DE102021200470A1 - Compressed gas container device for storing a gaseous medium - Google Patents
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Abstract
Druckgasbehältervorrichtung (1) zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, vorzugsweise Wasserstoff, mit mindestens einem Tankbehälter (10), welcher mindestens eine Tankbehälter (10) jeweils zwei Enden (26, 27) aufweisen. Die zwei Enden (26, 27) weisen eine konische Verjüngung auf und bilden so einen Tankbehälterhals (100) aus. Darüber hinaus ist jeweils in dem Tankbehälterhals (100) jedes Tankbehälters (10) ein Schließelement (34) angeordnet, in welchem Schließelement (34) ein thermisch ansteuerbares Sicherungselement (300) angeordnet ist.Compressed gas container device (1) for storing a gaseous medium, preferably hydrogen, with at least one tank container (10), which at least one tank container (10) each has two ends (26, 27). The two ends (26, 27) taper conically and thus form a tank neck (100). In addition, a closing element (34) is arranged in the tank container neck (100) of each tank container (10), in which closing element (34) a thermally controllable safety element (300) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Druckgasbehältervorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb oder in Fahrzeugen mit Wasserstoff-Antrieb.The invention relates to a compressed gas container device for storing a gaseous medium, for example for use in vehicles with a fuel cell drive or in vehicles with a hydrogen drive.
Stand der TechnikState of the art
Die
Die Sicherheitsvorrichtungen für solch eine Einrichtung wie in
Für diese Sicherheitsvorkehrungen ist eine Vielzahl von Ventilen notwendig, wodurch die Komplexität des gesamten Gasspeichersystems sowie dessen Kosten erhöht werden. Weiterhin muss je nach Position des Sicherungsventils sichergestellt sein, dass dieses auch auslöst, wenn sich der Brandherd nicht in der Nähe des Sicherungsventils befindet, um einer möglichen Explosion des Gasspeichersystems vorzubeugen.A large number of valves are necessary for these safety precautions, which increases the complexity of the entire gas storage system as well as its costs. Furthermore, depending on the position of the safety valve, it must be ensured that this also triggers when the source of the fire is not in the vicinity of the safety valve in order to prevent a possible explosion of the gas storage system.
Insbesondere bei Druckgasbehältervorrichtungen mit Stahlflaschenbehältern erfolgt bei Wärmeeintrag ein hoher Temperaturanstieg und damit ein hoher Druckanstieg innerhalb der Stahlflaschenbehälter, da Stahlbehälter im Gegensatz zu Kohlefaser-verstärkten Tankbehälter eine hohe Wärmeleitung aufweisen.Particularly in the case of pressurized gas container devices with steel cylinder containers, heat input causes a high temperature increase and thus a high pressure increase inside the steel cylinder containers, since steel containers, in contrast to carbon-fibre-reinforced tank containers, have high heat conduction.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Die erfindungsgemäße Druckgasbehältervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass in konstruktiv einfacher Weise bei Hitzeeinwirkungen auf die Druckgasbehältervorrichtung in einfacher und schneller Weise die Druckgasbehältervorrichtung entleert und ein Bersten der Druckgasbehältervorrichtung verhindert wird.The compressed gas tank device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that in a structurally simple manner when heat is applied to the compressed gas tank device, the compressed gas tank device is emptied easily and quickly and the compressed gas tank device is prevented from bursting.
Dazu weist die Druckgasbehältervorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, vorzugsweise Wasserstoff, mindestens ein Tankbehälter auf. Der mindestens eine Tankbehälter weist jeweils zwei Enden auf, welche eine konische Verjüngung aufweisen und so einen Tankbehälterhals ausbilden. Darüber hinaus ist jeweils in dem Tankbehälterhals des mindestens einen Tankbehälters ein Schließelement angeordnet ist, in dem ein thermisch ansteuerbares Sicherungselement angeordnet ist.For this purpose, the compressed gas container device has at least one tank container for storing a gaseous medium, preferably hydrogen. The at least one tank container has two ends which have a conical taper and thus form a tank container neck. In addition, a closing element is arranged in the tank container neck of the at least one tank container, in which a thermally controllable safety element is arranged.
Durch die Anordnung des Sicherungselements in dem Tankbehälterhals des Tankbehälter ist sichergestellt, dass bei Temperaturanstieg des gasförmigen Mediums in dem Tankbehälter, beispielsweise durch Wärmeeintrag das temperatursensitive Element des Sicherungselements auslöst und so das gasförmige Medium schnell und sicher aus dem jeweiligen Tankbehälter entleert werden kann. So wird gewährleistet, dass unabhängig davon, wo der Wärmeeintrag auf die Tankbehälter einwirkt, die Temperatur und der Druck in den Tankbehältern kontinuierlich überwacht wird und bei zu hohem Anstieg das Sicherungselement vor einem Bersten der Tankbehälter schützt.The arrangement of the safety element in the tank neck of the tank container ensures that if the temperature of the gaseous medium in the tank container rises, for example due to heat input, the temperature-sensitive element of the safety element is triggered and the gaseous medium can thus be emptied quickly and safely from the respective tank container. This ensures that, regardless of where the heat input affects the tanks, the temperature and pressure in the tanks are continuously monitored and, if the increase is too high, the safety element protects the tanks from bursting.
