based fuel cells or natural gas-based internal combustion engines are used in vehicles to reduce carbon-based exhaust gases while reducing refueling time compared to battery-powered vehicles. The storage of hydrogen or natural gas (CNG) in the vehicle, however, is a challenge because of the low density of the gas. Associated fuel tanks for the gaseous storage of hydrogen, for example, are usually made of metal and are under a pressure between 350 bar and 700 bar. Also, multiple fuel tanks for hydrogen may be installed in a vehicle, such as buses, to allow for greater range of the vehicle. United Nations Standardization UNECE R No. 134 requires each hydrogen fuel tank to have a "thermally activated relief device (TPRD)" designed to prevent the fuel tank from bursting at high pressure or temperature. This principle is known by the English term "leak before burst". Such a rupture may be caused, for example, by a temperature increase in or near the fuel tank above a predetermined threshold, e.g. B. 105 ° C, arise, which is connected to an increase in pressure in the fuel tank. The fuse is to ensure that a bleed valve in a bleed line connected to the fuel tank opens in time to release the fuel from the fuel tank to prevent a tank explosion. It is also prescribed in Germany by the Technical Inspection Association (TÜV) that a fuse at each extremity of each fuel tank is provided to secure the opposite ends of the usually elongated fuel tanks.
Solche Schmelzsicherungen stellen in der Regel hohe Kosten für das Fahrzeug dar und können beispielsweise keine Brände in einem Mittelbereich des Tanks detektieren.Such fuses typically present high costs to the vehicle and, for example, can not detect fires in a central region of the tank.
Es besteht ein Bedürfnis, das Bersten eines Brennstofftanks auf einfache und kostengünstige Weise und mit hoher Sicherheit zu verhindern.There is a need to prevent the bursting of a fuel tank in a simple and inexpensive manner and with high safety.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Brennstofftanks vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine wärmeleitende Leitung aufweist, die mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium füllbar ist, wobei ein erstes Ende der Leitung mit einem druckgesteuerten Abblasventil, das in einer Abblasleitung zum Abblasen von Brennstoff aus dem Brennstofftank angeordnet ist, verbindbar ist, wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass die Vorrichtung, wenn ein Druck des Mediums in der Leitung größer als ein Druckschwellwert ist, das Abblasventil mit Druck beaufschlagt, so dass das Abblasventil öffnet, um den Brennstoff aus dem Brennstofftank in die Abblasleitung zu entleeren.According to a first aspect of the invention, there is provided a device for thermally depressurizing a fuel tank, the device comprising a heat conducting conduit capable of being filled with a gaseous or liquid medium, a first end of the conduit having a pressure controlled bleed valve disposed in a bleed conduit of fuel from the fuel tank is arranged, the device being designed so that the device, when a pressure of the medium in the conduit is greater than a pressure threshold value, the blow-off valve is pressurized, so that the blow-off valve opens to the To empty fuel from the fuel tank into the discharge line.
Um einen Brennstofftank, der beispielsweise mit gasförmigen Wasserstoff oder gasförmigen Erdgas (CNG) gefüllt sein kann, gegenüber einem Bersten zu sichern, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine, insbesondere dünne, wärmeleitende Leitung aufweisen, die mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium füllbar ist. Ein erstes Ende der Leitung kann in einem eingebauten Zustand der Vorrichtung mit einem druckgesteuerten Abblasventil verbunden sein, so dass, wenn ein externer Wärmeeintrag (beispielsweise bei einem Brand) auf die Leitung einwirkt, ein Druck des Mediums in der Leitung größer als ein Druckschwellwert für Abblasventil wird, und sich das druckgesteuerte Abblasventil durch die Druckeinwirkung öffnen kann. Dadurch kann der Brennstoff aus dem Brennstofftank in die Abblasleitung entweichen, so dass der Druck in dem Brennstofftank wieder sinken kann. Es kann folglich das Bersten des Brennstofftanks auf sichere Weise verhindert werden, da das Abblasventil insbesondere bei langen Tanks auch dann ansprechen kann, wenn der externe Wärmeeintrag weit entfernt von einer Tankextremität auftreten kann. Ferner kann die Vorrichtung passiv, also stromlos, arbeiten, und es muss keine zusätzliche elektrische Ansteuerung des Abblasventils notwendig sein. Aufgrund der einfachen Bauweise der Vorrichtung kann diese kostengünstig realisiert sein.In order to secure a fuel tank, which can be filled with gaseous hydrogen or gaseous natural gas (CNG), for example, against bursting, the device according to the invention can have a, in particular thin, heat-conducting conduit which can be filled with a gaseous or liquid medium. A first end of the conduit may be connected to a pressure controlled bleed valve in an installed state of the device such that when external heat input (for example in a fire) acts on the conduit, a pressure of the medium in the conduit will be greater than a bleed valve pressure threshold will, and the pressure-controlled blow-off valve can open by the pressure. This allows the fuel to escape from the fuel tank into the exhaust line, so that the pressure in the fuel tank may drop again. Consequently, the bursting of the fuel tank can be prevented in a secure manner, since the blow-off valve can respond even in the case of long tanks even if the external heat input can occur far away from a tank extremity. Furthermore, the device can passively, so no power, work, and it must be necessary no additional electrical control of the blow-off valve. Due to the simple construction of the device, this can be realized inexpensively.
