DE102021104334A1 - Connection element, pressure vessel assembly and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ein Anschlusselement 30 für einen Druckbehälter 20, wobei zwei Leitungsanschlüsse 31, 32 mit gleichem Abstand zu einem Verbindungsmittel 25 vorhanden sind, um eine gerade Führung von Anschlussleitungen 50, 60 zu ermöglichen. Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner eine Druckbehälterbaugruppe 10 mit alternierend angeordneten Anschlusselementen 30. Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer solchen Druckbehälterbaugruppe 10.According to the invention, the technology disclosed here relates to a connection element 30 for a pressure vessel 20, with two line connections 31, 32 being present at the same distance from a connecting means 25 in order to enable connection lines 50, 60 to be routed in a straight line. The technology disclosed here also relates to a pressure vessel assembly 10 with alternatingly arranged connection elements 30. The technology disclosed here also relates to a motor vehicle having at least one such pressure vessel assembly 10.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Anschlusselement für einen Druckbehälter, eine Druckbehälterbaugruppe sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Druckbehälterbaugruppe.The technology disclosed here relates to a connection element for a pressure vessel, a pressure vessel assembly and a motor vehicle with such a pressure vessel assembly.
Druckbehälter werden typischerweise verwendet, um gasförmigen Brennstoff in Kraftfahrzeugen oder anderen mobilen Einheiten zu lagern. Druckbehälter können dabei in Druckbehälterbaugruppen zusammengefasst sein, welche in geeignete Einbauräume eingebaut werden können. Eine solche Druckbehälterbaugruppe umfasst typischerweise mehrere Druckbehälter. Es hat sich gezeigt, dass die Optimierung von Druckbehälterbaugruppen in Bezug auf Kriterien wie Brandschutz und Kompaktheit sinnvoll ist, um sie in Kraftfahrzeugen oder anderen Einheiten zu verwenden.Pressure vessels are typically used to store gaseous fuel in automobiles and other mobile units. Pressure vessels can be combined in pressure vessel assemblies, which can be installed in suitable installation spaces. Such a pressure vessel assembly typically includes multiple pressure vessels. Optimizing pressure vessel assemblies to criteria such as fire safety and compactness has been shown to make sense for use in automobiles or other units.
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 Anschlusselement für einen einfacheren Aufbau und/oder eine optimierte Druckbehälterbaugruppe bereitzustellen. Weitere vorteilhafte 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.It is a preferred object of the technology disclosed herein to mitigate or obviate at least one disadvantage of a previously known solution or to propose an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed herein to provide a connector for a simpler construction and/or an optimized pressure vessel assembly. Further advantageous objects can arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The objects are solved by the subject matter of the independent patent claims. The dependent claims represent preferred embodiments.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Anschlusselement für einen Druckbehälter, umfassend (i) einen ersten Leitungsanschluss für eine Anschlussleitung, (ii) einen zweiten Leitungsanschluss für eine Anschlussleitung, (iii) ein Verbindungsmittel zur mechanischen Verbindung mit einem Druckbehälter, und (iv) einen Behälteranschluss, der fluidisch mit einem Innenraum des Druckbehälters verbunden ist, wenn das Verbindungsmittel mit einem Druckbehälter verbunden ist. Der erste Leitungsanschluss, der zweite Leitungsanschluss und der Behälteranschluss sind innerhalb des Anschlusselements fluidisch miteinander verbunden. Der erste Leitungsanschluss und der zweite Leitungsanschluss haben dabei zweckmäßig einen gleichen Abstand vom Verbindungsmittel.The technology disclosed here relates to a connection element for a pressure vessel, comprising (i) a first line connection for a connection line, (ii) a second line connection for a connection line, (iii) a connecting means for mechanical connection to a pressure vessel, and (iv) a container connection , which is fluidly connected to an interior of the pressure vessel when the connecting means is connected to a pressure vessel. The first line connection, the second line connection and the container connection are fluidically connected to one another within the connection element. The first line connection and the second line connection are expediently at the same distance from the connecting means.
Mittels eines solchen Anschlusselements ist es möglich, eine geradlinige Verbindung mehrerer parallel zueinander angeordneter Druckbehälter dadurch bereitzustellen, dass jeweilige Abschnitte von Anschlussleitungen zwischen den Anschlusselementen verschaltet werden. Dies erlaubt eine besonders einfache und auch kompakte Ausführung.By means of such a connecting element, it is possible to provide a rectilinear connection of a plurality of pressure vessels arranged parallel to one another in that respective sections of connecting lines are connected between the connecting elements. This allows a particularly simple and also compact design.
