DE102020113096A1 - Sicherheitsventil für einen Druckbehälter, Druckbehältersystem und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ein Sicherheitsventil (10) für einen Druckbehälter (92) zum Speichern eines Brennstoffs,wobei das Sicherheitsventil (10) ein Gehäuse (40) und einen in dem Gehäuse (40) beweglichen Kolben (30), der durch den Druck des Brennstoffs in einer Brennstoffleitung (50) gegen die Kraft eines Rückstellelements verschiebbar ausgebildet ist, umfasst, wobei der Kolben (30) bei Erreichen oder Überschreiten eines ersten vorgegebenen Druckwerts durch den Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung (50) und einem Zusatzvolumen (80), das bis auf eine oder mehrere von dem Kolben (30) öffenbare und verschließbare Öffnungen (70) fluiddicht abgeschlossen ist, zur Verringerung des Drucks des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) plötzlich reversibel freigibt, wobei der Kolben (30) das Zusatzvolumen (80) gegenüber der Brennstoffleitung (50) fluiddicht verschließt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) niedriger als der erste vorgegebene Druckwert ist,wobei der Kolben (30) - sich, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) gleich einem zweiten vorgegebenen Druckwert ist oderhöher als ein zweiter vorgegebener Druckwert ist, in einer derartigen Position befindet, dass eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung (50) undeiner Ausgangsleitung (60) zum Ausströmen von Brennstoff aus der Brennstoffleitung (50) vorhanden ist, und - sich, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert ist, in einer derartigen Position befindet, dass eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung (50) und der Ausgangsleitung (60) durch den Kolben (30) unterbrochen ist,und wobei der erste vorgegebene Druckwert niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert ist.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Sicherheitsventil für einen Druckbehälter, ein Druckbehältersystem, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Verringern des Drucks eines Brennstoffs in einer Brennstoffleitung.
  • Bei Druckbehältern zum Speichern eines Brennstoffs, z.B. Wasserstoffs, zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ist im Entnahmepfad (nach dem Druckregler) üblicherweise mindestens ein Sicherheitsventil (medium pressure release valve; MPRV) eingebaut, um beispielsweise Brennstoffzellen vor einem zu hohen Druck des Brennstoffs zu schützen.
  • Nach dem Abstellen bzw. Parken des Fahrzeuges wird in dem Entnahmepfad ein stabilisierter Druck des Brennstoffs am Ausgang des Druckreglers bei Nulldurchfluss eingestellt (sogenannter Lock-up Pressure). Wenn sich der Entnahmeleitung während des Parkens erwärmt, da dieser nicht mehr durch aus dem Druckbehälter entnommenen Brennstoff gekühlt wird, steigt der Druck des Brennstoffs in der Entnahmeleitung bzw. Brennstoffleitung. Dies kann zu einer Auslösung des Sicherheitsventils (medium pressure release valve) führen, das mit der Entnahmeleitung fluidverbunden ist. Eine temperaturbedingte Öffnung des Sicherheitsventils muss jedoch, u.a. aufgrund gesetzlicher Vorschriften, ausgeschlossen werden. Bei bisher bekannten Sicherheitsventilen ist dieses daher derart ausgelegt, dass die Auslöseschwelle, bei der das Sicherheitsventil öffnet, oberhalb des maximalen durch Erwärmung erreichbaren Drucks des Brennstoffs liegt. Somit ist ein Austreten des Brennstoffs durch Erwärmung verhindert. Dies bedingt aber eine strukturell massive Auslegung der Entnahmeleitung und der damit verbundenen Komponenten (Sensoren, Ventile, Verschraubungen etc.), da der Berstdruck doppelt so groß wie der maximale Druck bei Öffnung des Sicherheitsventils sein muss. Ist die Auslöseschwelle des Sicherheitsventils hoch, so ist der maximale Druck im Fehlerfall auch hoch. Wird hingegen die Auslöseschwelle des Sicherheitsventils niedrig festgelegt, so wäre es möglich, dass durch Erwärmung Brennstoff aus dem Sicherheitsventil austritt, was jedoch üblicherweise nicht zulässig.
  • Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, ein Sicherheitsventil bzw. ein Druckbehältersystem bzw. ein Kraftfahrzeug bzw. ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem ein Austreten von Brennstoff aus einer Entnahmeleitung bzw. Brennstoffleitung eines Druckbehälters durch Erwärmung des Brennstoffs in der Entnahmeleitung bzw. Brennstoffleitung weitestgehend vermieden wird. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 13 bzw. des Patentanspruchs 14 bzw. des Patentanspruchs 15 der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Sicherheitsventil für einen Druckbehälter zum Speichern eines Brennstoffs gelöst, wobei das Sicherheitsventil ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse beweglichen Kolben, der durch den Druck des Brennstoffs in einer Brennstoffleitung gegen die Kraft eines Rückstellelements verschiebbar ausgebildet ist, umfasst, wobei der Kolben bei Erreichen oder Überschreiten eines ersten vorgegebenen Druckwerts durch den Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung und einem Zusatzvolumen, das bis auf eine oder mehrere von dem Kolben öffenbare und verschließbare Öffnungen fluiddicht abgeschlossen ist, zur Verringerung des Drucks des Brennstoffs in der Brennstoffleitung plötzlich reversibel freigibt, wobei der Kolben das Zusatzvolumen gegenüber der Brennstoffleitung fluiddicht verschließt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung niedriger als der erste vorgegebene Druckwert ist, wobei der Kolben - sich, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung gleich einem zweiten vorgegebenen Druckwert ist oder höher als ein zweiter vorgegebener Druckwert ist, in einer derartigen Position befindet, dass eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung und einer Ausgangsleitung zum Ausströmen von Brennstoff aus der Brennstoffleitung vorhanden ist, und - sich, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert ist, in einer derartigen Position befindet, dass eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung und der Ausgangsleitung durch den Kolben unterbrochen ist, und wobei der erste vorgegebene Druckwert niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert ist.
