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.

Figure DE102018209047A1_0000
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).
Figure DE102018209047A1_0000

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 bis 9 schematisch Ausführungsbeispiele der Vorrichtung in 1;
  • 10 schematisch einen Druckverlauf während eines Betankungsvorgang und einen Brands im Betrieb der Vorrichtung in 4 bis 9;
  • 11 bis 16 schematisch weitere Ausführungsbeispiel der Vorrichtung in 1; und
  • 17 schematisch ein Ablauf eines Verfahrens zum Kalibrieren der Vorrichtung in 13 bis 15 und insbesondere zur Anpassung einer Temperatur des Mediums in der Vorrichtung in 13 bis 15.
Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 schematically a vehicle with a fuel cell system and a device for temperature pressure relief of a hydrogen tank;
  • 2 to 9 schematically embodiments of the device in 1 ;
  • 10 schematically a pressure curve during a refueling operation and a fire in the operation of the device in 4 to 9 ;
  • 11 to 16 schematically another embodiment of the device in 1 ; and
  • 17 schematically a flow of a method for calibrating the device in 13 to 15 and in particular for adjusting a temperature of the medium in the device in 13 to 15 ,

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 1 ist ein Fahrzeug 2 dargestellt, das mittels eines Brennstoffzellensystems 4 betreibbar ist. Einer oder mehreren Brennstoffzellen 6 ist Wasserstoff aus einem als Wasserstofftank ausgebildeten Brennstofftank 8 des Brennstoffzellensystems 4 zuführbar. Die Brennstoffzellen 6 erzeugen Energie, die mittels einer Leitungselektronik 10 zum Antrieb eines Motors 12 verwendbar ist. Der Brennstofftank 8 weist eine Hochdruckzuführleitung 14 und eine Abblasleitung 16 auf, in der ein druckgesteuertes Abblasventil 18 angeordnet ist. Um ein Bersten des Brennstofftanks 8, beispielsweise im Falle eines Feuers in der Nähe des Brennstofftanks 8, zu verhindern, ist eine schematisch als Block dargestellte Vorrichtung 20 zur Temperaturdruckentlastung des Wasserstofftanks 8 vorgesehen.In 1 is a vehicle 2 represented by means of a fuel cell system 4 is operable. One or more fuel cells 6 is hydrogen from a fuel tank designed as a hydrogen tank 8th of the fuel cell system 4 fed. The fuel cells 6 generate energy by means of a line electronics 10 for driving an engine 12 is usable. The fuel tank 8th has a high-pressure supply line 14 and a blow-off line 16 on, in which a pressure-controlled blow-off valve 18 is arranged. To a bursting of the fuel tank 8th For example, in the case of a fire near the fuel tank 8th to prevent is a schematically illustrated as a block device 20 for temperature pressure relief of the hydrogen tank 8th intended.

In einem in 2 in Seitenansicht (obere Figur) und in Draufsicht von unten (untere Figur) gezeigten, ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20a-20d weist diese eine wärmeleitende Leitung 22a-22d auf, die mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium befüllbar ist. Dieses Medium kann beispielsweise Wasserstoff, Luft oder eine Flüssigkeit sein. Ein erstes Ende 24a-24d der Leitung 22a-22d ist über das Abblasventil 18a-18d mit der Abblasleitung 16a-16d verbunden. Ein zweites Ende 25a-25d der Leitung 22a-22d ist luftdicht verschlossen. Die Leitung 22a-22d erstreckt sich entlang der gesamten Länge des Brennstofftanks 8a-8d benachbart zu einem Fahrbahnboden an einer Unterseite eines als LKW ausgebildeten Fahrzeugs 2. Sofern das Fahrzeug 2, wie dargestellt, mehrere Brennstofftanks 8a-8d aufweist, ist jeder dieser Brennstofftanks 8a-8d mit einer gleichen Vorrichtung 20a-20d ausgestattet.In an in 2 in side view (upper figure) and in plan view from below (lower figure) shown, the first embodiment of the device 20a - 20d this has a heat-conducting line 22a - 22d which can be filled with a gaseous or liquid medium. This medium can be, for example, hydrogen, air or a liquid. A first end 24a - 24d the line 22a - 22d is over the blow-off valve 18a - 18d with the discharge line 16a - 16d connected. A second end 25a - 25d the line 22a - 22d is hermetically sealed. The administration 22a - 22d extends along the entire length of the fuel tank 8a - 8d adjacent to a roadway floor at an underside of a truck-mounted vehicle 2 , Unless the vehicle 2 as shown, several fuel tanks 8a - 8d Each of these fuel tanks is 8a - 8d with a same device 20a - 20d fitted.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20, die in 3 in Draufsicht von unten gezeigt ist, ist die Vorrichtung 20 für mehrere Brennstofftanks 8a-8d vorgesehen und weist pro Brennstofftank 8a-8d eine Leitung 22a-22d auf, die jeweils in einen gemeinsamen Behälter 28 münden, der über das Abblasventil 18 mit der Abblasleitung 16 verbunden ist. Jede der Leitungen 22a-22d erstreckt sich entlang der gesamten Länge des zugeordneten Brennstofftanks 8a-8d.In a second embodiment of the device 20 , in the 3 is shown in plan view from below, the device 20 for several fuel tanks 8a - 8d provided and points per fuel tank 8a - 8d a line 22a - 22d on, each in a common container 28 open, via the blow-off valve 18 with the discharge line 16 connected is. Each of the lines 22a - 22d extends along the entire length of the associated fuel tank 8a - 8d ,

In einem Betrieb der in 2, 3 gezeigten Vorrichtung 20 dehnt sich das Medium in der Leitung 22 aus, wenn ein Wärmeeintrag, beispielsweise in Form eines Feuers, die Leitung 22 erwärmt. Dadurch erhöht sich der Druck in der Leitung 22 bis über einen Druckschwellwert, der etwa 870 bar beträgt, und das Abblasventil 18 wird mit diesem Druck von 870 bar beaufschlagt. Im Falle von 3 steigt der Druck in dem Behälter 28 auch über den Druckschwellwert an, bis sich das Abblasventil 18 öffnet. Dadurch öffnet sich das Abblasventil 18 und der im Brennstofftank 8 gespeicherte Wasserstoff entweicht über die Abblasleitung 16.In a company of in 2 . 3 shown device 20 the medium expands in the pipe 22 when a heat input, for example in the form of a fire, the line 22 heated. This increases the pressure in the pipe 22 to above a pressure threshold, which is about 870 bar, and the blow-off valve 18 This pressure of 870 bar is applied. In case of 3 increases the pressure in the container 28 also above the pressure threshold until the blow-off valve 18 opens. This opens the blow-off valve 18 and in the fuel tank 8th stored hydrogen escapes via the blow-off line 16 ,