Bei dem Anschlusselement kann es sich insbesondere um ein Element handeln, welches mit seinem Verbindungsmittel an einem Druckbehälter befestigt wird. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Schraubverbindung handeln, d.h. das Anschlusselement oder ein Teil davon wird auf den Druckbehälter aufgeschraubt, wobei eine mechanische Verbindung ausgebildet wird. Die mechanische Verbindung kann somit auch als Befestigung bezeichnet werden. Der Behälteranschluss ist insbesondere derjenige Anschluss, welcher fluidisch eine Verbindung zum Innenraum des Druckbehälters herstellt. Die Leitungsanschlüsse stellen fluidisch einen Anschluss zu den jeweiligen Anschlussleitungen her, wenn die Anschlussleitungen daran angeschlossen sind. Gemäß einer einfachen Ausführung können die Leitungsanschlüsse und der Behälteranschluss innerhalb des Anschlusselements ohne weitere Komponenten dazwischen miteinander verbunden sein. Insbesondere können sie ventilfrei miteinander verbunden sein, so dass sich kein den Durchfluss regelndes oder wesentlich behinderndes Element zwischen Leitungsanschlüssen und Behälteranschluss befindet. Dies kann beispielsweise in einer Ausführung verwendet werden, in welcher für mehrere Druckbehälter ein gemeinsames Tankabsperrventil verwendet wird. Es können sich jedoch auch weitere Elemente zwischen Leitungsanschlüssen und Behälteranschluss und/oder zwischen den Leitungsanschlüssen befinden, beispielsweise steuerbare Ventile oder Rückschlagventile, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Insbesondere können die beiden Leitungsanschlüsse unmittelbar und/oder ventilfrei miteinander fluidisch verbunden sein.The connection element can in particular be an element which is fastened to a pressure vessel with its connecting means. For example, this can be a screw connection, i.e. the connection element or a part of it is screwed onto the pressure vessel, with a mechanical connection being formed. The mechanical connection can thus also be referred to as attachment. The container connection is in particular the connection which establishes a fluidic connection to the interior of the pressure container. The line connectors fluidly connect to the respective port lines when the port lines are connected thereto. According to a simple embodiment, the line connections and the container connection can be connected to one another within the connection element without any further components in between. In particular, they can be connected to one another without a valve, so that there is no element that regulates or significantly impedes the flow between the line connections and the container connection. This can be used, for example, in an embodiment in which a common tank shut-off valve is used for several pressure vessels. However, there can also be other elements between the line connections and the container connection and/or between the line connections, for example controllable valves or non-return valves, which will be discussed in more detail below. In particular, the two line connections can be fluidically connected to one another directly and/or without a valve.
Durch die Verwendung eines gleichen Abstands von Verbindungsmitteln sind der erste Leitungsanschluss und der zweite Leitungsanschluss so ausgebildet, dass mehrere nebeneinander angeordnete, gleichartige und entlang einer Linie angeordnete Druckbehälter mit Anschlussleitungen miteinander verbunden werden können, welche zusammen auf einer Geraden liegen. Insbesondere können hierfür die Leitungsanschlüsse zur Seite weisen, d.h. insbesondere um 90° gegenüber dem Behälteranschluss und/oder einer Druckbehälterlängsachse eines verbundenen Druckbehälters gedreht sein. Als Abstand vom Verbindungsmittel kann dabei beispielsweise ein Abstand zu einem nächsten Punkt des Verbindungsmittels definiert werden, wobei beispielsweise Punkte entlang eines Umfangs einer Schraubverbindung verwendet werden können. Beispielsweise kann also der Abstand des ersten Leitungsanschlusses zum Verbindungsmittel an dem Punkt des Verbindungsmittels gemessen werden, welcher dem ersten Leitungsanschluss am nächsten ist, und der Abstand des zweiten Leitungsanschlusses zum Verbindungsmittel kann an dem Punkt des Verbindungsmittels gemessen werden, welcher dem zweiten Leitungsanschluss am nächsten ist. Es kann jedoch auch ein Abstand zu einem mittigen Punkt des Verbindungsmittels gemessen werden.By using the same spacing of connecting means, the first line connection and the second line connection are designed in such a way that several pressure vessels arranged next to one another, of the same type and arranged along a line can be connected to one another with connection lines which lie together on a straight line. In particular, the line connections can point to the side for this purpose, ie in particular rotated by 90° with respect to the container connection and/or a pressure container longitudinal axis of a connected pressure container. A distance from the next point on the connecting means can be defined as the distance from the connecting means, for example, points along the circumference of a screw connection being able to be used, for example. For example, the distance from the first line connection to the connection means can be measured at the point on the connection means that is closest to the first line connection, and the distance from the second line connection to the connection means can be measured at the point of the connection means the one closest to the second line connection. However, a distance to a central point of the connecting means can also be measured.
Der erste Leitungsanschluss und der zweite Leitungsanschluss haben bevorzugt einen gleichen Abstand vom Druckbehälter, wenn das Verbindungsmittel mit einem Druckbehälter verbunden ist. Auch dadurch kann in bevorzugter Weise sichergestellt werden, dass eine gerade Verbindung mittels entlang einer Geraden liegenden Anschlussleitungen möglich ist. Der Abstand kann insbesondere entlang einer Druckbehälterlängsachse gemessen werden.The first line connection and the second line connection are preferably at the same distance from the pressure vessel when the connecting means is connected to a pressure vessel. This can also ensure in a preferred manner that a straight connection is possible by means of connecting lines lying along a straight line. The distance can be measured in particular along a longitudinal axis of the pressure vessel.
Der erste Leitungsanschluss und der zweite Leitungsanschluss können insbesondere zueinander entgegengesetzt am Anschlusselement angeordnet sein. Insbesondere können sie bezüglich einer Längsachse, welche beispielsweise identisch sein kann zu einer Achse des Behälteranschlusses, um 180° zueinander versetzt sein.The first line connection and the second line connection can in particular be arranged opposite one another on the connection element. In particular, they can be offset from one another by 180° with respect to a longitudinal axis, which can be identical to an axis of the container connection, for example.
Der erste Leitungsanschluss und der zweite Leitungsanschluss können insbesondere geradlinig miteinander verbunden sein. Dies erlaubt einen besonders widerstandsarmen Durchfluss von gasförmigem Brennstoff zwischen den beiden Leitungsanschlüssen. Auch andere Ausführungen sind hier jedoch möglich.The first line connection and the second line connection can in particular be connected to one another in a straight line. This allows a particularly low-resistance flow of gaseous fuel between the two line connections. However, other designs are also possible here.
