DE102018212137A1

DE102018212137A1 - Tankanordnung

Info

Publication number: DE102018212137A1
Application number: DE102018212137.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Bartl; Hans-Ulrich Stahl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-01-23
Also published as: CN112313106A; US20210347249A1; WO2020015991A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tankanordnung mit einem Tank, einem Druckentlastungsventil, einer Wärmeübertragungsstrecke und einem Wärmeübertragungselement, wobei das Wärmeübertragungselement bezüglich Wärmeübertragung zwischen Wärmeübertragungsstrecke und Druckentlastungsventil veränderbar ist. Dadurch kann eine unerwünschte Ableitung von Wärme aus einem Druckentlastungsventil verhindert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tankanordnung. Eine solche Tankanordnung weist typischerweise einen Tank auf, welcher beispielsweise ein Gastank für einen gasförmigen Treibstoff eines Kraftfahrzeugs sein kann. Die Tankanordnung weist ein Druckentlastungsventil auf, welches dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten eines Temperaturschwellenwerts am Druckentlastungsventil eine Druckentlastung des Tanks freizugeben. Außerdem weist die Tankanordnung eine Wärmeübertragungsstrecke und zumindest ein Wärmeübertragungselement auf, mittels welchem die Wärmeübertragungsstrecke und das Druckentlastungsventil verbunden sind.
Tanks zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff unter Druck sind als solche bekannt. Es ist ferner bekannt, zur Druckentlastung derartiger Tanks Druckentlastungsventile oder Druckentlastungseinrichtungen vorzusehen, welche thermisch aktivierbar sein können. Diese sind auch unter dem englischen Begriff „Thermal Pressure Relief Devices (TPRDs)“ bekannt. Wird die Auslösetemperatur eines solchen Druckentlastungsventils überschritten, so bewirkt es typischerweise eine kontrollierte Abgabe des gespeicherten Brennstoffs aus dem Tank in die Umgebung. Damit kann beispielsweise ein Bersten des Tanks aufgrund eines ansonsten entstehenden zu hohen Drucks verhindert werden.
Problematisch ist, dass bei der reinen Verwendung von Druckentlastungsventilen lediglich die Temperatur am Ort des Druckentlastungsventils zur Auslösung des Druckentlastungsventils führen kann. Entfernte Wärmequellen können dabei unberücksichtigt bleiben. Deshalb ist es bereits bekannt, Wärmeübertragungsstrecken einzusetzen, welche Wärme über einen größeren Bereich bzw. entlang einer längeren Strecke aufnehmen und zum Druckentlastungsventil transportieren. Somit kann auch eine lokale Temperaturerhöhung, welche entfernt vom Druckentlastungsventil auftritt, mittels der Wärmeübertragungsstrecke zu einer Temperaturerhöhung am Druckentlastungsventil und somit zu einer Auslösung des Druckentlastungsventils führen. Bei derartigen Wärmeübertragungsstrecken kann es sich beispielsweise um Wärmerohre handeln, welche zum Transport von Wärmeenergie zu zumindest einem der Druckentlastungsventile ausgebildet sein können.
Ein Wärmerohr (englisch „heat pipe“) ist typischerweise ein Wärmeübertrager, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Mediums Wärme passiv transportiert. Mit anderen Worten ist ein Wärmerohr ein Element, in dem ein Stoff gespeichert ist, der zum Transport von Wärme vom lokalen Event zum Druckentlastungsventil zumindest teilweise einen Phasenübergang vollzieht. Ein solches Wärmerohr kann unterschiedlich ausgebildet sein und ist grundsätzlich bekannt. Vorteilhaft kann mit einem solchen Wärmerohr ein vergleichsweise hoher Wärmestrom mit einem vergleichsweise geringen Wärmewiderstand übertragen werden. Somit kann insbesondere im Vergleich zur reinen Wärmeleitung durch Metallstäbe Gewicht und/oder Bauraum eingespart werden.
Ein typisches Wärmerohr leitet Wärme bei waagrechter Lage in beide Richtungen gleich gut. Bei schräger Lage ist jedoch die Wärmeleitung entgegengesetzt zum Gravitationsfeld der Erde, also nach oben, in der Regel bevorzugt. Je nach Anordnung und Anschluss eines Wärmerohrs kann es somit sein, dass auch Wärme von einem Druckentlastungsventil abgeleitet wird. Dies kann eine Verlängerung der Auslösezeit gegenüber einem Druckentlastungsventil ohne Wärmerohr bewirken. Dies ist aus Sicherheitsgründen unerwünscht.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Tankanordnung bereitzustellen, welche im Vergleich zum Stand der Technik alternativ ausgeführt ist, beispielsweise im Hinblick auf das Zusammenspiel zwischen Druckentlastungsventil und Wärmeübertragungsstrecke.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Tankanordnung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft eine Tankanordnung. Die Tankanordnung weist einen Tank auf. Dabei kann es sich insbesondere um einen Tank handeln, welcher dazu ausgebildet ist, unter Druck zu stehen. Der Tank kann insbesondere für gasförmigen Kraftstoff vorgesehen sein, welcher beispielsweise in einer Brennstoffzelle oder in einem Gasmotor eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.