Bei dem in 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20 ist ein erstes Ende 24 einer wärmeleitenden und mit Wasserstoff befüllten Leitung 22 mit einem Abblasventil 18 in einer Abblasleitung 16 verbunden und ein zweites Ende 25 der Leitung 22 ist stromaufwärts des Abblasventils 18 mit der Abblasleitung 16 verbunden, die aus einem Tankende 30 des Brennstofftanks 8 austritt. Ein Magnetabsperrventil 32 dichtet eine Hochdruckleitung 34, die Teil der Zuführleitung 14 ist, von einem weiteren Tankende 36, das dem Tankende 30 gegenüberliegt, ab. Die Leitung 22 ist U-förmig ausgebildet, kann aber auch eine andere Form aufweisen. Die Leitung 22 weist ein erstes Rückschlagventil 38 auf, das in einen Endbereich 40 der Leitung 22 angeordnet ist, das in die Abblasleitung 16 stromaufwärts des Abblasventils 18 mündet. Ein zweites Rückschlagventil 44 ist in einem zweiten Endbereich 46 der Leitung 22 angeordnet, das mit dem Abblasventil 18 verbunden ist.At the in 4 shown third embodiment of the device 20 is a first end 24 a thermally conductive and filled with hydrogen line 22 with a blow-off valve 18 in a discharge line 16 connected and a second end 25 the line 22 is upstream of the blow-off valve 18 with the discharge line 16 connected, coming from a tanker end 30 of the fuel tank 8th exit. A magnetic shut-off valve 32 seals a high pressure line 34 that are part of the feed line 14 is, from another tanker end 36 that the tanker end 30 opposite, from. The administration 22 is U-shaped, but may also have a different shape. The administration 22 has a first check valve 38 on that in an end area 40 the line 22 is arranged, in the discharge line 16 upstream of the blow-off valve 18 empties. A second check valve 44 is in a second end area 46 the line 22 arranged with the blow-off valve 18 connected is.

Bei einem in 5 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20 tritt eine wärmeleitende Leitung 22 aus einem Tankende 30 aus, das der Hochdruckleitung 34 gegenüberliegt, und erstreckt sich entlang der gesamten Länge des Brennstofftanks 8 zurück zu einem Tankende 36. Damit kann ein Brand entlang des Tanks 8 detektiert werden. Eine L-förmige Verzweigung der Leitung 22 mündet über ein Absperrventil 18 in eine Abblasleitung 16. Die Abblasleitung 16 ist zwischen einem Magnetabsperrventil 32 in der Hochdruckleitung 34 und dem Tankende 36 angeordnet. Ein erstes Rückschlagventil 38 befindet sich an einem Ende 25 der Leitung 22 und sitzt direkt am Tankende 30 auf. Ein zweites Rückschlagventil 44 ist in einem Endbereich 46 der Leitung 22 benachbart zum Absperrventil 18 angeordnet. Die Leitung 22 weist jeweils Biegungen um 90 Grad auf, so dass die Vorrichtung 20 besonders kompakt ausgebildet ist. Die Leitung 22 kann auch unter anderen Winkeln gebogen sein. Die Leitung 22 kann beispielsweise unterhalb des Tanks 8 in Richtung zur Fahrbahn angeordnet sein. Das Magnetabsperrventil 32, das zweite Rückschlagventil 44 und das Abblasventil 18 können in einem gemeinsamen Ventilgehäuse integriert sein.At an in 5 shown fourth embodiment of the device 20 enters a heat-conducting line 22 from a tanker end 30 out, that of the high pressure line 34 opposite, and extends along the entire length of the fuel tank 8th back to a tanker end 36 , This can cause a fire along the tank 8th be detected. An L-shaped branch of the pipe 22 flows through a shut-off valve 18 in a discharge line 16 , The blow-off line 16 is between a magnetic shut-off valve 32 in the high pressure line 34 and the tanker end 36 arranged. A first check valve 38 is at one end 25 the line 22 and sits right at the end of the tank 30 on. A second check valve 44 is in an end area 46 the line 22 adjacent to the shut-off valve 18 arranged. The administration 22 each has bends of 90 degrees, so that the device 20 is designed to be particularly compact. The administration 22 can also be bent at other angles. The administration 22 for example, below the tank 8th be arranged in the direction of the roadway. The magnetic shut-off valve 32 , the second check valve 44 and the blow-off valve 18 can be integrated in a common valve housing.

Ein in 6 gezeigtes fünftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20 ist ähnlich zu der Vorrichtung 20 in 5 ausgebildet. Allerdings mündet eine Leitung 22 in die Abblasleitung 16 stromaufwärts des Abblasventils 18 und ist nicht mit einem Tankende 30 verbunden. Das erste Rückschlagventil 38 ist benachbart der Mündung der Leitung 22 in die Abblasleitung 16 vorgesehen. Das erste Rückschlagventil 38 kann auch in dem mit Bezug auf 5 beschriebenen Ventilgehäuse integriert sein.An in 6 shown fifth embodiment of the device 20 is similar to the device 20 in 5 educated. However, a line flows 22 in the discharge line 16 upstream of the blow-off valve 18 and is not with a tanker end 30 connected. The first check valve 38 is adjacent to the mouth of the pipe 22 in the discharge line 16 intended. The first check valve 38 can also be related to that 5 be integrated valve housing described.

In 7 sind eine Mehrzahl von Brennstofftanks 8 gezeigt, die jeweils mit einer Vorrichtung 20, die wie die Vorrichtung 20 in 6 ausgebildet sind, versehen sind. Der Übersichthalber ist nur eine Vorrichtung 20 und nur ein Tank 8 mit Bezugszeichen versehen. Jeder der Brennstofftanks 8a-8c ist einzeln im Brandfall entleerbar. Die Ventile 38, 44 und die Leitungen 22 sind jeweils gleich ausgebildet, so dass die Vorrichtungen 20 somit kostengünstig produziert sind.In 7 are a plurality of fuel tanks 8th shown, each with a device 20 that like the device 20 in 6 are formed, are provided. The summary is just a device 20 and only one tank 8th provided with reference numerals. Each of the fuel tanks 8a - 8c is emptied separately in case of fire. The valves 38 . 44 and the wires 22 are each formed the same, so that the devices 20 thus produced inexpensively.