Das Verbindungsmittel kann insbesondere als Gewinde ausgebildet sein oder ein Gewinde aufweisen. Dies erlaubt ein Einschrauben oder Aufschrauben des Anschlusselements auf einen Druckbehälter, was eine einfache und zuverlässige Verbindung mit einem Druckbehälter ermöglicht.The connecting means can in particular be designed as a thread or have a thread. This allows the connection element to be screwed or screwed onto a pressure vessel, which enables a simple and reliable connection to a pressure vessel.
Eine Verbindung zwischen dem ersten Leitungsanschluss und dem zweiten Leitungsanschluss kann insbesondere einen größeren Querschnitt haben als eine Verbindung zwischen den Leitungsanschlüssen und dem Behälteranschluss. Dadurch wird der Querschnitt zwischen den Leitungsanschlüssen noch weiter vergrößert, und der Widerstand für durchfließenden gasförmigen Brennstoff wird weiter verringert. Dies ermöglicht eine noch effizientere Betankung und Entnahme von gasförmigem Brennstoff.A connection between the first line connection and the second line connection can in particular have a larger cross section than a connection between the line connections and the container connection. As a result, the cross-section between the line connections is increased even further, and the resistance to gaseous fuel flowing through is further reduced. This enables even more efficient refueling and extraction of gaseous fuel.
Das Anschlusselement kann insbesondere ein Tankabsperrventil aufweisen, das fluidisch zwischen den Leitungsanschlüssen und dem Behälteranschluss verschaltet ist. Das Tankabsperrventil kann insbesondere elektrisch und/oder mechanisch schaltbar sein, so dass eine kontrollierte Freigabe und Unterbrechung der Verbindung möglich ist.The connection element can in particular have a tank shut-off valve which is fluidically connected between the line connections and the container connection. The tank shut-off valve can in particular be electrically and/or mechanically switchable so that the connection can be released and interrupted in a controlled manner.
Das Anschlusselement kann ein Rückschlagventil aufweisen, das fluidisch zwischen den Leitungsanschlüssen und dem Behälteranschluss verschaltet ist und dessen Durchlassrichtung zum Behälteranschluss hinweist. Dies kann als Betankungsventil fungieren, da für den Fall eines Überdrucks in den Anschlussleitungen automatisch ein Druckausgleich zum Druckbehälter hin ermöglicht wird, so dass eine Betankung erfolgt. Auch der Ausgleich von Druckschwankungen ist auf diese Weise automatisch möglich.The connecting element can have a non-return valve which is fluidically connected between the line connections and the container connection and whose passage direction points towards the container connection. This can function as a refueling valve, since in the event of excess pressure in the connecting lines, pressure equalization to the pressure vessel is automatically made possible, so that refueling takes place. Pressure fluctuations can also be automatically compensated for in this way.
Das Anschlusselement kann eine thermische Druckentlastungseinrichtung aufweisen, die fluidisch mit dem Behälteranschluss verbunden ist. Dadurch kann für den Fall einer zu hohen Temperatur, insbesondere aufgrund eines Brandfalls, automatisch gasförmiger Brennstoff aus dem Inneren des Druckbehälters abgelassen werden. Dadurch kann die Sicherheit erhöht werden.The connection element can have a thermal pressure relief device which is fluidically connected to the container connection. As a result, gaseous fuel can be automatically discharged from the interior of the pressure vessel in the event that the temperature is too high, in particular due to a fire. This can increase security.
Die hier offenbarte Technologie betrifft gemäß einem weiteren, grundsätzlich funktional unabhängigen Aspekt eine Druckbehälterbaugruppe, umfassend mehrere Druckbehälter, die parallel zueinander angeordnet sind. Jeder Druckbehälter weist an einem Längsende ein Anschlusselement auf. Die Anschlusselemente sind bei allen oder zumindest bei einem Teil der Druckbehälter an alternierenden Längsenden angeordnet.According to a further, fundamentally functionally independent aspect, the technology disclosed here relates to a pressure vessel assembly comprising a plurality of pressure vessels which are arranged parallel to one another. Each pressure vessel has a connection element at one longitudinal end. The connection elements are arranged on all or at least some of the pressure vessels at alternating longitudinal ends.
Mittels einer solchen Druckbehälterbaugruppe kann beispielsweise die Zugänglichkeit der Anschlusselemente verbessert werden. Auch weitere Vorteile können erzielt werden, auf welche weiter unten näher eingegangen wird.By means of such a pressure vessel assembly, for example, the accessibility of the connection elements can be improved. Other advantages can also be achieved, which will be discussed in more detail below.
Die Parallelität der Druckbehälter kann insbesondere deren Längsachsen betreffen. Die Anschlusselemente können beispielsweise so ausgeführt sein, wie dies hierin mit Bezug auf ein Anschlusselement beschrieben ist. Die Anschlusselemente können jedoch auch auf andere Art ausgeführt sein.The parallelism of the pressure vessels can relate in particular to their longitudinal axes. The connection elements can be designed, for example, as described herein with reference to a connection element. However, the connecting elements can also be designed in other ways.
Unter einer alternierenden Anordnung der Anschlusselemente sei insbesondere verstanden, dass bei einem Druckbehälter das Anschlusselement an einem in eine Richtung weisenden Längsende angeordnet ist und bei einem unmittelbar benachbarten Druckbehälter das Anschlusselement an einem in eine andere Richtung weisenden Längsende angeordnet ist, usw. Die beiden Richtungen können dabei insbesondere um 180° entgegengesetzt zueinander sein.An alternating arrangement of the connecting elements is understood to mean in particular that in the case of a pressure vessel the connecting element is arranged on a longitudinal end pointing in one direction and in the case of an immediately adjacent pressure vessel the connecting element is arranged on a longitudinal end pointing in another direction, etc. The two directions can in particular be opposite to each other by 180°.
