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Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Druckbehältersystem.
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Druckbehältersysteme weisen typischerweise mehrere Druckbehälter zum Lagern von gasförmigem Brennstoff auf. Sie werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen oder anderen mobilen oder stationären Einheiten verwendet, um Verbraucher wie beispielsweise einen gasbetriebenen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle mit gasförmigem Brennstoff zu versorgen. Insbesondere kann es sich dabei um Wasserstoff handeln.
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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, das Verhalten eines Druckbehältersystems im Brandfall zu verbessern. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem, umfassend (i) mehrere Druckbehälter zum Lagern von gasförmigem Brennstoff, (ii) mehrere thermische Druckentlastungseinrichtungen, welche jeweils mit mindestens einem der Druckbehälter fluidisch verbunden sind, und (iii) ein Gehäuse, welches die thermischen Druckentlastungseinrichtungen zumindest teilweise umgibt und einen Flammenausbreitungskanal zwischen den thermischen Druckentlastungseinrichtungen ausbildet. In dem Gehäuse ist mindestens eine Flammeneintrittsöffnung unmittelbar benachbart zu einer der Druckentlastungseinrichtungen ausgebildet.
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Durch ein solches Druckbehältersystem kann sichergestellt werden, dass für den Fall eines Brands in der Umgebung des Druckbehältersystems eine der Druckentlastungseinrichtungen durch Flammen, welche durch die Flammeneintrittsöffnung eintreten, gezielt erwärmt wird und somit als erste auslöst. Dadurch kann das Verhalten des Druckbehältersystems bei einem umgebenden Brand gezielt gesteuert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass durch an dieser Druckentlastungseinrichtung ausströmenden gasförmigen Brennstoff eine definierte Auslösung von anderen Druckentlastungseinrichtungen hervorgerufen wird, wobei eine solche Kaskadierung von Auslösungen beispielsweise durch eine gezielte Flammenausbreitung in dem Flammenausbreitungskanal erfolgen kann.
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Bei dem Gehäuse kann es sich insbesondere um ein Gehäuse für benachbarte Längsenden der Druckbehälter und/oder daran angebrachte thermische Druckentlastungseinrichtungen handeln. Insbesondere können alle Druckentlastungseinrichtungen von dem Gehäuse umgeben sein und/oder in dem Flammenausbreitungskanal enthalten sein. Die Flammeneintrittsöffnung kann insbesondere als Öffnung in dem Gehäuse ausgebildet sein, d.h. beispielsweise ist das Gehäuse an einer bestimmten Stelle lokal unterbrochen bzw. nicht vorhanden. Der Flammenausbreitungskanal kann insbesondere rohrförmig ausgebildet sein. Er kann beispielsweise einen runden Querschnitt haben. Auch andere, beispielsweise ovale oder eckige Querschnitte sind jedoch möglich. Unter der Anordnung einer Flammeneintrittsöffnung unmittelbar benachbart zu einer Druckentlastungseinrichtung kann insbesondere verstanden werden, dass das Gehäuse an der Stelle, welche der Druckentlastungseinrichtung am nächsten ist, die Flammeneintrittsöffnung ausgebildet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die Druckentlastungseinrichtungen an den Druckbehältern an einem Längsende angeordnet, welches fluidischen Anschlüssen entgegengesetzt ist. Beispielsweise kann also an einem jeweiligen Längsende ein fluidischer Anschluss ausgebildet sein. Ein solcher fluidischer Anschluss kann insbesondere der Verbindung mit einer Anschlussleitung oder auch mehreren Anschlussleitungen zur Entnahme von gasförmigem Brennstoff und/oder zum Befüllen mit gasförmigem Brennstoff dienen. Durch die Anordnung der Druckentlastungseinrichtungen entgegengesetzt zu solchen fluidischen Anschlüssen wird insbesondere erreicht, dass eine Druckentlastung entfernt von den fluidischen Anschlüssen erfolgt und im Übrigen mehr Platz für die entsprechenden Komponenten vorhanden ist.