Bei dem in 8 gezeigten sechsten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20 ist für jeden Brennstofftank 8a-8c eine Abblasleitung 16a-16c vorgesehen, die zwischen einem Magnetabsperrventil 32a-32c und einem Tankende 36a-36c aus der Hochdruckleitung 34a-34c abzweigt. Eine einzige Leitung 22 ist gitterförmig ausgebildet und erstreckt sich entlang der gesamten Länge aller Brennstofftanks 8a-8c. Die Leitung 22 ist mit einem Ende 25 mit der Abblasleitung 16a eines ersten Brennstofftanks 8 verbunden. Weitere Enden 24a-24c der Leitung 22 sind jeweils mit einem Abblasventil 18a-18c in der zugeordneten Abblasleitung 16a-16c verbunden. Ein erstes Rückschlagventil 38 ist in einem Endbereich 40 der Leitung 22 benachbart einer Mündung der Leitung 22 in die Abblasleitung 16a vorgesehen. Pro Brennstofftank 8a-8c ist jeweils ein zweites Rückschlagventil 44a-44c vorgesehen, das in Endbereichen 46a-46c der Leitung 22 benachbart zu dem jeweils zugeordneten Abblasventil 18a-18c abgeordnet ist.At the in 8th shown sixth embodiment of the device 20 is for every fuel tank 8a - 8c a blow-off line 16a - 16c provided between a magnetic shut-off valve 32a - 32c and a tanker end 36a - 36c from the high pressure line 34a - 34c branches. A single line 22 is formed lattice-shaped and extends along the entire length of all fuel tanks 8a - 8c , The administration 22 is with an end 25 with the discharge line 16a a first fuel tank 8th connected. More ends 24a - 24c the line 22 are each with a blow-off valve 18a - 18c in the associated discharge line 16a -16c connected. A first check valve 38 is in an end area 40 the line 22 adjacent a mouth of the conduit 22 in the discharge line 16a intended. Per fuel tank 8a - 8c is in each case a second check valve 44a - 44c provided in end areas 46a - 46c the line 22 adjacent to the respective associated bleed valve 18a - 18c seconded.

In einem in 9 gezeigten siebten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20 ist jeder von Brennstofftanks 8a-8c mit einer gemeinsamen Hochdruckzuführleitung 34 verbunden, die über ein einziges Magnetabsperrventil 32 befüllbar sind. Eine Leitung 22 zweigt aus der Hochdruckleitung 34 benachbart zu einem Tankende 36 eines der Tanks 8a-8c ab und mündet in eine Abblasleitung 16, die auch aus der Hochdruckleitung 34 zwischen dem Magnetabsperrventil 18 und dem Tankende 36 abzweigt. Die Leitung 22 ist verzweigt ausgebildet und erstreckt sich entlang jedes Brennstofftanks 8a-8c und verbindet diese miteinander. Ein zweites Ende 24 der Leitung 22 ist mit dem Abblasventil 18 verbunden, das in der Abblasleitung 16 vorgesehen ist, die aus der Hochdruckzuführleitung 34 stromabwärts des Magnetabsperrventils 32 abzweigt. Ein erstes Rückschlageventil 38 ist benachbart dem Tankende 36 in der Leitung 22 angeordnet. Ein zweites Rückschlagventil 44 sitzt benachbart dem Abblasventil 18 in einem Endbereich 46 der Leitung 22. Das erste Rückschlagventil 38 kann anstelle benachbart zum Tankende 36 benachbart der Abzweigung der Abblasleitung 16 aus der Zuführleitung 34 vorgesehen sein, so dass dann alle Ventile 18, 32, 38, 44 in einem Ventilgehäuse integriert sein können.In an in 9 shown seventh embodiment of the device 20 is everyone from fuel tanks 8a - 8c with a common high pressure supply line 34 connected via a single solenoid shut-off valve 32 are fillable. A line 22 branches off the high pressure line 34 adjacent to a tanker end 36 one of the tanks 8a - 8c and flows into a discharge line 16 that also comes from the high pressure line 34 between the magnetic shut-off valve 18 and the tanker end 36 branches. The administration 22 is branched and extends along each fuel tank 8a - 8c and connects them together. A second end 24 the line 22 is with the blow off valve 18 connected in the discharge line 16 is provided, which from the Hochdruckzuführleitung 34 downstream of the solenoid shut-off valve 32 branches. A first check valve 38 is adjacent to the tanker end 36 in the pipe 22 arranged. A second check valve 44 sits adjacent to the blow-off valve 18 in one end area 46 the line 22 , The first check valve 38 may instead of adjacent to the tank end 36 adjacent to the diversion of the discharge line 16 from the feed 34 be provided so that then all the valves 18 . 32 . 38 . 44 can be integrated in a valve housing.

Bei den in 4 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt der Druckschwellwert P_1, also der Öffnungsdruck, für das erste Rückschlagventil 38 ca. 850 bar und der Druckschwellwert P_2, also der Öffnungsdruck, für das zweite Rückschlagventil 44 ca. 970 bar.At the in 4 to 9 shown embodiments, the pressure threshold P_1, that is, the opening pressure, for the first check valve 38 850 bar and the pressure threshold P_2, ie the opening pressure, for the second check valve 44 about 970 bar.

10 stellt den zeitlichen Verlauf des Drucks P in Abhängigkeit einer Zeit t während eines Betankungsvorgangs (oberes Diagramm) sowie eines Brandes (unteres Diagramm) für die in 4 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 20 dar. Bei der Betankung erwärmt sich der Wasserstoff auf Grund seiner Expansion bis auf 85°C auf, und in dem Betankungsvorgang wird das Absperrventil 32 überdrückt und von der Tankstelle derart geregelt, dass der Wasserstoffdruck P im Brennstofftank 8 bis auf ca. 870 bar ansteigt. Kurve B zeigt schematisch die Betankungsdauer. Der Druck von 870 bar entspricht einem Druck von 700 bar bei 20°C, der sich nach Abkühlung des Tankinhalts einstellt. Wird der Druckschwellwert P_1 des ersten Rückschlagventils 38 erreicht, der bei 850 bar liegt, öffnet das erste Rückschlagventil 38, so die Leitung 22 zwischen dem Rückschlagventil 38 und dem zweiten Rückschlagventil 44 mit Wasserstoff befüllt wird. Eine Kurve RS1 zeigt schematisch das Öffnungs- und Schließverhalten des Rückschlagventils 38. Dabei ist das zweite Rückschlagventil 44 geschlossen, dessen Druckwellwert P_2 für ein Öffnen größer als 870 bar ist. Dadurch wird die Wasserstoffmenge in der Leitung 22 zwischen den beiden Rückschlagventilen 38, 44 auf den hohen Druck verdichtet. Während des Abkühlens des Tankinhalts und der entsprechenden Reduzierung des Drucks P_1 wird das erste Rückschlagventil 38 geschlossen. Die Temperatur T in der Leitung 22 beim Schließen des ersten Rückschlageventils 38 gleicht dann der Tanktemperatur bei diesem Schließdruck P_1, die sich aus der idealen Gasgleichung berechnen lässt, da der Druck des gefüllten Brennstofftanks bei 20°C, wie zuvor beschrieben, 70 MPa beträgt: 293,15  K/70 MPa = T/P_1 = V/ ( n*R ) .

