DE112012001789T5

DE112012001789T5 - Gasspeicher

Info

Publication number: DE112012001789T5
Application number: DE112012001789.7T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Molkov
Original assignee: Ulster University
Current assignee: H2safe Los Angeles Us LLC; H2safe Us LLC
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2014-01-23
Also published as: WO2012143740A2; WO2012143740A3

Abstract

Ein Gasspeichergefäß umfasst einen internen Tank, der zumindest teilweise von einem externen Tank mit einer höheren Feuerbeständigkeit als der interne Tank umgeben ist, der z. B. aus einem unbrennbaren Material ausgebildet ist, das eine Permeation ausschließt, und eine Druckentlastungsvorrichtung. Der interne Tank ist dazu ausgelegt, Gas mit einem höheren Druck als der externe Tank zu speichern, und besteht aus vergleichsweise leichtgewichtigen Materialien, durch die Wasserstoff durchdringen kann, mit vergleichsweise geringer Feuerbeständigkeit. Der externe Tank weist eine Einrichtung zum Kontrollieren von Lecks vom internen Tank auf. Die PRD kann eine variable Öffnung aufweisen, die am Beginn der Freisetzung klein ist und zum Ende des Abblasens zunimmt, und die eine hohe Flammenlänge und die Erzeugung eines zerstörerischen Überdrucks innerhalb einer Umhüllung wie z. B. einer Garage am Start der Freisetzung verhindert. Das Gasspeichergefäß kann einen sicheren Bordspeicher von komprimierten entzündlichen Gasen mit einer verbesserten Feuerbeständigkeit und verringerten Flammenlänge von der Druckentlastungsvorrichtung insbesondere für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge bereitstellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Gefäße für die Gasspeicherung und Druckentlastungsvorrichtungen für Gasspeichergefäße, insbesondere für einen entzündlichen Gasspeicher, beispielsweise Wasserstoffspeicher. Die vorliegende Erfindung kann spezielle Anwendung auf die Bordspeicherung von Wasserstoff mit einer verbesserten Feuerbeständigkeit und verringerten Flammenlänge finden.
Entzündliche Gase wie z. B. Wasserstoff werden typischerweise unter hohem Druck in Metall- oder Verbundmaterialspeichertanks oder -zylindern gespeichert. Tanks vom Typ 1 oder Typ 2 bestehen aus Metall (Stahl/Aluminium), weisen jedoch einen maximalen Druck von 200–300 bar auf. Sie werden als zu schwer für Kraftfahrzeuganwendungen betrachtet, die einen Speicherdruck von 350 bis 700 bar erfordern, um eine Fahrreichweite bereitzustellen, die zu Benzinautos vergleichbar ist. Bordspeichertanks für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge arbeiten typischerweise bei Drücken bis zu 700 bar und sind derzeit aufgrund ihres vergleichsweise leichten Gewichts als Tanks vom Typ 4, die aus faserverstärkten Verbundmaterialen mit einer Polymerauskleidung bestehen, oder Typ 3 mit einer Aluminiumauskleidung akzeptiert. Im Fall einer Kollision und/oder bei einem Feuer stellt der Wasserstoffspeichertank eine beträchtliche Gefahr aufgrund des Explosionsrisikos oder eines verhängnisvollen Gefäßausfalls bei einer hohen Temperatur, gefolgt von einer starken Druckwelle, dar. Dies liegt daran, dass Verbundmaterialien typischerweise Feuer nicht sehr lang standhalten können, bevor sie einem verhängnisvollen Ausfall unterliegen (derzeit 1 bis 6,5 Minuten). Daher ist es erforderlich, solche Tanks mit einer Druckentlastungsvorrichtung (PRD) zu versehen, um das Gas aus dem Speichertank in einer sicheren Weise abzulassen, bevor ein verhängnisvoller Gefäßbruch stattfinden kann.
Um Wasserstoff in einer solchen kurzen Zeit (z. B. einige Minuten) abzulassen (abzublasen), weisen derzeitige PRDs Freigabeöffnungen von etwa 5 mm auf. Leider gibt eine solche PRD etwa 4,4 m³ Wasserstoff pro Sekunde (bei 350 bar) frei, was eine geschlossene typische Garage mit etwa 40 m³ freiem Raum in etwa 1 Sekunde zerstören würde. Folglich besteht nicht einmal eine Chance für eine Evakuierung im Fall eines Unfalls. Die einzige Konstruktionslösung für dieses Problem ist eine Verringerung der Freisetzungsdurchflussrate (um ein garagenartiges Bauwerk zu sichern und den Leuten die Chance zu geben, der Unfallszene zu entkommen). Dies erhöht die Abblasezeit und folglich muss die Feuerbeständigkeit eines Speichergefäßes von den derzeitigen wenigen Minuten auf mindestens zehn Minuten erhöht werden.
Metallspeichertanks weisen eine relativ hohe Feuerbeständigkeit auf, insbesondere wenn sie zusätzlich z. B. durch eine Brandschutzbeschichtung usw. geschützt sind, aber aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit erhitzt sich das enthaltene Gas schnell und die PRD muss handeln, bevor der Druck auf einen Pegel ansteigt, auf dem ein Risiko eines Metalltankbruchs aufgrund eines Überdrucks besteht. Bekannte PRDs umfassen typischerweise ein schmelzbares (d. h. durch Feuer zerbrechbares) Element stromaufwärts einer Auslasslüftungsöffnung, wodurch das schmelzbare Element schmilzt, wenn der Tank hohen Temperaturen ausgesetzt wird, so dass der Gasdruck zum Öffnen der Auslasslüftungsöffnung über einer vorbestimmten Temperatur wirken kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Berstscheibe oder ein zerbrechliches Element stromaufwärts der Auslasslüftungsöffnung vorgesehen sein, wobei die Berstscheibe oder das zerbrechliche Element über einem vorbestimmten Druck versagt.
Derzeitige Hochdruck-Speichergefäße für komprimierten Brennstoff (z. B. Bordspeicher für Wasserstoff) bestehen aus vergleichsweise leichten Verbundmaterialien, die Kohlenstofffaser und Harz enthalten, die nicht feuerbeständig sind. Aufgrund der ”Atmung” (mit anderen Worten Expansion und Kontraktion) solcher Tanks mit einer Innendruckänderung während seiner Verwendung ist es schwierig, den Tank durch z. B. eine Brandschutzbeschichtung zu schützen, die mit der Zeit reißt und ihre Leistung verliert, wenn ein Feuer stattfinden würde. Folglich ist die Feuerbeständigkeit solcher Tanks unannehmbar kurz und typischerweise in der Größenordnung von 1–6,5 Minuten in Abhängigkeit von der Tankgröße, vom Innendruck, von der Feuertestbedingungen usw. Für mit Kohlenstofffaser verstärkte (Typ 4) Gefäße nimmt der Innendruck bei einem Feuer aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Kohlenstofffasermaterials nicht schnell zu wie im Fall von Metallgefäßen und tatsächlich wird der Tank gewöhnlich durch Feuer zerstört (aufgrund von thermischem Abbau, einer geringen Schmelztemperatur der Kunststoffe und Harze usw.), bevor der Druck auf einen gefährlichen Pegel ansteigt. Sobald der Tank durchbrennt, könnte er verhängnisvoll ausfallen oder riesige Stichflammen und Feuerbälle könnten durch das Loch (die Löcher), das (die) gebildet wird (werden), gefeuert werden.
Um einen verhängnisvollen Ausfall eines Speichergefäßes zu verhindern, bevor der Brennstoff freigesetzt wird, werden solche Gefäße gegenwärtig zur Verwendung von Druckentlastungsvorrichtungen mit hohen Massendurchflussraten (d. h. großen Lüftungsflächen) konstruiert. Bei einem typischen Speicherdruck von 700 bar kann jedoch eine PRD mit einem großen Auslassdurchmesser von etwa 5 mm zu einer Stichflammenlänge von 10–15 Metern führen. Überdies kann eine hohe Massendurchflussfreisetzung z. B. von Wasserstoff ein Bauwerk wie z. B. eine typische Garage in etwa 1–2 Sekunden zerstören, ohne für die Evakuierung von Leuten irgendeine Chance zu lassen. Die Forschung hat demonstriert, dass selbst die Freisetzung durch eine Öffnung von 5 mm von einem Speichertank mit 350 bar eine Volumendurchflussrate von 4,4 m³/s schafft. In einer Garage von 44 m³ führt dies zu einem Druckanstieg von Atmosphärendruck um 10% (oder 10 kPa) in 1 Sekunde. Der Druck von 10 kPa ist eine Grenze, der Bauwerke standhalten könnten, ohne dass sie zerstört werden.
Die Flammenlänge einer entzündlichen Gasflamme in Luft hängt von der Massendurchflussrate (Speicherdruck oder Dichte am Leckausgang) und der Größe der Öffnung der PRD ab, wie durch Forschung an der Universität von Ulster gezeigt wurde. Während der Anregung einer PRD mit einer festen Druckentlastungsfläche ist die Flammenlänge am Beginn aufgrund des höchsten Drucks am höchsten und nimmt dann mit der Zeit ab, wenn sich der Druck im Speichertank verringert.