Besonders bevorzugt können die Anschlusselemente bei allen Druckbehältern alternierend angeordnet sein, das heißt insbesondere, dass immer bei dem übernächsten Druckbehälter das Anschlusselement am gleichen Längsende angeordnet ist.Particularly preferably, the connection elements can be arranged alternately in all pressure vessels, which means in particular that the connection element is always arranged on the same longitudinal end in the next but one pressure vessel.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere eine erste Anschlussleitung und eine zweite Anschlussleitung aufweisen, wobei die erste Anschlussleitung Anschlusselemente an ersten Längsenden der Druckbehälter verbindet und die zweite Anschlussleitung Anschlusselemente an zweiten Längsenden der Druckbehälter verbindet. Die zweiten Längsenden sind insbesondere entgegengesetzt zu den ersten Längsenden angeordnet. Durch die Verwendung zweier solcher separater Anschlussleitungen kann der Massenstrom auf zwei Anschlussleitungen verteilt werden, so dass ein noch besserer Durchfluss möglich ist. Insbesondere kann es sich bei der Anschlussleitung jeweils um eine Leitung handeln, welche sowohl zum Betanken wie auch zur Entnahme verwendet wird. Grundsätzlich können jedoch auch auf jeder Seite zwei solcher Anschlussleitungen vorhanden sein, wenn getrennte Betankungs- und Entnahmeleitungen verwendet werden sollen.The pressure vessel assembly can in particular have a first connecting line and a second connecting line, the first connecting line connecting connecting elements at first longitudinal ends of the pressure vessels and the second connecting line connecting connecting elements at second longitudinal ends of the pressure vessels. The second longitudinal ends are in particular arranged opposite to the first longitudinal ends. By using two such separate connection lines, the mass flow can be distributed over two connection lines, so that an even better flow is possible. In particular, the connection line can be a line that is used both for refueling and for removal. In principle, however, two such connecting lines can also be present on each side if separate refueling and removal lines are to be used.
Die Anschlusselemente können insbesondere zur unmittelbaren fluidischen Verbindung der Anschlussleitungen mit Innenräumen der Druckbehälter ausgebildet sein. Eine unmittelbare fluidische Verbindung kann insbesondere bedeuten, dass sich kein den Durchfluss regelndes oder wesentlich behinderndes Element zwischen Anschlussleitung und Innenraum des Druckbehälters befindet. Dies kann insbesondere vorteilhaft verwendet werden, wenn für mehrere Druckbehälter oder auch für alle Druckbehälter ein gemeinsames Tankabsperrventil verwendet werden soll.The connection elements can be designed in particular for the direct fluidic connection of the connection lines with interior spaces of the pressure vessels. A direct fluidic connection can mean, in particular, that there is no element that regulates or significantly impedes the flow between the connection line and the interior of the pressure vessel. This can be used particularly advantageously if a common tank shut-off valve is to be used for a number of pressure vessels or also for all pressure vessels.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere eines oder mehrere gemeinsame Tankabsperrventile, und/oder eines oder mehrere Rückschlagventile mit zum Inneren der Druckbehälter gerichteter Durchlassrichtung aufweisen, die mit mehreren Druckbehältern über mindestens eine Anschlussleitung fluidisch verbunden sind. Dies ermöglicht es, ein gemeinsames Tankabsperrventil und/oder ein gemeinsames Rückschlagventil zur Betankung zu verwenden, wobei Aufwand eingespart werden kann.The pressure vessel assembly can in particular have one or more common tank shut-off valves and/or one or more check valves with the passage direction directed toward the interior of the pressure vessel, which are fluidically connected to a number of pressure vessels via at least one connecting line. This makes it possible to use a common tank shut-off valve and/or a common non-return valve for refuelling, with the effort being able to be saved.
Gemäß einer Ausführung ist in jedem Anschlusselement ein Tankabsperrventil, und/oder ein Rückschlagventil mit zum Inneren des Druckbehälters gerichteter Durchlassrichtung angeordnet, das fluidisch zwischen dem Innenraum des Druckbehälters und der Anschlussleitung verschaltet ist. Dadurch kann eine Ausführung realisiert werden, in welcher kein gemeinsames Tankabsperrventil und/oder kein gemeinsames Rückschlagventil zur Betankung verwendet wird, sondern entsprechende Ventile für jeden Druckbehälter separat vorgesehen sind.According to one embodiment, a tank shut-off valve and/or a non-return valve is arranged in each connection element with the passage direction directed toward the interior of the pressure vessel, which is fluidically connected between the interior of the pressure vessel and the connection line. As a result, an embodiment can be realized in which no common tank shut-off valve and/or no common check valve is used for refueling, but corresponding valves are provided separately for each pressure vessel.