Dabei kann die Leitung beispielsweise entlang des Brennstofftanks (beispielsweise seitlich des Tanks, unter dem Tank oder über dem Tank) verlaufen und/oder sich entweder in dem Brennstofftank oder außerhalb des Brennstofftanks befinden. Alternativ kann die Leitung beispielsweise benachbart zur Batterie eines Fahrzeugs, dass die Vorrichtung aufweist, oder benachbart zu einer Fahrzeugkarosserie angeordnet sein, um das Abblasventil bereits frühzeitig auszulösen, bevor der Brennstofftank sich erwärmen kann. Die Leitung kann auch beabstandet von dem Brennstofftank angeordnet sein, so dass kein direkter Wärmeeintrag auf die Leitung wirken, aber die Vorrichtung dennoch bei einem Brand ansprechen kann. Ferner kann die Leitung in diesem Fall keine Wärme an den Brennstofftank verlieren, so dass die Temperaturerhöhung in der Leitung schneller registriert werden kann und die Ansprechzeiten der Vorrichtung kürzer werden können. Es ist ebenfalls möglich, dass die Leitung mit einem Abstand zur untersten Stelle des Brennstofftanks, also benachbart der Fahrbahn, angebracht ist, so dass die Wärmeeinwirkung von unten auf die Leitung besonders effektiv sein kann.In this case, the line may, for example, run along the fuel tank (for example, on the side of the tank, under the tank or above the tank) and / or be either in the fuel tank or outside the fuel tank. Alternatively, for example, the conduit may be disposed adjacent to the battery of a vehicle having the apparatus or adjacent to a vehicle body to promptly trigger the blow-off valve before the fuel tank is allowed to warm. The conduit may also be spaced from the fuel tank so that there is no direct input of heat to the conduit, but the apparatus may still respond in a fire. Further, the line in this case can not lose heat to the fuel tank, so that the temperature increase in the line can be registered faster and the response times of the device can be shorter. It is too it is possible for the duct to be located at a distance from the lowest point of the fuel tank, ie adjacent to the carriageway, so that the effect of heat from below on the duct can be particularly effective.
Es ist möglich, dass das Abblasventil an einem Ende der Abblasleitung angebracht ist, oder in anderen Worten, einen Abschluss der Abblasleitung bildet. Alternativ kann das Abblasventil an einer beliebigen Stelle entlang der Leitung vorgesehen sein. Das Abblasventil kann im Brennstofftank, beispielsweise in einem Tankhals, angeordnet sein, so dass eine bruchsicheres Design gewährleistet sein. Es ist auch möglich, dass das Abblasventil direkt am Brennstofftank oder in der Nähe der Tanköffnung angeordnet ist.It is possible that the blow-off valve is attached to one end of the blow-off line, or in other words forms a termination of the blow-off line. Alternatively, the blow-off valve may be provided anywhere along the conduit. The blow-off valve can be arranged in the fuel tank, for example in a tank neck, so that a fracture-proof design can be ensured. It is also possible that the blow-off valve is arranged directly on the fuel tank or in the vicinity of the tank opening.
Die Leitung kann aus einem wärmeleitfähigen Material, insbesondere Stahl, ausgebildet sein. Alternativ kann die Leitung aus Kunststoff gebildet sei, wenn das Medium beispielweise einen geringen Druck aufweist.The line can be made of a thermally conductive material, in particular steel. Alternatively, the line may be made of plastic, if the medium has, for example, a low pressure.
In einer Ausführungsform kann ein zweites Ende der Leitung druckdicht verschlossen sein, so dass eine besonders einfache Realisierung der Vorrichtung bewirkt sein kann. Die einseitig offene Leitung kann dabei direkt an das Abblasventil angeschlossen sein. Ein Druck in der Leitung muss dabei beispielsweise im Normalfall, d.h. ohne den externen Wärmeeintrag, kleiner als der Druckschwellwert sein, bei dem das Abblasventil öffnen kann. Der Druckschwellwert kann dabei je nach Design des Abblasventils geeignet gewählt sein.In one embodiment, a second end of the line can be closed pressure-tight, so that a particularly simple implementation of the device can be effected. The unilaterally open line can be connected directly to the blow-off valve. A pressure in the line must, for example, in the normal case, i. without the external heat input, be less than the pressure threshold at which the blow-off valve can open. The pressure threshold can be suitably selected depending on the design of the blow-off valve.