US 2007/0261734 offenbart ein Sicherheitsventil eines Hochdruckspeichers, insbesondere eines Wasserstoffspeichertanks. In diesem Sicherheitsventil verjüngt sich die Querschnittsdurchflussfläche in der Druckentlastungsleitung in der Strömungsrichtung in der Weise eines Kegels und eine federmontierte Ventilplatte bewegt sich gemäß dem stromaufseitigen Druck, um die Querschnittsdurchflussfläche einzustellen. Folglich kann das Gas mit einer konstanten und definierten Massendurchflussrate freigesetzt werden. Sobald ein stromaufseitiges schmelzbares Element im Fall eines Feuers schmilzt, ist die Querschnittsdurchflussfläche sofort offen, so dass Gas aus dem Speichertank für komprimiertes Gas an die Atmosphäre über die Entlastungsleitung freigesetzt werden kann. Ein Problem bei dem in US 2007/0261734 offenbarten Sicherheitsventil besteht darin, dass die Entlastungsleitung immer einen minimalen Querschnitt der Durchflussfläche vorsieht, so dass Gas selbst im Fall einer Funktionsstörung des schmelzbaren Elements freigesetzt wird. Ein anderes Problem bei US 2007/0261734 besteht darin, dass im anfänglichen Moment der Sicherheitsventilbetätigung die Wolke des erzeugten entzündlichen Gemisches aufgrund des maximalen Querschnitts der Durchflussfläche in der anfänglichen Position sehr groß sein könnte. Im Fall einer Entzündung könnte die Wolke verpuffen oder sogar detonieren, wobei folglich ein Fahrgast (Fahrgäste) und Leute in der Nähe, z. B. Ersthelfer bei einem Unfall, der ein mit Wasserstoff betriebenes Auto beinhaltet, getötet und/oder verletzt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Druckentlastungsvorrichtung (PRD) zum Entlüften von Gas aus einem Speichergefäß bereitgestellt, die eine Gasauslasseinrichtung, die durch Gasdruck betätigbar ist, um sie von einer geschlossenen Position in eine erste offene Position mit einer Auslassfläche A₁ zu bewegen, und eine Vorbelastungseinrichtung, die angeordnet ist, um die Auslasseinrichtung gegen den Gasdruck in eine zweite offene Position mit einer Auslassfläche A₂, die größer ist als A₁, zu bewegen, umfasst.
Die Vorteile der Druckentlastungsvorrichtung bestehen darin, dass die Auslasseinrichtung nicht automatisch offen ist und selbst in Reaktion auf einen minimalen Gasdruck ausgelöst werden muss, um sie aus ihrer geschlossenen Position zu bewegen, und dass die Erzeugung einer großen entzündlichen Wolke während der Anregung der PRD gemildert oder sogar vollständig ausgeschlossen wird. Ein stromaufseitiges Auslöseelement kann nicht notwendigerweise vorgesehen sein. Vielmehr kann die PRD selbst auf erhöhte Speicherdrücke im Fall eines Feuers reagieren, insbesondere wenn sie in Verbindung mit einem Metallspeichertank arbeitet. Dies kann vorteilhaft sein, da ein potentielles Problem bei PRDs des Standes der Technik darin besteht, dass das schmelzbare Element oder ein anderes auf eine Temperatur ansprechendes Element, das typischerweise verwendet wird, um die Öffnung der PRD bei einer vorbestimmten Temperatur auszulösen, nicht direkt dem Feuer ausgesetzt sein kann, beispielsweise wenn das Feuer auf einen Wasserstoffspeichertank an einem vom Auslöser entfernten Ort auftrifft. Selbst wenn die PRD in Verbindung mit einem Temperatursensor für Gefäße vom Typ 4, die aus Kohlenstofffaser, Harz und einer Kunststoffauskleidung bestehen, verwendet wird, kann die geschlossene Vorgabeposition der Auslasseinrichtung für eine allmählichere Freisetzung von Gas sorgen, wenn sie sich in eine offene Position bewegt. Die Freisetzungsrate hängt ebenso vom Druck im Tank im Moment der Anregung der PRD ab.
Im Fall einer PRD mit konstanter Öffnung wird eine unannehmbar hohe Massendurchflussrate am Beginn des Abblasens abgegeben, wenn der Speicherdruck am höchsten ist. Dies kann ein Bauwerk wie z. B. eine Garage zerstören oder eine unannehmbar lange Flammenlänge verursachen, wie bei derzeitigen Konstruktionslösungen.
Die Probleme bei den nächsten bekannten Technologien umfassen die Tatsache, dass eine zu lange Flamme am Beginn der Freisetzung besteht, wenn die Öffnung der PRD während des Abblasens konstant ist. Ferner besteht ein Problem mit der langen Abblasezeit, wenn der Speicherdruck im Moment der unabsichtlichen Freisetzung im Vergleich zum maximalen Speicherdruck niedrig ist. Dies erhöht das Risiko eines verhängnisvollen Ausfalls des Speichertanks bei einem Feuer.
Diese Probleme werden vorzugsweise durch die Verwendung einer PRD mit einer variablen Öffnung gelöst, die am Beginn der Freisetzung klein ist und bis zum Ende des Abblasens zunimmt, und die die hohe Flammenlänge und große Feuerbälle am Beginn der Freisetzung verhindert.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung versuchen auch, eine Zeit zum Abblasen des Speichergefäßes ohne Erhöhen der maximalen Flammenlänge zu verringern. Dies wird durch die Auslasseinrichtung erreicht, die sich bewegt, um die Öffnungsgröße während des Abblasens von einer kleinen zu einer größeren mit abnehmendem Druck zu ändern. Dies wird auf der Basis der Kenntnis durchgeführt, dass die Stichflammenlänge sich mit der Abnahme des Drucks verringert und mit der Zunahme der Öffnungsgröße zunimmt. Die Vergrößerung der Öffnung erhöht auch die Massendurchflussrate für denselben Druckpegel.
Ein Problem, das durch ein solches bevorzugtes Ausführungsbeispiel angegangen wird, ist eine Verringerung der Abblasezeit des Brennstoffs von einem Hochdruck-Speichergefäß ohne Erhöhen der Flammenlänge von der PRD. Dies wird durch die Verwendung einer PRD mit einer variablen Öffnung durchgeführt, die die hohe Flammenlänge im Moment der PRD-Anregung verhindert. Bei einem anfänglichen hohen Druck schafft die Auslasseinrichtung eine kleinere Auslassfläche A₁. Wenn der Druck abfällt, kann die Vorbelastungseinrichtung die Auslasseinrichtung in eine Position bewegen, die eine größere Auslassfläche A₂ vorsieht.
Vorzugsweise bewegt sich die Auslasseinrichtung zwischen verschiedenen offenen Positionen in Reaktion auf den Gasdruck, so dass die Auslassfläche zunimmt, wenn der Gasdruck abnimmt und umgekehrt. Mit anderen Worten, vorzugsweise besteht eine Zweiweg-Bewegung der Auslasseinrichtung. Die Vorrichtung kann daher aktiv und dynamisch auf Änderungen des Speicherdrucks reagieren, um sicherzustellen, dass die Massendurchflussrate maximiert wird, während auch die Stichflammenlänge begrenzt wird. Sobald die Auslasseinrichtung in Reaktion auf einen minimalen Gasdruck aus ihrer geschlossenen Position bewegt wurde, hängt die effektive offene Fläche der Auslasseinrichtung vom aktuellen Gasdruck ab, wobei auf offene Positionen mit größeren Auslassflächen mit verringertem Druck zugegriffen wird.
Die PRD gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen kann in Prozesssicherheitsindustrien, Fahrzeugen mit alternativen Brennstoffen wie z. B. Wasserstoff, LPG und CNG und in Rohrleitungen usw. verwendet werden. Die bevorzugte PRD ist auch für die Verwendung bei mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen mit Kohlenstofffaser-Brennstofftanks besonders geeignet.
In mindestens einem Satz von Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung ferner mindestens eine wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung umfassen, die angeordnet ist, um die Auslasseinrichtung vom Gasdruck im Gefäß zu isolieren. Sobald die Auslöseeinrichtung betätigt wird, wird die Auslasseinrichtung gegen den Gasdruck empfindlich und kann in Reaktion auf einen Gasdruck über einem vorbestimmten Schwellenwert aus ihrer geschlossenen Position bewegt werden. Die wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung kann ein schmelzbares oder brennbares Element, einen Glaskolben oder irgendeine andere geeignete wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung umfassen.
Ein Vorteil des Vorsehens einer Auslöseeinrichtung stromaufwärts der Druckentlastungsvorrichtung besteht darin, dass die Auslasseinrichtung am Reagieren auf Gasdrucklecks gehindert werden kann und nur im Fall eines Notfalls wie z. B. eines Feuers betätigt wird.