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Gemäß einer Ausführung weisen eine, einige oder jede thermische Druckentlastungseinrichtung mindestens eine Ausblasöffnung auf, welche innerhalb des Flammenausbreitungskanals angeordnet ist und auf eine unmittelbar benachbarte thermische Druckentlastungseinrichtung gerichtet ist. Insbesondere bei endseitigen Druckentlastungseinrichtungen kann die Ausblasöffnung auch weg von den anderen Druckentlastungseinrichtungen gerichtet sein. Beispielsweise kann sie zu einer Außenseite eines Kraftfahrzeugs oder des Druckbehältersystems gerichtet sein. Dadurch kann erreicht werden, dass gasförmiger Brennstoff, welcher bei einer Druckentlastungeinrichtung austritt und sich aufgrund der vorhandenen Flammen entzündet, in definierter Weise benachbarte Druckentlastungseinrichtungen auslöst, welche somit zum definierten Abgeben von gasförmigem Brennstoff und somit zu einer wirkungsvollen Druckentlastung gebracht werden.
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Gemäß einer Ausführung weist das Druckbehältersystem nur eine Flammeneintrittsöffnung auf. Dadurch kann die Druckentlastung, beispielsweise durch das eben beschriebene kaskadierte Ausbreiten, in definierter Weise erfolgen. Auch die Verwendung mehrerer Flammeneintrittsöffnungen ist jedoch möglich.
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Gemäß einer Ausführung weist das Druckbehältersystem mindestens ein Paar von Flammeneintrittsöffnungen auf, wobei eine erste Flammeneintrittsöffnung des Paars in Einbaustellung unter einer thermischen Druckentlastungseinrichtung angeordnet ist und wobei eine zweite Flammeneintrittsöffnung des Paars über dieser thermischen Druckentlastungseinrichtung angeordnet ist. Unter einer Einbaustellung des Druckbehältersystems sei dabei insbesondere eine Lage verstanden, in welcher das Druckbehältersystem typischerweise in einem Kraftfahrzeug oder in einer anderen Einheit eingebaut wird. Diese kann beispielsweise eine Lage sein, in welcher Längsachsen der Druckbehälter horizontal nebeneinanderliegen. Durch die Verwendung der beschriebenen zwei Flammeneintrittsöffnungen kann ein Auslösen der Druckentlastungseinrichtung, welche zwischen den beiden erwähnten Flammeneintrittsöffnungen angeordnet ist, sowohl von oben wie auch von unten erfolgen. Dies kann die Sicherheit weiter erhöhen.
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Gemäß einer Ausführung ist mindestens eine Flammeneintrittsöffnung in Einbaustellung unter einer thermischen Druckentlastungseinrichtung angeordnet.
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Gemäß einer Ausführung ist mindestens eine Flammeneintrittsöffnung in Einbaustellung unter einer thermischen Druckentlastungseinrichtung angeordnet. Dadurch kann eine gezielte Einwirkung eines unterhalb des Druckbehältersystems befindlichen Brands erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung umgibt das Gehäuse alle thermischen Druckentlastungseinrichtungen. Dadurch wird die hierin beschriebene Funktionalität der gezielten Brandausbreitung für alle Druckentlastungseinrichtungen realisiert. Es kann jedoch auch nur ein Teil der Druckentlastungseinrichtungen von dem Gehäuse umgeben sein.
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Die Druckbehälter können insbesondere mit einer gemeinsamen Anschlussleitung angeschlossen sein. Dies erlaubt es, die Druckbehälter mittels dieser Anschlussleitung zu befüllen und/oder gasförmigen Brennstoff daraus zu entnehmen. Ebenso können eine gemeinsame Betankungsleitung und eine gemeinsame Entnahmeleitung für die Druckbehälter angeordnet sein. Auch separate Anschlüsse sind jedoch möglich.