Die Tankanordnung weist zumindest ein Druckentlastungsventil auf, welches dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten eines Temperaturschwellenwerts am Druckentlastungsventil eine Druckentlastung des Tanks freizugeben. Das Druckentlastungsventil sorgt somit bei Überschreiten des Temperaturschwellenwerts dafür, dass ein beispielsweise in dem Tank enthaltener Treibstoff definiert abgelassen wird. Dadurch kann ein Bersten des Tanks auch bei höheren Temperaturen verhindert werden.
Die Tankanordnung weist zumindest eine Wärmeübertragungsstrecke auf. Hierbei kann es sich insbesondere um eine längliche Leitung oder ein längliches Rohr handeln, wobei sich eine solche Wärmeübertragungsstrecke typischerweise in einer Umgebung des Tanks befindet und/oder sich entlang des Tanks erstreckt. Dadurch können Wärmequellen bei der Auslösung des Druckentlastungsventils berücksichtigt werden, welche sich entfernt zum Druckentlastungsventil befinden, welche sich jedoch näher an einer solchen Wärmeübertragungsstrecke befinden.
Die Tankanordnung weist des Weiteren zumindest ein Wärmeübertragungselement auf, mittels welchem die Wärmeübertragungsstrecke und das Druckentlastungsventil verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Wärmeübertragungselement bezüglich Wärmeübertragung zwischen Wärmeübertragungsstrecke und Druckentlastungsventil veränderbar ist.
Unter einer veränderbaren Ausführung des Wärmeübertragungselements wird dabei insbesondere eine solche verstanden, welche aufgrund der Konstruktion des Wärmeübertragungselements aktiv veränderbar ist. Damit ist also nicht eine reine Veränderung des Wärmewiderstands eines Materials gemeint, welche grundsätzlich aufgrund von Umgebungsbedingungen wie beispielsweise der Temperatur auftritt. Das Wärmeübertragungselement ist vielmehr so konstruiert, dass die Wärmeübertragung veränderbar ist. Es kann auch davon gesprochen werden, dass die Wärmeübertragung zwischen Wärmeübertragungsstrecke und Druckentlastungsventil schaltbar ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Tankanordnung kann das Wärmeübertragungselement in seiner Wärmeübertragung verändert werden und damit ein Wärmefluss gezielt gesteuert werden. Es kann somit insbesondere beispielsweise erreicht werden, dass ein Abfließen von Wärme aus einem Druckentlastungsventil verhindert oder gehemmt wird und Wärme vielmehr zu einem Druckentlastungsventil geleitet wird. Die Sicherheit beim Auslösen eines Druckentlastungsventils wird dabei deutlich erhöht.
Bevorzugt weist die Tankanordnung eine Anzahl weiterer Druckentlastungsventile auf, welche jeweils dazu ausgebildet sind, bei Überschreiten eines jeweiligen Temperaturschwellenwerts am jeweiligen Druckentlastungsventil eine Druckentlastung des Tanks freizugeben. Dadurch kann die durch ein einzelnes Druckentlastungsventil bereitgestellte Sicherheit noch verbessert werden, da eine redundante Ausführung erreicht wird und beispielsweise die Temperatur an noch mehr Stellen berücksichtigt werden kann, um gegebenenfalls eine Druckentlastung freizugeben.
Bevorzugt weist die Tankanordnung eine Anzahl weiterer Wärmeübertragungsstrecken auf und weist ferner bevorzugt eine Anzahl weiterer Wärmeübertragungselemente auf, mittels welchen jeweils eine weitere Wärmeübertragungsstrecke und ein Druckentlastungsventil verbunden sind. Die weiteren Wärmeübertragungselemente sind dabei bezüglich Wärmeübertragung zwischen jeweiliger weiterer Wärmeübertragungsstrecke und jeweiligem Druckentlastungsventil vorzugsweise veränderbar ausgebildet.
Mittels der weiteren Wärmeübertragungsstrecken kann an noch mehr Stellen eventuell lokal entstehende Wärme aufgefangen und zur Auslösung eines Druckentlastungsventils verwendet werden. Der durch das bereits weiter oben beschriebene Wärmeübertragungselement beschriebene Vorteil kommt dabei auch für die weiteren Wärmeübertragungselemente entsprechend zur Geltung. Die Flexibilität wird dadurch insgesamt deutlich erhöht.