Eine wärme- oder temperaturempfindliche Auslöseeinrichtung kann besonders nützlich sein, wenn die PRD verwendet wird, um Druckgas aus einem Speichergefäß freizusetzen, das aus einem faserverstärkten Polymer besteht, das wahrscheinlich vielmehr aufgrund von Durchbrennen als aufgrund eines Druckaufbaus, der zur Explosion führt, ausfällt. Aus einem zweiten Aspekt betrachtet stellt die vorliegende Erfindung folglich ein Druckgasspeichersystem mit einem Speichergefäß, das aus faserverstärktem Polymer ausgebildet ist, einer temperatur- oder wärmeempfindlichen Auslöseeinrichtung und einer Druckentlastungsvorrichtung (PRD), die so angeordnet ist, dass sie dem Gasdruck vom Speichergefäß bei der Betätigung der temperatur- oder wärmeempfindlichen Auslöseeinrichtung ausgesetzt wird, bereit. Vorzugsweise weist die PRD eine variable Auslassfläche auf, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise mit einer Gasauslasseinrichtung, die durch einen Gasdruck betätigbar ist, um sie von einer geschlossenen Position in eine erste offene Position mit einer Auslassfläche A₁ zu bewegen, und einer Vorbelastungseinrichtung, die angeordnet ist, um die Auslasseinrichtung gegen den Gasdruck in eine zweite offene Position mit einer Auslassfläche A₂, die größer ist als A₁, zu bewegen. Irgendeines der vorstehend in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen bevorzugten Merkmale kann gleichermaßen in Verbindung mit diesem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein.
Nun werden einige allgemeine Merkmale beschrieben, die für beide vorstehend umrissenen Aspekte der Erfindung gelten.
Die Bewegung der Auslasseinrichtung von ihrer geschlossenen Position (null Auslassfläche) in die erste, zweite oder wahlweise weitere offene Positionen (mit einer von null verschiedenen Auslassfläche A₁, A₂ oder A_x) kann die Bewegung von einem oder mehreren Elementen beinhalten. In einem Beispiel kann die Auslasseinrichtung eine von mehreren Lüftungsöffnungen umfassen, wobei sich ein Ventilelement in Reaktion auf den Gasdruck bewegt, um die Lüftungsöffnungen zu öffnen oder zu schließen. In einem anderen Beispiel kann sich ein Ventilelement mit einer oder mehreren Lüftungsöffnungen in Reaktion auf den Gasdruck bewegen, um die bereitgestellte gesamte Auslassfläche einzustellen. In noch einem anderen Beispiel kann die relative Bewegung zwischen zwei oder mehr Ventilelementen die effektive Auslassfläche definieren. Es ist verständlich, dass die Auslassfläche die gesamte effektive Fläche der Auslasseinrichtung ist, die durch mehrere Lüftungsöffnungen vorgesehen sein kann.
Die Bewegung der Auslasseinrichtung zwischen der ersten, der zweiten und wahlweise weiteren offenen Positionen kann kontinuierlich oder schrittweise sein.
Die Auslasseinrichtung kann mehrere offene Positionen aufweisen, die einen Bereich von verschiedenen Auslassflächen vorsehen.
Die Bewegung der Auslasseinrichtung aus ihrer geschlossenen Position in Reaktion auf den Gasdruck kann in verschiedenen Weisen erreicht werden, z. B. kann die Bewegung durch einen Drucksensor wie z. B. einen druckempfindlichen Wandler, z. B. einen piezoelektrischen Wandler, betätigt werden. In einem bevorzugten Satz von Ausführungsbeispielen wird jedoch die Auslasseinrichtung in ihrer geschlossenen Position durch eine mechanische Vorbelastungseinrichtung wie z. B. eine Zug- oder Druckfeder oder ein elastisches Membranelement gehalten. Eine Federvorbelastungseinrichtung kann in Form einer Schraubenfeder, einer Blattfeder oder eines elastischen Elements vorliegen und kann aus Metall, Kunststoff oder einem elastomeren Material bestehen. Ein vorbestimmter Gasdruck kann erforderlich sein, um die Vorbelastungseinrichtung zu überwinden.
In einem bevorzugten Satz von Ausführungsbeispielen umfasst die Auslasseinrichtung ein kolbenartiges Verteilungselement, das mit mindestens einer darin ausgebildeten Lüftungsöffnung versehen ist. Das Verteilungselement kann innerhalb eines Körpers der Vorrichtung verschiebbar angebracht sein, so dass es zwischen einer zurückgezogenen Position, in der mindestens eine Lüftungsöffnung durch einen Teil des Vorrichtungskörpers verdeckt ist, und einer ausgefahrenen Position, in der das Verteilungselement vom Körper vorsteht, um seine Lüftungsöffnung(en) freizulegen, beweglich ist. Vorzugsweise umfasst das Verteilungselement einen im Wesentlichen röhrenförmigen Körper, der innerhalb einer zylindrischen Öffnung im Vorrichtungskörper angebracht ist. Vorzugsweise erstreckt sich die mindestens eine Lüftungsöffnung durch eine Seitenwand des röhrenförmigen Körpers. Vorzugsweise ist das Verteilungselement mit mehreren Lüftungsöffnungen versehen, die in der Seitenwand des röhrenförmigen Körpers ausgebildet sind. Eine oder mehrere der Lüftungsöffnungen können abgewinkelt sein, um dem röhrenförmigen Körper während des Austritts von Gas aus diesem eine Drehung zu verleihen. Ein oberer Teil des röhrenförmigen Körpers kann einen gewölbten oder konischen Kopfabschnitt umfassen. Mindestens ein Teil der einen oder mehreren Lüftungsöffnungen kann sich durch den gewölbten oder konisch geformten Abschnitt erstrecken.
In einem Satz von Ausführungsbeispielen können die Lüftungsöffnungen die Form von sich axial und/oder auf dem Umfang erstreckenden Schlitzen annehmen. Die individuelle Auslassfläche jedes Schlitzes kann relativ klein sein (um die Diffusion von Gas zu erhöhen und die Gasgeschwindigkeit zu verringern, wenn es ausgetrieben wird, was die Verdünnung des Gases verbessert). Die kombinierte Auslassfläche der Schlitze kann jedoch relativ groß sein, um eine angemessene Durchflussrate sicherzustellen, um die erforderliche Abblasezeit zu erreichen, insbesondere sobald sich der Druck von den anfänglichen Pegeln verringert hat.
Die Auslasseinrichtung kann ein Blockierelement umfassen, das z. B. innerhalb eines röhrenförmigen Körpers des Verteilungselements angeordnet ist, wobei das Blockierelement zwischen einer geschlossenen Position, die die Lüftungsöffnungen verdeckt, und einer offenen Position, die die Lüftungsöffnungen öffnet, beweglich ist. Das Blockierelement kann dazu ausgelegt sein, sich in Richtung seiner offenen Position unter der Wirkung des Hochdruckgases innerhalb eines Gasspeichergefäßes zu bewegen, wenn die Vorrichtung aktiviert wird.
Wie vorstehend erwähnt ist, können eine oder mehrere Lüftungsöffnungen in der Auslasseinrichtung einen oder mehrere sich axial erstreckende Schlitze umfassen, die sich durch eine Seitenwand eines röhrenförmigen Körpers in einem Verteilungselement erstrecken. Wenn sich die Auslasseinrichtung von ihrer ersten offenen Position in ihre zweite oder wahlweise weitere offenen Positionen mit einer größeren Auslassfläche bewegt, kann die effektive Auslassfläche der sich axial erstreckenden Lüftungsöffnungen allmählich zunehmen, wenn sich der Kolben relativ zum röhrenförmigen Körper bewegt. Dies erhöht die Durchflussrate, wenn der Druck abfällt, und vermeidet eine übermäßige Flammenlänge bei der anfänglichen Aktivierung der Vorrichtung, während eine relativ hohe Massendurchflussrate insgesamt sichergestellt wird. Die Bereitstellung von mehreren Lüftungsauslässen verbessert die Verdünnung des entweichenden Gases mit Luft, während eine ausreichende Durchflussrate aufrechterhalten wird, um ein schnelles Abblasen zu erreichen.
In einem Satz von Ausführungsbeispielen kann eine Ventileinrichtung stromaufwärts der Auslasseinrichtung vorgesehen sein, wobei die Ventileinrichtung die Auslasseinrichtung vom Hochdruckgas vom Gefäß isoliert, wobei die Ventileinrichtung einer wärmeempfindlichen Auslöseeinrichtung zum Ermöglichen der Verbindung des Hochdruckgases mit der Auslasseinrichtung zugeordnet ist, so dass sich die Auslasseinrichtung in Reaktion auf den Gasdruck aus ihrer geschlossenen Position bewegen kann. Vorzugsweise umfasst die Ventileinrichtung ein weiteres zerbrechbares oder verschiebbares Element, das so ausgelegt ist, dass es gegen die Kraft abgestützt ist, die dagegen durch das Hochdruckgas direkt oder indirekt durch die wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung aufgebracht wird. Die wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung kann ein bewegliches Stützelement umfassen, das zwischen einer ersten Position, in der das Stützelement das weitere zerbrechbare Element abstützt, und einer zweiten Position, in der das weitere zerbrechbare Element nicht abgestützt ist und in der Gas durch das weitere zerbrechbare Element strömen kann, um gegen die Auslasseinrichtung zu wirken, verschiebbar ist, wobei das bewegliche Stützelement in seiner ersten Position mittels mindestens eines schmelzbaren oder brennbaren Elements zurückgehalten wird.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf ein Gasspeichergefäß mit einer Druckfreisetzungsvorrichtung, die gemäß irgendeinem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgesehen ist. Insbesondere wenn ein komprimiertes Hochdruckgas wie z. B. Wasserstoff im Speichergefäß enthalten ist, ist die Druckentlastungsvorrichtung zum Steuern der Massendurchflussrate beim Auslassen wichtig. Die durch die PRD bereitgestellte Durchflussrate muss jedoch an das Material des Speichergefäßes und seine Feuerbeständigkeit angepasst werden, so dass die Massendurchflussrate schnell genug ist, um einen verhängnisvollen Ausfall des Gefäßes zu verhindern. Wenn die PRD das komprimierte Gas nicht schnell genug im Fall eines Feuers freisetzt, kann das Gefäß durchbrennen oder ”schmelzen”, bevor das Gas ausreichend ausgelassen wurde, insbesondere wenn das Gefäß aus einem Verbundmaterial wie z. B. mit Kohlenstofffaser verstärktem Harz und einer Polymerauskleidung besteht, die alle eine relativ geringe Feuerbeständigkeit aufweisen.