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung mehrere wärmeleitende Leitungen aufweisen, die jeweils mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium befüllbar und jeweils separat mit dem Abblasventil verbunden sein können, und die Vorrichtung kann so ausgelegt sein, dass die Vorrichtung, wenn ein Druck des Mediums in zumindest einer der Leitungen größer als der Druckschwellwert ist, das Abblasventil mit Druck beaufschlagt, so dass das Abblasventil öffnet, um den Brennstoff aus den Brennstofftanks in die Abblasleitung zu entleeren. Dabei können beispielsweise die Leitungen mit einem gemeinsamen Behälter verbunden sein, der wiederum mit dem Abblasventil verbunden sein kann. Ein Druck in dem Behälter kann dabei im Brandfall dem Druckschwellwert entsprechen, bei dem das Abblasventil entsprechend öffnen kann. Es ist auch möglich, dass die Leitungen über entsprechende Rückschlagventile direkt oder über einen mit den Rückschlagventilen verbundenen gemeinsamen Behälter mit dem Abblasventil verbunden sind. Ein Druck in dem Behälter kann dabei im Brandfall dem höchsten Druck in den Leitungen entsprechen. In diesem Falle kann der Druckschwellwert dem Öffnungsdruck jedes Rückschlagventils entsprechen, bei deren Öffnung der Druck auf das Abblasventil (insbesondere bei kurzen Verbindungsleitungen zwischen den Rückschlagventilen und dem Behälter und/der zwischen dem Behälter und dem Abblasventil und/oder bei kleinen Volumen des Behälters) ebenfalls auf den Druckschwellwert ansteigen und das Abblasventil entsprechend öffnen kann. Durch diese Maßnahme kann eine frühzeitige Entleerung aller Brennstofftanks auch ohne direkte Hitzeeinwirkung auf eine Teil dieser Brennstofftanks ermöglicht sein, so dass die Brand-Sicherung des Tanks verbessert wird. Die Vorrichtung kann ebenfalls besonders kostengünstig in das Fahrzeug integriert sein, da lediglich ein einziges Abblasventil und eine einzige Vorrichtung zur Temperaturdruckentlastung der Brennstofftanks vorgesehen sein kann.In one embodiment, the device may comprise a plurality of heat-conducting conduits, each of which may be filled with a gaseous or liquid medium and each separately connected to the blow-off valve, and the apparatus may be designed so that the apparatus, when a pressure of the medium in at least one the lines is greater than the pressure threshold value, the blow-off valve is pressurized so that the blow-off valve opens to drain the fuel from the fuel tanks into the blow-off line. In this case, for example, the lines may be connected to a common container, which in turn may be connected to the blow-off valve. In the event of fire, a pressure in the container can correspond to the pressure threshold at which the blow-off valve can open accordingly. It is also possible that the lines are connected via corresponding non-return valves directly or via a common container connected to the check valves with the blow-off valve. In the event of fire, a pressure in the container can correspond to the highest pressure in the lines. In this case, the pressure threshold value may correspond to the opening pressure of each check valve, at the opening of which the pressure on the blow-off valve (in particular for short connecting lines between the check valves and the container and / between the container and the blow-off valve and / or for small volumes of the container) rise to the pressure threshold and the bleed valve can open accordingly. By this measure, an early emptying of all fuel tanks can be made possible even without direct heat to a part of these fuel tanks, so that the fire safety of the tank is improved. The device can also be integrated into the vehicle in a particularly cost-effective manner since only a single blow-off valve and a single device for temperature pressure relief of the fuel tanks can be provided.
Bei den zuletzt genannten beiden Ausführungsformen kann das Medium Gas, beispielsweise gasförmiger Wasserstoff, oder eine Flüssigkeit sein. Die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, kann dabei bei Wärmeeinwirkung verdampfen und zu einer Druckerhöhung in der Leitung führen. Alternativ kann eine solche Flüssigkeit auswählt sein, die einen ausreichend großen thermischen Diffusionskoeffizienten und einen Ausdehnungsgradienten aufweist, damit sich der Druck in der Leitung bei thermischer Ausdehnung der Flüssigkeit erhöht und das Öffnen des Abblasventils ausgelöst werden kann. Eine solche Flüssigkeit kann beispielweise Quecksilber sein.In the latter two embodiments, the medium may be gas, for example gaseous hydrogen, or a liquid. The liquid, such as water, can evaporate when exposed to heat and lead to an increase in pressure in the line. Alternatively, such a liquid may be selected which has a sufficiently large thermal diffusion coefficient and an expansion gradient to increase the pressure in the conduit upon thermal expansion of the liquid and initiate the opening of the blow-off valve. Such a liquid may be, for example, mercury.