  • Ein Vorteil hiervon ist, dass bei einer Erwärmung der Brennstoffleitung durch die Umgebung, da durch die Brennstoffleitung kein Brennstoff mehr aus dem Druckbehälter strömt, das Sicherheitsventil zuverlässig nicht öffnet. Bei einer Erwärmung des Brennstoffs in der Brennstoffleitung wird der Kolben verschoben, bis der Kolben das Zusatzvolumen plötzlich bzw. auf einmal bzw. das gesamte Volumen des Zusatzvolumens auf einmal reversibel freigibt. Durch das Freigeben des Zusatzvolumens und das Einströmen von Brennstoff in das Zusatzvolumen sinkt der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung. Erst bei einer weiteren Erwärmung wird der Kolben durch den Druck des Brennstoffs so weit verschoben, dass Brennstoff in die Ausgangsleitung strömen kann. Dies wird jedoch bei normalen bzw. typischen Umgebungstemperaturen durch die Rückstellkraft des Rückstellelements üblicherweise verhindert. Vorteilhaft ist zudem, dass die Brennstoffleitung mechanisch bzw. strukturell nicht massiv ausgebildet bzw. ausgelegt sein muss, da der Berstdruck doppelt so groß wie der maximale Druck der Öffnung der Ausgangsleitung durch das Sicherheitsventil sein muss. Bei einer Abkühlung des Brennstoffs bzw. der Brennstoffleitung bzw. des Sicherheitsventils wird das Zusatzvolumen durch den Kolben wieder verschlossen. Somit kann eine plötzliche Druckentlastung der Brennstoffleitung erreicht werden, ohne dass Brennstoff in die Umgebung abgegeben wird.
  • Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein Druckbehältersystem umfassend einen Druckbehälter zum Speichern eines Brennstoffs, insbesondere Wasserstoffs, zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs und ein Sicherheitsventil wie vorstehend beschrieben gelöst, wobei das Sicherheitsventil in Fluidverbindung mit einer Brennstoffleitung des Druckbehälters steht.
  • Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein Kraftfahrzeug umfassend ein Druckbehältersystem wie vorstehend beschrieben gelöst.
  • Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verringern des Drucks eines Brennstoffs in einer Brennstoffleitung eines Druckbehälters mittels eines Sicherheitsventils gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bewegen eines in einem Gehäuse des Sicherheitsventils angeordneten Kolbens durch den Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung gegen eine Rückstellkraft eines Rückstellelements; plötzliches reversibles Freigeben einer Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung und einem ersten Zusatzvolumen mittels des Kolbens, wobei das erste Zusatzvolumen bis auf eine oder mehrere von dem Kolben öffenbare und verschließbare Öffnungen fluiddicht abgeschlossen ist, zur Verringerung des Drucks des Brennstoffs in der Brennstoffleitung, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung einen ersten vorgegebenen Druckwert erreicht oder überschreitet, wobei der Kolben das erste Zusatzvolumen gegenüber der Brennstoffleitung fluiddicht verschließt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung niedriger als der erste vorgegebene Druckwert ist; Freigeben einer Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung und einer Ausgangsleitung zum Ausströmen von Brennstoff aus der Brennstoffleitung mittels des Kolbens, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung gleich oder höher als ein zweiter vorgegebener Druckwert ist; wobei der erste vorgegebene Druckwert niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert ist.
  • Durch dieses Verfahren ist sichergestellt, dass bei einer Erwärmung der Brennstoffleitung durch die Umgebung, da durch die Brennstoffleitung kein Brennstoff mehr aus dem Druckbehälter strömt, das Sicherheitsventil nicht öffnet. Aufgrund der Erwärmung des Brennstoffs in der Brennstoffleitung wird der Kolben von der Brennstoffleitung weg verschoben, bis der Kolben das Zusatzvolumen plötzlich bzw. auf einmal bzw. das gesamte Volumen des Zusatzvolumens auf einmal reversibel freigibt. Durch das plötzlich stattfindende Freigeben des Zusatzvolumens und das Einströmen von Brennstoff in das Zusatzvolumen sinkt der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung. Erst bei einer weiteren Erwärmung wird der Kolben durch den Druck des Brennstoffs derart weit verschoben, dass Brennstoff in die Ausgangsleitung strömen kann. Dies ist durch das Verfahren jedoch bei normalen bzw. typischen Umgebungstemperaturen durch die Rückstellkraft des Rückstellelements üblicherweise verhindert. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass die Brennstoffleitung mechanisch bzw. strukturell nicht massiv ausgebildet bzw. ausgelegt sein muss, da der Berstdruck doppelt so groß wie der maximale Druck der Öffnung der Ausgangsleitung durch das Sicherheitsventil sein muss. Bei diesem Verfahren wird bei einer Abkühlung des Brennstoffs bzw. der Brennstoffleitung bzw. des Sicherheitsventils das Zusatzvolumen durch den Kolben wieder fluiddicht verschlossen. Folglich wird durch dieses Verfahren eine plötzliche Druckentlastung der Brennstoffleitung erreicht, ohne dass Brennstoff in die Umgebung abgegeben wird.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch Compressed Natural Gas oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch Liquid Natural Gas oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Das Druckbehältersystem ist mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.
  • Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter, insbesondere einem composite overwrapped pressure vessel. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein.
  • Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von mindestens 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck) oder mindestens 700 barü zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen.
  • Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise von einem Rohrspeichersystem ausgebildet werden, das eine Mehrzahl an Speicherrohren aufweist, die jeweils ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis mit einem Wert zwischen 5 und 200, bevorzugt zwischen 7 und 100, und besonders bevorzugt zwischen 9 und 50 aufweisen. Das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis ist der Quotient aus der Länge des Speicherrohrs im Zähler und dem Außendurchmesser des Speicherrohrs im Nenner. Zweckmäßig sind die Speicherrohre parallel zueinander angeordnet und/oder an deren Enden miteinander fluidverbunden. Typischerweise sind die Speicherrohre in Serie geschaltet und können zweckmäßig in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess hergestellt sein. Zwischen den Speicherrohren können Fluidverbindungselemente vorgesehen sein. Durch Fluidverbindungselemente zwischen den Speicherrohren sind auch Parallelschaltung und/oder Kombinationen von Parallel- und SerienSchaltung möglich.
  • Das hier offenbarte Druckbehältersystem umfasst ferner mindestens ein Überdruckventil. Das Überdruckventil entlastet das Druckbehältersystem, falls der Druck im Druckbehältersystem zumindest bereichsweise oberhalb vom Auslösedruck des Überdruckventils liegt. Bevorzugt ist das Überdruckventil ein mechanisches Ventil, welches geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Der Auslösedruck ist größer als der max. Betriebsdruck, z.B. ca. 10% bis ca. 20% größer als der max. Betriebsdruck. Insbesondere ist das Überdruckventil so ausgelegt, dass das Überdruckventil i.d.R. auslöst, bevor ein zu hoher Druck die Komponenten des Druckbehältersystems beschädigen könnte.
  • Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Sicherheitsventil für einen Druckbehälter, bei dem ein Zusatzvolumen vorhanden ist, das, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung einen ersten vorgegebenen Druckwert erreicht oder überschreitet, nicht graduell freigegeben wird, sondern das plötzlich bzw. auf einmal reversibel freigegeben wird so dass bei Erwärmung des Brennstoffs in der Brennstoffleitung durch die Umgebung das Sicherheitsventil typischerweise nicht die Ausgangsleitung öffnet bzw. freigibt und kein Brennstoff an die Umgebung abgegeben wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils umfasst das Rückstellelement eine Feder, insbesondere eine Druckfeder, die den Kolben gegen den Druck des Brennstoffs drückt. Vorteilhaft hieran ist, dass das Sicherheitsventil technisch einfach ausgebildet, kostengünstig und langlebig ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils umfasst das Rückstellelement eine erste Rückstellvorrichtung, insbesondere eine erste Feder, und eine zweite Rückstellvorrichtung, insbesondere eine zweite Feder, wobei die Rückstellkraftkonstante der zweiten Rückstellvorrichtung geringer als die Rückstellkraftkonstante der ersten Rückstellvorrichtung ist, wobei das Rückstellelement derart ausgebildet ist, dass unabhängig von der Rückstellkonstante der zweiten Rückstellvorrichtung ein weiteres Zusammendrücken der zweiten Rückstellvorrichtung bei Überschreiten eines dritten vorgegebenen Druckwerts durch den Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung verhindert ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Bewegung des Kolbens und die Freigabe des ersten Zusatzvolumens bzw. der Ausgangsleitung besonders variabel und präzise einstellbar sind. Insbesondere kann der zweite Druckwert im Wesentlichen unabhängig von dem ersten Druckwert eingestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils ist zwischen der ersten Rückstellvorrichtung und der zweiten Rückstellvorrichtung ein in dem Gehäuse verschiebbares Trennelement angeordnet. Hierdurch kann technisch einfach die erste Rückstellvorrichtung bzw. die Kompression der ersten Rückstellvorrichtung von der zweiten Rückstellvorrichtung bzw. der Kompression der zweiten Rückstellvorrichtung getrennt bzw. unabhängig gemacht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils ist der dritte vorgegebene Druckwert gleich dem ersten vorgegebenen Druckwert. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Zusatzvolumen freigegeben wird, wenn die zweite Rückstellvorrichtung nicht mehr weiter zusammendrückbar ist. Hierdurch kann der Druck des Brennstoffs, bei dem das Freigeben des Zusatzvolumens stattfindet, d.h. der erste vorgegebene Druckwert, besonders präzise eingestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils ist das Zusatzvolumen außerhalb des Verfahrwegs des Kolbens angeordnet. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Bewegung des Kolbens durch das Zusatzvolumen nicht negativ beeinträchtigt bzw. behindert wird. Somit ist eine zuverlässige Bewegung des Kolbens in dem Gehäuse sichergestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils beträgt das Zusatzvolumen mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, vorzugsweise weniger als 40%, des Volumens des durch den Verfahrweg des Kolbens überstreichbaren Volumens. Ein Vorteil hiervon ist, dass durch das Zusatzvolumen der Druck des Brennstoffs plötzlich stark gesenkt wird. Vorteilhaft hieran ist, dass die Auslöseschwelle des Sicherheitsventils, bei der das Sicherheitsventil Brennstoff in die Umgebung abgibt, bzw. der zweite Druckwert besonders niedrig sein kann bzw. einen besonders geringen Abstand zu dem ersten Druckwert aufweisen kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils weist das Sicherheitsventil eine Dichtung zum Abdichten des Kolbens gegenüber dem Gehäuse zur Verhinderung des Gelangens von Brennstoffs aus der Brennstoffleitung zu dem Rückstellelement auf. Ein Vorteil hiervon ist, dass eine Beschädigung des Rückstellelements durch den Brennstoff, z.B. Wasserstoff, besonders zuverlässig verhindert ist. Hierdurch weist das Sicherheitsventil eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils liegt das Verhältnis von dem zweiten Druckwert zu dem ersten Druckwert im Bereich von ca. 1,02 bis ca. 1,5, insbesondere im Bereich von ca. 1,05 bis ca. 1,25. Vorteilhaft hieran ist, dass das Zusatzvolumen zu einem besonders vorteilhaften Zeitpunkt freigegeben wird. Hierdurch können das Sicherheitsventil und die Brennstoffleitung technisch noch einfacher und kostengünstiger ausgebildet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils weist das Sicherheitsventil ein zweites Zusatzvolumen auf, wobei der Kolben das zweite Zusatzvolumen plötzlich reversibel freigibt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung einen vierten vorgegebenen Druckwert erreicht und/oder überschreitet, wobei der vierte vorgegebene Druckwert größer als der erste vorgegebene Druckwert und kleiner als der zweite vorgegebene Druckwert ist.. Ein Vorteil hiervon ist, dass bei zumindest zwei Druckwerten des Brennstoffs eine Entlastung des Drucks in der Brennstoffleitung durch jeweils ein Zusatzvolumen stattfindet.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils gibt der Kolben das Zusatzvolumen über den gesamten Umfang des Kolbens frei, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung den ersten vorgegebenen Druckwert erreicht oder überschreitet. Vorteilhaft hieran ist, dass das Zusatzvolumen großflächig freigegeben wird. Hierdurch kann innerhalb sehr kurzer Zeit eine große Menge Brennstoff in das Zusatzvolumen gelangen.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Sicherheitsventils ist das Zusatzvolumen spiegelsymmetrisch zu einer Achse ausgebildet, die entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens und durch den Mittelpunkt des Kolbens verläuft. Vorteilhaft hieran ist, dass ein Verkanten des Kolbens in dem Gehäuse zuverlässig ausgeschlossen ist.
  • Das Vorhandensein einer Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung und dem Zusatzvolumen bedeutet insbesondere, dass ein Druckausgleich des Drucks eines Fluids, z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit, in der Brennstoffleitung und dem Zusatzvolumen stattfindet.
  • Das plötzlich reversible Freigeben des Zusatzvolumens bzw. einer Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung und dem Zusatzvolumen kann insbesondere bedeuten, dass das Zusatzvolumen nicht graduell bzw. schrittweise zum Einströmen von Brennstoff in das Zusatzvolumen freigegeben wird, sondern das gesamte Zusatzvolumen zum gleichen Augenblick bzw. im gleichen Moment zum Einströmen von Brennstoff freigegeben wird. Reversibel kann hierbei insbesondere bedeuten, dass das Zusatzvolumen wieder verschlossen werden kann bzw. die Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung und dem Zusatzvolumen wieder beendet bzw. unterbrochen werden kann.
  • Die Ausgangsleitung kann zum Ausströmen von Brennstoff aus der Brennstoffleitung durch das Sicherheitsventil in die Umgebung, einen Auffangbehälter und/oder einem Blow-off-Management-System (BMS-System) ausgebildet sein.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils bei einem niedrigen Druck des Brennstoffs;
    • 2 eine schematische Ansicht des Sicherheitsventils aus 1 bei einem leicht erhöhten Druck des Brennstoffs;
    • 3 eine schematische Ansicht des Sicherheitsventils aus 1 bei einem hohen Druck des Brennstoffs;
    • 4 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils bei einem niedrigen Druck des Brennstoffs;
    • 5 eine schematische Ansicht des Sicherheitsventils aus 4 bei einem leicht erhöhten Druck des Brennstoffs;
    • 6 eine schematische Ansicht des Sicherheitsventils aus 4 bei einem hohen Druck des Brennstoffs; und
    • 7 ein Kraftfahrzug mit einem Druckbehältersystem umfassend einen Druckbehälter und das Sicherheitsventil gemäß 1-3 bzw. gemäß 4-6.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils 10 bei einem niedrigen Druck des Brennstoffs.
  • Das Sicherheitsventil 10 dient zum Begrenzen des Drucks eines Brennstoffs in einer Entnahmeleitung bzw. einer Brennstoffleitung 50 eines Druckbehälters 92. Der Brennstoff kann z.B. Wasserstoff sein. Der Druckbehälter 92 und das Sicherheitsventil 10 können Teil eines Druckbehältersystems sein. Das Druckbehältersystem kann in einem Kraftfahrzeug 90, z.B. einem PKW, einem LKW, einem Bus, einem Motorrad, einem Schiff, einem Helikopter oder einem Zug eingebaut sein.
  • Der Brennstoff kann zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 90 dienen. Der Brennstoff kann z.B. in einer Brennstoffzelle 94 in Strom umgesetzt werden, die das Kraftfahrzeug 90 antreibt.