Figure DE102018209047A1_0001
10 represents the time course of the pressure P as a function of a time t during a refueling operation (upper diagram) and a fire (lower diagram) for the in 4 to 9 shown embodiments of the device 20 During refueling, the hydrogen heats up to 85 ° C due to its expansion, and in the refueling process becomes the shut-off valve 32 suppressed and regulated by the gas station so that the hydrogen pressure P in the fuel tank 8th rises to about 870 bar. Curve B shows schematically the refueling time. The pressure of 870 bar corresponds to a pressure of 700 bar at 20 ° C, which sets after cooling the tank contents. Will the pressure threshold P_1 of the first check valve 38 reached, which is at 850 bar, opens the first check valve 38 so the line 22 between the check valve 38 and the second check valve 44 is filled with hydrogen. A curve RS1 shows schematically the opening and closing behavior of the check valve 38 , Here is the second check valve 44 closed, its pressure wave value P_2 for opening is greater than 870 bar. This will increase the amount of hydrogen in the line 22 between the two check valves 38 . 44 compressed to the high pressure. During the cooling of the tank contents and the corresponding reduction of the pressure P_1 becomes the first check valve 38 closed. The temperature T in the pipe 22 when closing the first check valve 38 then equalizes the tank temperature at this closing pressure P_1 , which can be calculated from the ideal gas equation, since the pressure of the filled fuel tank at 20 ° C, as described above, is 70 MPa: 293.15 K / 70 MPa = T / P_1 = V / ( No ) ,
Figure DE102018209047A1_0001

Für einen Druckschwellwert P_1 von 850 bar beträgt die Temperatur T folglich gemäß der idealen Gasgleichung 82,8°C. Das erste Rückschlagventil 38 stellt somit sicher, dass der Druck in der Leitung 22 immer auf diesen Wert kalibriert ist.For a pressure threshold P_1 of 850 bar, the temperature T is thus 82.8 ° C according to the ideal gas equation. The first check valve 38 thus ensures that the pressure in the pipe 22 always calibrated to this value.

Die Leitung 22 umschließt auch eine bekannte Gasmenge. Eine externe Nachfüllung der Leitung 22 ist nicht erforderlich, da eventuelle Leckmengen wieder bei der Betankung aufgefüllt werden können. Die Wasserstoffmenge in der Leitung 22 lässt sich aus dem Leitungsvolumen, dem Druckschwellwert P_1 des ersten Rückschlagventils 38 sowie der oben genannten Temperatur T berechnen, und ist eine konstante Größe.The administration 22 also encloses a known amount of gas. An external refill of the line 22 is not necessary because any leakages can be refilled during refueling. The amount of hydrogen in the pipe 22 can be calculated from the line volume, the pressure threshold P_1 of the first check valve 38 as well as calculate the above temperature T, and is a constant size.

Der Druckschwellwert P_2 des zweiten Rückschlagventils 44 kann in ähnlicher Art und Weise berechnet werden. Soll das zweite Rückschlagventil 44 bei z. B. bei 105°C geöffnet werden, was der bekannten Auslösetemperatur für Schmelzsicherungen für Wasserstofftanks entspricht, beträgt der Druckschwellwert P_2 = 969 bar.The pressure threshold P_2 of the second check valve 44 can be calculated in a similar way. Should the second check valve 44 at z. B. at 105 ° C, which corresponds to the known release temperature for fuses for hydrogen tanks, the pressure threshold P_2 = 969 bar.

Wie im unteren Diagramm von 10 gezeigt, variiert der Druck P in der Leitung 22 zwischen dem ersten Rückschlagventil 38 und dem zweiten Rückschlagventil 44 im Normalbetrieb gemäß der Umgebungstemperatur, z. B. zwischen 580 bar (für -30°C) und 830 bar (für 50°C). Bei einem Brand heizt sich die Leitung 22 und der Wasserstoff in ihr so auf, dass der Druckschwellwert P_2 des zweiten Rückschlagventils 44 überschritten wird und sich das zweite Rückschlagventil 44 öffnet. Eine Kurve RS2 zeigt das Öffnungs-und Schließverhalten des Rückschlagventils 44. Das Abblasventil 18 bleibt so lange offen, bis der Druck in der dünnen Leitung 22 den Druckschwellwert P_2 wieder unterschreitet, d. h. bis die Temperatur der Leitung 22 absinkt. Dies tritt erst ein, wenn der Brand gelöscht worden ist, und der Brennstofftank 8 abgekühlt ist.As in the lower diagram of 10 As shown, the pressure P in the pipe varies 22 between the first check valve 38 and the second check valve 44 in normal operation according to the ambient temperature, z. B. between 580 bar (for -30 ° C) and 830 bar (for 50 ° C). In a fire, the line heats up 22 and the hydrogen in it so on, that the pressure threshold P_2 of the second check valve 44 is exceeded and the second check valve 44 opens. A curve RS2 shows the opening and closing behavior of the check valve 44 , The blow-off valve 18 stays open until the pressure in the thin pipe 22 the pressure threshold P_2 again falls below, ie until the temperature of the line 22 decreases. This occurs only when the fire has been extinguished, and the fuel tank 8th has cooled.

In einem Betrieb der Vorrichtung 22 öffnet sich das erste Rückschlagventil 38 während eines Betankungsvorgangs des Brennstofftanks 8 aufgrund der ansteigenden Temperatur, während das zweite Rückschlagventil 44 geschlossen ist. Auf diese Weise wird die Leitung 22 mit einer konstanten bekannten Menge an Wasserstoff gefüllt. Danach wird das erste Rückschlagventil 38 aufgrund absinkender Temperatur während des oder nach dem Betankungsvorgang geschlossen. Zu einem späteren Zeitpunkt erhöht sich der Druck in der dünnen Leitung 22 durch einen lokalen Wärmeeintrag, z. B. durch einen Brand. Der lokale Wärmeintrag kann z. B. größer als 85°C über 850 bar hinaus sein. Das zweite Rückschlagventil 44 weist einen Druckschwellwert P_2 größer als 900 bar, hier ca. 970 bar, auf. Erst wenn eine Temperatur in der Leitung 22 größer als 100°C (z.B. 105°C) ist, wird das zweite Rückschlagventil 44 ausgelöst, durch die Druckeinwirkung wird das Abblasventil 18 geöffnet und der Brennstofftank 8 wird in Richtung Abblasleitung 16 geöffnet. Der Wasserstoff kann durch die Abblasleitung 16 aus dem Brennstofftank 8 entweichen.In one operation of the device 22 opens the first check valve 38 during a refueling operation of the fuel tank 8th due to the rising temperature, while the second check valve 44 closed is. That way, the line becomes 22 filled with a constant known amount of hydrogen. Thereafter, the first check valve 38 closed due to falling temperature during or after refueling. At a later time, the pressure in the thin pipe increases 22 by a local heat input, z. B. by a fire. The local heat input can z. B. be greater than 85 ° C above 850 bar addition. The second check valve 44 has a pressure threshold P_2 greater than 900 bar, here about 970 bar, on. Only when a temperature in the pipe 22 greater than 100 ° C (eg 105 ° C), the second check valve becomes 44 triggered by the pressure, the blow-off valve 18 opened and the fuel tank 8th is in the direction of blow-off 16 open. The hydrogen can pass through the blow-off line 16 from the fuel tank 8th escape.