Die erste Anschlussleitung und die zweite Anschlussleitung können insbesondere an einer oder zwei Verbindungsstellen fluidisch miteinander verbunden sein. Eine Verbindungsstelle ist zur Sicherstellung eines ausreichenden Fluidflusses grundsätzlich ausreichend, so dass beispielsweise Massenströme an dieser Verbindungsstelle zusammengeführt und/oder getrennt werden können. Die Verwendung einer zweiten Verbindungsstelle ermöglicht es, die beiden Anschlussleitungen fluidisch ringförmig durchgehend auszugestalten, was einen noch besseren Druckausgleich ermöglicht. Beispielsweise kann hier bezüglich eines Abschnitts, welcher eine der Anschlussleitungen mit der zweiten Verbindungsstelle verbindet und nicht zwingend zum Druckausgleich notwendig wäre, jedoch den Massenstrom verbessert, von einem Bypass gesprochen werden.The first connection line and the second connection line can be fluidically connected to one another, in particular at one or two connection points. A connection point is basically sufficient to ensure a sufficient fluid flow, so that, for example, mass flows can be combined and/or separated at this connection point. The use of a second connection point makes it possible to design the two connection lines in a continuous annular manner in terms of fluidity, which enables even better pressure equalization. For example, one can speak of a bypass with regard to a section that connects one of the connection lines to the second connection point and would not be absolutely necessary for pressure equalization, but improves the mass flow.
Die Druckbehälter können insbesondere an einem dem Anschlusselement entgegengesetzten Längsende eine Druckentlastungseinrichtung aufweisen. Dadurch kann die Sicherheit erhöht werden. Insbesondere kann es sich um eine thermische Druckentlastungseinrichtung handeln. Durch Anordnung der Druckentlastungseinrichtung gegenüberliegend zum Anschlusselement kann eine besonders kompakte Ausführung erreicht werden, da die Druckentlastungseinrichtung nicht im Anschlusselement untergebracht werden muss. Aufgrund der alternierenden Anordnung der Anschlusselemente sind auch die Druckentlastungseinrichtungen bei dieser Ausführung alternierend angeordnet. Dies ermöglicht es, dass auf beiden Seiten bzw. an beiden Längsenden jeweilige Druckentlastungseinrichtungen vorhanden sind, welche beispielsweise bei einem Brand auslösen. Breitet sich also ein Brand langsam über die Ausdehnung der Druckbehälterbaugruppe aus, so befinden sich an beiden Längsenden der Druckbehälter jeweilige Druckentlastungseinrichtungen, welche auslösen und somit für eine rechtzeitige Abgabe von gasförmigem Brennstoff sorgen. Ein etwaiger Kühleffekt aufgrund von austretendem gasförmigem Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, wird aufgrund des größeren Abstands der Druckentlastungseinrichtungen zueinander eine geringere Wirkung haben. Dies führt zu einem schnelleren Auslösen der Druckentlastungseinrichtungen und damit zu einer Erhöhung der Sicherheit.The pressure vessels can have a pressure relief device, in particular at a longitudinal end opposite the connection element. This can increase security. In particular, it can be a thermal pressure relief device. By arranging the pressure relief device opposite to the connection element, a particularly compact design can be achieved since the pressure relief device does not have to be accommodated in the connection element. Due to the alternating arrangement of the connection elements, the pressure relief devices are also arranged alternately in this design. This makes it possible for respective pressure relief devices to be present on both sides or on both longitudinal ends, which are triggered, for example, in the event of a fire. So if a fire slowly spreads over the expansion of the pressure vessel assembly, there are respective pressure relief devices on both longitudinal ends of the pressure vessel, which are triggered and thus ensure that gaseous fuel is released in good time. Any cooling effect due to escaping gaseous fuel, for example hydrogen, will have a lesser effect due to the greater distance between the pressure relief devices. This leads to a faster triggering of the pressure relief devices and thus to an increase in safety.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Druckbehälterbaugruppe wie hierin beschrieben. Bezüglich der Druckbehälterbaugruppe kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen zurückgegriffen werden.The technology disclosed herein further relates to a motor vehicle comprising at least one pressure vessel assembly as described herein. With regard to the pressure vessel assembly, all of the versions described herein can be used.
Ein Druckbehälter oder ein Druckbehältersystem wie hierin beschrieben kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug (zum Beispiel Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) verwendet werden. Die Druckbehälterbaugruppe dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff. Die Druckbehälterbaugruppe 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. Die Druckbehälterbaugruppe ist typischerweise mit mindestens einem Energiewandler wie beispielsweise einer Brennstoffzelle oder einem gasbetriebenen Verbrennungsmotor fluidverbunden, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.A pressure vessel or a pressure vessel system as described herein can be used in particular for a motor vehicle (for example passenger cars, motorcycles, commercial vehicles). The pressure vessel assembly is used for storage of fuel which is gaseous under ambient conditions. The pressure vessel assembly can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed (also called Compressed Natural Gas or CNG) or liquefied (also called Liquid Natural Gas or LNG) natural gas or with hydrogen. The pressure vessel assembly is typically fluidly connected to at least one energy converter, such as a fuel cell or gas powered internal combustion engine, configured to convert the chemical energy of the fuel into other forms of energy.
Eine solche Druckbehälterbaugruppe umfasst mehrere Druckbehälter, insbesondere ausgebildet als 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.Such a pressure vessel assembly comprises a plurality of pressure vessels, in particular designed as a composite overwrapped pressure vessel. The pressure vessel can be, for example, a cryogenic pressure vessel or a high-pressure gas vessel. High-pressure gas tanks are designed to permanently store fuel at ambient temperatures at a nominal operating pressure (also known as nominal working pressure or NWP) of at least 350 bar overpressure (= excess pressure compared to atmospheric pressure) or at least 700 bar overpressure. A cryogenic pressure vessel is suitable for storing the fuel at the aforementioned operating pressures even at temperatures that are significantly (for example more than 50 K or more than 100 K) below the operating temperature of the motor vehicle.