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Die Anschlussleitung oder andere Leitungen zum Befüllen und/oder zur Entnahme von gasförmigem Brennstoff können insbesondere an einem entgegengesetzten Längsende zu den thermischen Druckentlastungseinrichtungen angeordnet sein. Dies ermöglicht eine vorteilhafte räumliche Entkopplung.
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Die Druckbehälter können insbesondere jeweils ventilfrei fluidisch an der Anschlussleitung angeschlossen sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine jeweilige Anschlussleitung ohne Ventil oder sonstige die Strömung regelnde oder wesentlich behindernde Komponente mit dem Inneren des Druckbehälters verbunden ist. Dadurch kann ein gemeinsames Ventil verwendet werden, wodurch Aufwand eingespart wird. Auch die Verwendung separater Ventile für jeden Druckbehälter ist jedoch möglich.
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Gemäß einer Ausführung weisen einer oder einige der Druckbehälter keine thermische Druckentlastungseinrichtung auf. In diesem Fall können thermische Druckentlastungseinrichtungen für jeweils mehrere Druckbehälter verwendet werden, wodurch Aufwand eingespart werden kann. Alternativ kann jedoch auch jeder Druckbehälter eine jeweilige Druckentlastungseinrichtung aufweisen.
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Gemäß einer Ausführung kann jeder Druckbehälter über ein Tankabsperrventil fluidisch an der Anschlussleitung angeschlossen sein, wobei jeder Druckbehälter eine thermische Druckentlastungseinrichtung aufweist. Dies erlaubt eine autarke Ausführung jedes Druckbehälters, welcher eine eigenständige thermische Druckentlastungseinrichtung aufweist und mit einem eigenen Tankabsperrventil zur Entnahme von gasförmigem Brennstoff freigegeben oder auch abgesperrt werden kann.
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Das Gehäuse kann beispielsweise innenseitig und/oder außenseitig mit einer flammhemmenden Schicht ausgekleidet sein. Dadurch kann der Brandschutz weiter verbessert werden. Insbesondere kann einer eventuellen thermischen Einwirkung auf das Gehäuse vorgebeugt werden.
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Das Gehäuse kann beispielsweise einen oder mehrere Flammenauslasskanäle aufweisen, welche in Einbaustellung nach unten gerichtet sind. Solche Flammenauslasskanäle können insbesondere endseitig am Flammenausbreitungskanal angeordnet sein. Dadurch können beispielsweise die letzten Druckentlastungseinrichtungen in einer Reihe von Druckentlastungseinrichtungen gezielt in die Flammenauslasskanäle einblasen, wodurch eine entstehende Flamme und entstehende Wärme gezielt nach unten abgeleitet werden, wo sie am wenigsten Schaden anrichten können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist mindestens eine thermische Druckentlastungseinrichtung mindestens eine Ausblasöffnung auf, welche innerhalb des Flammenausbreitungskanals angeordnet ist und auf eine unmittelbar darunterliegende Flammeneintrittsöffnung gerichtet ist. Auch dadurch kann unmittelbar eine entstehende Flamme nach unten abgeführt werden, wo typischerweise die Flamme am wenigsten schädliche Wirkung entfalten kann.
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Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Druckbehältersystem wie hierin beschrieben. Bezüglich des Druckbehältersystems können alle beschriebenen Ausführungen verwendet werden.
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Ein Druckbehältersystem kann insbesondere eine Anordnung aus mehreren Druckbehältern mit zugehörigen Ventilen oder sonstigen Verschlüssen sowie thermischen Druckentlastungseinrichtungen sein. Diese können insbesondere dazu verwendet werden, den gasförmigen Brennstoff unter hohem Druck zu isolieren und zu speichern. Das Druckbehältersystem kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise Personenkraftwagen, Krafträder oder Nutzfahrzeuge verwendet werden. Das Druckbehältersystem dient insbesondere zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem 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 typischerweise mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.
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Ein Druckbehältersystem umfasst typischerweise mindestens einen Druckbehälter, insbesondere einen 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 (zum Beispiel mehr als 50 K oder mehr als 100 K) unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeugs liegen.