11 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20, die einem Brennstoffzellensystem 4 zugeordnet ist. Die Vorrichtung 20 ist ähnlich zu der Vorrichtung 20 in 4 ausgebildet, allerdings ist ein zweites Ende 25 einer Leitung 22 mit einer Wasserstoff-Mitteldruckleitung 50 verbunden. Diese ist in dem Brennstoffzellensystem 4 zwischen einem Wasserstoff-Injektor 52 und einem Druckminderer 54 angeordnet, der wiederum mittels der Hochdruckleitung 34 mit dem Magnetabsperrventil 32 verbunden ist. Die Leitung 50 ist ebenfalls Teil der Zuführleitung 14. Der Druck in der Leitung 22 liegt im Bereich von 20 bar. Der Druckschwellwert des ersten Rückschlagventils 38 und des zweiten Rückschlagventils 44 müssen ähnlich wie in 4 bis 9 gemäß den Betankungsdrücken ausgewählt werden und betragen 20 bzw. 23 bar. Ein Betrieb der Vorrichtung 20 ist ähnlich zum Betrieb der Vorrichtungen 20 in 4 bis 9. Allerdings findet der Kalibrierungsvorgang der Leitung 22 im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen in 4 bis 9 nicht während der Betankung, sondern erst nach der Betankung statt, da das Tankabsperrventil 32 erst im Normalbetrieb geöffnet wird. 11 shows an eighth embodiment of the device 20 that a fuel cell system 4 assigned. The device 20 is similar to the device 20 in 4 trained, however is a second end 25 a line 22 with a hydrogen medium pressure line 50 connected. This is in the fuel cell system 4 between a hydrogen injector 52 and a pressure reducer 54 arranged, in turn, by means of the high pressure line 34 with the magnetic shut-off valve 32 connected is. The administration 50 is also part of the supply line 14 , The pressure in the pipe 22 is in the range of 20 bar. The pressure threshold of the first check valve 38 and the second check valve 44 must be similar to in 4 to 9 are selected according to the refueling pressures and are 20 or 23 bar. An operation of the device 20 is similar to the operation of the devices 20 in 4 to 9 , However, the calibration process of the line takes place 22 unlike the embodiments in 4 to 9 not during refueling, but only after refueling instead, as the tank shut-off valve 32 only in normal operation is opened.

Das in 12 gezeigte neunte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20 ist ähnlich zu der Vorrichtung 20 in 11 ausgebildet, allerdings ist ein Ende 25 einer Leitung 20, in der ein erstes Rückschlagventil 38 vorgesehen ist, mit einer Wasserstoff-Niederdruckleitung 56 verbunden, die zwischen den Brennstoffzellen 6 und einem Wasserstoff-Injektor 52 vorgesehen ist. Die Leitung 56 ist ebenfalls Teil der Zuführleitung 14. Die Leitung 20 und die Ventile 38, 44 sind einem Druck, der viel kleiner als 5 bar ist, ausgesetzt. Das erste Rückschlagventil 38 hat einen Druckschwellwert P_1 von 3,7 bar und dient dazu, die Leitung 20 zwischen dem ersten Rückschlagventil 38 und dem zweiten Rückschlagventil 44 mit Wasserstoff zu befüllen, um dadurch die Leitung 22 zu kalibrieren. Dadurch enthält die Leitung 20 eine bekannte Gasmenge. Eine externe Nachfüllung ist nicht erforderlich, da eventuelle Leckmengen während des Betriebs wieder aufgefüllt werden. Der Druck P_1 wird oberhalb des maximalen Betriebsdrucks von 3,5 bar gewählt, so dass das Ventil 38 nur zur Befüllung der Leitung 22 öffnet. Dieser Druck wird nur bei einem Kalibrierungsvorgang erreicht. Das zweite Rückschlagventil 44 weist einen Druckschwellwert P_2 von 4,7 bar auf, der mittels der idealen Gasgleichung für eine Kalibrierungstemperatur T=20°C des ersten Rückschlagventils 38 bei einem Auslösen des zweiten Rückschlagventils 44 bei einer Temperatur T_Abblasen von größer als 105°C ausgerechnet werden kann, bei der das Öffnen des Abblasventils 18 erreicht werden soll: T/P_1 = T_Ablassen/P_2 = V/ ( N*R )

Figure DE102018209047A1_0002
293,15 /0 ,37 MPa = T_Ablassen/P_2 , also 
Figure DE102018209047A1_0003
P_ 2 = 0,47  MPa .
Figure DE102018209047A1_0004
This in 12 shown ninth embodiment of the device 20 is similar to the device 20 in 11 educated, but there is an end 25 a line 20 in which a first check valve 38 is provided with a hydrogen low pressure line 56 connected between the fuel cells 6 and a hydrogen injector 52 is provided. The administration 56 is also part of the supply line 14 , The administration 20 and the valves 38 . 44 are exposed to a pressure much less than 5 bar. The first check valve 38 has a pressure threshold P_1 of 3.7 bar and serves the pipe 20 between the first check valve 38 and the second check valve 44 to fill with hydrogen, thereby the pipe 22 to calibrate. This contains the line 20 a known amount of gas. External refilling is not required, as any leaks will be replenished during operation. The pressure P_1 is selected above the maximum operating pressure of 3.5 bar, so that the valve 38 only for filling the line 22 opens. This pressure is achieved only during a calibration process. The second check valve 44 has a pressure threshold P_2 of 4.7 bar, using the ideal gas equation for a calibration temperature T = 20 ° C of the first check valve 38 upon triggering of the second check valve 44 at a temperature T_Blow greater than 105 ° C can be calculated at the opening of the blow-off valve 18 to be achieved: T / P_1 = T_Ablassen / P_2 = V / ( NO )
Figure DE102018209047A1_0002
293.15 / 0 , 37 MPa = T_Ablassen / P_2 , so
Figure DE102018209047A1_0003
P_ 2 = 0.47 MPa ,
Figure DE102018209047A1_0004

Das in 13 gezeigte zehnte Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel in 12 ausgebildet, allerdings ist ein Ende 25 einer Leitung 22 mit einer Kühlmittelleitung 58 verbunden. Der Druck des Kühlmittels und somit in der Leitung 22 beträgt 2,5 bar. Die Druckschwellwerte betragen bei einer Kalibrierungstemperatur von T=50°C=323,15K und einer Abblastemperatur T_Abblasen=105°C=378,15K dabei P_1=2,5 bar bzw. P_2=2,9 bar.This in 13 The tenth embodiment shown is similar to the embodiment in FIG 12 educated, but there is an end 25 a line 22 with a coolant line 58 connected. The pressure of the coolant and thus in the pipe 22 is 2.5 bar. At a calibration temperature of T = 50 ° C = 323.15K and a blow-off temperature T_Blow = 105 ° C = 378.15K, the pressure threshold values are P_1 = 2.5 bar and P_2 = 2.9 bar.