  • Das Sicherheitsventil 10 weist ein Gehäuse 40 auf, in dem ein Kolben 30 verschiebbar angeordnet ist. Wenn der Druck in der Brennstoffleitung 50 einen ersten vorgegebenen Wert übersteigt oder erreicht, gibt der Kolben 30 eine Fluidverbindung zwischen dem Bereich unterhalb des Kolbens 30, der mit der Brennstoffleitung 50 in Fluidverbindung steht, und dem Zusatzvolumen 80 frei. Das Sicherheitsventil 10 öffnet eine Ausgangsleitung 60, die den Brennstoff aus der Entnahmeleitung bzw. der Brennstoffleitung 50 in die Umgebung abgibt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 über einen zweiten vorgegebenen Druckwert steigt oder einen zweiten vorgegebenen Druckwert erreicht. Das Sicherheitsventil 10 steht in Fluidverbindung und somit in Druckverbindung mit der Brennstoffleitung 50.
  • Die Entnahmeleitung bzw. die Brennstoffleitung 50 kann Teil eines Mitteldrucksystems des Druckbehältersystems sein. Das Sicherheitsventil 10 kann ein medium pressure release valve (MPRV) sein. Das Sicherheitsventil 10 schützt Elemente des Druckbehältersystems, insbesondere die Brennstoffzelle 94, vor einem zu großen Druck des Brennstoffs.
  • Die Entnahmeleitung bzw. Brennstoffleitung 50 wird während der Entnahme von Wasserstoff aus dem Druckbehälter 92 zu der Brennstoffzelle 94 gekühlt, da der Brennstoff bei Entnahme aus dem Druckbehälter 92 sehr kalt ist bzw. abkühlt.
  • Wenn das Kraftfahrzeug 90 umfassend das Druckbehältersystem geparkt wird, wird kein Brennstoff mehr aus dem Druckbehälter 92 durch die Brennstoffleitung 50 bzw. Entnahmeleitung entnommen, die Brennstoffleitung 50 /Entnahmeleitung wird bezüglich des Drucks des Brennstoffs von dem Druckbehälter 92 entkoppelt und es wird ein vorgegebener Druck des Brennstoff in der Brennstoffleitung 50 eingestellt (sogenannter lock-uppressure). Wenn sich nun die Brennstoffleitung 50 und/oder das Sicherheitsventil 10 bzw. der darin befindliche Brennstoff erwärmt (z.B. durch die Umgebung), steigt der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50. Wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 einen zweiten vorgegebenen Druckwert erreicht oder übersteigt, muss das Sicherheitsventil 10 die Ausgangsleitung 60 öffnen, so dass Brennstoff aus der Brennstoffleitung 50 bzw. dem Sicherheitsventil 10 abgegeben wird, um ein Bersten und/oder eine Zerstörung von wichtigen Elementen des Druckbehältersystems zuverlässig zu verhindern.
  • Das Sicherheitsventil 10 weist ein Gehäuse 40 auf, in dem ein Kolben 30 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 30 ist mit einem Rückstellelement, z.B. einer Feder 20, 25, insbesondere einer Druckfeder, beaufschlagt. Der Brennstoff drückt gegen den Kolben 30 und der Kolben 30 drückt gegen das Rückstellelement. Somit drückt das Rückstellelement mit einer Rückstellkraft Fs den Kolben 30 gegen den Druck des Brennstoffs. Das untere Ende der Feder 20 kann an dem Kolben 30 befestigt sein.
  • Durch das Verfahren des Kolbens 30 in dem Gehäuse 40 aufgrund des Drucks des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 sinkt der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 etwas. Die Masse in der Brennstoffleitung 50 und in dem Sicherheitsventil 10 bleibt im Wesentlichen konstant.
  • Das Sicherheitsventil 10 weist ein Zusatzvolumen 80 auf. Das Zusatzvolumen 80 befindet sich typischerweise außerhalb des Verfahrwegs des Kolbens 30 bei einer Druckänderung des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50.
  • Der Kolben 30 weist zwei Dichtungsringe 31, 32 auf, nämlich an seinem oberen Ende und seinem unteren Ende. Die Dichtungsringe 31, 32 dichten den Kolben 30 gegenüber dem Gehäuse 40 ab, so dass kein Brennstoff zu der Feder 20 bzw. in den Bereich oberhalb des Kolbens 30 gelangt.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht des Sicherheitsventils 10 aus 1 bei einem leicht erhöhten Druck des Brennstoffs.
  • Die Position des Kolbens 30 in der 1 ist in 2 gestrichelt dargestellt.
  • Wenn der Druck in der Brennstoffleitung 50 einen ersten vorgegebenen Wert übersteigt oder erreicht, wird der Kolben 30 durch den Druck des Brennstoffs derart weit gegen den Druck der Feder 20 bewegt, dass eine Fluidverbindung zwischen dem Bereich unterhalb des Kolbens 30, der mit der Brennstoffleitung 50 in Fluidverbindung steht, und dem Zusatzvolumen 80 hergestellt wird. Das Fluid aus der Brennstoffleitung 50 kann durch die Öffnung 70 in dem Gehäuse 40 aus dem Gehäuse 40 in das Zusatzvolumen 80 strömen. 2 zeigt den Zustand, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 gerade den ersten vorgegebenen Druckwert übersteigt oder erreicht hat.
  • Der erste vorgegebene Druckwert ist niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert.