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung ferner ein erstes Ventil und ein zweites Ventil aufweisen, die in (insbesondere verschiedenen) Endbereichen der Leitung angeordnet sind, und die Leitung kann mittels des ersten Ventils, wenn es geöffnet ist, mit dem Medium befüllbar sein, und mittels des zweiten Ventils, wenn es geöffnet ist, kann das benachbart zum zweiten Ventil anordbare Abblasventil mit Druck beaufschlagbar sein, so dass das Abblasventil (insbesondere bei Überschreiten des Druckschwellwerts) öffnet, um den Brennstoff aus dem Brennstofftank in die Abblasleitung zu entleeren. Der Druckschwellwert kann dem zweiten Ventil zugeordnet sein und dem Öffnungsdruck des zweiten Ventils und gleichzeitig dem Öffnungsdruck des Abblasventils entsprechen. Diese Maßnahme kann bewirken, dass die Leitung stets, also während des Betriebs wiederholt, beispielsweise während der Betankung oder zu einem späteren Zeitpunkt, mit dem Medium befüllbar und somit auf eine definierte Mediumsmenge in der Leitung bzw. auf einen definierte Leitungstemperatur und einen definierten Leitungsdruck kalibrierbar ist, so dass ein sicherheitsbedingter Prüfungsbedarf hinsichtlich Dichtigkeit der Leitung und Druck des Mediums in der Leitung, wie er bei der oben beschriebenen, einseitig geöffneten Leitung bestehen kann, entfallen kann.In one embodiment, the device may further comprise a first valve and a second valve arranged in (in particular different) end regions of the conduit, and the conduit may be filled with the medium by means of the first valve when opened, and by means of of the second valve, when opened, the blowoff valve disposed adjacent to the second valve may be pressurized so that the blowdown valve opens (particularly when the pressure threshold is exceeded) to exhaust the fuel from the fuel tank into the blowdown line. The pressure threshold may be associated with the second valve and correspond to the opening pressure of the second valve and at the same time the opening pressure of the blow-off valve. This measure can cause the line always, ie repeated during operation, for example, during refueling or at a later date, filled with the medium and thus calibrated to a defined amount of medium in the line or to a defined line temperature and a defined line pressure is, so that a safety-related testing requirements with regard to tightness of the line and pressure of the medium in the line, as it may consist in the above-described, unilaterally open line, can be omitted.
Das erste Ventil kann weit entfernt vom zweiten Ventil angeordnet sein. Beispielsweise können beide Ventil an entgegengesetzten Enden des Tanks angeordnet sein, so dass an beiden Tankextremitäten ein Brand gleichermaßen detektiert werden kann. The first valve may be located far away from the second valve. For example, both valves can be arranged at opposite ends of the tank, so that a fire can be detected equally at both tank extremities.
In einer Ausführungsform ist das erste Ende der Leitung, zu dem benachbart oder an dem das zweite Ventil angeordnet sein kann, mit der Abblasleitung, die mit einer Zuführung für den Brennstofftank zwischen einem Absperrventil des Brennstofftanks, insbesondere einem Magnetabsperrventil, und dem Brennstofftank verbunden ist, verbindbar. Ein Ende der Leitung kann dabei einen Endpunkt der Leitung bezeichnen. Im Falle, dass das zweite Ventil am Ende der Leitung angeordnet ist, kann das zweite Ventil direkt am Abblasventil aufsitzen und beide Ventile können gemeinsam ausgebildet sein. Dabei kann das Magnetabsperrventil es ermöglichen, dass das Medium bei der Betankung des Brennstofftanks im stromlosen Zustand des Absperrventils in den Tank gelangen kann, aber das Medium lediglich bei einer Ansteuerung einer Spule im Magnetabsperrventil aus dem Tank austreten kann. Mittels dieser Maßnahme können das Abblasventil und das zweite Ventil (und, je nach Anordnung des ersten Ventils, auch erste Ventil) und optional das Absperrventil in einem gemeinsamen (Ventil-)Gehäuse besonders platzsparend und kostengünstig integriert werden.In one embodiment, the first end of the conduit to which adjacent or at which the second valve may be disposed is connected to the exhaust line connected to a fuel tank supply between a fuel tank check valve, in particular, a solenoid check valve, and the fuel tank. connectable. One end of the line may indicate an end point of the line. In the case that the second valve is arranged at the end of the line, the second valve can sit directly on the blow-off valve and both valves can be formed together. In this case, the magnetic shut-off valve can enable the medium to enter the tank when the fuel tank is refueled in the de-energized state of the shut-off valve, but the medium can only emerge from the tank when a coil in the magnetic shut-off valve is activated. By means of this measure, the blow-off valve and the second valve (and, depending on the arrangement of the first valve, also first valve) and optionally the shut-off valve can be integrated in a common (valve) housing in a particularly space-saving and cost-effective manner.
Die Zuführung für den Brennstofftank kann dabei eine entsprechende Zuführleitung aufweisen, die im Bereichs des Absperrventils eine Brennstoffhochdruckleitung aufweisen kann.The supply for the fuel tank may have a corresponding supply line, which may have a high-pressure fuel line in the region of the shut-off valve.
In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Ende der Leitung, zu dem benachbart oder an dem das zweite Ventil angeordnet sein kann, mit der Abblasleitung, die stromabwärts des Brennstofftanks vorgesehen ist, verbindbar sein. Eine Richtung des Mediumstroms kann dabei in Richtung von einer Zuführleitung zu dem Brennstofftank, durch den Brennstofftank und in Richtung der Abblasleitung an einem Tankausgang definiert sein. Dadurch kann eine Extremität des Brennstofftanks wirksam gesichert werden.In an alternative embodiment, the first end of the conduit to which adjacent or at which the second valve may be disposed may be connectable to the blow-off conduit provided downstream of the fuel tank. One direction of the medium flow may be defined in the direction of a supply line to the fuel tank, through the fuel tank and in the direction of the discharge line at a tank outlet. As a result, a limb of the fuel tank can be effectively secured.
