EP4085217A2 - Ventileinrichtung, intankventil und gasdruckspeichersystem, insbesondere für brennstoffzellensysteme, sowie verfahren zum detektieren einer leckage - Google Patents

Ventileinrichtung, intankventil und gasdruckspeichersystem, insbesondere für brennstoffzellensysteme, sowie verfahren zum detektieren einer leckage

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EP4085217A2
EP4085217A2 EP21736517.0A EP21736517A EP4085217A2 EP 4085217 A2 EP4085217 A2 EP 4085217A2 EP 21736517 A EP21736517 A EP 21736517A EP 4085217 A2 EP4085217 A2 EP 4085217A2
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EP
European Patent Office
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valve
pressure
gas
gas pressure
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
EP21736517.0A
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Jan Andreas
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Argo GmbH
Original Assignee
Argo GmbH
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Publication date
Application filed by Argo GmbH filed Critical Argo GmbH
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a valve device, an in-tank valve and a gas pressure storage system with a generic valve device and / or a generic in-tank valve, which can preferably be used in fuel supply systems which, for example, fuel cell systems or applications of fuel cells with fuel, in particular with hydrogen, take care of.
  • the present invention also relates to a method for detecting a leak, in particular in a gas pressure storage system, and to a valve arrangement.
  • the fuel cell can be supplied directly with hydrogen, alternatively there is also the possibility of supplying the fuel cell with hydrogen indirectly via a reformer.
  • a reformer extracts hydrogen from stored natural gas, which is a hydrogen-rich compound, and feeds it to the fuel cell, which generates heat and electricity through an electrochemical reaction.
  • DE 10 2018 116 090 A1 describes a high-pressure container unit 10 with a box-like housing 22, a plurality of cylindrical containers 18 which are lined up inside the housing 22, each container having an opening 30B at an end portion on one side of the container 18 in FIG in the axial direction includes a coupling member 20 that connects the openings 30B to couple the plurality of containers 18 with each other and that includes a flow passage that communicates the interiors of the plurality of containers 18 with each other.
  • the high pressure container unit 10 described has a discharge line 32 which leads from the coupling element 20 through a through hole 46A formed in the housing 22 to the exterior of the housing 22, a valve 34 being connected to the discharge line 32, which opens and closes the flow passage can.
  • Such high-pressure container units offer the advantage that, due to their compactness, in particular the low overall height, they can be arranged simply on the underside of the vehicle of a floor panel 16 (see FIG. 1), which forms the floor of the driver's cab. Accordingly, it is possible to build electric vehicles that are supplied with energy (current) from a battery or alternatively from a fuel cell system with energy (current) on the same vehicle concept.
  • the battery in a battery-powered electric vehicle, the battery can be installed in the area under the vehicle cabin in which the high-pressure container unit 10 is housed in a hydrogen-powered electric vehicle. Due to the advantages mentioned above and the constant further development of fuel cell systems, these have also found their way into other areas or are about to do so.
  • DE 102007 001 912 A1 describes a fuel supply system for a fuel cell system for use in an aircraft.
  • the fuel supply system 110 described has a fuel tank 112, a supply line 114 which connects the fuel tank 112 with an inlet 116 of a fuel cell 118, a tank isolation valve 128 arranged in the supply line 114, a discharge line 146 which connects an outlet 120 of the fuel cell 118 with an unprinted one Area of the aircraft and / or the outside atmosphere connects, and a sensor 144 for detecting an electrical voltage in the fuel cell 118.
  • Such fuel supply systems or fuel supply systems can be used in aircraft to generate the electrical energy required on board an aircraft.
  • a fuel cell system could also be used for the emergency power supply of the aircraft and replace the Ram Air Turbine (RAT) previously used as an emergency power unit.
  • RAT Ram Air Turbine
  • fuel supply systems can also be used to supply aircraft drones, such as
  • Transport drones or personal drones are used to supply the electric drives of the rotors.
  • the heavy batteries that currently limit the range and flight time as well as the transportable charge of such drones can be dispensed with.
  • the fuel supply systems must meet high safety standards and high availability requirements, in particular in the area of passenger transport such as airplanes, drones or automobiles.
  • the intactness of the gas pressure accumulator must always be ensured and the uncontrolled escape of fuel or fuel gas prevented.