  • Der erste vorgegebene Druckwert kann beispielsweise in einem Bereich von ca. 17 bar bis ca. 19 bar liegen. Der zweite vorgegebene Druckwert kann beispielsweise in einem Bereich von ca. 19 bar (z.B. wenn der erste vorgegebene Druckwert im Bereich von ca. 17 bar bis ca. 18 bar liegt) bis ca. 21 bar liegen. Das Verhältnis zwischen dem zweiten vorgegebenen Druckwert und dem ersten vorgegebenen Druckwert kann in einem Bereich von ca. 1,25 bis ca. 1,05 liegen. Der übliche Solldruckwert des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 kann beispielsweise im Bereich von ca. 13 bar bis ca. 15 bar liegen.
  • In 2 hat der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 den ersten vorgegebenen Druckwert erreicht oder minimal überschritten. Nun ist eine Fluidverbindung zwischen dem Bereich unterhalb des Kolbens 30 und dem Zusatzvolumen 80 durch den Kolben 30 freigegeben. Dies bedeutet, dass eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung 50 und dem Zusatzvolumen 80 hergestellt ist.
  • Das Zusatzvolumen 80 kann ringförmig um den Bereich des Gehäuses 40, in dem der Kolben 30 sich bewegt, angeordnet sein. Das Zusatzvolumen 80 kann achsensymmetrisch um die Mittelachse des Kolbens 30 ausgebildet sein. Die Mittelachse des Kolbens 30 verläuft in 1 bzw. 2 bzw. 3 von oben nach unten durch den Mittelpunkt des Kolbens 30. Denkbar ist auch, dass sich das Zusatzvolumen 80 in Umfangsrichtung nur über einen Teil des Gehäuses 40 erstreckt.
  • Vorstellbar ist auch, dass mehrere voneinander fluiddicht abgetrennte Zusatzvolumina vorhanden sind, die gleichzeitig durch den Kolben 30 plötzlich bzw. schlagartig freigegeben werden.
  • Denkbar ist auch, dass die Zusatzvolumina bei unterschiedlichen Druckwerten freigegeben werden. Dies bedeutet, dass bei dem ersten vorgegebenen Druckwert ein erstes Zusatzvolumen 80 freigegeben wird. Bei einem vierten vorgegebenen Druckwert, der größer als der erste vorgegebene Druckwert und kleiner als der zweite vorgegebene Druckwert ist, wird ein zweites Zusatzvolumen 80 freigegeben. Es ist möglich, dass bei einem fünften vorgegebenen Druckwert, der größer als der vierte vorgegebene Druckwert und kleiner als der zweite vorgegebene Druckwert ist, ein drittes Zusatzvolumen 80 durch den Kolben 30 freigegeben wird. Die Volumina der verschiedenen Zusatzvolumina können unterschiedlich groß oder gleich groß sein.
  • Das Zusatzvolumen 80 bzw. die Summe der Größe der Zusatzvolumina kann z.B. 5%, 10%, 20%, 25% oder 35% des Volumens entsprechen, der von dem Kolben 30 bei seiner Bewegung überstrichen werden kann.
  • Das Zusatzvolumen 80 wird plötzlich bzw. abrupt reversibel freigegeben und nicht schrittweise kontinuierlich. Beim Vergrößern des Volumens für den Brennstoff durch Verschieben des Kolbens 30 durch den Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 vergrößert sich das für den Brennstoff zur Verfügung stehende Volumen ebenfalls, aber kontinuierlich bzw. stufenlos.
  • Durch das Freigeben des Zusatzvolumens 80 bzw. des Strömens des Brennstoffs in das Zusatzvolumen 80 sinkt der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 plötzlich bzw. abrupt.
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht des Sicherheitsventils 10 aus 1 bei einem hohen Druck des Brennstoffs.
  • Die Position des Kolbens 30 in der 2 ist in 3 gestrichelt dargestellt.
  • Wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50, nachdem das Zusatzvolumen 80 freigegeben wurde, weiter steigt und der zweite vorgegebene Druckwert überschritten oder erreicht wird, wird der Kolben 30 derart weit von der Brennstoffleitung 50 gegen die Kraft des Rückstellelements weg gedrückt, dass die Ausgangsleitung 60 durch den Kolben 30 freigegeben wird. 3 zeigt diesen Zustand.
  • Durch die Ausgangsleitung 60 strömt der Brennstoff in die Umgebung oder einen Auffangbehälter oder eine BMS-Einrichtung (blow off management-Einrichtung). Hierdurch sinkt der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 schlagartig und der Kolben 30 bewegt sich wieder in Richtung der Brennstoffleitung 50 bzw. auf die Brennstoffleitung 50 zu.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung des in den 4-6 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiels werden für Merkmale, die im Vergleich zum in den 1-3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel in ihrer Ausgestaltung und/oder Wirkweise identisch und/oder zumindest vergleichbar sind, gleiche Bezugszeichen verwendet. Sofern diese nicht nochmals detailliert erläutert werden, entspricht deren Ausgestaltung und/oder Wirkweise der Ausgestaltung und/oder Wirkweise der vorstehend bereits beschriebenen Merkmale.
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils 10 bei einem niedrigen Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50. 5 zeigt eine schematische Ansicht des Sicherheitsventils 10 aus 4 bei einem leicht erhöhten Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50. 6 zeigt eine schematische Ansicht des Sicherheitsventils 10 aus 4 bei einem hohen Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50.