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Mehrzahl von zweiten Ventilen aufweisen, mittels denen, wenn sie geöffnet sind, ein entsprechendes benachbart zum jeweiligen zweiten Ventil anordbares Abblasventil mit Druck beaufschlagbar sein kann, so dass das jeweilige Abblasventil öffnet, um den Brennstoff aus dem jeweiligen zugeordneten Brennstofftank in die jeweilige Abblasleitung zu entleeren. Dabei kann lediglich ein erstes Ventil in der gemeinsamen Leitung vorgesehen sein, die in eine der Abblasleitungen mündet und sich aufgrund geeigneter Verzweigungen entlang der Brennstofftanks erstrecken kann. Auf diese Weise kann besonders kostengünstig eine Sicherung von mehreren Brennstofftanks gleichzeitig gewährleistet werden, die alle gleichzeitig entleert werden können.In one embodiment, the device may comprise a plurality of second valves, by means of which, when open, a corresponding blow-off valve which can be arranged adjacently to the respective second valve may be pressurized so that the respective blow-off valve opens to remove the fuel from the respective one Fuel tank to empty in the respective discharge line. In this case, only a first valve may be provided in the common line, which opens into one of the exhaust lines and may extend along the fuel tanks due to suitable branches. In this way, a backup of several fuel tanks can be guaranteed at the same time particularly cost, all of which can be emptied simultaneously.
In einer Ausführungsform kann sich die Leitung entlang einer Mehrzahl von Brennstofftanks erstrecken, so dass mit nur einem ersten und zweiten Ventil besonders kostengünstig eine Sicherung von mehreren Brennstofftanks und insbesondere aller Tankextremitäten ermöglicht sein kann. In diesem Fall kann nur eine Abblasleitung mit einem Abblasventil und/oder nur ein Absperrventil in einer für alle Brennstofftanks gemeinsamen Zuführleitung vorgesehen sein. Alle Ventile können dann in einem gemeinsamen (Ventil-)Gehäuse integriert sein, sofern die Abblasleitung aus einer Zuführleitung für dem Brennstofftank zwischen dem Brennstofftank und dem Absperrventil abzweigen kann.In one embodiment, the conduit may extend along a plurality of fuel tanks, so that with only a first and a second valve, securing of a plurality of fuel tanks and in particular of all tank extremities can be made particularly cost-effective. In this case, only one discharge line with a blow-off valve and / or only one shut-off valve may be provided in a supply line common to all fuel tanks. All valves can then be integrated in a common (valve) housing, provided that the discharge line can branch off from a supply line for the fuel tank between the fuel tank and the shut-off valve.
Es ist auch möglich, dass eine Mehrzahl von Brennstofftanks mit zugeordneten Abblasleitungen und druckgesteuerten Abblasventilen vorgesehen sind, wobei pro Brennstofftank eine separate Vorrichtung vorgesehen ist, so dass die Brennstofftanks einzeln entleert werden können. Dadurch kann eine kostengünstige Sicherung mehrerer Brennstofftanks erreicht werden, da jede der Vorrichtungen mit gleichen Ventilen und Leitungen einheitlich ausgestaltet sein kann.It is also possible that a plurality of fuel tanks are provided with associated bleed lines and pressure-controlled bleed valves, wherein a separate device is provided per fuel tank, so that the fuel tanks can be emptied individually. Thereby, a cost-effective securing of multiple fuel tanks can be achieved, since each of the devices can be designed uniformly with the same valves and lines.