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Das Druckbehältersystem kann beispielsweise eine Einheit ausbilden, die insbesondere in den Unterflurbereich unterhalb eines Fahrgastinnenraums montierbar sein kann. Die Längsachsen der Druckbehälter können in der Einbaulage parallel zueinander verlaufen und/oder einzelne Druckbehälter können jeweils ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis mit einem Wert zwischen 4 und 200, bevorzugt zwischen 5 und 100, und besonders bevorzugt zwischen 6 und 50 aufweisen.
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Die Druckbehälter können kreisförmige oder ovale Querschnitte aufweisen. In einer Ausbildung können die Druckbehälter parallel geschaltet sein. Dabei kann ein gemeinsames Verteilerrohr vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich dabei um die bereits weiter oben erwähnte Anschlussleitung handeln. Die Druckbehälter sind in der Regel direkt an das Verteilerrohr angeschlossen, ohne dass zwischen dem Verteilerrohr und den einzelnen Druckbehältern jeweils ein eigenes, von außen elektrisch betätigbares Absperrventil vorgesehen ist. Vorteilhaft sind die mehreren Druckbehälter stoffschlüssig (mittels Klebung und/oder mittels Schweißen) mit dem Verteilerrohr verbunden, so dass die einzelnen Druckbehälter nicht zerstörungsfrei vom Verteilerrohr lösbar sind. Das Verteilerrohr dient zur Herstellung einer Fluidverbindung mit den einzelnen Druckbehältern. Ferner kann das Verteilerrohr dazu dienen, die einzelnen Druckbehälter mechanisch zu koppeln und eventuell gemeinsame Karosserieanbindungspunkte auszubilden. Somit kann das Verteilerrohr eine Einheit ausbilden, die als Ganzes in das Kraftfahrzeug integrierbar ist. Auch eine Kombination von Parallel- und Serienschaltung ist möglich.
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Ein Tankabsperrventil kann insbesondere ein Ventil sein, dessen Eingangsdruck (im Wesentlichen) dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Das Tankabsperrventil ist in der Regel in ein On-Tank-Valve integriert. In der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26. April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rats über die Typengenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen wird ein solches Tankabsperrventil auch als erstes Ventil bezeichnet.
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Über eine Druckentlastungseinrichtung kann insbesondere eine Druckentlastung eines Druckbehälters oder des Druckbehältersystems erfolgen. Kommt es aufgrund einer Fehlfunktion einer anderen Komponente und/oder durch eine äußere thermische und/oder mechanische Einwirkung (zum Beispiel Unfall, lokale Flamme, etc.) zu einem Störfall, so ist die Druckentlastungseinrichtung eingerichtet, den Druck im Druckbehältersystem, insbesondere im mindestens einen Druckbehälter, zu verringern. Die Druckentlastungseinrichtung ist typischerweise fluidverbunden mit dem mindestens einen Druckbehälter. Die Druckentlastungseinrichtung kann zweckmäßig eingerichtet sein, zur Druckentlastung des Druckbehälters einen Brennstoffentnahmemassenstrom zu ermöglichen, der größer (zum Beispiel mindestens um den Faktor 1,5, 2, 5, 10, 100 oder mehr) ist als der maximale Brennstoffentnahmemassenstrom durch den Entnahmepfad zu mindestens einem Energiewandler (in der Regel durch ein Tankabsperrventil). Die mindestens eine Druckentlastungseinrichtung wird für die Befüllung des Druckbehältersystems und/oder für die Entnahme von Brennstoff zur Bereitstellung von Energie im Kraftfahrzeug im Betrieb ohne Störfall in der Regel nicht eingesetzt. Zur Druckentlastung kann zweckmäßig ein zum Anodensubsystem paralleler Strömungspfad genutzt werden. In der Regel wird durch die Druckentlastung der Druckbehälterinnendruck auf Atmosphärendruck abgesenkt.