Wie vorstehend erörtert ist, kann die Verwendung einer PRD, um eine Freisetzung mit hoher Massendurchflussrate von einem Hochdruckgefäß wie z. B. einem Verbundspeichertank für Wasserstoffgas vorzusehen, ermöglichen, dass der Tank entlüftet wird, bevor er durch Feuer zerstört wird, kann jedoch zu Problemen außerhalb des Tanks führen. Insbesondere wenn ein durch Wasserstoff betriebenes Fahrzeug in einer Garage (oder einem anderen beengten Bauwerk) aufbewahrt wird, kann das entlüftete Gas nicht schnell genug aus dem externen Bauwerk entweichen können, das gewöhnlich nur einem internen Überdruck in der Größenordnung von 10 kPa standhalten kann, und das Risiko einer unabsichtlichen Eskalation mit Explosion/Zerstörung des Bauwerks bleibt.
Vorzugsweise wird ein Gasspeichersystem mit einem Gasspeichertank und einer Druckentlastungsvorrichtung, wie vorstehend beschrieben, und ferner mit einem externen Niederdrucktank, der aus einem unbrennbaren Material besteht, bereitgestellt. Vorzugsweise schließt der externe Tank eine Permeation von Wasserstoff aus und weist eine Feuerbeständigkeit auf, die für ein sicheres (langsames) Abblasen von Wasserstoff innerhalb garagenartiger Einfassungen ausreicht. Der interne Tank kann zumindest teilweise innerhalb des externen Tanks angeordnet sein.
Ein solches System geht das Problem an, dass unannehmbar hohe Massendurchflussraten von herkömmlichen PRDs zur Zerstörung von Bauwerken wie z. B. einer typischen Garage in Sekunden führen, dies wird jedoch gegenwärtig durch einen Bedarf begründet, den Inhalt des Hochdruckgefäßes schnell freizusetzen, bevor er einen verhängnisvollen Ausfall bei einem externen Feuer hätte. Dieses Problem wird durch Erhöhen der Feuerbeständigkeit des Gasspeichersystems unter Verwendung von zwei verschiedenen Tanks gelöst. Der externe Tank, der z. B. aus Metall besteht, kann so ausgelegt sein, dass er Niederdruckgas enthält, so dass die Wände nicht dick und schwer gemacht werden müssen. Das Material des externen Tanks kann jedoch so gewählt werden, dass es eine höhere Feuerbeständigkeit aufweist als jenes des internen Tanks. Die Feuerbeständigkeit des externen Tanks kann unter Verwendung einer Feuerschutzeinrichtung, z. B. Brandschutzbeschichtung, erhöht werden. Der Raum zwischen den Tanks kann mit Inertgas oder einem Material, das während der Wärmeeinwirkung ein Inertgas freisetzt, gefüllt werden. Der externe Tank sieht vorteilhafterweise einen Brandschutz für den internen Tank vor, der so ausgelegt sein kann, dass er Hochdruckgas enthält, und aus einem relativ leichten, aber brennbaren Material wie z. B. mit Kohlenstofffaser verstärktem Polymer oder Harz/faserverstärktem Harz und einer Polymerauskleidung besteht. Wenn Hochdruckgas in einem doppelschichtigen Tank mit einer erhöhten Feuerbeständigkeit auf der Außenseite enthalten ist, kann die sichere Abblasezeit verlängert werden und die PRD muss nicht mit einer solchen hohen Massendurchflussrate auslassen, wodurch gefährliche Flammenlängen und das Risiko, dass Hochdruckgas schnell in einen beengten Raum wie z. B. eine Garage mit Raten freigesetzt wird, die das Bauwerk zerstören können, vermieden werden.
Dies wird selbständig als neu und erfinderisch betrachtet, und folglich stellt die Erfindung von einem dritten Aspekt betrachtet ein Gasspeichergefäß mit einer Druckentlastungsvorrichtung und einem internen Tank (vorzugsweise mit hohem Druck, z. B. leichtgewichtig) bereit, der zumindest teilweise von einem externen Tank (vorzugsweise mit niedrigerem Druck, z. B. leichtgewichtig) mit einer höheren Feuerbeständigkeit als der interne Tank umgeben ist. Der externe Tank mit niedrigerem Druck besteht aus einem unbrennbaren Material, das eine Permeation ausschließt und vorzugsweise mit feuerbeständigen Materialien von außen und innen bedeckt ist. Der Raum zwischen den Tanks kann zumindest teilweise mit einem Inertgas wie z. B. Stickstoff gefüllt sein. Irgendeine der vorstehend beschriebenen bevorzugten Druckentlastungsvorrichtungen kann bei solchen Speichergefäßen für die Bordspeicherung von komprimierten Brennstoffen mit erhöhter Feuerbeständigkeit verwendet werden. Mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge können von einem solchen Gasspeichergefäß besonders profitieren.
Diese Lösung erkennt, dass die Verwendung von Gefäßen nur aus Metall, um Drücken von bis zu 1000 bar standzuhalten, aufgrund des schweren Gewichts und der Herstellungsschwierigkeiten unpraktisch ist. Eine doppelte Tankkonstruktion kann die Feuerbeständigkeit eines Speichersystems für komprimierten Brennstoff im Vergleich zu Verbundmaterialien, die typischerweise verwendet werden, um Druckwasserstoff z. B. mit 700 bar zu speichern, erhöhen, während auch das Gefäß vergleichsweise leichtgewichtig gehalten wird. Eine solche Konstruktion ist daher für die Bordspeicherung von Wasserstoff (oder anderen alternativen Brennstoffen wie z. B. LPG und CNG) für Fahrzeuge der nächsten Generation gut geeignet.
Es ist bevorzugt, dass bei der Verwendung der interne Tank ein Gas mit einem ersten Druck speichert und der externe Tank ein Gas mit einem zweiten, niedrigeren Druck speichert. Vorzugsweise besteht eine Gasdruckdifferenz zwischen dem internen und dem externen Tank bei der Verwendung von mindestens 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 920, 940, 960, 980 oder 990 bar. Der interne Tank kann beispielsweise Drücken bis zu 1000 bar standhalten, während der externe Tank für einen Druck in der Größenordnung von 10 bar oder 100 bar oder einen Überdruck von 10 bar, 1 bar oder sogar weniger ausgelegt sein kann.
Vorzugsweise ist der externe Tank mit feuerbeständigen Materialien auf seiner inneren und/oder äußeren Oberfläche bedeckt. Irgendwelche Verbindungseinrichtungen, die zwischen dem internen und dem externen Tank angeordnet sind, z. B. für Abstützungszwecke, sind vorzugsweise so ausgelegt, dass die Wärmeübertragung minimiert wird.
Die Wahl von Materialien für den internen und den externen Tank ist wichtig. Vorzugsweise besteht der interne Tank aus einem leichtgewichtigen Verbundmaterial wie z. B. einem faserverstärkten Polymer. Eine Kohlenstoff- oder Glasfaserverstärkung kann verwendet werden. Der interne Tank kann daher dem hohen Druck von Wasserstoffgas, z. B. Drücken bis zu 700 bar, standhalten. Der Anmelder hat erkannt, dass unter solch hohen Drücken Wasserstoff (oder ein anderes Gas) durch die Verbundpolymermaterialien durchdringen kann. Ein Austritt mit einem solch niedrigen Niveau kann jedoch nicht von Belang sein, solange der externe Tank aus einem unbrennbaren Material wie z. B. Metall besteht, das eine Permeation ausschließt. Das unbrennbare Material des externen Tanks ist vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung wie z. B. Aluminium oder Stahl. Mit anderen Worten, der interne Tank kann für Wasserstoffgas durchlässig sein, während der externe Tank für Wasserstoffgas undurchlässig ist.
Die Vorteile dieser Konstruktion können durch Anordnen des internen Tanks so, dass er vollständig innerhalb des externen Tanks enthalten ist, maximiert werden. Die Druckentlastungsvorrichtung kann mit dem internen und/oder dem externen Tank in Verbindung stehen. Es ist jedoch bevorzugt, dass mindestens der interne (Hochdruck-)Tank mit einer Druckentlastungsvorrichtung versehen ist. Die Druckentlastungsvorrichtung (PRD) sieht vorzugsweise die Freisetzung von Gas im Fall eines Feuers (oder einer anderen gefährlichen Situation, die zu einer Erhöhung der Umgebungstemperatur und/oder des Drucks im Gefäß führt) vor. Die folgenden Merkmale können auf irgendein Gasspeichergefäß anwendbar sein, ob es eine Einzel- oder Doppeltankkonstruktion aufweist.