In einer Ausführungsform kann ein zweites Ende der Leitung, zu dem benachbart das erste Ventil angeordnet ist, mit der Abblasleitung, die insbesondere aus einer (Brennstoff-)Hochdruckleitung zwischen einem Absperrventil (beispielsweise einem Magnetabsperrventil) für den Brennstofftank und dem Brennstofftank abzweigt oder stromabwärts des Brennstofftanks vorgesehen ist, oder mit dem Brennstofftank, oder mit einer Brennstoffmitteldruckleitung, die sich insbesondere stromaufwärts des Absperrventils und der Brennstoffhochdruckleitung, die wiederum stromaufwärts des Absperrventils angeordnet sein kann, befinden kann, oder mit einer Brennstoffniederdruckleitung, die insbesondere stromaufwärts des Absperrventils und der Brennstoffhochdruckleitung (und insbesondere stromaufwärts der Brennstoffmitteldruckleitung) angeordnet sein kann, oder mit der Brennstoffhochdruckleitung stromaufwärts des Absperrventils verbindbar sein. Die Brennstoffhochdruck-, Brennstoffniederdruck- und Brennstoffmitteldruckleitung können Teil der Brennstoffzuführleitung für den Brennstofftank sein. Im Falle, dass die Abblasleitung zwischen dem Absperrventil und dem Brennstofftank, also in der Zuführleitung zum Brennstofftank, angeordnet ist, können das erste und zweite Ventil sowie optional das Absperrventil und optional das Abblasventil platzsparend und kostengünstig in einem gemeinsamen (Ventil-)Gehäuse integriert sein. Im Falle, dass die Abblasleitung stromabwärts des Brennstofftanks angeordnet ist, kann die Leitung besonders kurz gestaltet werden. Bei der Verbindung der Leitung mit der Brennstoffmitteldruck- bzw. der Brennstoffniederdruckleitung kann eine Wandstärke der Leitung dünner als bei der Verbindung der Leitung mit der Brennstoffhochdruckleitung sein, was zu einer Kostenreduzierung der Vorrichtung beitragen kann. Ferner kann in diesen Fällen eine Wärmekapazität der Leitung geringer sein, so dass die Vorrichtung ein schnelleres Ansprechverhalten im Brandfall und sicherere Detektion des Brands ermöglichen kann. Während die Leitung bei einer Verbindung der Leitung mit der Zuführung (bzw. der Zuführleitung) oder der Brennstoffhochdruckleitung während des Betankungsvorgangs mit Brennstoff befüllbar und auf einen Druck- und Temperaturwert kalibrierbar sein kann, kann die Leitung bei einer Verbindung der Leitung mit der Brennstoffmitteldruckleitung bzw. der Brennstoffniederdruckleitung nach der Betankung, also während eines Betriebs zur Detektion eines Brands, mit Brennstoff befüllbar und auf einen Druck- und Temperaturwert kalibrierbar sein.In one embodiment, a second end of the conduit to which the first valve is located adjacent to the bleed line, which in particular branches from a (fuel) high pressure line between a shut-off valve (for example, a magnetic shut-off valve) for the fuel tank and the fuel tank, or downstream of Fuel tank is provided, or with the fuel tank, or with a fuel-medium pressure line, in particular upstream of the check valve and the fuel high-pressure line, which in turn may be located upstream of the check valve, or with a fuel low-pressure line, in particular upstream of the check valve and the high-pressure fuel line ( and in particular upstream of the fuel-medium pressure line), or connectable to the high-pressure fuel line upstream of the shut-off valve. The fuel high pressure, fuel low pressure and fuel medium pressure lines may be part of the fuel supply line for the fuel tank. In the event that the discharge line between the shut-off valve and the fuel tank, that is arranged in the supply line to the fuel tank, the first and second valve and optionally the shut-off valve and optionally the blow-off valve can be integrated space-saving and cost in a common (valve) housing , In the event that the vent line is located downstream of the fuel tank, can the line is designed to be particularly short. When connecting the line to the fuel medium pressure or the fuel low pressure line, a wall thickness of the line may be thinner than in the connection of the line to the fuel high pressure line, which may contribute to a cost reduction of the device. Further, in these cases, a heat capacity of the line may be lower, so that the device may allow a faster response in case of fire and safer detection of the fire. While the line at a connection of the line to the feed (or the supply line) or the fuel high pressure line during the refueling process can be filled with fuel and calibrated to a pressure and temperature value, the line at a connection of the line with the fuel supply pressure line or the fuel low pressure line after refueling, so during operation for the detection of a fire, be filled with fuel and calibrated to a pressure and temperature value.
Die Brennstoffhochdruckleitung kann einen Druck von größer als ca. 700 bar aufweisen. Die Brennstoffmitteldruckleitung kann einen Druck von größer als ca. 10 bar und kleiner als ca. 30 bar aufweisen. Die Brennstoffniederdruckleitung kann einen Druck von kleiner als ca. 4 bar aufweisen.The high-pressure fuel line may have a pressure of greater than about 700 bar. The fuel medium pressure line may have a pressure of greater than about 10 bar and less than about 30 bar. The fuel low pressure line may have a pressure of less than about 4 bar.
In einer Ausführungsform kann ein zweites Ende der Leitung, zu dem benachbart das erste Ventil angeordnet ist, mit einer Kühlmittelleitung (insbesondere einer Kühlmittelniederdruckleitung), also in einem Niederdruckbereich, oder einer Luftniederdruckleitung verbindbar sein, so dass auch andere Medien als Wasserstoff oder CNG besonders einfach zur Sicherung des Brennstofftanks, der insbesondere als Wasserstoffbrennstofftank ausgebildet sein kann, verwendet werden können. Die Leitung kann dann entsprechend einen Niederdruck (kleiner als ca. 3 bar) aufweisen. Bei diesen Maßnahmen kann eine Wandstärke der Leitung dünn ausgebildet sein, was zu einer Kostenreduzierung der Vorrichtung beitragen kann. Ferner kann eine Wärmekapazität der Leitung gering sein, so dass die Vorrichtung ein schnelles Ansprechverhalten im Brandfall und sichere Detektion des Brands ermöglichen kann. Die Leitung kann auch aus einem kostengünstigen Material, beispielsweise Kunststoff, anstelle des Stahls hergestellt sein. Die Kalibrierung der Leitungen kann beispielsweise beim Volllastpunkt erfolgen, bei dem der Druck in der Regel am höchsten ist. Die Verwendung von Niederdruck in der Leitung kann eine Sicherheit der Vorrichtung erhöhen. Ferner kann eine Verwendung von Luft oder Kühlmittel eine Designflexibilität der Vorrichtung gewährleisten.In one embodiment, a second end of the line, to which the first valve is arranged, can be connectable to a coolant line (in particular a low-pressure refrigerant line), that is to say in a low-pressure region, or an air-low-pressure line, so that media other than hydrogen or CNG are particularly simple for securing the fuel tank, which may be designed in particular as a hydrogen fuel tank, can be used. The line can then have a corresponding low pressure (less than about 3 bar). In these measures, a wall thickness of the line can be made thin, which can contribute to a cost reduction of the device. Furthermore, a heat capacity of the line may be low, so that the device can enable a fast response in case of fire and safe detection of the fire. The conduit may also be made of a low cost material, such as plastic, instead of the steel. The calibration of the lines can for example be done at full load, where the pressure is usually highest. The use of low pressure in the line can increase safety of the device. Further, use of air or coolant may provide design flexibility of the device.