Gemäß einer Ausführung ist eine Anzahl der Druckentlastungsventile mit jeweils einer Mehrzahl von Wärmeübertragungsstrecken verbunden. Dies ermöglicht es, Wärme von mehreren Wärmeübertragungsstrecken zu einem jeweiligen Druckentlastungsventil zu führen und zu dessen Auslösung zu verwenden.
Gemäß einer Ausführung ist eine Anzahl der Druckentlastungsventile mit jeweils nur einer Wärmeübertragungsstrecke verbunden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausführung des jeweiligen Druckentlastungsventils mit seiner Wärmeübertragungsstrecke.
Es sei verstanden, dass Druckentlastungsventile, welche mit jeweils einer Mehrzahl von Wärmeübertragungsstrecken verbunden sind, und Druckentlastungsventile, welche mit jeweils nur einer Wärmeübertragungsstrecke verbunden sind, in jeweils beliebiger Anzahl in einer Tankanordnung miteinander kombiniert werden können.
Gemäß einer Weiterbildung weist eine Anzahl der Wärmeübertragungsstrecken jeweils eine Anzahl von zusätzlichen Wärmeübertragungselementen auf. Die zusätzlichen Wärmeübertragungselemente sind dabei bevorzugt bezüglich Wärmeübertragung innerhalb der jeweiligen Wärmeübertragungsstrecke veränderbar.
Durch die zusätzlichen Wärmeübertragungselemente können auch die Wärmeübertragungsstrecken beispielsweise in mehrere Sektoren aufgeteilt werden, welche durch die Wärmeübertragungselemente voneinander abgetrennt oder miteinander thermisch verbunden werden können. Dies erlaubt eine noch weitere Strukturierung des Wärmeflusses über die Wärmeübertragungsstrecken zu den Druckentlastungsventilen.
Gemäß einer Ausführung sind die Wärmeübertragungselemente ansprechend auf eine darüber anliegende Temperaturdifferenz veränderbar ausgeführt. Bevorzugt wird dabei die Wärmeübertragung ansprechend auf eine zu einem Druckentlastungsventil abfallende Temperaturdifferenz freigegeben. Weiter bevorzugt wird die Wärmeübertragung ansprechend auf eine zu einem Druckentlastungsventil ansteigende Temperaturdifferenz unterbrochen. Dadurch kann erreicht werden, dass eine Wärmeübertragung nur dann oder zumindest genau dann besonders gut stattfindet, wenn die über dem Wärmeübertragungselement anliegende Temperaturdifferenz dergestalt ist, dass bei guter Wärmeleitung durch das Wärmeübertragungselement Wärme zu einem Druckentlastungsventil hin transportiert wird. Andernfalls kann die Wärmeübertragung unterbrochen oder zumindest abgeschwächt werden.
Es sei verstanden, dass die hier beschriebene Ausführung sowohl für die oben erwähnten Wärmeübertragungselemente wie auch für die weiteren Wärmeübertragungselemente und zusätzlichen Wärmeübertragungselemente entsprechend anwendbar ist. Diese werden hier als äquivalent angesehen.
Es sei außerdem verstanden, dass die Begriffe „freigegeben“ und „unterbrochen“ hier so verstanden werden können, dass das Wärmeübertragungselement die Wärmeübertragung vollständig oder zumindest nahezu im Sinne eines Ein-/Aus-Schalters schaltet, jedoch können auch entsprechende Zwischenstufen möglich sein, d.h. es kann auch eine kontinuierliche Einstellung der Wärmeübertragung erfolgen. Dies hängt von der konkreten Implementierung des Wärmeübertragungselements ab. Geeignete mögliche Ausführungen werden hierin weiter unten beschrieben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist ein jeweiliges Wärmeübertragungselement einen jeweiligen Vorsprung und eine jeweilige Ausnehmung auf, wobei weiter bevorzugt der Vorsprung in die Ausnehmung eingreift und sich Vorsprung und/oder Ausnehmung abhängig von der über das Wärmeübertragungselement anliegenden Temperaturdifferenz dimensionsmäßig so verändern, dass der Vorsprung mit der Ausnehmung in Kontakt kommt oder nicht. Insbesondere kann der Vorsprung mit der Ausnehmung in Kontakt kommen, wenn die Wärmeübertragung freigegeben werden soll, d.h. insbesondere wenn über dem Wärmeübertragungselement eine zu einem Druckentlastungsventil abfallende Temperaturdifferenz anliegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist ein jeweiliges Wärmeübertragungselement ein jeweiliges Bimetallelement auf. Das Bimetallelement verändert sich dabei bevorzugt abhängig von der über das Wärmeübertragungselement anliegenden Temperaturdifferenz so, dass es eine Wärmeübertragung freigibt oder unterbricht. Auch damit können die entsprechenden Funktionalitäten realisiert werden, wobei ein Bimetallelement ein bekanntes wärmeempfindliches Element darstellt, das auf Änderungen der Temperatur mit relativ großen geometrischen Veränderungen reagiert.