Die Druckbehälterbaugruppe kann insbesondere mehrere Druckbehälter zusammenfassen. Sie kann diese mit Trag-, Befestigungs- und/oder Schutzelementen (zum Beispiel Schutzschilder, Abschirmungen, Sperrschichten, Abdeckungen, Beschichtungen, Umwicklungen, etc.) zu einer permanent verbundenen Einheit ausbilden, die insbesondere in den Unterflurbereich unterhalb des 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.In particular, the pressure vessel assembly can combine several pressure vessels. You can form these with supporting, fastening and/or protective elements (e.g. protective shields, shields, barrier layers, covers, coatings, wrappings, etc.) into a permanently connected unit that can be installed in the underfloor area below the passenger compartment in particular. The longitudinal axes of the pressure vessels can run parallel to one another in the installed position and/or individual pressure vessels can each have a length-to-diameter ratio of between 4 and 200, preferably between 5 and 100, and particularly preferably between 6 and 50.
Ein Tankabsperrventil kann insbesondere ein elektrisch betätigbares und stromlos geschlossenes Absperrventil sein, das insbesondere eingerichtet ist, die Druckbehälterbaugruppe bzw. ein Verteilerrohr gegenüber den übrigen brennstoffführenden Leitungen einer zum Energiewandler führenden Brennstoffversorgungsanlage abzusperren. Dieses Absperrventil besitzt die Funktion eines On-Tank-Valves eines herkömmlichen Druckbehälters. Zweckmäßig ist lediglich ein stromlos geschlossenes Absperrventil vorgesehen. In der Verordnung (EU) Nr.
Eine Druckentlastung ist allgemein ein Vorgang, durch den aufgrund eines Ereignisses der Druck im Druckbehälter verringert wird. Das Ereignis ist insbesondere nicht die bestimmungsgemäße Entnahme zur Versorgung eines Energiewandlers, sondern insbesondere ein Störfall. Die Druckentlastung beginnt in der Regel mit der zumindest teilweisen Öffnung von einem Ventil und/oder einem Berstelement, welches unmittelbar fluidverbunden ist mit dem Druckbehälter.Generally, depressurization is the act of reducing the pressure in a pressure vessel as a result of an event. In particular, the event is not the intended removal to supply an energy converter, but in particular an accident. The pressure relief usually begins with the at least partial opening of a valve and/or a bursting element which is directly fluidly connected to the pressure vessel.
Die Druckentlastung kann bevorzugt durch mindestens eine Druckentlastungseinrichtung 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 in mindestens einem Druckbehälter zu verringern. Die Druckentlastungseinrichtung ist 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 höher) 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.The pressure relief can preferably be done by at least one pressure relief device. If an incident occurs due to a malfunction of another component and/or due to an external thermal and/or mechanical effect (e.g. accident, local flame, etc.), the pressure relief device is set up to reduce the pressure in the pressure vessel system, in particular in at least one pressure vessel to reduce. The pressure relief device is fluidly connected to the at least one pressure vessel. The pressure relief device can expediently be set up to allow a fuel withdrawal mass flow for the pressure relief of the pressure vessel which is greater (for example at least by a factor of 1.5, 2, 5, 10, 100 or higher) than the maximum fuel withdrawal mass flow through the withdrawal path to at least one Energy converter (usually through a tank shut-off valve). The at least one pressure relief device is generally not used for filling the pressure vessel system and/or for removing fuel to provide energy in the motor vehicle during operation without a malfunction.
Die Druckentlastungseinrichtung kann insbesondere eine thermisch aktivierbare Druckentlastungseinrichtung 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 der im Druckbehälter gespeicherte Brennstoff in die Umgebung abgelassen. Die Druckentlastungseinrichtung lässt den Brennstoff ab, sobald die Auslösetemperatur des TPRDs überschritten wird (= wird thermisch aktiviert). Es können ferner Auslöseleitungen vorgesehen sein. Ein solches System zur thermischen Druckentlastung ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
Mit anderen Worten kann eine Umstellung des Aufbaus auf eine alternierende Seitenausrichtung der Tankventile dazu führen, dass sich auf beiden Seiten des Flachspeichers TPRDs befinden. Tritt nun das Szenario eines langsamen Brandes beginnend an einer Seite eines Flachspeichers ein, so lösen die TPRDs auf der jeweils zuerst brennenden Seite aus. Der ausströmende Wasserstoff entzündet sich und verbrennt, was zu einer deutlich erhöhten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Brandes führt. Damit wird der Bereich um die TPRDs auf der jeweils anderen Seite früher entzündet und diese damit auch früher ausgelöst, als es bei einem Aufbau gemäß dem Stand der Technik der Fall wäre. Dies stellt typischerweise eine Optimierung in Bezug auf den Auslegungsfall „langsame Brandausbreitung“ dar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der aus einem TPRD ausströmende Wasserstoff sein nahes Umfeld abkühlt (Expansionskälte). Das direkt benachbarte TPRD, das davon betroffen wäre, befindet sich bei diesem Aufbau auf der jeweils gegenüberliegenden Seite. Der Effekt wird für dieses TPRD nicht wirksam. Der Aufbau kann sowohl für längs wie für quer im Fahrzeug verbaute Tanks verwendet werden.In other words, changing the layout to alternate side orientation of the tank valves can result in TPRDs being located on both sides of the flat accumulator. If the scenario of a slow fire starting on one side of a flat storage tank occurs, the TPRDs on the side that burned first will trigger. The escaping hydrogen ignites and burns, which leads to a significantly increased speed of spread of the fire. The area around the TPRDs on the respective other side is thus ignited earlier and these are therefore also triggered earlier than would be the case with a structure according to the prior art. This typically represents an optimization with regard to the design case "slow fire spread". Another advantage is that the hydrogen flowing out of a TPRD cools its immediate surroundings (expansion cooling). The directly adjacent TPRD that would be affected is on the opposite side in this setup. The effect will not take effect for this TPRD. The structure can be used for tanks installed both lengthwise and crosswise in the vehicle.