Die Verbindung des zweiten Endes der Leitung mit der Luftniederdruckleitung kann insbesondere, in Fließrichtung der Luft gesehen, stromabwärts eines Wärmetausches, der in dem Luftkreislauf vorgesehen sein kann, vorgesehen sein, da die Luft dann temperiert sein kann.The connection of the second end of the line to the low-pressure air line, in particular, in the flow direction of the air, downstream of a heat exchange, which may be provided in the air circuit, be provided, since the air can then be tempered.
In einer Ausführungsform können das erste Ventil und das zweite Ventil als Rückschlagventil ausgebildet sein, so dass eine besonders kostengünstige Realisierung der Vorrichtung ermöglicht sein kann. Ein erster Druckschwellwert, bei dem das erste Rückschlagventil öffnen kann, muss dabei beispielsweise kleiner als ein zweiter Druckschwellwert sein, bei dem das zweite Rückschlagventil öffnen kann.In one embodiment, the first valve and the second valve may be formed as a check valve, so that a particularly cost-effective implementation of the device may be possible. For example, a first pressure threshold at which the first check valve can open must be smaller than a second pressure threshold at which the second check valve can open.
Im Falle der Verbindung der Leitung mit der Brennstoffhochdruckleitung kann der erste Druckschwellwert ca. 850 bar und der zweite Druckschwellwert ca. 970 bar betragen. Im Falle der Verbindung der Leitung mit der Brennstoffmitteldruckleitung kann der erste Druckschwellwert auch ca. 20 bar und der zweite Druckschwellwert ca. 23 bar betragen. Im Falle der Verbindung der Leitung mit der Brennstoffniederdruckleitung kann der erste Druckschwellwert ca. 3,7 bar und der zweite Druckschwellwert ca. 4,7 bar betragen, so dass kostengünstige Niederdruck-Rückschlagventile verwendbar sein können. Im Falle, dass das Medium Luft ist, kann der erste Druckschwellwert 3,0 bar und der zweite Druckschwellwert 3,2 bar betragen. Im Falle, dass das Medium Kühlmittel ist, kann der erste Druckschwellwert 2,5 bar und der zweite Druckschwellwert 2,9 bar betragen.In the case of connecting the line to the high-pressure fuel line, the first pressure threshold may be about 850 bar and the second pressure threshold may be about 970 bar. In the case of connection of the line with the fuel medium pressure line, the first pressure threshold value may also be about 20 bar and the second pressure threshold value about 23 bar. In the case of the connection of the line to the fuel low pressure line, the first pressure threshold can be about 3.7 bar and the second pressure threshold about 4.7 bar, so that inexpensive low-pressure check valves can be used. If the medium is air, the first pressure threshold may be 3.0 bar and the second pressure threshold may be 3.2 bar. If the medium is coolant, the first pressure threshold may be 2.5 bar and the second pressure threshold may be 2.9 bar.
In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Ventil als Absperrventil, insbesondere als Magnetabsperrventil, und das zweite Ventil als Rückschlagventil ausgebildet sein. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Druck in der Leitung nicht höher als der normale Systemdruck des Mediums sein muss. Diese Maßnahme kann insbesondere mit der Verbindung der Leitung mit der Luftniederdruckleitung kombinierbar sein. Es ist auch möglich, dass diese Maßnahme bei Vorrichtungen, die auf anderen Medium als Luft, also auf beispielsweise Brennstoff oder Kühlmittel, basieren, anwendbar ist. Diese Maßnahme kann ebenfalls eine kostengünstige Realisierung der Vorrichtung darstellen, da ein Niederdruck-Rückschlagventil verwendet wird.In an alternative embodiment, the first valve may be designed as a shut-off valve, in particular as a magnetic shut-off valve, and the second valve as a non-return valve. This measure has the advantage that the pressure in the line does not have to be higher than the normal system pressure of the medium. This measure can be combined in particular with the connection of the line to the low-pressure air line. It is also possible that this measure is applicable to devices that are based on other medium than air, so for example, fuel or coolant. This measure can also represent a cost-effective implementation of the device, since a low-pressure check valve is used.