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Die Druckentlastungseinrichtung kann insbesondere thermisch aktivierbar sein. Die thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung, auch Thermal Pressure Relief Device (= TPRD) oder Thermosicherung genannt, ist in der Regel benachbart zum Druckbehälter vorgesehen. Bei Hitzeeinwirkung, zum Beispiel durch Flammen, wird durch das TPRD im Druckbehälter gespeicherter Brennstoff in die Umgebung abgelassen. Die Druckentlastungseinrichtung lässt den Brennstoff ab, sobald die Auslösetemperatur des TPRDs überschritten wird (= wird thermisch aktiviert). Es können ferner Auslöseeinheiten vorgesehen sein. Ein solches System zur thermischen Druckentlastung ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
DE 10 2015 222 252 A1 gezeigt.
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Eine thermische Druckentlastungseinrichtung weist typischerweise mindestens ein thermisch aktivierbares bzw. betätigbares Öffnungselement auf. Bei der thermischen Aktivierung, üblicherweise bei einer Auslösetemperatur von ca. 110 °C und mehr, verändern die Öffnungselemente ihre Form oder werden zerstört (= thermisches Aktivieren). Dadurch öffnet sich die Druckentlastungseinrichtung. Durch die thermische Aktivierung kann das Öffnungselement seine Form verändern. Alternativ oder zusätzlich kann durch thermische Aktivierung das Öffnungselement zerstört werden. Der Begriff „Öffnungselement“ ist im Rahmen der hier offenbarten Technologie auf den Bereich der Druckentlastungseinrichtung beschränkt, der durch die thermische Aktivierung in seiner Form veränderbar bzw. zerstörbar ist. Im geschlossenen Zustand der Druckentlastungseinrichtung bewirkt das Öffnungselement direkt oder indirekt, dass die Druckentlastungseinrichtung einen Strömungspfad vom Inneren des Druckbehälters zur Umgebung nicht freigibt. Beim indirekten Verschließen hält das Öffnungselement beispielsweise einen Ventilkörper, wobei der Ventilkörper wiederum die Druckentlastungseinrichtung verschließt. Das Öffnungselement ist so ausgebildet, dass es bei einer Auslösetemperatur, beispielsweise von 110 °C, öffnet (d.h. es gibt den Strömungspfad vom Inneren des Druckbehälters zur Umgebung frei). Die Auslösetemperatur ist so gewählt, dass bei einem thermischen Ereignis, zum Beispiel einem Fahrzeugbrand, ein Bersten des Druckbehälters durch thermische Strukturschwächung vermieden wird.
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Mit anderen Worten können in der Komposition bzw. Baugruppe befindliche Druckbehälter oder COPVs mit je einem TPRD bzw. mit je einem TPRD pro Ende (ab einer bestimmten Länge des COPVs) ausgestattet werden. Diese TPRDs werden nun räumlich mit einer Blechhülle umfasst, welche im Brandfall die an einem definierten Punkt eingeleitete Wärmeenergie zentral einfängt und bei Auslösung des dort befindlichen Initial-TPRDs die Wärmeenergie bei Nutzung des ausströmenden heißen Brennstrahls an alle anderen TPRDs gezielt und gebündelt ableitet, wobei das Gesamtkonzept dabei vorsieht, dass die Auslösung aller TPRDs in einer Art Dominoeffekt vonstattengeht.