Ein Gasspeichergefäß kann mit einer oder mehreren Druckentlastungsvorrichtungen versehen sein. Wenn jede Druckentlastungsvorrichtung eine Auslöseeinrichtung umfasst, kann es bevorzugt sein, mehrere Druckentlastungsvorrichtungen vorzusehen, so dass sie auf ein lokales Feuer so schnell wie möglich reagieren können, insbesondere wenn das Speichergefäß relativ groß ist. Es besteht immer das Problem, dass eine Auslöseeinrichtung, die verwendet wird, um die Öffnung einer PRD bei einer vorbestimmten Temperatur zu betätigen, nicht direkt einem Feuer ausgesetzt sein kann, beispielsweise wenn das Feuer auf einen Wasserstoffspeichertank an einem von der PRD entfernten Ort auftrifft. Dies kann dazu führen, dass ein Tank durchbrennt, bevor die PRD aktiviert wird, insbesondere wenn der Tank aus einem relativ feuerempfindlichen Material wie z. B. Kohlenstofffaserverbundstoff besteht. Ein Versagen, schnell auf Feuer zu reagieren, könnte zu einem verhängnisvollen Ausfall des Tanks mit verheerenden Folgen führen.
Es wird erkannt, dass die Anzahl von PRDs, die für den Schutz eines Gasspeichergefäßes erforderlich sind, durch Vorsehen von mehreren Auslöseeinrichtungen, die an verschiedenen Stellen an der Oberfläche des Gefäßes angeordnet sind, mit Auslöseübertragungseinrichtungen, die mit einer oder mehreren gemeinsamen PRDs verbunden sind, verringert werden kann. Die Auslöseübertragungseinrichtung kann in Form eines Gasrohrs vorliegen. Beispielsweise kann eine wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung mit einem länglichen Rohr vorhanden sein, das ein verdrängbares Material enthält, wobei das längliche Rohr mit einer Vielzahl von individuellen Wärmesensoren in Verbindung steht. Das verfügbare Material kann mit einem verschiebbaren Kolben, der durch jeden Wärmesensor bereitgestellt ist, in Eingriff stehen. Die Verschiebung des Kolbens von irgendeinem der Wärmesensoren aufgrund des Schmelzens oder Brennens seiner zugehörigen schmelzbaren oder brennbaren Elemente kann dann die Verdrängung des verdrängbaren Materials innerhalb des länglichen Rohrs ermöglichen. Die Bewegung des verdrängbaren Materials innerhalb des länglichen Rohrs in Reaktion darauf, dass irgendeiner der Wärmesensoren betätigt wird, kann bewirken, dass die Auslasseinrichtung der PRD dem Gasdruck ausgesetzt wird. Das verdrängbare Material im länglichen Rohr kann mehrere Kugeln umfassen. Die Kugeln können in Gruppen benachbart zum jeweiligen Wärmesensor angeordnet sein, so dass mindestens eine der Kugeln von jeder Gruppe mit dem verschiebbaren Kolben eines jeweiligen Wärmesensors in Eingriff steht, der auf einer Seitenöffnung des Rohrs angebracht ist. Die Gruppen von Kugeln können durch längliche Räume oder Buchsen getrennt sein, um das Gesamtgewicht der wärmeempfindlichen Auslöseeinrichtung zu verringern.
Wenn das Gasspeichergefäß eine Doppeltankkonstruktion aufweist, wie vorstehend beschrieben ist, kann ein solches längliches Auslöserohr zweckmäßigerweise innerhalb des externen Tanks geschützt sein, d. h. zwischen dem internen Tank und dem externen Tank angeordnet sein.
Zusätzlich zur geringen Feuerbeständigkeit weisen derzeitige Gasspeichergefäße (z. B. aus Kohlenstofffaser-Verbundmaterialien ausgebildet) einen ziemlich breiten Bereich von Leistungsparametern auf, insbesondere ihre Änderung der Permeationsrate mit der Zeit und das Wiederkehren von kleinen Lecks durch Risse usw., die während der Nutzung gebildet werden. Im internen Tank gespeichertes Gas kann austreten und dazu führen, dass ein entzündliches Gemisch zwischen den Tanks gebildet wird. In einem Satz von Ausführungsbeispielen kann dieser Effekt durch anfängliches Füllen irgendeines Raums zwischen den Tanks mit einem Inertgas wie z. B. Stickstoff gemildert werden. Ein Austritt des gespeicherten Hochdruckgases kann jedoch immer noch auftreten. Es ist erwünscht, das Niveau an Lecks von einem Hochdruckspeichergefäß kontrollieren zu können. Es wurde erkannt, dass der externe, vorzugsweise nicht durchlässige (Niederdruck-)Tank in einer Doppeltankkonstruktion verwendet werden kann, um die kontrollierte Freisetzung von kleinen Gaslecks vorzusehen.
Ferner wird der Austritt von Gas vom internen Tank in einen Raum zwischen dem internen und dem externen Tank vorzugsweise überwacht. In einem bevorzugten Satz von Ausführungsbeispielen umfasst das Gefäß ein Gasfreisetzungsventil, das angeordnet ist, um ein Gemisch von Gas und Luft aus dem Raum zwischen dem internen und dem externen Tank nur dann freizusetzen, wenn die Konzentration von Gas im Gemisch unter einem entzündlichen Niveau liegt. Für Wasserstoff gilt dies beispielsweise, wenn seine Konzentration in Luft unter 4 Volumen-% liegt. Die Entzündlichkeitsgrenze für andere Gase kann leicht in Standardtexten gefunden oder aus empirischen Daten berechnet werden. Dies kann die Erzeugung eines entzündlichen Gemisches und das Risiko einer Verbrennung zwischen dem internen und dem externen Tank verhindern, was die Gefäßfestigkeit beeinträchtigen könnte. Ansonsten würde die Erzeugung eines entzündlichen Gemisches eine Erhöhung des Gewichts für den externen Tank erfordern, um die Beständigkeit gegen einen Überdruck, der durch Verbrennung in dem Raum zwischen den Tanks erzeugt wird, zu erhöhen. Vorzugsweise weist das Ventil eine einstellbare Durchflussrate auf, beispielsweise kann ein federbelastetes Ventil verwendet werden. Die sichere Freisetzung von potentiell entzündlichen Gemischen kann besonders wichtig sein, wenn ein Gefäß in einem eingeengten Bauwerk verwendet oder gelagert wird, beispielsweise als Teil eines in einer Garage aufbewahrten Fahrzeugs.
Vorzugsweise sind Einrichtungen vorgesehen, um die Häufigkeit und/oder Dauer von Gaslecks zu zählen. Ein externer Tank kann daher verwendet werden, um Lecks, die von einem internen Tank mit höherem Druck stammen, zu kontrollieren und/oder zu überwachen. Vorzugsweise umfasst der externe Tank ein oder mehrere Gasfreisetzungsventile, die beim Erfassen eines Drucks über einem Schwellenwert betätigbar sind. Da der externe Tank Gas mit einem relativ niedrigen Druck enthält, kann irgendein geringfügiger Überdruck aufgrund eines Lecks vom internen (Hochdruck-)Tank leicht erfasst werden. Die Öffnung der Gasfreisetzungsventile im externen Tank kann überwacht werden, um die Austrittsrate über die ganze Oberfläche des Gefäßes zu kontrollieren (z. B. um Regelungen, Gesetzbücher und Standards einzuhalten).
Dieses Merkmal wird selbständig als neu und erfinderisch ungeachtet einer Doppeltankkonstruktion betrachtet, und aus einem weiteren Aspekt betrachtet stellt die vorliegende Erfindung folglich ein Gasspeichergefäß mit einer oder mehreren Ventileinrichtungen zum steuerbaren Freisetzen von Gas in Reaktion auf eine Überdruckbedingung und einer Einrichtung zum Überwachen der Betätigung der Ventileinrichtungen bereit. Durch Kontrollieren von kleinen Lecks ist es möglich, einen größeren Unfall von den Lecks, die fortschreitend (verhängnisvoll) zunehmen, zu verhindern. Durch Überwachen der Freisetzung von Gas durch die Ventileinrichtungen können große Lecks in einer frühen Stufe detektiert werden.
Vorzugsweise umfasst das Gefäß einen internen Tank, der zumindest teilweise von einem externen Tank umgeben ist, wobei die Ventileinrichtung zwischen dem externen Tank und der Atmosphäre eine Verbindung herstellt. Es ist ein Vorteil, dass die Ventileinrichtung durch den externen Tank geschützt werden kann, wohingegen es ansonsten schwierig sein könnte, Überdrucklecks genau zu erfassen, beispielsweise weist ein Wasserstoffspeichertank, der von einem Fahrzeug getragen wird, schwankende Lecks in Abhängigkeit von der Beschleunigung/Verlangsamung usw. auf. Die Ventileinrichtung kann verwendet werden, um die Freisetzung des Gas-Luft-Gemisches aus einem Raum zwischen dem internen und dem externen Tank zu steuern, wie es vorstehend beschrieben ist. Ein Druckaufbau zwischen den Tanks kann vermieden werden.
Die Ventileinrichtung kann beispielsweise federbelastet sein. Wenn ein durch Lecks vom internen Tank erzeugter Überdruck einen vorbestimmten Pegel überschreitet, dann öffnet sich die federbelastete Ventileinrichtung vorzugsweise, um den Überdruck freizusetzen. Irgendein großer Gasdruckaufbau im internen Tank, beispielsweise im Fall eines Feuers, betätigt natürlich eine Sicherheits-Druckentlastungsvorrichtung für eine Massegasausgabe. Eine solche Druckentlastungsvorrichtung kann wie vorstehend beschrieben sein und kann ferner eine Auslöseeinrichtung umfassen.