Gemäß einer Ausführung sind die Wärmeübertragungselemente ansprechend auf eine räumliche Lage schaltbar ausgeführt. Auch hier gelten die Ausführungen sowohl für das weiter oben erwähnte Wärmeübertragungselement wie auch für die erwähnten weiteren Wärmeübertragungselemente und zusätzlichen Wärmeübertragungselemente. Diese werden hier als äquivalent betrachtet. Es sei verstanden, dass auch Wärmeübertragungselemente, welche wie weiter oben erwähnt ansprechend auf eine Temperaturdifferenz veränderbar sind, und Wärmeübertragungselemente, welche ansprechend auf eine räumliche Lage veränderbar sind, miteinander kombiniert werden können. Dadurch kann die Funktionalität der Tankanordnung flexibel ausgestaltet werden.
Durch eine mögliche Reaktion der Wärmeübertragungselemente auf eine räumliche Lage kann insbesondere der Tatsache Rechnung getragen werden, dass sich verunfallte Fahrzeuge häufig in einer Lage befinden, welche nicht der normalen Straßenlage entspricht. Beispielsweise kann sich ein Fahrzeug bei einem Unfall überschlagen, wobei in einem solchen Fall besondere Schutzmechanismen aktiviert werden können, welche von der konkreten Lage des Fahrzeugs abhängen.
Gemäß einer möglichen Ausführung weist ein jeweiliges Wärmeübertragungselement ein jeweiliges bewegliches Wärmeübertragungsmedium auf, wobei das Wärmeübertragungsmedium abhängig von der räumlichen Lage eine Wärmeübertragung freigibt oder unterbricht. Dies entspricht einer möglichen Ausführung eines ansprechend auf die räumliche Lage veränderbaren Wärmeübertragungselements, wobei eine einfache Reaktion auf eine Änderung der räumlichen Lage aufgrund der auf das Wärmeübertragungsmedium wirkenden Schwerkraft ermöglicht wird. Dies ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb.
Es sei erwähnt, dass unter einer räumlichen Lage hier insbesondere eine Orientierung des Wärmeübertragungselements relativ zur Erdoberfläche bzw. zum Gravitationsfeld der Erde gemeint ist. Es spielt hier also typischerweise keine oder nur eine untergeordnete Rolle, ob das Wärmeübertragungselement beispielsweise etwas höher oder tiefer liegt, sondern es ist vielmehr entscheidend, wie es ausgerichtet ist. Hierzu kann beispielsweise eine Vorzugsrichtung in dem jeweiligen Wärmeübertragungselement definiert werden, deren Orientierung bzw. räumliche Lage in einer jeweiligen Situation betrachtet werden kann.
Das Wärmeübertragungsmedium kann beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Festkörper sein. Auf derartige Wärmeübertragungsmedien wirkt die Schwerkraft und die gewünschte Funktionalität kann somit erreicht werden.
Bevorzugt ist ein jeweiliges Wärmeübertragungselement dazu ausgebildet, eine Wärmeleitung zu unterbrechen, wenn die Wärmeübertragungsstrecke vom Druckentlastungsventil aus nach oben führt, und/oder eine Wärmeleitung freizugeben, wenn die Wärmeübertragungsstrecke vom Druckentlastungsventil aus nach unten führt. Auch hier sind, wie weiter oben bereits im Zusammenhang mit temperaturdifferenzgesteuerten Wärmeübertragungselementen erläutert, entsprechende Zwischenwerte möglich, was von der jeweiligen Ausführung abhängt. Durch die erwähnte Schwerkraftabhängigkeit wird die typische Eigenschaft von Wärmerohren berücksichtigt, Wärme entgegen der Schwerkraft bevorzugt zu leiten. Diese Eigenschaft des Wärmerohrs wird durch eine entsprechend gestaltete Eigenschaft des Wärmeübergangs so ergänzt, dass als Produkt wieder der Wärmestrom zum Druckentlastungsventil hin bevorzugt ist und der Wärmestrom vom Druckentlastungsventil weg gehemmt wird. Anders ausgedrückt soll durch die eben beschriebene Ausführung von Wärmeübertragungselementen die Wärme vorzugsweise von unten, also vom Erdmittelpunkt bzw. von der Wärmeübertragungsstrecke kommend zum Druckentlastungsventil, geleitet werden. Mit anderen Worten soll ergänzend oder alternativ die Wärmeübertragung vom Druckentlastungsventil nach oben zur Wärmeübertragungsstrecke verhindert werden. Dadurch kann ein Ableiten von Wärme von einem Druckentlastungsventil über ein von diesem aus nach oben gerichtetes Wärmerohr bzw. eine nach oben gerichtete Wärmeübertragungsstrecke verhindert werden. Eine solche Richtung einer Wärmeübertragungsstrecke kann beispielsweise infolge eines Unfalls eingenommen werden, welcher dazu führt, dass das Fahrzeug eine räumliche Lage einnimmt, welche abweichend zu einer normalen Straßenlage ist. Bei den hier erwähnten Wärmeübertragungsstrecken handelt es sich insbesondere um diejenigen jeweiligen Wärmeübertragungsstrecken, welche mittels des jeweiligen Wärmeübertragungselements mit einem Druckentlastungsventil verbunden sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist eine jeweilige Wärmeübertragungsstrecke als Wärmerohr oder als Abfolge von Wärmerohren ausgeführt. Es können jedoch auch andere Ausführungen verwendet werden, beispielsweise kann ein einfaches metallenes Rohr oder ein Rohr aus einem anderen gut wärmeleitenden Material verwendet werden. Entsprechende Ausführungen können bei unterschiedlichen Wärmeübertragungsstrecken in einer Tankanordnung auch beliebig kombiniert werden.