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Beispielsweise können mehrere, beispielsweise fünf, Druckbehälter in einer Ebene und auf gleicher Linie/Anschlag liegend nebeneinander angeordnet sein. Ein solcher Flachspeicher kann eine voll umschließende Blechhülle aufweisen, welche vorzugsweise eine Brandschutzoberfläche aufweist und gegebenenfalls auch mit einem leicht brandhemmenden Füllstoff im Inneren ergänzt wird. Im Bereich des initialen TPRD am mittleren COPV kann eine geeignet große Öffnung zum Außengeschehen vorhanden sein. Diese Öffnung kann beispielsweise nur nach unten gerichtet sein, kann aber auch nach unten und nach oben platziert sein, so dass hier auch der Fall eines brennenden, auf dem Dach liegenden FCEV berücksichtigt werden kann. Diese Öffnungen dienen zur Einleitung der initialen Aktivierungsenergie. Alle TPRDs sind nun mit einer parallel entlang der Versorgungs-Entnahmeleitung verlaufenden Blechumhüllung umfasst, welche jeweils im Bereich der TPRDs wiederum einen Freischnitt aufweist, so dass diese gegebenenfalls auch bei ungewöhnlichen Crashereignissen und damit potenziellem Verzug/Aufreißen der Außenhülle der Baugruppe/Komposition noch in deren gewohnter Funktionsweise wirken können. Die einzelnen TPRDs sind typischerweise innerhalb dieser Blechumhüllung derart ausgerichtet, dass das in der Mitte befindliche initiale TPRD sowohl in Richtung der auf der einen Seite befindlichen zwei weiteren TPRDs als auch in Richtung der auf der anderen Seite befindlichen zwei weiteren TPRDs feuert. Die jeweils sich am Ende des Bands befindlichen TPRDs können dabei ebenfalls wiederum in Richtung des mittig liegenden TPRDs feuern, was die zusätzliche Ausführung von auch in diesen Randbereichen platzierten Öffnungen zum Außengeschehen zuließe, so dass letztlich der gesamte Flachspeicher drei Initiale (bzw. sechs bei längeren COPVs) aufweisen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein thermisches Ereignis lokal stark begrenzt ist und dort mit hoher Energie beginnt.
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Das Druckbehältersystem kann beispielsweise auch weitere Multi-Value-Komponenten aufweisen. Diese können an einer zentralen Einheit für alle im Sinne einer Vorschaltung zum „Common Rail“ angeordnet sein, oder sie können auch direkt an allen oder aber auch nur an einigen bestimmten Druckbehältern angeordnet sein. Derartige Komponenten können beispielsweise folgende Elemente sein: Excessive-Flow-Valve (EFV), Manual Valve (MV) zur händischen Absperrung, Check-Valve (CV), Rückschlagventil, Bleed Device (BD, manuelle Ablasseinrichtung), Filter, Drossel, On-Tank- oder In-Tank-Valve (OTV/ITV; Absperrventil), gegebenenfalls auch PR (Pressure Regulator/Druckminderer).
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Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
- 1: ein Druckbehältersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2: das Druckbehältersystem in einer Seitenansicht, und
- 3: ein Druckbehältersystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt rein schematisch ein Druckbehältersystem 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Druckbehältersystem 10 weist vorliegend fünf Druckbehälter 20 auf, wobei erwähnt sei, dass auch jede andere Anzahl von Druckbehältern verwendet werden kann. Die Druckbehälter 20 sind vorliegend benachbart und parallel zueinander angeordnet. Eine solche Anordnung von Druckbehältern 20 kann beispielsweise vorteilhaft verwendet werden, um einen flachen Bauraum unterhalb einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs für den Einbau des Druckbehältersystems 10 zu nutzen.
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Das Druckbehältersystem 10 weist eine Anschlussleitung 30 auf. Diese ist vorliegend mit zueinander benachbarten Längsenden der Druckbehälter 20 ventilfrei verbunden. Dies bedeutet, dass die Anschlussleitung 30 unmittelbar ohne ein steuerndes oder den Durchfluss signifikant behinderndes Element mit dem jeweiligen Innenraum der Druckbehälter 20 verbunden ist. Die Anschlussleitung 30 stellt auf diese Weise auch unmittelbar einen Druckausgleich zwischen den Druckbehältern 20 automatisch her. Für die Druckbehälter 20 ist ein gemeinsames Tankabsperrventil 35 vorgesehen, welches in der Anschlussleitung 30 verschaltet ist und für alle fünf Druckbehälter 20 gemeinsam wirkt. Damit können die Druckbehälter 20 zusammen abgesperrt werden, wobei das Tankabsperrventil 35 insbesondere geöffnet werden kann, wenn die Druckbehälter 20 befüllt werden oder gasförmiger Brennstoff aus ihnen entnommen werden soll.