In einer Ausführungsform kann eine Temperatur des in die Leitung zu füllenden Mediums anpassbar sein. Diese Maßnahme kann insbesondere bei einen Medium in Form von Luft oder Kühlmittel vorgesehen sein.In an embodiment, a temperature of the medium to be filled in the conduit may be adaptable. This measure can be provided in particular for a medium in the form of air or coolant.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist ein Wasserstoff-Brennstoffzellensystem mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und einen Wasserstofftank vorgesehen. According to a second aspect, there is provided a hydrogen fuel cell system including the apparatus according to the first aspect and a hydrogen tank.
Gemäß einem dritten Aspekt ist ein Fahrzeug vorgesehen, dass einen Brennstofftank und die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aufweist. Der Brennstofftank kann ein Wasserstofftank sein, und optional kann das Fahrzeug das Wasserstoff-Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt aufweisen. Alternativ kann der Brennstofftank ein CNG-Tank sein.According to a third aspect, a vehicle is provided that includes a fuel tank and the Device according to the first aspect. The fuel tank may be a hydrogen tank, and optionally, the vehicle may include the hydrogen fuel cell system according to the second aspect. Alternatively, the fuel tank may be a CNG tank.
Gemäß einem vierten Aspekt ist ein Verfahren zum (insbesondere aktiven) Kalibrieren der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte Einstellen (insbesondere Erhöhen) eines Drucks zum Kalibrieren der Leitung und Öffnen und Schließen des ersten Ventils aufweist, während das zweite Ventil geschlossen ist. Dadurch kann der Druck in der Leitung eingestellt werden, indem nach Öffnen des ersten Ventils ein herrschender Systemdruck auch in der Leitung vorhanden sein kann. Die geeignete Ansteuerung des ersten Ventils kann dabei in Falle des als Absperrventils ausgebildeten ersten Ventils aktiv durchgeführt werden.According to a fourth aspect, there is provided a method of calibrating the apparatus (particularly active) according to the first aspect, the method comprising the steps of adjusting (in particular increasing) a pressure to calibrate the conduit and opening and closing the first valve while the second valve closed is. Thereby, the pressure in the line can be adjusted by a prevailing system pressure can also be present in the line after opening the first valve. The suitable control of the first valve can be carried out actively in the case of the first valve designed as a shut-off valve.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner den Schritt (aktives) Einstellen einer Temperatur des Mediums auf. Dadurch kann insbesondere bei falscher Kalibrierungstemperatur des Mediums dieses auf die eine geeignete Temperatur gebracht werden, so dass die Kalibrierung dennoch durchgeführt werden kann. Die Temperatureinstellung kann beispielsweise eine Temperaturerhöhung sein und/oder sie kann vor der Druckeinstellung durchgeführt werden.In an embodiment, the method further comprises the step of (actively) adjusting a temperature of the medium. As a result, the medium can be brought to the appropriate temperature, in particular if the calibration temperature of the medium is incorrect, so that the calibration can nevertheless be carried out. The temperature setting may be, for example, a temperature increase and / or it may be performed prior to pressure adjustment.
Figurenlistelist of figures
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und einer Vorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Wasserstofftanks; -
2 bis9 schematisch Ausführungsbeispiele der Vorrichtung in1 ; -
10 schematisch einen Druckverlauf während eines Betankungsvorgang und einen Brands im Betrieb der Vorrichtung in4 bis9 ; -
11 bis 16 schematisch weitere Ausführungsbeispiel der Vorrichtung in1 ; und -
17 schematisch ein Ablauf eines Verfahrens zum Kalibrieren der Vorrichtung in13 bis15 und insbesondere zur Anpassung einer Temperatur des Mediums in der Vorrichtung in13 bis15 .
-
1 schematically a vehicle with a fuel cell system and a device for temperature pressure relief of a hydrogen tank; -
2 to9 schematically embodiments of the device in1 ; -
10 schematically a pressure curve during a refueling operation and a fire in the operation of the device in4 to9 ; -
11 to16 schematically another embodiment of the device in1 ; and -
17 schematically a flow of a method for calibrating the device in13 to15 and in particular for adjusting a temperature of the medium in the device in13 to15 ,
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gleiche oder ähnliche Bauteile oder Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The same or similar components or elements are provided with the same reference numerals.
In
In einem in
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
In einem Betrieb der in
Bei dem in
Bei einem in
Ein in
In
Bei dem in
In einem in
Bei den in
Für einen Druckschwellwert
Die Leitung
Der Druckschwellwert P_2 des zweiten Rückschlagventils
Wie im unteren Diagramm von
In einem Betrieb der Vorrichtung
Das in
Das in
Das in
Die Berechnung des Drucks
Die in
Ein Betrieb der Vorrichtung
Im Falle, dass die Temperatur des Mediums nicht geeignet für die Kalibrierung ist und sie geändert werden kann, wird sie entsprechend vor der Befüllung der Leitung
Das positive Ergebnis der Entscheidung in dem Schritt
Im dem Schritt
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