In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Sicherungselement ein temperatursensitives Element aufweist. Vorteilhafterweise umfasst das temperatursensitive Element ein schmelzendes Medium, wie beispielsweise Wachs. Weiterhin vorteilhafterweise umfasst das temperatursensitive Element eine Glasampulle mit einem Fluid. So ist sichergestellt, dass nach Wärmeeinwirkung auf das temperatursensitive Element das Wachs schmilzt bzw. der ansteigende Druck des Fluids in der Glasampulle zu einem Bersten der Glasampulle führt und so das Sicherungselement öffnet, damit gasförmiges Medium aus den Tankbehältern nach außen abgegeben werden kann.In a first advantageous development, it is provided that the security element has a temperature-sensitive element. Advantageously, the temperature sensitive element comprises a melting medium such as wax. Furthermore advantageously, the temperature-sensitive element comprises a glass ampoule with a fluid. This ensures that after heat has applied to the temperature-sensitive element, the wax melts or the increasing pressure of the fluid in the glass ampoule causes the glass ampoule to burst, opening the safety element so that gaseous medium can be released from the tank containers to the outside.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Sicherungselement ein elastisch ausgebildetes Dichtelement aufweist. Vorteilhafterweise weist das Sicherungselement ein Federelement auf. So kann in einfacher Weise der Öffnungsvorgang des Sicherungselements als Ventil realisiert werden.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the securing element has an elastic sealing element. The securing element advantageously has a spring element. In this way, the opening process of the securing element can be implemented as a valve in a simple manner.
In vorteilhafter Weiterbildung ist der mindestens eine Tankbehälter aus einem Stahlrohr hergestellt. Vorteilhafterweise weist das Stahlrohr eine im Wesentlichen kreisrunde Querschnittsform auf. Insbesondere bei so ausgestalteten Tankbehältern aus Stahl ist die erfindungsgemäße Anordnung des Sicherungselements innerhalb der Tankbehälter besonders vorteilhaft, um einen möglichen Wärmeeintrag möglichst schnell zu detektieren und das gasförmige Medium in den Tankbehältern dann bei Bedarf abzulassen.In an advantageous development, the at least one tank container is made from a steel tube. Advantageously, the steel tube has a substantially circular cross-sectional shape. Especially with steel tanks designed in this way, the inventive arrangement of the safety element inside the tank is particularly advantageous in order to detect a possible heat input as quickly as possible and then release the gaseous medium in the tank if necessary.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Tankbehälter mittels des Sicherungselements mit einer Abführleitung verbindbar ist. So kann im Notfall, beispielsweise bei Ausbruch eines Feuers, das gasförmige Medium aus den Tankbehältern geleitet werden.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the tank container can be connected to a discharge line by means of the securing element. In an emergency, for example if a fire breaks out, the gaseous medium can be routed out of the tank containers.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Tankbehälter mittels eines Absperrventils mit einer Zuführleitung verbindbar ist, welche Zufuhrleitung mit einem Verbrauchersystem, beispielsweise einem Brennstoffzellensystem, verbindbar ist.In an advantageous development, it is provided that the tank container can be connected to a supply line by means of a shut-off valve, which supply line can be connected to a consumer system, for example a fuel cell system.
Die beschriebene Druckgasbehältervorrichtung eignet sich vorzugsweise in einem Brennstoffzellensystem zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle.The compressed gas container device described is preferably suitable in a fuel cell system for storing hydrogen for the operation of a fuel cell.
In vorteilhaften Verwendungen kann die Druckgasbehältervorrichtung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb verwendet werden.In advantageous uses, the compressed gas container device can be used in vehicles with a fuel cell drive.
In vorteilhaften Verwendungen kann die Druckgasbehältervorrichtung in Fahrzeugen mit Wasserstoff als Antrieb verwendet werden.In advantageous uses, the compressed gas tank device can be used in vehicles with hydrogen as the drive.
Figurenlistecharacter list
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Druckgasbehältervorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums gezeigt. Es zeigt in
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckgasbehältervorrichtung in einer Draufsicht, -
2 ein Tankbehälterhals eines Tankbehälters aus der Druckgasbehältervorrichtung aus der1 im Längsschnitt, -
3 ein Tankbehälterhals eines Tankbehälters aus der Druckgasbehältervorrichtung aus der1 im Längsschnitt, -
4 ein Tankbehälterhals eines Tankbehälters aus der Druckgasbehältervorrichtung aus der1 im Längsschnitt.