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Am mittleren der Druckbehälter 20 ist vorliegend eine erste thermische Druckentlastungseinrichtung 41 angeordnet. Diese ist so ausgebildet, dass sie bei Überschreiten einer vorgegebenen Auslösetemperatur in definierter Weise gasförmigen Brennstoff aus dem Druckbehälter 20 ablässt. Diese thermische Druckentlastungseinrichtung hat vorliegend zwei Ausblasöffnungen 50, wobei eine dieser Ausblasöffnungen 50 nach links und die andere nach rechts gerichtet ist. Der linksseitig angeordnete Druckbehälter 20 hat eine zweite thermische Druckentlastungseinrichtung 42. Diese ist so angeordnet, dass sie von einer Flamme, die beim Austreten von gasförmigem Brennstoff aus der linksseitig angeordneten Ausblasöffnung 50 der ersten thermischen Druckentlastungseinrichtung 41 entsteht, getroffen und somit erwärmt wird. Sie verfügt selbst über eine Ausblasöffnung 50, welche nach links gerichtet ist. Ebenso weist der rechtsseitig angeordnete Druckbehälter 20 eine dritte thermische Druckentlastungseinrichtung 43 auf, welche so angeordnet ist, dass sie von einer Flamme, welche beim Austreten von gasförmigem Brennstoff aus der nach rechts weisenden Ausblasöffnung 50 der ersten thermischen Druckentlastungseinrichtung 41 entsteht, getroffen und somit erwärmt wird. Die dritte thermische Druckentlastungseinrichtung 43 verfügt selbst über eine Ausblasöffnung 50, welche nach rechts gerichtet ist.
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Die thermischen Druckentlastungseinrichtungen 41, 42, 43 sind von einem Gehäuse 60 umgeben, welches einen Flammenausbreitungskanal 62 ausbildet. In dem Flammenausbreitungskanal 62 können sich Flammen, welche bei Austritt von gasförmigem Brennstoff aus den Ausblasöffnungen 50 der ersten thermischen Druckentlastungseinrichtung 41 entstehen, in definierter Weise ausbreiten und werden gezielt auf die zweiten und dritten thermischen Druckentlastungseinrichtungen 42, 43 geleitet. Dies ermöglicht ein definiertes Auslösen der zweiten und dritten thermischen Druckentlastungseinrichtungen 42, 43 durch eine Temperaturerhöhung, welche durch solche Flammen verursacht wird.
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Unmittelbar unterhalb der ersten thermischen Druckentlastungseinrichtung 41 ist eine Flammeneintrittsöffnung 65 ausgebildet. Diese ist als Öffnung in dem Gehäuse 60 ausgeführt, so dass von unten Flammen unmittelbar eintreten können und in definierter Weise die erste thermische Druckentlastungseinrichtung 41 auslösen können. Das Druckbehältersystem 10 ist somit in definierter Weise dafür ausgelegt, dass für den Fall eines Brands in der Umgebung, insbesondere für den Fall eines Brands unterhalb des Druckbehältersystems 10, zunächst diese erste thermische Druckentlastungseinrichtung 41 ausgelöst wird und dann durch dabei entstehende Flammen die beiden anderen thermischen Druckentlastungseinrichtungen 42, 43 ausgelöst werden. Dies ermöglicht ein definiertes und kontrolliertes Ablassen von gasförmigem Brennstoff aus den Druckbehältern 20.
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Das Gehäuse 60 weist linksseitig einen ersten Flammenauslasskanal 67 und rechtsseitig einen zweiten Flammenauslasskanal 68 auf. Wie in 2 dargestellt ist, sind diese Flammenauslasskanäle 67, 68 nach unten gebogen, so dass entstehende Flammen in definierter Weise zur Unterseite eines Kraftfahrzeugs geleitet werden. Dadurch kann die Sicherheit weiter erhöht werden, da dort normalerweise am wenigstens negative Effekte durch die Flammen verursacht werden. In 2 ist auch die Anordnung der Flammeneintrittsöffnung 65 unmittelbar unterhalb der ersten thermischen Druckentlastungseinrichtung 41 gut zu sehen.