  • Bei der zweiten Ausführungsform umfasst das Rückstellelement eine erste Rückstellvorrichtung in Form einer ersten Feder 20 und eine zweite Rückstellvorrichtung in Form einer zweiten Feder 25. Zwischen der ersten Feder 20 und der zweiten Feder 25 ist ein Trennelement 35 angeordnet. Das Trennelement 35 ist verschiebbar in dem Gehäuse 40 ausgebildet. Das Trennelement 35 ist sozusagen zwischen der ersten Feder 20 und der zweiten Feder 25 eingeklemmt. Vorstellbar ist auch, dass das Trennelement 35 mit der ersten Feder 20 und/oder der zweiten Feder 25 fest verbunden ist.
  • Die zweite Feder 25 befindet sich zwischen dem Trennelement 35 und dem Kolben 30. Die erste Feder 20 befindet sich zwischen dem Trennelement 35 und dem in 4 bzw. 5 bzw. 6 oberen Ende des Gehäuses 40.
  • Die erste Feder 20 und die zweite Feder 25 können zueinander unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
  • Insbesondere kann die zweite Feder 25 weicher sein als die erste Feder 20. Dies bedeutet, dass bei einer Erhöhung des Drucks des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 zunächst die zweite Feder 25 nachgibt, während die erste Feder 20 im Wesentlichen nicht komprimiert wird.
  • Der Kolben 30 ist mit einer Außenwand 38, die innerhalb des Gehäuses 40 bewegbar ist und in Richtung des Trennelements 35 von dem Kolben 30 hervorsteht, fest verbunden. Die Außenwand 38 verhindert die weitergehende Kompression der zweiten Feder 25, wenn die Außenwand 38 das Trennelement 35 kontaktiert, wie dies in 5 gezeigt ist.
  • Die Außenwand 38 kontaktiert das Trennelement 35 vorzugsweise, wenn der Kolben 30 in einer derartigen Position ist, dass das Zusatzvolumen 80 gerade durch den Kolben 30 freigegeben ist. Bei einer geringen Bewegung des Kolbens 30 nach unten aus der in 5 gezeigten Position wird das Zusatzvolumen 80 durch den Kolben 30 wieder verschlossen.
  • Wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 weiter steigt, nachdem das Zusatzvolumen 80 vom Kolben 30 freigegeben wurde, wird die erste Feder 20 ebenfalls zusammengedrückt, während die zweite Feder 25 nicht mehr komprimiert wird. Die zweite Feder 25 wird durch die Außenwand 38 vor einer weiteren Komprimierung geschützt. Wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 50 bzw. in dem Gehäuse 40 des Sicherheitsventils 10 den zweiten vorgegebenen Druckwert überschreitet oder erreicht, wird die erste Feder 20 so weit zusammengedrückt, dass der Kolben 30 die Ausgangsleitung 60 freigibt. Dies führt zu einer Druckentlastung, wodurch der Kolben 30 durch die erste Feder 20 wieder in Richtung Brennstoffleitung 50 bewegt wird und die Ausgangsleitung 60 vom Kolben 30 wieder verschlossen wird.
  • 7 zeigt ein Kraftfahrzug mit einem Druckbehältersystem umfassend einen Druckbehälter 92 zum Speichern von Brennstoff, z.B. Wasserstoff, und das Sicherheitsventil gemäß 1-3 bzw. gemäß 4-6. Die Brennstoffleitung führt von dem Druckbehälter 92 zu der Brennstoffzelle 94.
  • Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter 92, das/ein Gehäuse 40, der/ein Kolben 30, die/eine Brennstoffleitung 50, das/ein Zusatzvolumen 80, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter 92, das mindestens eine Gehäuse 40, der mindestens eine Kolben 30, die mindestens eine Brennstoffleitung 50, das mindestens eine Zusatzvolumen 80, etc.).
  • Der Begriff „im Wesentlichen“ (z.B. „im Wesentlichen senkrechte Achse“) umfasst im Kontext der hier offenbarten Technologie jeweils die genaue Eigenschaft bzw. den genauen Wert (z.B. „senkrechte Achse“) sowie jeweils für die Funktion der Eigenschaft des Wertes unerhebliche Abweichungen (z.B. „tolerierbare Abweichung von senkrechte Achse“).
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Sicherheitsventil
    20
    erste Feder
    25
    zweite Feder
    30
    Kolben
    31, 32
    Dichtung
    35
    Trennelement
    38
    Außenwand
    40
    Gehäuse
    50
    Brennstoffleitung
    60
    Ausgangsleitung
    70
    Öffnung
    80
    Zusatzvolumen
    90
    Kraftfahrzeug
    92
    Druckbehälter
    94
    Brennstoffzelle

Claims (15)

  1. Sicherheitsventil (10) für einen Druckbehälter (92) zum Speichern eines Brennstoffs, wobei das Sicherheitsventil (10) ein Gehäuse (40) und einen in dem Gehäuse (40) beweglichen Kolben (30), der durch den Druck des Brennstoffs in einer Brennstoffleitung (50) gegen die Kraft eines Rückstellelements verschiebbar ausgebildet ist, umfasst, wobei der Kolben (30) bei Erreichen oder Überschreiten eines ersten vorgegebenen Druckwerts durch den Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung (50) und einem Zusatzvolumen (80), das bis auf eine oder mehrere von dem Kolben (30) öffenbare und verschließbare Öffnungen (70) fluiddicht abgeschlossen ist, zur Verringerung des Drucks des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) plötzlich reversibel freigibt, wobei der Kolben (30) das Zusatzvolumen (80) gegenüber der Brennstoffleitung (50) fluiddicht verschließt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) niedriger als der erste vorgegebene Druckwert ist, wobei der Kolben (30) - sich, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) gleich einem zweiten vorgegebenen Druckwert ist oder höher als ein zweiter vorgegebener Druckwert ist, in einer derartigen Position befindet, dass eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung (50) und einer Ausgangsleitung (60) zum Ausströmen von Brennstoff aus der Brennstoffleitung (50) vorhanden ist, und - sich, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert ist, in einer derartigen Position befindet, dass eine Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung (50) und der Ausgangsleitung (60) durch den Kolben (30) unterbrochen ist, und wobei der erste vorgegebene Druckwert niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert ist.