Nachfolgend wird ein weiterer Aspekt beschrieben, welcher funktional unabhängig zu den anderen Aspekten ist, jedoch damit kombiniert werden kann. Dieser betrifft eine Abreißkupplung, welche in einem Rohr, einer Anschlussleitung oder einer anderen Leitung, welche gasförmigen Brennstoff führt, verbaut werden kann. Die Abreißkupplung kann insbesondere von der Funktionsweise her einem Rückschlagventil oder einem Ventil entsprechen, das bei Anschrauben einer Leitung oder bei sonstigem Befestigen einer Leitung aufgedrückt und offengehalten wird. Beispielsweise bei entsprechend robuster Auslegung der Verbindungsleitungen und -elemente sowie der tankseitigen Komponenten ist die Abreißkupplung als Sollbruchstelle ausgeführt und kann beispielsweise bei Einwirken äußerer Kräfte vor der Verbindungsleitung oder Anschlussleitung versagen. Dadurch wird das Rückschlagventil oder Ventil nicht mehr offengehalten und verschließt automatisch den verbleibenden Teil einer Leitung, welcher beispielsweise zu einem Druckbehälter führen kann. Dadurch kann beispielsweise kein Druckgas mehr aus dem Behälter ausweichen.Another aspect is described below, which is functionally independent of the other aspects, but can be combined with them. This relates to a breakaway coupling that can be installed in a pipe, connecting line or other line that carries gaseous fuel. The function of the breakaway coupling can correspond in particular to a check valve or a valve which is pressed open and kept open when a line is screwed on or when a line is otherwise fastened. For example, with a correspondingly robust design of the connecting lines and elements as well as the tank-side components, the breakaway coupling is designed as a predetermined breaking point and can fail, for example, when external forces act in front of the connecting line or connecting line. As a result, the non-return valve or valve is no longer kept open and automatically closes the remaining part of a line, which can lead to a pressure vessel, for example. As a result, compressed gas can no longer escape from the container, for example.
Je nach Aufbau eines Behälterverbunds oder einer Druckbehälterbaugruppe kann beispielsweise auch eine beidseitige Abreißkupplung verbaut werden, welche das Entweichen von Gas aus dem sonst offenen Leitungsstück ebenfalls verhindert. Somit kann bei Abreißen der Abreißkupplung eine Leitung an beiden Stellen verschlossen werden. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, in einem Behälterverbund oder einer Druckbehälterbaugruppe an geeigneten Stellen klassische Rückschlagventile zu verbauen.Depending on the structure of a tank assembly or a pressure tank assembly, a two-sided breakaway coupling can also be installed, which also prevents gas from escaping from the otherwise open line section. Thus, if the breakaway coupling breaks off, a line can be closed at both points. Alternatively, it is also possible, for example, to install classic non-return valves at suitable points in a container assembly or a pressure container assembly.
Mittels einer solchen Abreißkupplung kann das Verbauen von Rohrbruchsicherungen in Form eines Excessive Flow Valves (EFV) vermieden werden. Dieses würde bei Auslösung einer thermischen Druckentlastungseinrichtung aufgrund eines dann zu hohen Massenflusses die Entleerung weiterer Druckbehälter als desjenigen Druckbehälters, an welchem die auslösende thermische Druckentlastungseinrichtung verbaut ist, verhindern. Durch den Verzicht auf ein solches Excessive Flow Valve kann somit die gemeinsame Nutzung von thermischen Druckentlastungseinrichtungen für mehrere Druckbehälter und/oder eine diesbezügliche Redundanz sichergestellt werden. Die bereits beschriebene Abreißkupplung löst wie erwähnt nur bei Abriss der Leitung, nicht jedoch bereits bei einem sehr hohen Massenstrom aus.With such a breakaway coupling, the installation of pipe rupture protection in the form of an excessive flow valve (EFV) can be avoided. If a thermal pressure relief device is triggered due to a mass flow that is then too high, this would prevent other pressure vessels from being emptied than the pressure vessel on which the triggering thermal pressure relief device is installed. By doing without such an excessive flow valve, the shared use of thermal pressure relief devices for a plurality of pressure vessels and/or a related redundancy can be ensured. As already mentioned, the breakaway coupling only triggers if the line breaks, but not at a very high mass flow.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 : eine Druckbehälterbaugruppe, -
2 : ein Anschlusselement, -
3 : eine weitere Druckbehälterbaugruppe, -
4 : ein weiteres Anschlusselement, und -
5 : noch ein weiteres Anschlusselement.
-
1 : a pressure vessel assembly, -
2 : a connecting element, -
3 : another pressure vessel assembly, -
4 : another connecting element, and -
5 : yet another connecting element.