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Bei der Ausführung von 1 verbindet die Anschlussleitung 30 wie bereits erwähnt die Druckbehälter 20 unmittelbar miteinander. Deshalb kann vorliegend darauf verzichtet werden, an jedem Druckbehälter 20 eine thermische Druckentlastungseinrichtung anzubringen. Die gezeigten drei thermischen Druckentlastungseinrichtungen 41, 42, 43 genügen für die fünf Druckbehälter 20.
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Eine alternative Ausführung ist in 3 dargestellt. Dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zur Ausführung von 1 eingegangen. Bei der Ausführung von 3 ist die Anschlussleitung 30 über insgesamt fünf Tankabsperrventile 35 mit den Druckbehältern 20 verbunden, so dass bei geschlossenen Tankabsperrventilen 35 keine Verbindung zwischen den Druckbehältern 20 und der Anschlussleitung 30 besteht. Vielmehr kann jeder Druckbehälter 20 durch das jeweilige Tankabsperrventil 35 abgesperrt werden. Wenn die Tankabsperrventile 35 geschlossen sind, kann der eben mit Bezug auf 1 beschriebene Effekt eines Druckausgleichs nicht mehr auftreten. Deshalb ist bei der Ausführung von 3 an jedem Druckbehälter 20 eine thermische Druckentlastungseinrichtung vorhanden, wobei an dem linken mittleren Druckbehälter 20 eine vierte thermische Druckentlastungseinrichtung 44 angebracht ist und an dem rechten mittleren Druckbehälter 20 eine fünfte thermische Druckentlastungseinrichtung 45 angebracht ist. Alle thermischen Druckentlastungseinrichtungen 41, 42, 43, 44, 45 sind in dem bereits mit Bezug auf 1 beschriebenen Flammenausbreitungskanal 62 angeordnet. Die Ausblasöffnungen 50 der thermischen Druckentlastungseinrichtungen 41, 42, 43, 44, 45 sind dabei so angeordnet, dass eine Flammenausbreitung von der ersten thermischen Druckentlastungseinrichtung 41 aus nach links und nach rechts jeweils separat in identischer Weise funktioniert, wie dies mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, jedoch unter Zwischenschaltung der vierten thermischen Druckentlastungseinrichtung 44 und der fünften thermischen Druckentlastungseinrichtung 45.
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In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung kann beispielsweise auch über der ersten thermischen Druckentlastungseinrichtung 41 eine Flammeneintrittsöffnung angeordnet sein. Dies ermöglicht ein unmittelbares Eintreten von Flammen von oben und eine entsprechende Auslösung des beschriebenen Vorgangs. Auch über und/oder unter den anderen beschriebenen thermischen Druckentlastungseinrichtungen 42, 43, 44, 45 können entsprechende Flammeneintrittsöffnungen angeordnet sein.
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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, die/eine Ausblasöffnung, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Ausblasöffnung, etc.).
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Druckbehältersystem
- 20
- Druckbehälter
- 30
- Anschlussleitung
- 35
- Tankabsperrventil
- 41, 42, 43, 44, 45
- thermische Druckentlastungseinrichtungen
- 50
- Ausblasöffnungen
- 60
- Gehäuse
- 62
- Flammenausbreitungskanal
- 65
- Flammeneintrittsöffnung
- 67
- erster Flammenauslasskanal
- 68
- zweiter Flammenauslasskanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015222252 A1 [0029]
- DE 102016206192 [0031]
- DE 102016217028 [0031]
- DE 102016213288 [0031]
- DE 102016218692 [0031]
- DE 102016222668 [0031]
- DE 102017205645 [0031]