  2. Sicherheitsventil (10) nach Anspruch 1, wobei das Rückstellelement eine Feder (20, 25), insbesondere eine Druckfeder, die den Kolben (30) gegen den Druck des Brennstoffs drückt, umfasst.
  3. Sicherheitsventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rückstellelement eine erste Rückstellvorrichtung, insbesondere eine erste Feder (20), und eine zweite Rückstellvorrichtung, insbesondere eine zweite Feder (25), umfasst, wobei die Rückstellkraftkonstante der zweiten Rückstellvorrichtung geringer als die Rückstellkraftkonstante der ersten Rückstellvorrichtung ist, wobei das Rückstellelement derart ausgebildet ist, dass unabhängig von der Rückstellkonstante der zweiten Rückstellvorrichtung ein weiteres Zusammendrücken der zweiten Rückstellvorrichtung bei Überschreiten eines dritten vorgegebenen Druckwerts durch den Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) verhindert ist.
  4. Sicherheitsventil (10) nach Anspruch 3, wobei zwischen der ersten Rückstellvorrichtung und der zweiten Rückstellvorrichtung ein in dem Gehäuse (40) verschiebbares Trennelement (35) angeordnet ist.
  5. Sicherheitsventil (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der dritte vorgegebene Druckwert gleich dem ersten vorgegebenen Druckwert ist.
  6. Sicherheitsventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatzvolumen (80) außerhalb des Verfahrwegs des Kolbens (30) angeordnet ist.
  7. Sicherheitsventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatzvolumen (80) mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, vorzugsweise weniger als 40%, des Volumens des durch den Verfahrweg des Kolbens (30) überstreichbaren Volumens beträgt.
  8. Sicherheitsventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sicherheitsventil (10) eine Dichtung (31, 32) zum Abdichten des Kolbens (30) gegenüber dem Gehäuse (40) zur Verhinderung des Gelangens von Brennstoffs aus der Brennstoffleitung (50) zu dem Rückstellelement aufweist.
  9. Sicherheitsventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis von dem zweiten Druckwert zu dem ersten Druckwert im Bereich von ca. 1,02 bis ca. 1,5, insbesondere im Bereich von ca. 1,05 bis ca. 1,25, liegt.
  10. Sicherheitsventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sicherheitsventil (10) ein zweites Zusatzvolumen (80) aufweist, wobei der Kolben (30) das zweite Zusatzvolumen (80) plötzlich reversibel freigibt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) einen vierten vorgegebenen Druckwert erreicht und/oder überschreitet, wobei der vierte vorgegebene Druckwert größer als der erste vorgegebene Druckwert und kleiner als der zweite vorgegebene Druckwert ist.
  11. Sicherheitsventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (30) das Zusatzvolumen (80) über den gesamten Umfang des Kolbens (30) freigibt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) den ersten vorgegebenen Druckwert erreicht oder überschreitet.
  12. Sicherheitsventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zusatzvolumen (80) spiegelsymmetrisch zu einer Achse ausgebildet ist, die entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens (30) und durch den Mittelpunkt des Kolbens (30) verläuft.
  13. Druckbehältersystem umfassend einen Druckbehälter (92) zum Speichern eines Brennstoffs, insbesondere Wasserstoffs, zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs (90) und ein Sicherheitsventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sicherheitsventil (10) in Fluidverbindung mit einer Brennstoffleitung (50) des Druckbehälters (92) steht.
  14. Kraftfahrzeug (90) umfassend ein Druckbehältersystem nach Anspruch 13.
  15. Verfahren zum Verringern des Drucks eines Brennstoffs in einer Brennstoffleitung (50) eines Druckbehälters (92) mittels eines Sicherheitsventils (10), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bewegen eines in einem Gehäuse (40) des Sicherheitsventils (10) angeordneten Kolbens (30) durch den Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) gegen eine Rückstellkraft eines Rückstellelements; plötzliches reversibles Freigeben einer Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung (50) und einem ersten Zusatzvolumen (80) mittels des Kolbens (30), wobei das erste Zusatzvolumen (80) bis auf eine oder mehrere von dem Kolben (30) öffenbare und verschließbare Öffnungen (70) fluiddicht abgeschlossen ist, zur Verringerung des Drucks des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50), wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) einen ersten vorgegebenen Druckwert erreicht oder überschreitet, wobei der Kolben (30) das erste Zusatzvolumen (80) gegenüber der Brennstoffleitung (50) fluiddicht verschließt, wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) niedriger als der erste vorgegebene Druckwert ist; Freigeben einer Fluidverbindung zwischen der Brennstoffleitung (50) und einer Ausgangsleitung (60) zum Ausströmen von Brennstoff aus der Brennstoffleitung (50) mittels des Kolbens (30), wenn der Druck des Brennstoffs in der Brennstoffleitung (50) gleich oder höher als ein zweiter vorgegebener Druckwert ist; wobei der erste vorgegebene Druckwert niedriger als der zweite vorgegebene Druckwert ist.
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