Irgendeine Ventileinrichtung und/oder Druckentlastungsvorrichtung, die in Verbindung mit dem internen Tank, dem externen Tank oder dem Raum zwischen den Tanks vorgesehen ist, kann mit einer leckdichten Membran versehen sein.
Vorzugsweise misst die Überwachungseinrichtung die Häufigkeit und/oder Dauer der Ventilbetätigung. In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Ventileinrichtung einen Sensor zum Überwachen ihrer Betätigung umfassen, so dass die Anzahl und/oder Dauer von Austrittsereignissen gezählt werden kann. Das Gasspeichergefäß oder zugehörige Gasspeichersystem kann ferner eine Steuereinheit umfassen, die mit (einem) solchen Sensor(en) verbunden ist, um auf Gaslecks zu überwachen und wahlweise einen Alarm vorzusehen, wenn die Leckhäufigkeit und/oder -dauer einen sicheren Schwellenwert überschreitet. Ein solches System ermöglicht vorteilhafterweise die gesteuerte Freisetzung von kleinen Lecks, anstatt zu ermöglichen, dass sie sich zu einem solchen Druck aufbauen, dass eine Hauptdruckentlastungs-Sicherheitsvorrichtung unnötig betätigt wird.
Die Ventileinrichtung kann in Reaktion auf einen Überdruck arbeiten, der im Vergleich zum Bemessungsdruck des Gasspeichergefäßes relativ klein ist, beispielsweise ein Überdruck von 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5 oder bis zu 10 bar für den externen Tank, wohingegen der interne Tank bei der Verwendung Gas mit einem Druck von 200, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900 oder bis zu 1000 bar enthalten kann. Vorzugsweise sind die Ventileinrichtungen mit einem Katalysator verbunden, um das Gas zu reinigen, bevor es in die Atmosphäre abgegeben wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erstrecken sich auf ein mit Wasserstoff betriebenes Fahrzeug mit einem Wasserstoffgasspeichergefäß und/oder einer Druckentlastungsvorrichtung zum Entlüften von Wasserstoff, wie vorstehend beschrieben.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1A eine geschlossene Druckentlastungsvorrichtung zeigt, 1B eine offene Druckentlastungsvorrichtung (hoher Druck) zeigt und 1C eine offene Druckentlastungsvorrichtung (niedriger Druck) zeigt;
2 eine Längsschnittansicht durch ein Sicherheitsventil in einer geschlossenen Konfiguration ist;
3 eine Längsschnittansicht durch das Sicherheitsventil von 2 in einer offenen oder aktivierten Konfiguration ist;
4 eine Schnittansicht des Ventils von 2 auf der Linie A-A von 3 ist;
5 einen Auslösemechanismus zeigt;
6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Hochdruckgefäß und einem Niederdrucktank in Kombination mit einer Vielzahl von Auslösern und einer bevorzugten Druckentlastungsvorrichtung zeigt; und
7 eine Längsschnittansicht durch ein anderes Sicherheitsventil ist.
Eine Implementierung einer Druckentlastungsvorrichtung 200 ist in 1A–1C gezeigt. 1A zeigt eine geschlossene Druckentlastungsvorrichtung und 1B zeigt eine offene Druckentlastungsvorrichtung, wobei der Speicherdruck bei der Freisetzungseinleitung vorzugsweise hoch genug ist, um die Feder zu komprimieren. 1C zeigt eine offene Druckentlastungsvorrichtung an einem Niederdruckspeicher, wenn die Druckkraft die Stärke der Feder nicht überwinden kann.
Das Hochdruckende 204 des Druckentlastungsvorrichtungsgehäuses 202 ist vorzugsweise bei 206 in einer geeigneten Weise mit einer Rohrleitung zur Freisetzung von entzündlichem Gas eines Freisetzungsauslösemechanismus verbunden. Ein Gewindebolzen 208 ist vorzugsweise in das Gehäuse 202 unter Verwendung eines Hexaeders 210 geschraubt, der ein Teil des Gewindebolzens 208 ist, und abgedichtet. Der Gewindebolzen 208 weist vorzugsweise einen Dichtungsring 212 auf, um einen Austritt durch das Gewinde während des Abblasens von entzündlichem Gas aus der Speichervorrichtung auszuschließen. Der Gewindebolzen 208 weist vorzugsweise einen axialen Kanal 214 und Seitenkanäle auf, um die Entlastungsleitung für entweichende Gase vorzusehen. Der Gewindebolzen 208 weist eine geneigte Oberfläche 226 für die Freisetzung von Gasen auf. Zwischen dem Gewindebolzen 208 und dem Gehäuse 202 ist vorzugsweise ein Kranz 216 und eine Buchse 218 in einer Nut 228 vorgesehen. Der Kranz 216 und die Buchse 218 weisen vorzugsweise Dichtungsringe 220 auf, um eine hohe Massendurchflussrate am Beginn der Freisetzung auszuschließen. Um das Entweichen von kleinen ungeplanten Lecks, die im System erscheinen und durch die Freisetzungsrohrleitung strömen, vorzusehen, kann der Kranz ein Nadelloch (in 1A–1C nicht gezeigt) aufweisen. Vorzugsweise ist ein Spalt zwischen dem Gewindebolzen 208 und der Buchse 218 vorhanden, um eine Strömung von Gas mit hoher Massendurchflussrate durch eine ausreichende Lüftungsfläche bereitzustellen. Eine Feder 222 ist vorgesehen, die die Buchse 218 und den Kranz 216 (aufgrund der Reibung zwischen der Kranzdichtung und der Buchse) nach unten zur Unterseite des Gehäuses 202 in der normalen (geschlossenen) Druckentlastungsvorrichtungsposition, die in 1A zu sehen ist, schiebt.
Die Druckentlastungsvorrichtung 200 wird vorzugsweise montiert, indem Dichtungen 212 an den Gewindebolzen 208 (insgesamt zwei), eine Dichtung 220 an den Kranz 216 und eine Dichtung 220 an die Buchse 218 gesetzt werden; dann der Kranz 216 so weit wie möglich zur Buchse 218 entlang der gemeinsamen Achse geschoben wird; dann die Feder 222 in den Gewindebolzen 208 gesetzt wird; dann die Anordnung des Kranzes 216 und der Buchse 218 auf die Feder 222 gesetzt wird; und schließlich der Gewindebolzen 208 in das Gehäuse 202 bis zum Ende unter Verwendung des Hexaeders 210 und eines ähnlichen Teils des Gehäuses (nicht gezeigt in 1A–1C) geschraubt wird.
Wenn ein Auslösemechanismus eine Strömung in das Gehäuse ermöglicht, werden im Fall eines hohen Speicherdrucks die Buchse und der Kranz vorzugsweise nach oben geschoben, wie in 1B gezeigt. Der Kranz 216 ist vorzugsweise in seiner oberen Endposition befestigt und die Buchse 218 komprimiert vorzugsweise die Feder 222 aufgrund der Druckdifferenz und steht mit dem zylindrischen Teil 224 des Gewindebolzens 208 in Kontakt. Schlitze in der Buchse 218 ermöglichen eine Gasströmung durch sie. Im Fall von hohen Speicherdrücken werden folglich sowohl die Buchse 218 als auch der Kranz 216 nach oben geschoben und die resultierende Öffnung für die Freisetzung von Gas ist relativ klein.
Wenn der Speicherdruck vergleichsweise klein ist, dann wird vorzugsweise nur der Kranz 216 nach oben bewegt, während die Buchse 218 an derselben Stelle bleibt oder sich aufgrund des ”starken” Federwiderstandes gegen den ”niedrigen” Druck geringfügig nach oben bewegt. Im Fall eines niedrigen Speicherdrucks, z. B. wenn ein Unfall passiert ist und der Druck weit unter dem maximalen Speicherdruck lag, beginnt die Freisetzung von Gas folglich vom Beginn an durch eine vergleichsweise große Fläche des Freisetzungsweges (Öffnung).
Die Druckentlastungsvorrichtung 200 kann mit einer Schutzabdeckung befestigt sein, die durch Gas im Fall der Freisetzung nach außen geschoben wird, oder sie kann aus einer anderen Anordnung ähnlich zu einem kolbenartigen Verteilungselement beweglich sein, wie in 2–4 gezeigt ist. Das Verteilungselement 18 ist für eine Bewegung zwischen einer zurückgezogenen Position, die in 2 gezeigt ist, in der das Verteilungselement 18 innerhalb des Ventilkörpers 12 angeordnet ist, und einer ausgefahrenen Position, die in 3 gezeigt ist, in der das Verteilungselement 18 vom Ventilkörper 12 vorsteht, verschiebbar angebracht. Ein unteres Ende 20 des Verteilungselements 18 ist so bemessen, dass es ein enger Gleitsitz innerhalb des zylindrischen Gehäuses 16 des Ventils 10 ist. Eine Vielzahl von sich axial und/oder auf dem Umfang erstreckenden Schlitzen 22 ist in den Seiten des Verteilungselements 18 ausgebildet, um Lüftungsauslässe zu definieren, wie in 4 zu sehen. Eine wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung in Form eines schmelzbaren (oder brennbaren) Elements 28, beispielsweise ein Stecker, der aus einer Legierung mit relativ niedrigem Schmelzpunkt ausgebildet ist, ist in einem Kappenelement 30 angebracht, das an der Oberseite des Ventilkörpers 12 befestigt ist, um die zerbrechliche Scheibe 26 abzustützen und das Verteilungselement 18 innerhalb des Ventilkörpers 12 zu halten.