Bevorzugt ist der Tank ein Gastank und/oder ein Treibstofftank für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere kann es sich um einen Treibstofftank für gasförmigen Treibstoff für ein Kraftfahrzeug handeln. Bei derartigen Ausführungen eines Tanks hat sich die Ausführung gemäß der erfindungsgemäßen Tankanordnung besonders bewährt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hierin beschriebenen Ausführungen gefunden wurden, obwohl auf den ersten Blick die Anforderungen einer gerichteten Wärmeleitung an einem technischen Vorurteil zu scheitern scheinen, welches in der Physik als „Maxwellscher Dämon“ bekannt ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die auf den Maxwellschen Dämon anwendbaren Prinzipien im vorliegenden Fall nicht zutreffen und eine gerichtete bzw. steuerbare Wärmeübertragung zu Druckentlastungsventilen hin möglich ist.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen:

1: eine Tankanordnung,
2 und 3: ein Wärmeübertragungselement gemäß einer ersten Ausführung,
4 und 5: ein Wärmeübertragungselement gemäß einer zweiten Ausführung, und
6: eine Anordnung aus einem Druckentlastungsventil und drei Wärmeübertragu ngsstrecken.

1 zeigt eine Tankanordnung 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es sei verstanden, dass es sich hierbei lediglich um eine schematische Darstellung handelt.
Die Tankanordnung 5 weist einen Tank 10 auf. Hierbei handelt es sich vorliegend um einen Drucktank für unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff. Beispielsweise kann darin Wasserstoff gelagert werden.
Die Tankanordnung 5 weist zwei Druckentlastungsventile 20 auf, welche jeweils seitlich am Tank 10 angebracht sind. Die Druckentlastungsventile 20 sind jeweils dazu ausgebildet, bei Überschreiten eines jeweiligen Temperaturschwellenwerts am jeweiligen Druckentlastungsventil 20 einen Innenraum des Tanks 10 druckmäßig zu entlasten, d.h. ein definiertes Ausströmen von Gas aus dem Tank 10 zu ermöglichen.
Die Tankanordnung 5 weist ferner zwei Wärmeübertragungsstrecken 30 auf, welche vorliegend als jeweilige Wärmerohre ausgeführt sind. Des Weiteren weist die Tankanordnung 5 zwei Wärmeübertragungselemente 40 auf, wobei wie gezeigt jeweils ein Wärmeübertragungselement 40 zwischen einer jeweiligen Wärmeübertragungstrecke 30 und einem jeweiligen Druckentlastungsventil 20 angeordnet ist.
Die Wärmeübertragungsstrecken 30 sind wie gezeigt entlang des Tanks 10 verlegt und nehmen somit Wärme auf, welche seitlich zum Tank 10 entsteht. Diese Wärme wird zunächst in Richtung des jeweils angeschlossenen Druckentlastungsventils 20 geleitet.
Die Wärmeübertragungselemente 40 sind bezüglich ihrer jeweiligen Wärmeübertragung zwischen dem jeweiligen Druckentlastungsventil 20 und der jeweiligen Wärmeübertragungsstrecke 30 veränderbar. Es kann somit ausgewählt werden, ob eine Wärmeübertragung stattfindet oder nicht. Hierzu kann auf die nachfolgend mit Bezug auf die 2 bis 5 beschriebenen Ausführungen von Wärmeübertragungselementen zurückgegriffen werden. Es können jedoch auch andere Ausführungen verwendet werden.
Die 2 und 3 zeigen ein Wärmeübertragungselement 40 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Wärmeübertragungselement 40 weist dabei einen Vorsprung 42 und eine Ausnehmung 44 auf, wobei der Vorsprung 42 in die Ausnehmung 44 eingreift. Der Vorsprung 42 hat dabei eine Temperatur T₁ , wobei ein die Ausnehmung 44 umgebendes Material 45 eine zweite Temperatur T₂ hat.