Das in 14 gezeigte elfte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20 ist ähnlich zu der Vorrichtung in 13 ausgebildet, allerdings ist das Ende 25 der Leitung 22 mit einer Luft-Niederdruckleitung 60, insbesondere stromabwärts eines Wärmetauschers 61, verbunden, die in einem Luftkreislauf 62 vorgesehen ist. Das Druckniveau in der Luft-Niederdruckleitung 60 und somit in der Leitung 22 beträgt ca. 3 bar. Wie in 15 gezeigt, kann in dem zu 14 ähnlichen Ausführungsbeispiel an Stelle des ersten Rückschlagventils 38 ein Absperrventil 64 vorgesehen sein. Die Druckschwellwerte betragen bei einer Kalibrierungstemperatur von T=80°C=353,15K und einer Abblastemperatur T_Abblasen=105°C=378,15K dabei P_1=3 bar bzw. P_2=3,2 bar.This in 14 shown eleventh embodiment of the device 20 is similar to the device in 13 educated, but the end is 25 the line 22 with an air-low pressure line 60 , in particular downstream of a heat exchanger 61 , connected, in an air circulation 62 is provided. The pressure level in the low pressure air line 60 and thus in the line 22 is about 3 bar. As in 15 can be shown in the too 14 similar embodiment in place of the first check valve 38 a shut-off valve 64 be provided. At a calibration temperature of T = 80 ° C = 353.15K and a blow-off temperature T_Blow = 105 ° C = 378.15K, the pressure threshold values are P_1 = 3 bar and P_2 = 3.2 bar.

Die Berechnung des Drucks P_2 für die in 13 bis 15 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt analog zu dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel.The calculation of the pressure P_2 for the in 13 to 15 The embodiment shown is analogous to that in 12 shown embodiment.

Die in 16 gezeigte Vorrichtung 20 gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu der Vorrichtung 20 in 12 ausgebildet, allerdings erstreckt sich die Leitung 22 entlang der gesamten Tanklänge und unter dem Tank 8, so dass die Leitung 22 L-förmig ausgebildet ist. Das Rückschlagventil 44 und das Abblasventil 18 können in einem gemeinsamen Ventilgehäuse untergebracht sein.In the 16 shown device 20 according to a twelfth embodiment is similar to the device 20 in 12 trained, however, the line extends 22 along the entire tank length and under the tank 8th , so that the line 22 is L-shaped. The check valve 44 and the blow-off valve 18 can be accommodated in a common valve housing.

Ein Betrieb der Vorrichtung 20 in 12 bis 16 ist ähnlich zum Betrieb der Vorrichtungen in 4 bis 9. Der Kalibrierungsvorgang verläuft allerdings unterschiedlich, und muss regelmäßig während des Betriebs realisiert werden, z. B. einmal pro Fahrt, und er wird aktiv angetriggert. Wird der Kalibrierungsvorgang während des Normalbetriebs gestartet, wird die Temperatur des entsprechenden Mediums in der Leitung 22 mit dem Kalibrierungsbereich abgeglichen, z. B. 20°C für Wasserstoff, 80°C für Luft, und 50°C für das Kühlmittel. Falls die Temperatur innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, z. B. plus/minus 1 Kelvin Unterschied, wird der Druck über den Druckschwellwert P_1 des ersten Rückschlagventils 38 erhöht. Für den Wasserstoff erfolgt es einfach über die Ansteuerung eines Regelventils des Wasserstoff-Injektors 52. Im Falle der Luft müssen Luftverdichter 65 und gegebenenfalls eine Luft-Drossel entsprechend angesteuert werden, und im Falle des Kühlmittels muss die Kühlmittelpumpe 66 entsprechend angesteuert werden. Wird der Druckschwellwert P_1 des ersten Rückschlagventils 38 überschritten bzw. wird das Absperrventil 64 in 15 (wobei der Druck P_1 von z.B. 3 bar eingestellt wurde) geöffnet, wird die Leitung 22 mit dem komprimierten Medium gefüllt bzw. aufgefüllt, und der Kalibrierungsvorgang ist abgeschlossen. Das erste Rückschlagventil 38 bzw. das Absperrventil 64 wird wieder geschlossen.An operation of the device 20 in 12 to 16 is similar to the operation of the devices in 4 to 9 , The calibration process, however, varies, and must be implemented regularly during operation, e.g. B. once per trip, and he is actively triggered. If the calibration process is started during normal operation, the temperature of the corresponding medium in the line 22 aligned with the calibration range, z. 20 ° C for hydrogen, 80 ° C for air, and 50 ° C for the coolant. If the temperature is within the allowable range, eg. B. plus / minus 1 Kelvin difference, the pressure is above the pressure threshold P_1 of the first check valve 38 elevated. For hydrogen, it is easy to control a control valve of the hydrogen injector 52 , In the case of air must air compressor 65 and optionally an air throttle are controlled accordingly, and in the case of the coolant, the coolant pump 66 be controlled accordingly. Will the pressure threshold P_1 of the first check valve 38 exceeded or is the shut-off valve 64 in 15 (where the pressure P_1 of eg 3 bar was set) opened, the line becomes 22 filled with the compressed medium, and the calibration process is completed. The first check valve 38 or the shut-off valve 64 will be closed again.