Wenn das Sicherheitsventil 10 einer Temperatur über einem vorbestimmten Maximum ausgesetzt wird, beispielsweise im Fall eines Feuers, schmilzt das schmelzbare Element 28 und stellt keine Abstützung mehr für die zerbrechliche Scheibe 26 bereit, die daher nicht mehr die Kraft abstützen kann, die vom Verteilungselement 18 unter der Wirkung des Druckgases innerhalb des Speichertanks ausgeübt wird. Die Scheibe 26 bricht und das Verteilungselement 18 gleitet innerhalb des zylindrischen Gehäuses 16 des Ventilkörpers 12, um es in die ausgefahrene Position zu bewegen, wobei es durch das Kappenelement 30 vorsteht. Das abgestufte untere Ende des Verteilungselements 18 liegt am Kappenelement 30 an, um zu verhindern, dass das Verteilungselement 18 den Ventilkörper vollständig verlässt.
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von sich der Länge nach erstreckenden länglichen Schlitzen 22 an auf dem Umfang beabstandeten Stellen um den Umfang des Verteilungselements 18 ausgebildet, die eine Vielzahl von Lüftungsöffnungen definieren. Die Gesamtfläche der Schlitze 22 reicht aus, um ein schnelles Abblasen des Gasdrucks innerhalb des Tanks vorzusehen, an den das Sicherheitsventil 10 angefügt ist, während der kleine Querschnitt jedes individuellen Schlitzes 22 und der Abstand der Schlitze 22 um das Verteilungselement 18 das entweichende Gas über eine große Fläche verteilt und verdünnt, um einer Verbrennung des Gases Widerstand zu leisten und, sollte eine Verbrennung stattfinden, die Bildung einer langen Stichflamme zu verhindern.
Eine Implementierung eines Auslösemechanismus ist in 5 gezeigt. Rohrleitungen vom Hochdruckspeicher zur Druckentlastungsvorrichtung sind vorzugsweise unter normalen Betriebsbedingungen durch Dichtungen 230 an einem Kolben 232 isoliert. Die Kolbenposition ist vorzugsweise beispielsweise durch eine Metalllegierung 234 fixiert. Der Durchmesser des Kolbens 232 ist vorzugsweise so klein wie möglich, um das Abblasen des Speichergefäßes innerhalb der Feuerbeständigkeitszeit zu schaffen. Ein Durchmesser der Metalllegierung 234 ist vorzugsweise relativ groß, um den effektiven Druck zu verringern. Der Kolben 232 weist vorzugsweise eine Verbreiterung 236 am Ende auf. Die Kolbenverbreiterung 236 wird vorzugsweise verwendet, um den Kolben 232 in seiner anfänglichen Position zu fixieren. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine Schraube verwendet werden, um den Kolben zu befestigen. Die Kolbenverbreiterung 236 schützt vorzugsweise einen Spalt zwischen dem Kolben 232 und einem Kanal, in dem er sich bewegt, vor der Metalllegierung 234, wenn sie an die Stelle ”gegossen wird”, und schränkt die Bewegung des Kolbens 232 durch einen Anschlag 238 ein, wenn die Metalllegierung 234 durch obere und Seitenöffnungen 240 nach außen geschoben wird, die im Auslösekörper 242 verfügbar sind, nachdem sie z. B. durch Feuer geschmolzen wird. Stromaufwärts vom Kolben 232 kann eine Dichtungsmembran installiert sein (nicht gezeigt), die am Kolbenende anliegen kann.
Mit Bezug auf 6 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben, das die Feuerbeständigkeit eines komprimierten Brennstoffspeichersystems erhöht und gleichzeitig das Niveau von Lecks von einem Hochdruckspeichergefäß leicht kontrollieren kann.
Dies wird folgendermaßen erreicht. Das Speichersystem 250 umfasst vorzugsweise ein Hochdruckgefäß 252, das vorzugsweise einen Tank für komprimierten Brennstoff 254 und einen Niederdrucktank 256 enthält. Das Hochdruckgefäß 252 kann aus leichter und starker, dennoch feuerempfindlicher Kohlenstofffaser usw. bestehen. Der Niederdrucktank 256 besteht vorzugsweise aus einem nicht brennbaren Material, z. B. Stahl, und ist vorzugsweise von der Außen- und Innenseite durch ein feuerbeständiges Material geschützt, z. B. einen Brandschutzüberzug/-anstrich als internen Feuerschutz 258 und/oder externen Feuerschutz 259. Abstützungen 260 sind vorzugsweise zwischen dem Hochdruckgefäß 252 und dem Niederdrucktank 256 vorgesehen, um die Wärmeübertragung vom einen zum anderen zu verringern. Eine Anzahl von Auslösern 262 ist vorzugsweise an verschiedenen oder entgegengesetzten Seiten des Tanks angeordnet, um auf lokale Feuer zu reagieren, und sie sind vorzugsweise durch ein Auslöserohr 264 mit einer Nabenanordnung 266 verbunden, das vorzugsweise ein Rohr 268 zur Druckentlastungsvorrichtung (nicht dargestellt) umfasst. Die Auslöser 262 können über ein Auslöseröhr verbunden sein, wie in 7 gezeigt. Der Auslöser 262 leitet vorzugsweise die Freisetzung von Gas vom Speichergefäß durch das Rohr zur Druckentlastungsvorrichtung ein.
In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Problem der Erfassung, dass ein Gasspeichertank Feuer an irgendeiner Stelle über die ganze Oberfläche des Tanks ausgesetzt ist, durch Vorsehen eines länglichen Erfassungsrohrs 40 gelöst, das mehrere passive Feuersensoren 42A, 42B, 42C aufnimmt. Jeder Feuersensor 42A, 42B, 42C umfasst einen Kolben 44, der verschiebbar in einem zylindrischen Gehäuse 46 so angebracht ist, dass er zwischen einer zurückgezogenen Position, in der der Kolben 44 innerhalb des zylindrischen Gehäuses 46 angeordnet ist, und einer ausgefahrenen Position, in der zumindest ein Abschnitt des Kolbens 44 aus dem Gehäuse 46 vorsteht, beweglich ist, wobei der Kolben 44 in seiner zurückgezogenen Position durch ein schmelzbares oder brennbares Element 48 zurückgehalten wird. Ein erster Feuersensor 42A ist an einem distalen Ende des länglichen Erfassungsrohrs 40 angebracht. Weitere Feuersensoren 42B, 42C sind an Seitenöffnungen angebracht, die in der Seitenwand des Erfassungsrohrs 40 an beabstandeten Stellen entlang der Länge des Erfassungsrohrs 40 ausgebildet sind.
Ein Basisabschnitt 52 des Erfassungsrohrs 40 ist mit einem Gewindeverbindungselement 54 zur Verbindung mit einem Lüftungsauslass des Druckgasspeichertanks verbunden. Eine zerbrechliche Scheibe 56 ist zwischen dem Basisabschnitt 52 des Erfassungsrohrs 40 und dem Gewindeverbindungselement 54 zum Isolieren des Erfassungsrohrs 40 vom Hochdruckgas innerhalb des Speichertanks angeordnet.
Ein Druckentlastungsdurchgang 50 zweigt vom Erfassungsrohr 40 unmittelbar stromaufwärts der zerbrechlichen Scheibe 56 ab. Ein Sicherheitsventil 100 ist an einem Ende des Druckentlastungsdurchgangs 50 mit einem zylindrischen Gehäuse 116 angebracht, in dem ein kolbenartiges Verteilungselement 118 verschiebbar für eine Bewegung zwischen einer zurückgezogenen Position, in der das Verteilungselement 118 innerhalb des Ventilkörpers 112 angeordnet ist, und einer ausgefahrenen Position, in der das Verteilungselement 118 vom Ventilkörper 112 vorsteht, angebracht ist. Ein unteres Ende 120 des Verteilungselements 118 ist so bemessen, dass es ein enger Gleitsitz innerhalb des zylindrischen Gehäuses 116 des Ventils 100 ist. Eine Vielzahl von Schlitzen 122 ist in den Seiten der Verteilungselemente 118 definiert, um Lüftungsauslässe 122 zu definieren, wie nachstehend genauer beschrieben wird. Eine weitere zerbrechliche Scheibe 126 ist stromaufwärts des Verteilungselements 118 zum Isolieren des Ventilkörpers 112 von der Atmosphäre vorgesehen. Eine Schutzkappe 130 kann über das Ende des Ventils 100 aufgesetzt sein, um die zerbrechliche Scheibe 126 zu schützen. Die Kappe kann ausreichend locker sitzen, um zu ermöglichen, dass die Kappe 130 durch das Verteilungselement 118 verschoben wird, wenn das Verteilungselement 118 in seine ausgefahrene Position bewegt wird, wenn die wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung aktiviert wird. Die zerbrechliche Scheibe 56, die stromaufwärts des Sicherheitsventils 100 angeordnet ist, isoliert das Verteilungselement 118 des Ventils 100 vom Hochdruckgas innerhalb des Speichertanks, bis einer der mehreren Feuersensoren 42A, 42B, 42C ausgelöst wird.