2 zeigt einen Zustand, in welchem die erste Temperatur T₁ kleiner ist als die zweite Temperatur T₂ . Aufgrund thermischer Ausdehnung ist der Vorsprung 42 radial zusammengezogen und berührt somit nicht die Wand, welche die Ausnehmung 44 umgibt. Dies behindert den Wärmetransport zwischen Vorsprung 42 und dem Material 45, welches die Ausnehmung 44 umgibt.
3 zeigt einen Zustand, in welchem die erste Temperatur T₁ größer ist als die zweite Temperatur T₂ . Aufgrund thermischer Ausdehnung ist dabei die Dimension des Vorsprungs 42 radial vergrößert, so dass er das die Ausnehmung 44 umgebende Material kontaktiert. Dies ermöglicht einen guten Wärmefluss durch das Wärmeübertragungselement 40.
Bei dem in 3 dargestellten Zustand kann auch von einer thermischen Presspassung gesprochen werden, welche einen intensiven mechanischen Kontakt und damit auch eine direkte Wärmeleitung ermöglicht.
Die beschriebene Ausführung kann beispielsweise so angewendet werden, dass der Vorsprung 42 mit einer Wärmeübertragungsstrecke 30 verbunden ist oder von einer Wärmeübertragungsstrecke 30 gebildet wird, und dass die Ausnehmung 44 oder das die Ausnehmung 44 umgebende Material 45 unmittelbar mit dem jeweiligen Druckentlastungsventil 20 verbunden ist. Dadurch kann in dem Fall, dass die Wärmeübertragungsstrecke eine höhere Temperatur hat als das Druckentlastungsventil, die entsprechende Wärme zum Druckentlastungsventil 20 geleitet werden und somit ein eventuelles Auslösen eingeleitet werden. Dies entspricht dem in 3 dargestellten Zustand. Gleichzeitig wird jedoch im umgekehrten Fall, in welchem die Wärmeübertragungsstrecke 30 kälter ist als das Druckentlastungsventil 20, ein Abtransport von Wärme von dem Druckentlastungsventil 20 weg verhindert. Dies entspricht dem in 2 dargestellten Zustand.
Der Vorsprung 42 und das die Ausnehmung 44 umgebende Material 45 können aus dem gleichen Material oder auch aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet sein.
Die 4 und 5 zeigen ein Wärmeübertragungselement 40 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses ist nicht wie das erste Ausführungsbeispiel temperaturdifferenzgesteuert, sondern vielmehr schwerkraftgesteuert.
Bei dem Wärmeübertragungselement 40 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind ein erster Teil 46 und ein zweiter Teil 48 materialmäßig nur sehr schwach miteinander verbunden. Zwischen den beiden Teilen 46, 48 befindet sich ein Wärmeübertragungsmedium 50 in Form einer Flüssigkeit und ein darüberliegendes Gas 52. Es kann auch ein Vakuum an Stelle des Gases verwendet werden. Das Wärmeübertragungsmedium 50 und das Gas 52 befinden sich in einem hermetisch abgedichteten Hohlraum 54.
Bei dem in 4 dargestellten Zustand befindet sich der erste Teil 46 zumindest partiell oberhalb des zweiten Teils 48. In diesem Zustand stellt das Wärmeübertragungsmedium 50 nur eine sehr geringe wärmeleitende Verbindung zwischen den beiden Teilen 46, 48 her. Die Wärmeübertragung ist somit weitgehend unterbrochen.
Bei dem in 5 dargestellten Zustand befindet sich der erste Teil 46 zumindest partiell unterhalb des zweiten Teils 48, und insbesondere befindet sich der erste Teil 46 weiter unten als in dem in 4 dargestellten Zustand im Vergleich zum Rest des Wärmeübertragungselements 40. Wie gezeigt ist dabei eine erheblich größere Fläche innerhalb des Hohlraums 54, welcher an den ersten Teil 46 angrenzt, von dem Wärmeübertragungsmedium 50 bedeckt, so dass eine erheblich bessere Wärmeübertragung zwischen den beiden Teilen 46, 48 stattfindet. Letztlich wird auf diese Weise eine lageabhängige Wärmeübertragung gesteuert.
Mittels des Wärmeübertragungselements 40 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann eine lagegesteuerte Wärmeübertragung erreicht werden. Somit kann insbesondere verhindert werden, dass Wärme bei einer ungünstigen Lage, wie beispielsweise nach einem Fahrzeugüberschlag bei einem Unfall, senkrecht nach oben von einem Druckentlastungsventil 20 abtransportiert wird. Beispielsweise kann der erste Teil 46 mit einem Wärmerohr verbunden werden oder durch ein Wärmerohr gebildet werden, und der zweite Teil 48 kann beispielsweise mit dem Druckentlastungsventil 20 verbunden sein. In diesem Fall kann, falls sich die Wärmeübertragungsstrecke 30 vom Druckentlastungsventil 20 nach oben erstreckt, die Wärmeleitung unterbunden werden. Dies entspricht dem in 4 dargestellten Zustand. Im anderen Fall, wenn sich die Wärmeübertragungsstrecke 30 also nach unten erstreckt, kann die Wärmeleitung dagegen freigegeben werden. Dies entspricht dem in 5 dargestellten Zustand. Die Sicherheit beim Auslösen von Druckentlastungsventilen 20 wird dabei deutlich erhöht, da ein unerwünschter Abtransport von Wärme verhindert wird und Wärme vielmehr gezielt zu den Druckentlastungsventilen 20 geleitet wird.