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 22 angepasst. 17 zeigt ein entsprechendes Verfahren zum Kalibrieren der Vorrichtung 20 und insbesondere zur Anpassung der Temperatur des Mediums in der Leitung 22. In einem ersten Schritt S1 wird die Kalibrierung des Drucks in der Leitung 22 gestartet. In einem nächsten Schritt S2 wird bestimmt, ob die Temperatur innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs ist. Ist dies nicht der Fall, wird in einem Schritt S3 bestimmt, ob die Temperatur geändert werden kann. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt S4 die Mediumstemperatur erhöht und das Verfahren verzweigt zurück zum Schritt S2. Ist ein Ergebnis der Entscheidung in dem Schritt S3 negativ, endet das Verfahren mit dem Schritt S5. Ist ein Ergebnis der Entscheidung in dem Schritt S2 positiv, wird in einem Schritt S6 der Druck in der Leitung 22 im Falle des ersten Rückschlagventils 38 über den normalen Mediumsdruck erhöht bzw. im Falle des Absperrventils 64 wird der gewünschte Druck in der Leitung 22 durch den Mediumsdruck eingestellt. Ist im Falle des ersten Rückschlagventils der Druck P_1 überschritten, wird in einem Schritt S7 das erste Rückschlagventil 38 in 11 bis 14 und 16 geöffnet und wieder geschlossen, wenn der Druck unter den Druckschwellwert P_1 absinkt. In Falle des Absperrventils 64 in 15 wird in dem Schritt S7 das Absperrventil 64 für eine vorbestimmte Zeit (z.B. 0,5 s) geöffnet und später wieder geschlossen, wenn die vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Danach endet das Verfahren mit dem Schritt S5.In case the temperature of the medium is not suitable for the calibration and it can be changed, it will be adjusted accordingly before the filling of the pipe 22 customized. 17 shows a corresponding method for calibrating the device 20 and in particular for adjusting the temperature of the medium in the conduit 22 , In a first step S1 will be the calibration of the pressure in the line 22 started. In a next step S2 it is determined if the temperature is within the desired temperature range. If not, will be in one step S3 determines if the temperature can be changed. If this is the case, it will be in one step S4 the medium temperature increases and the process branches back to the step S2 , Is a result of the decision in the step S3 negative, the process ends with the step S5 , Is a result of the decision in the step S2 positive, in one step S6 the pressure in the pipe 22 in the case of the first check valve 38 increased above the normal medium pressure or in the case of the shut-off valve 64 will be the desired pressure in the line 22 adjusted by the medium pressure. Is the pressure in the case of the first check valve P_1 is exceeded, in one step S7 the first check valve 38 in 11 to 14 and 16 opened and closed again when the pressure is below the pressure threshold P_1 decreases. In the case of the shut-off valve 64 in 15 is in the step S7 the shut-off valve 64 opened for a predetermined time (eg 0.5 s) and later closed again when the predetermined time has elapsed. Thereafter, the process ends with the step S5 ,

Das positive Ergebnis der Entscheidung in dem Schritt S3, dass die Temperatur des Mediums geändert werden kann, ist insbesondere der Fall für das Kühlmittel. Die Temperatur der Luft kann auch durch Variation der Verdichtung in bestimmten Grenzen angepasst werden. Die Temperatur des Wasserstoffs entspricht der Tanktemperatur und kann im Normalbetrieb nicht beeinflusst werden. In anderen Worten ist die Entscheidung im Schritt S3 negativ. Um dennoch den Kalibrierungsvorgang mit einer anderen Temperatur als 20°C ablaufen zu lassen, wird die Temperatur des Wasserstoffs auf ca. 50°C ausgewählt, die nach jeder Betankung erreicht wird, da die Wasserstofftemperatur im Brennstofftank während der Betankung auf ca. 85°C ansteigt, so dass der Kalibrierungsvorgang in der Abkühlphase des Brennstofftanks 8 erfolgt (siehe 10, oberes Diagramm). Falls die Abkühlung ohne Betrieb des Brennstoffzellensystems 4 erfolgt, findet die Kalibrierungsphase erst nach der nächsten Betankung während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 2 statt.The positive result of the decision in the step S3 in that the temperature of the medium can be changed, is in particular the case for the coolant. The temperature of the air can also be adjusted by varying the compression within certain limits. The temperature of the hydrogen corresponds to the tank temperature and can not be influenced during normal operation. In other words, the decision is in step S3 negative. However, in order to run the calibration process at a temperature other than 20 ° C, the temperature of the hydrogen is selected to be about 50 ° C, which is reached after each refueling, since the hydrogen temperature in the fuel tank during refueling to about 85 ° C. increases, so the calibration process in the cooling phase of the fuel tank 8th takes place (see 10 , upper diagram). If the cooling without operation of the fuel cell system 4 takes place, the calibration phase takes place only after the next refueling during operation of the fuel cell system 2 instead of.

Im dem Schritt S6 kann der Druck dadurch erhöht werden, dass der Druck in dem System auf zumindest den ersten Druckschwellwert P_1 aktiv erhöht wird. Nach dem Schalten des ersten Ventils 38 bzw. des Absperrventils 64 kann der Druck wieder geringfügig abfallen, so dass der Druck dann aktiv auf zumindest den ersten Druckschwellwert nachgesteuert werden kann. Der Druck in der Leitung 22 kann dann den ersten Druckschwellwert P_1 erreichen. Der Schritt S6 kann also zumindest teilweise parallel zum Schritt S7 durchgeführt werden.In the step S6 For example, the pressure may be increased by the pressure in the system reaching at least the first pressure threshold P_1 is actively increased. After switching the first valve 38 or the shut-off valve 64 If necessary, the pressure can again drop slightly, so that the pressure can then be actively readjusted to at least the first pressure threshold value. The pressure in the pipe 22 then can the first pressure threshold P_1 to reach. The step S6 So at least partially parallel to the step S7 be performed.

Claims (14)