Mit Rückkehr zu 6 ist ein Mechanismus vorzugsweise vorgesehen, um eine Austrittsrate über die ganze Oberfläche und Verbindungen des Hochdruckgefäßes 252 zu kontrollieren. Der Mechanismus ist vorzugsweise am Niederdrucktank 256 installiert, der aus einem leckfreien (d. h. für Gas undurchlässigen) Material besteht. Wenn ein Überdruck, der durch Lecks erzeugt wird, einen vorbestimmten Pegel überschreitet, dann öffnet sich das federbelastete Ventil 270 des Mechanismus vorzugsweise, um den Überdruck über ein kleines Leckrohr 272 zu entlasten. In diesem Moment registriert der Schaltersensor 274 vorzugsweise die Öffnung. Der Schaltersensor 274 ist vorzugsweise mit einer elektronischen Vorrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die ein Signal zum Ändern des Speichersystems sendet, wenn die Frequenz des Schaltersensors 274 über einer festgelegten Grenze liegt oder er nicht in seine anfängliche Position zurückkehrt (z. B. ist das Leck ziemlich stark, um den Schalter schließen zu lassen). Diese periodischen kleinen Lecks werden vorzugsweise nach außen oder zu einem Katalysator durch das kleine Leckrohr 272 gelenkt.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist für den Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich, dass verschiedene Änderungen an der Form und am Detail vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie in den zugehörigen Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims

Gasspeichergefäß mit einem internen Tank, der zumindest teilweise von einem externen Tank mit einer höheren Feuerbeständigkeit als der interne Tank umgeben ist, und einer Druckentlastungsvorrichtung, wobei der interne Tank dazu ausgelegt ist, Gas mit einem höheren Druck als der externe Tank zu speichern, und wobei der externe Tank aus einem unbrennbaren Material ausgebildet ist.
Gefäß nach Anspruch 1, wobei der externe Tank aus einem Material besteht, das für Gas undurchlässig ist.
Gefäß nach Anspruch 1 oder 2, wobei der externe Tank aus Stahl besteht.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der externe Tank mit feuerbeständigen Materialien von außen und/oder innen bedeckt ist.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der interne Tank verwendet wird, um Wasserstoffgas zu speichern.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der interne Gasspeichertank aus einem Verbundmaterial wie z. B. mit Kohlenstofffaser verstärktem Polymer oder Harz besteht.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der interne Gasspeichertank bei der Verwendung ein Gas mit einem ersten Druck speichert und der externe Tank ein Gas mit einem zweiten, niedrigeren Druck speichert.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei eine Gasdruckdifferenz zwischen dem internen und dem externen Tank bei der Verwendung von mindestens 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 920, 940, 960, 980 oder 990 bar besteht.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der interne Tank Drücken bis zu 1000 bar standhalten kann.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der externe Tank angeordnet ist, um für die kontrollierte Freisetzung von kleinen Gaslecks zu sorgen.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der interne Tank so angeordnet ist, dass er vollständig innerhalb des externen Tanks enthalten ist.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Druckentlastungsvorrichtung mit dem internen und/oder dem externen Tank in Verbindung steht.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei ein Raum zwischen dem internen und dem externen Tank zumindest teilweise mit einem Inertgas wie z. B. Stickstoff gefüllt ist.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch mit einer Einrichtung zum Überwachen des Austritts von Gas vom internen Tank in einen Raum zwischen dem internen und dem externen Tank.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch mit einem Gasfreisetzungsventil, das angeordnet ist, um ein Gemisch von Gas und Luft aus einem Raum zwischen dem internen und dem externen Tank nur dann freizusetzen, wenn die Konzentration von Gas im Gemisch unter einem entzündlichen Niveau liegt.
Gefäß nach Anspruch 15, wobei das Gasfreisetzungsventil angeordnet ist, um zu arbeiten, wenn eine Konzentration von Wasserstoff im Gemisch unter 4 Volumen-% liegt.
Gefäß nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Gasfreisetzungsventil federbelastet ist.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der externe Tank ein oder mehrere Gasfreisetzungsventile umfasst, die beim Erfassen eines Drucks über einem Schwellenwert betriebsfähig sind.
Gefäß nach Anspruch 18, wobei der externe Tank eine Einrichtung zum Überwachen der Betätigung des (der) Gasfreisetzungsventils (Gasfreisetzungsventile) umfasst.
Gefäß nach Anspruch 19, wobei die Überwachungseinrichtung angeordnet ist, um die Häufigkeit und/oder Dauer von Gaslecks zu zählen.
Gefäß nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Überwachungseinrichtung Signale von (einem) Schaltersensor(en), der (die) dem (den) Gasfreisetzungsventil(en) zugeordnet ist (sind), misst.
Gefäß nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Druckentlastungsvorrichtung eine Gasauslasseinrichtung, die durch einen Gasdruck betätigbar ist, um sie von einer geschlossenen Position in eine erste offene Position mit einer Auslassfläche A, zu bewegen, und eine Vorbelastungseinrichtung, die angeordnet ist, um die Auslasseinrichtung gegen den Gasdruck in eine zweite offene Position mit einer Auslassfläche A₂, die größer ist als A₁, zu bewegen, umfasst.
Gefäß nach Anspruch 22, wobei die Druckentlastungsvorrichtung ferner mindestens eine wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung wie z. B. ein schmelzbares oder brennbares Element umfasst.
Mit Wasserstoff betriebenes Fahrzeug mit einem Speichergefäß nach einem vorangehenden Anspruch für die Bordspeicherung von Wasserstoffgas.
Gasspeichergefäß mit einer oder mehreren Ventileinrichtungen zum steuerbaren Freisetzen von Gas in Reaktion auf eine Überdruckbedingung und einer Einrichtung zum Überwachen der Betätigung der Ventileinrichtungen.
Gefäß nach Anspruch 25, wobei die Überwachungseinrichtung angeordnet ist, um die Häufigkeit und/oder Dauer von Gaslecks zu zählen.
Druckentlastungsvorrichtung (PRD) zum Entlüften von Gas aus einem Speichergefäß mit einer Gasauslasseinrichtung, die durch Gasdruck betätigbar ist, um sie von einer geschlossene Position in eine erste offene Position mit einer Auslassfläche A₁ zu bewegen, und einer Vorbelastungseinrichtung, die angeordnet ist, um die Auslasseinrichtung gegen den Gasdruck in eine zweite offene Position mit einer Auslassfläche A₂, die größer ist als A₁, zu bewegen.
PRD nach Anspruch 27, wobei eine Zweiweg-Bewegung der Auslasseinrichtung zwischen der ersten und der zweiten offenen Position vorgesehen ist.
PRD nach Anspruch 27 oder 28, die ferner mindestens eine wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung umfasst, die angeordnet ist, um die Auslasseinrichtung vom Gasdruck im Gefäß zu isolieren.
PRD nach Anspruch 29, wobei die wärmeempfindliche Auslöseeinrichtung ein schmelzbares oder brennbares Element umfasst.
PRD nach einem der Ansprüche 27–30, wobei die Auslasseinrichtung durch eine Federvorbelastungseinrichtung in der geschlossenen Position gehalten wird.
PRD nach einem der Ansprüche 27–31, wobei die Auslasseinrichtung ein kolbenartiges Verteilungselement umfasst, das mit mindestens einer darin ausgebildeten Lüftungsöffnung versehen ist.
PRD nach Anspruch 32, wobei das Verteilungselement innerhalb eines Körpers der Vorrichtung verschiebbar angebracht ist, so dass es zwischen einer zurückgezogenen Position, in der mindestens eine Lüftungsöffnung durch einen Abschnitt des Vorrichtungskörpers verdeckt ist, und einer ausgefahrenen Position, in der das Verteilungselement vom Körper vorsteht, um seine Lüftungsöffnung(en) freizulegen, beweglich ist.
PRD nach Anspruch 32 oder 33, wobei die Lüftungsöffnung(en) in der Auslasseinrichtung einen oder mehrere sich axial erstreckende Schlitze umfasst (umfassen), die sich durch eine Seitenwand des Verteilungselements erstrecken.
Druckgasspeichersystem mit einem Speichergefäß, das aus faserverstärktem Polymer ausgebildet ist, einer temperatur- oder wärmeempfindlichen Auslöseeinrichtung und einer Druckentlastungsvorrichtung (PRD), die so angeordnet ist, dass sie dem Gasdruck vom Speichergefäß bei der Betätigung der temperatur- oder wärmeempfindlichen Auslöseeinrichtung ausgesetzt wird.
System nach Anspruch 35, wobei die PRD eine variable Auslassfläche mit einer Gasauslasseinrichtung, die durch Gasdruck betätigbar ist, um sie von einer geschlossenen Position in eine erste offene Position mit einer Auslassfläche A₁ zu bewegen, und einer Vorbelastungseinrichtung, die angeordnet ist, um die Auslasseinrichtung gegen den Gasdruck in eine zweite offene Position mit einer Auslassfläche A₂, die größer ist als A₁, zu bewegen, aufweist.
System nach Anspruch 36, wobei eine Zweiweg-Bewegung der Auslasseinrichtung zwischen der ersten und der zweiten offenen Position vorgesehen ist.