Jeder Druckbehälter 20 weist ein erstes Längsende 21 und ein zweites Längsende 22 auf. Die ersten Längsenden 21 sind in der Papierebene von
Obenseitig ist am Längsende 21 jedes zweiten Druckbehälters 20 ein jeweiliges Anschlusselement 30 angeordnet. Am jeweils gegenüberliegenden Längsende 22 ist jeweils eine thermische Druckentlastungseinrichtung 40 angeordnet. Entsprechendes gilt für die zweiten Längsenden 22, wobei auch untenseitig an jedem zweiten Druckbehälter 20 ein jeweiliges Anschlusselement 30 und jeweils gegenüberliegend eine thermische Druckentlastungseinrichtung 40 angeordnet sind. Die oben liegenden Anschlusselemente 30 sind mit einer ersten Anschlussleitung 50 verbunden. Die unten liegenden Anschlusselemente 30 sind mit einer zweiten Anschlussleitung 60 verbunden. Die zweite Anschlussleitung 60 ist an einem ersten Verbindungspunkt 51 und einem zweiten Verbindungspunkt 52 mit der ersten Anschlussleitung 50 verbunden. Somit ist die zweite Anschlussleitung 60 so ausgeführt, dass sie zusammen mit einem Teil der ersten Anschlussleitung 50 einen Ringschluss bildet. Hierzu weist die zweite Anschlussleitung 60 einen Bypass-Abschnitt 65 auf, welcher gestrichelt dargestellt ist. Dieser Bypass-Abschnitt 65 ist für die reine Funktionalität nicht zwingend erforderlich, da ein Druckausgleich auch ohne diesen Bypass-Abschnitt 65 möglich ist. Er verbessert jedoch den Durchfluss und sorgt somit für eine bessere Funktionalität.A
Bei der in
Das Anschlusselement 30 weist ferner eine thermische Druckentlastungseinrichtung 36 auf, welche mit einem Entlastungsauslass 37 verbunden ist. Der Entlastungsauslass 37 kann insbesondere nach unten im Fahrzeug geführt sein, wo austretender gasförmiger Brennstoff typischerweise am besten abgelassen werden kann.The connecting
Bei einer solchen Ausführung weist jeder Druckbehälter 20 zwei Druckentlastungseinrichtungen 40, 36 auf, welche somit für eine besonders hohe Sicherheit sorgen können. Es kann jedoch beispielsweise auch auf eine dieser beiden Druckentlastungseinrichtungen verzichtet werden, so dass nur eine Druckentlastungseinrichtung pro Druckbehälter 20 verwendet wird.In such an embodiment, each
Die erste Anschlussleitung 50 kann im Fall der Ausführung von
Ebenfalls im Unterschied zur
Ebenfalls im Unterschied zur Ausführung von
Bezüglich des Tankabsperrventils 34, des Rückschlagventils 35, der thermischen Druckentlastungseinrichtung 36 und des Entlastungsauslasses 37 sei auf die Beschreibung von
Das Anschlusselement 30 weist ferner ein Verbindungsmittel 25 auf, welches umgebend um den Behälteranschluss 33 angeordnet ist. Das Verbindungsmittel 25 ist hier nur schematisch dargestellt und beispielhaft als Ring ausgeführt, welcher ein Innengewinde aufweist. Dieses Innengewinde ist nicht dargestellt, kann jedoch dazu verwendet werden, um das Anschlusselement 30 auf einen Druckbehälter 20 aufzuschrauben.The
Wie gezeigt haben der erste Leitungsanschluss 31 und der zweite Leitungsanschluss 32 den gleichen Abstand von dem Verbindungsmittel 25. Dies ermöglicht die bereits beschriebene gerade Ausführung der Anschlussleitungen 50, 60.As shown, the
Bei der Ausführung von
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 Leitung, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Leitung, etc.).For reasons of legibility, the expression “at least one” has been partially omitted for the sake of simplicity. If a feature of the technology disclosed here is described in the singular or indefinitely (e.g. the/a pressure vessel, the/a line, etc.), the plurality thereof should also be disclosed at the same time (e.g. the at least one pressure vessel, the at least one line , Etc.).
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.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications can be made within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Druckbehälterbaugruppepressure vessel assembly
- 2020
- Druckbehälterpressure vessel
- 2121
- erstes Längsendefirst longitudinal end
- 2222
- zweites Längsendesecond longitudinal end
- 2525
- Verbindungsmittellanyard
- 3030
- Anschlusselementconnection element
- 3131
- erster Leitungsanschlussfirst line connection
- 3232
- zweiter Leitungsanschlusssecond line connection
- 3333
- Behälteranschlusscontainer connection
- 3434
- Tankabsperrventiltank shut-off valve
- 3535
- Rückschlagventilcheck valve
- 3636
- thermische Druckentlastungseinrichtungthermal pressure relief device
- 3737
- Entlastungsauslassrelief outlet
- 3838
- Excessive Flow ValveExcess flow valve
- 3939
- Filterfilter
- 4040
- thermische Druckentlastungseinrichtungthermal pressure relief device
- 4141
- manuell betätigbares Ventilmanually operated valve
- 4545
- Temperatursensortemperature sensor
- 5050
- erste Anschlussleitungfirst connection line
- 5151
- erster Verbindungspunktfirst connection point
- 5252
- zweiter Verbindungspunktsecond connection point
- 5555
- erstes Anschlussleitungsstückfirst piece of connecting cable
- 5656
- zweites Anschlussleitungsstücksecond piece of connecting cable
- 6060
- zweite Anschlussleitungsecond connection line
- 6565
- Bypass-Abschnittbypass section
- 7070
- Rückschlagventilcheck valve
- 7575
- Tankabsperrventiltank shut-off valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 406/2010 [0031]EP 406/2010 [0031]
- EP 79/2009 [0031]EP 79/2009 [0031]
- DE 102015222252 A1 [0034]DE 102015222252 A1 [0034]
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---|---|---|---|
DE102021104334.4A DE102021104334A1 (en) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Connection element, pressure vessel assembly and motor vehicle |
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Patent Citations (4)
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