-
1 an embodiment of a compressed gas container device according to the invention in a plan view, -
2 a tank container neck of a tank container from the compressed gas container device from1 in longitudinal section, -
3 a tank container neck of a tank container from the compressed gas container device from1 in longitudinal section, -
4 a tank container neck of a tank container from the compressed gas container device from1 in longitudinal section.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Mit dem einen Ende 26 ist der jeweilige Tankbehälter 10 mittels eines Absperrventils 8 mit einer Zuführleitung 4 verbunden, wie in
Mit dem anderen Ende 27 ist der jeweilige Tankbehälter 10 über ein Sicherungselement 300 mit einer Abführleitung 70 verbunden.The
In einer alternativen Ausführung sind die Tankbehälter 10 von einem Gehäuseelement 12 vollständig umschlossen und zu einer Umgebung 120 druckdicht gekapselt.In an alternative embodiment, the
Parallel zu einer Längsachse 35 des Tankbehälters 10 ist das Sicherungselement 300 im Bereich des Tankbehälterhalses 100 angeordnet. Das Sicherungselement 300 weist in einem Sicherungselementgehäuse 301 ein temperatursensitives Element 30, ein elastisches Dichtelement 31 und ein Federelement 32 auf. Weiterhin sind in dem Sicherungselementgehäuse 301 eine Öffnung 302 ausgebildet, über die bei geöffnetem Sicherungselement 300 gasförmiges Medium aus dem Tankbehälterinnenraum 60 in den Abströmbereich 61 strömen kann.The
In den
Das temperatursensitive Element 30 kann hier als schmelzendes Medium, wie beispielsweise Wachs, ausgebildet sein. Weiterhin ist in alternativer Ausführung auch möglich, dass das temperatursensitive Element 30 eine Glasampulle mit einem Fluid umfasst.The temperature-
Die Funktionsweise der Druckgasbehältervorrichtung 1 ist die folgende: Bei einer ordentlichen Funktionsweise versorgt die Druckgasbehältervorrichtung 1 das Verbrauchersystem mit Gas aus den Tankbehältern 10. Dabei werden die Absperrventile 8 so ausgelegt, dass eine sichere Zufuhr zu dem Verbrauchersystem gewährleistet ist.The function of the compressed gas tank device 1 is as follows: If it works properly, the compressed gas tank device 1 supplies the consumer system with gas from the
Erfolgt, beispielsweise verursacht durch Feuer, ein Wärmeeintrag auf die Druckgasbehältervorrichtung 1 bzw. die Tankbehälter 10, so sollen die Sicherungselemente 300 möglichst schnell nach Auftreten des Wärmeeintrags auslösen, so dass das Gas aus den Tankbehältern 10 in die Abführleitung 70 geleitet werden kann, um beispielsweise einer Explosion der Tankbehälter 10 vorzubeugen. Dabei wird in der Regel auch der Stromzufuhr zu den Absperrventilen 8 unterbrochen, so dass kein Gas mehr aus den Tankbehältern 10 entweichen kann.If heat is applied to the compressed gas container device 1 or the
Je nach dem in welchem Bereich der Druckgasbehältervorrichtung 1 der Wärmeeintrag erfolgt, kann dies zu einer gewissen Verzögerungszeit führen, bis die Sicherungselemente 300 aufgrund des Wärmeeintrags öffnen. Der Druck und die Temperatur des Gases in dem jeweiligen Tankbehälter 10 steigt jedoch bereits mit Einwirken des Wärmeeintrags auf die Tankbehälter 10 an. Daher sind die Sicherungselemente 300 hier in dem Tankbehälterhals 100 angeordnet, so dass diese schnell und effizient auf eine Druckerhöhung bzw. Temperaturerhöhung im Tankbehälter 10 reagieren und eine Verbindung zwischen dem Tankbehälterinnenraum 60 und dem Abströmbereich 61 freigeben.Depending on the area of the pressurized gas container device 1 in which the heat input takes place, this can lead to a certain delay before the
Bei genügend hohem Druck bzw. Temperatur löst das temperatursensitive Element 30 eine Freigabe des Sicherungselements 300 aus, so dass Gas aus dem Tankbehälterinnenraum 60 über den Strömungskanal 340 und die freigegebene Öffnung 302 des Sicherungselements 300 in den Abströmbereich 61 strömt und weiter in die Abführleitung 70 geleitet wird.If the pressure or temperature is sufficiently high, the temperature-
Das temperatursensitive Element 30 löst dabei durch beispielsweise Schmelzen des Wachses bzw. Bersten der Glasampulle durch die Fluid-Druckerhöhung den Druck auf das Dichtelement 31 und gibt so die Öffnungen 302 in dem Sicherungselement 300 frei.The temperature-
Die Druckgasbehältervorrichtung 1 zur Speicherung eines gasförmigen Mediums kann jedoch neben brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen beispielsweise auch zur Wasserstoff-Speicherung in Fahrzeugen mit einem Wasserstoff-Verbrenner als Antrieb verwendet werden.However, the compressed gas container device 1 for storing a gaseous medium can also be used, for example, for storing hydrogen in vehicles with a hydrogen burner as the drive, in addition to fuel cell-operated vehicles.
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