Vorrichtung (20) zur Temperaturdruckentlastung eines Brennstofftanks (8, 8a-8d), wobei die Vorrichtung (20) eine wärmeleitende Leitung (22, 22a-22d) aufweist, die mit einem gasförmigen oder flüssigem Medium befüllbar ist, wobei ein 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.Device (20) for the temperature pressure relief of a fuel tank (8, 8a-8d), wherein the device (20) has a heat-conducting conduit (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) being so configured in that, when a pressure of the medium in the conduit (20) is greater than a pressure threshold (P_2), the device (20) pressurizes the blow-off valve (18) so that the blow-off valve (18) opens to expel the fuel the fuel tank (8, 8a-8d) in the discharge line (16) to empty. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei ein zweites Ende (25) der Leitung (22) druckdicht verschlossen ist.Device (20) according to Claim 1 , wherein a second end (25) of the conduit (22) is pressure-tight manner. Vorrichtung (20) nach einem vorherigen Anspruch, wobei die Vorrichtung (20) mehrere wärmeleitende Leitungen (22a-22d) aufweist, die jeweils mit einem gasförmigen oder flüssigem Medium befüllbar und jeweils separat mit dem Abblasventil (18) verbunden sind, wobei die Vorrichtung (20) so ausgelegt ist, dass die Vorrichtung (20), wenn ein Druck des Mediums in zumindest einer der Leitungen (22a-22d) grösser als der Druckschwellwert (P_2) ist, das Abblasventil (18) mit Druck beaufschlagt, so dass das Abblasventil (18) öffnet, um den Brennstoff aus den Leitungen (22a-22d) zugeordneten Brennstofftanks (8a-8d) in die Abblasleitung (16) zu entleeren.Device (20) according to any preceding claim, wherein the device (20) comprises a plurality of heat-conducting lines (22a-22d), each of which can be filled with a gaseous or liquid medium and each separately connected to the blow-off valve (18), wherein the device ( 20) is designed so that the device (20), when a pressure of the medium in at least one of the lines (22a-22d) is greater than the pressure threshold (P_2), the blow-off valve (18) pressurized, so that the blow-off valve (18) opens to drain the fuel from the lines (22a-22d) associated fuel tanks (8a-8d) in the discharge line (16). Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (20) ferner ein erstes Ventil (38, 64) und zweites Ventil (44) aufweist, die in Endbereichen (40, 46) der Leitung (22) angeordnet sind, wobei die Leitung (22) mittels des ersten Ventils (38, 64), wenn es geöffnet ist, mit dem Medium befüllbar ist und wobei mittels des zweiten Ventils (44), wenn es geöffnet ist, das benachbart zum zweiten Ventil (44) anordbare Abblasventil (18) mit Druck beaufschlagbar ist, so dass das Abblasventil (18) öffnet, um den Brennstoff aus dem Brennstofftank (8) in die Abblasleitung (16) zu entleeren.Device (20) according to Claim 1 wherein the device (20) further comprises a first valve (38, 64) and second valve (44) disposed in end portions (40, 46) of the conduit (22), the conduit (22) being defined by the first valve (38, 64), if it is open, can be filled with the medium and wherein by means of the second valve (44), when it is open, the adjacent to the second valve (44) can be arranged pressureable blow-off valve (18), so that the blow-off valve (18) opens to empty the fuel from the fuel tank (8) into the exhaust line (16). Vorrichtung (20) nach Anspruch 4, wobei das erste Ende (24) der Leitung (22), zu dem benachbart oder an dem das zweite Ventil (44) angeordnet ist, mit der Abblasleitung (16), die mit einer Zuführleitung (34) für den Brennstofftank (8) zwischen einem Absperrventil (32) des Brennstofftanks (8) und dem Brennstofftank (8) verbunden ist, verbindbar ist.Device (20) according to Claim 4 wherein the first end (24) of the conduit (22) to which adjacent or to which the second valve (44) is disposed is connected to the bleed line (16) connected to a feed line (34) for the fuel tank (8) a shut-off valve (32) of the fuel tank (8) and the fuel tank (8) is connected, is connectable. Vorrichtung (20) nach Anspruch 4, wobei das erste Ende (24) der Leitung (22), zu dem benachbart oder an dem das zweite Ventil (44) angeordnet ist, mit der Abblasleitung (16), die stromabwärts des Brennstofftanks (8) vorgesehen ist, verbindbar ist.Device (20) according to Claim 4 wherein the first end (24) of the conduit (22) to which adjacent or to which the second valve (44) is disposed is connectable to the blow-off conduit (16) provided downstream of the fuel tank (8). Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Vorrichtung (20) eine Mehrzahl von zweiten Ventilen (44a-44c) aufweist, mittels denen, wenn sie geöffnet sind, ein entsprechendes benachbart zum jeweiligen zweiten Ventil (44a-44c) anordbares Abblasventil (18a-18c) mit Druck beaufschlagbar ist, so dass das jeweilige Abblasventil (18a-18c) öffnet, um den Brennstoff aus dem jeweiligen zugeordneten Brennstofftank (8a-8c) in die jeweilige Abblasleitung (16a-16c) zu entleeren.Device (20) according to one of Claims 4 to 6 wherein the device (20) comprises a plurality of second valves (44a-44c) by means of which, when open, a corresponding adjacent to the respective second valve (44a-44c) can be arranged blow-off valve (18a-18c) is pressurized such that the respective blow-off valve (18a-18c) opens to empty the fuel from the respective associated fuel tank (8a-8c) into the respective blow-off line (16a-16c). Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei sich die Leitung (22) entlang einer Mehrzahl von Brennstofftanks (8a-8c) erstreckt.Device (20) according to one of Claims 4 to 6 wherein the conduit (22) extends along a plurality of fuel tanks (8a-8c). Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei ein zweites Ende (25) der Leitung, zu dem benachbart das erste Ventil (38, 64) angeordnet ist, - mit der Abblasleitung (16), - mit dem Brennstofftank (8), - mit einer Brennstoffmitteldruckleitung (50), - mit einer Brennstoffniederdruckleitung (56) oder - mit einer Brennstoffhochdruckleitung (50) stromaufwärts eines Absperrventils (32) für den Brennstofftank (8) verbindbar ist.Device (20) according to one of Claims 4 to 8th wherein a second end (25) of the conduit to which the first valve (38, 64) is arranged, - the blow-off conduit (16), - the fuel tank (8), - a fuel-medium pressure conduit (50), - with a fuel low pressure line (56) or - with a high-pressure fuel line (50) upstream of a shut-off valve (32) for the fuel tank (8) is connectable. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei ein zweites Ende (25) der Leitung (22), zu dem benachbart das erste Ventil (38, 64) angeordnet ist, mit einer Kühlmittelleitung (58) oder einer Luftniederdruckleitung (60) verbindbar ist.Device (20) according to one of Claims 4 to 8th wherein a second end (25) of the conduit (22) to which the first valve (38, 64) is adjacent is connectable to a coolant conduit (58) or an air low pressure conduit (60). Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei das erste Ventil (38) und das zweite Ventil (44) als Rückschlagventil ausgebildet sind.Device (20) according to one of Claims 4 to 10 wherein the first valve (38) and the second valve (44) are designed as a check valve. Vorrichtung (20) nach Anspruch 4 bis 8 und 10, wobei das erste Ventil (64) als Absperrventil und das zweite Ventil (44) als Rückschlagventil ausgebildet sind.Device (20) according to Claim 4 to 8th and 10 , wherein the first valve (64) as a shut-off valve and the second valve (44) are designed as a check valve. Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, mit dem Schritten: - Einstellen (S6) eines Drucks zum Kalibrieren der Leitung 22 und - Öffnen (S7) und Schließen des ersten Ventils (38, 64), während das zweite Ventil (44) geschlossen ist.Method for calibrating a device (20) according to one of Claims 9 to 12 , comprising the steps of: - setting (S6) a pressure to calibrate the line 22 and - opening (S7) and closing the first valve (38, 64) while the second valve (44) is closed. Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Schritt: - Einstellen (S4) einer Temperatur des Mediums.Method according to Claim 13 , further comprising the step of: - adjusting (S4) a temperature of the medium.
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