Anstelle eines flüssigen Wärmeübertragungsmediums 50, welches beispielsweise Quecksilber, Indium oder eine ausreichend flüssige Wärmeleitpaste sein oder enthalten kann, kann grundsätzlich auch ein Festkörper wie beispielsweise ein Metallstück oder eine Vielzahl von Festkörpern wie beispielsweise ein Metallpulver verwendet werden. Typischerweise variiert das Wärmeübertragungsmedium 50 aufgrund der Schwerkraft seine Position, welche für eine Wärmeübertragung entweder günstig oder ungünstig ist.
6 zeigt schematisch eine Konfiguration aus einem Druckentlastungsventil 20 und insgesamt drei Wärmeübertragungsstrecken 30. Jede der Wärmeübertragungsstrecken 30 ist mit einem jeweiligen Wärmeübertragungselement 40 an dem Druckentlastungsventil 20 angeschlossen, weist jedoch auch innerhalb ihres jeweiligen Verlaufs zwei zusätzliche Wärmeübertragungselemente 40 auf. Diese sind ebenso bezüglich ihrer Wärmeübertragung veränderbar wie die Wärmeübertragungselemente 40, welche den Kontakt zum Druckentlastungsventil 20 herstellen. Auf diese Weise kann bereits innerhalb einer jeweiligen Wärmeübertragungsstrecke dafür gesorgt werden, dass Wärme nur in eine bestimmte Richtung, insbesondere auf ein Druckentlastungsventil 20 zu, übertragen wird.
Lediglich schematisch sind in 6 an jedem Wärmeübertragungselement 40 ein jeweiliger Vorsprung und eine jeweilige Ausnehmung dargestellt, was schematisch der mit Bezug auf die 2 und 3 beschriebenen Konfiguration entspricht. Dadurch wird die Funktionsweise verdeutlicht.
Es sei verstanden, dass auch eine beliebige andere Zahl von Wärmeleitungsstrecken für eine Verbindung mit einem Druckentlastungsventil 20 verwendet werden kann.
Wie in 6 gezeigt ist, kann somit eine Wärmeübertragungsstrecke 30 in mehrere Abschnitte segmentiert werden, die jeweils über den veränderbaren Wärmeübergang verbunden sind. Je nachdem wo sich eine Wärmequelle befindet, werden jeweils nur Wärmeübergänge bzw. Wärmeübertragungselemente 40 gut Wärme leiten, welche die Wärme in Richtung des jeweiligen Druckentlastungsventils 20 leiten. Wärmeleitung in die entgegengesetzte Richtung wird dabei wirkungsvoll unterbunden.
Es sei verstanden, dass grundsätzlich auch ganz auf zwischen den Wärmeübertragungselementen 40 bzw. Wärmeübergängen befindliche Wärmerohre verzichtet werden kann.
Bezüglich der zugrunde liegenden Problematik sei erwähnt, dass innerhalb eines Wärmerohrs, wie es typischerweise für eine Wärmeübertragungsstrecke 30 verwendet werden kann, die Wärmübertragung nach oben gravitationsbedingt stärker erfolgt als nach unten. Ein Druckentlastungsventil 20 soll deshalb bevorzugt am oberen Ende eines jeweiligen Wärmerohrs bzw. einer Wärmeübertragungsstrecke 30 angebracht werden. Da jedoch gemäß einer Statistik ca. 3 % aller Fahrzeugbrände in der Folge von Kollisionen und Überschlägen entstehen, ist es typischerweise erforderlich, alle möglichen Fahrzeugorientierungen zu berücksichtigen. Somit ist es sinnvoll, mehrere Wärmeübertragungsstrecken 30 zu verwenden, von denen in Normallage des Fahrzeugs vom Druckentlastungsventil 20 aus ein Teil nach unten und ein anderer Teil nach oben führt.
Mittels der in den 4 und 5 dargestellten Ausführung eines Wärmeübertragungselements 40 ist es möglich, diejenigen Wärmeübertragungsstrecken 30 thermisch abzukoppeln, die bei aktueller Lage des Fahrzeugs im Brandfall nach oben führen und somit bei guter Wärmeleitung Wärme vom Druckentlastungsventil 20 abführen könnten.

Claims

Tankanordnung (5), aufweisend - einen Tank (10), - zumindest ein Druckentlastungsventil (20), welches dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten eines Temperaturschwellenwerts am Druckentlastungsventil (20) eine Druckentlastung des Tanks (10) freizugeben, - zumindest eine Wärmeübertragungsstrecke (30), und - zumindest ein Wärmeübertragungselement (40), mittels welchem die Wärmeübertragungsstrecke (30) und das Druckentlastungsventil (20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass - das Wärmeübertragungselement (40) bezüglich Wärmeübertragung zwischen Wärmeübertragungsstrecke (30) und Druckentlastungsventil (20) veränderbar ist.
Tankanordnung (5) nach Anspruch 1, ferner aufweisend - eine Anzahl weiterer Druckentlastungsventile (20), welche jeweils dazu ausgebildet sind, bei Überschreiten eines jeweiligen Temperaturschwellenwerts am jeweiligen Druckentlastungsventil (20) eine Druckentlastung des Tanks (10) freizugeben.
Tankanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend - eine Anzahl weiterer Wärmeübertragungsstrecken (30), und - eine Anzahl weiterer Wärmeübertragungselemente (40), mittels welchen jeweils eine weitere Wärmeübertragungsstrecke (30) und ein Druckentlastungsventil (20) verbunden sind, - wobei die weiteren Wärmeübertragungselemente (40) bezüglich Wärmeübertragung zwischen jeweiliger weiterer Wärmeübertragungsstrecke (30) und jeweiligem Druckentlastungsventil (20) veränderbar sind.
Tankanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei eine Anzahl der Druckentlastungsventile (20) mit jeweils einer Mehrzahl von Wärmeübertragungsstrecken (30) verbunden sind.
Tankanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei eine Anzahl der Druckentlastungsventile (20) mit jeweils nur einer Wärmeübertragungsstrecke (30) verbunden sind.
Tankanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei eine Anzahl der Wärmeübertragungsstrecken (30) jeweils eine Anzahl von zusätzlichen Wärmeübertragungselementen (40) aufweist, - wobei die zusätzlichen Wärmeübertragungselemente (40) bezüglich Wärmeübertragung innerhalb der jeweiligen Wärmeübertragungsstrecke (30) veränderbar sind.
Tankanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Wärmeübertragungselemente (40) ansprechend auf eine darüber anliegende Temperaturdifferenz veränderbar ausgeführt sind, - wobei die Wärmeübertragung ansprechend auf eine zu einem Druckentlastungsventil (20) abfallende Temperaturdifferenz freigegeben wird, und - wobei die Wärmeübertragung ansprechend auf eine zu einem Druckentlastungsventil (20) ansteigende Temperaturdifferenz unterbrochen wird.
Tankanordnung (5) nach Anspruch 7, - wobei ein jeweiliges Wärmeübertragungselement (40) einen jeweiligen Vorsprung und eine jeweilige Ausnehmung aufweist, - wobei der Vorsprung in die Ausnehmung eingreift und sich Vorsprung und/oder Ausnehmung abhängig von der über das Wärmeübertragungselement (40) anliegenden Temperaturdifferenz dimensionsmäßig so verändern, dass der Vorsprung mit der Ausnehmung in Kontakt kommt oder nicht.
Tankanordnung (5) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, - wobei ein jeweiliges Wärmeübertragungselement (40) ein jeweiliges Bimetallelement aufweist, - wobei sich das Bimetallelement abhängig von der über das Wärmeübertragungselement (40) anliegenden Temperaturdifferenz so verändert, dass es eine Wärmeübertragung freigibt oder unterbricht.
Tankanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Wärmeübertragungselemente (40) ansprechend auf eine räumliche Lage veränderbar ausgeführt sind.
Tankanordnung (5) nach Anspruch 10, - wobei ein jeweiliges Wärmeübertragungselement (40) ein jeweiliges bewegliches Wärmeübertragungsmedium aufweist, - wobei das Wärmeübertragungsmedium abhängig von der räumlichen Lage eine Wärmeübertragung freigibt oder unterbricht.
Tankanordnung (5) nach Anspruch 11, - wobei das Wärmeübertragungsmedium eine Flüssigkeit oder ein Festkörper ist.
Tankanordnung (5) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, - wobei ein jeweiliges Wärmeübertragungselement (40) dazu ausgebildet ist, eine Wärmeleitung zu unterbrechen, wenn die Wärmeübertragungsstrecke vom Druckentlastungsventil aus nach oben führt, und/oder eine Wärmeleitung freizugeben, wenn die Wärmeübertragungsstrecke vom Druckentlastungsventil aus nach unten führt.
Tankanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei eine jeweilige Wärmeübertragungsstrecke (30) als Wärmerohr oder als Abfolge von Wärmerohren ausgeführt ist.
Tankanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei der Tank (10) ein Gastank und/oder ein Treibstofftank für ein Kraftfahrzeug ist.