  • the invention is fundamentally based on the object of providing a valve device, an in-tank valve and a gas pressure storage system which are able to meet the high safety standards and high availability requirements described above, while at the same time simplifying the respective components, in particular a fuel supply system equipped with it, is achieved and thus the manufacturing costs and the maintenance costs (maintenance effort) can be reduced. Furthermore, the invention is based in particular on the object of providing a valve device, an in-tank valve and a gas pressure storage system with the aid of which it is possible in a simple and reliable manner to detect a leak or a gas leak in a system (the connected or included components). Accordingly, it is also the object of the present invention to provide a method for detecting a possible leak.
  • the present invention provides a valve arrangement with the aid of which a safety valve can be provided in a compact design, in which the safety valve or main valve after a single actuation, in particular manual actuation, remains in an open position, even if an actuation pulse is interrupted or there is a leak.
  • valve device according to claim 1, an in-tank valve according to claim 2, a gas pressure accumulator according to claim 25, a gas pressure accumulator system according to claim 27 and a fuel supply system according to claim 29. Furthermore, the objects are achieved by a method for detecting a possible leakage according to claim 30 and a valve arrangement according to claim 34 solved.
  • one of the basic ideas of the present invention is to provide at least one temperature detection unit, at least one pressure detection unit and a safety valve integrated in a line piece, the safety valve between an open position in which gas can flow through the line piece and a closed position in which no Gas can flow through the line piece can be adjusted, and the temperature detection unit and the pressure detection unit are arranged so that they can detect a temperature and a pressure of the gas flowing through the line piece in a state in which the gas is pressurized at the closed safety valve pending, in other words in a state in which the safety valve is closed, and the valve device is also set up, based on the detected Temperature and pressure values to carry out a leak test of the line section.
  • a valve device in particular a gas handling device, which can preferably be used for a fuel supply system or a fire extinguishing system
  • the fuel supply system preferably being set up to supply a fuel cell system with fuel, in particular hydrogen, at least one temperature detection unit, at least one pressure detection unit, and a safety valve integrated in a line piece, the safety valve being adjusted between an open position in which gas can flow through the line piece and a closed position in which no gas can flow through the line piece , wherein the temperature detection unit and the pressure detection unit are arranged so that they can detect a temperature and a pressure of the gas flowing through the pipe part in a state in which the gas is on the closed fuse safety valve is applied or pending under pressure.
  • the temperature detection unit and the pressure detection unit are arranged or placed in such a way that they can detect the temperature and pressure of the gas in the flow direction, in particular the outflow direction of the gas from a gas pressure accumulator or a gas pressure accumulator system, upstream of the safety valve, i.e. upstream.
  • valve assembly of the present invention can also be used for high pressure applications such as diving ventilators, aerospace applications, drones, general power supplies, and the like. Furthermore, the valve device is set up to carry out a leak test of the line section, in particular of a gas pressure storage system connected to the line section, based on the detected temperature and pressure values, in particular when the safety valve is closed.
  • valve device can open or close a main supply line of a fire extinguishing system that uses nitrogen (N 2) as an extinguishing agent.
  • Such a valve device in particular a gas handling device, can be used in a fuel supply system of a vehicle, in particular an electric vehicle, in order to supply a fuel cell system, which serves as a power generator for the electric motor of the vehicle, with fuel, in particular with hydrogen.
  • vehicle or “means of transport” or other similar terms as used below encompasses motor vehicles in general, such as passenger automobiles including sports utility vehicles (SUV), buses, trucks, various commercial vehicles, water vehicles including various boats and ships , Aircraft, and the like, hybrid vehicles, electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, hydrogen vehicles and other alternative vehicles (e.g. fuels obtained from resources other than petroleum).
  • a hybrid vehicle is a vehicle with two or more energy sources, for example gasoline-powered and electrically powered vehicles at the same time.
  • the term “fuel” is to be understood as a medium or fluid which serves as an energy store on the one hand it is a fuel whose chemical energy is converted into mechanical energy by combustion in internal combustion engines, such as internal combustion engines or gas turbines, on the other hand it can be, for example, hydrogen, which continuously carries out a chemical reaction in a fuel cell (galvanic cell) and thereby generates electrical energy or converts chemical energy into electrical energy.
  • a fuel cell galvanic cell
  • the fuel can be gaseous or liquid.
  • pressure accumulators have also been developed in which hydrogen is stored in both forms, i.e. gaseous and liquefied, the so-called transcritical storage.
  • valve device is designed in the form of an in-tank valve for attachment to a gas pressure accumulator, in particular a hydrogen tank, which is preferably set up to supply a fuel cell system with fuel, in particular hydrogen.
  • the in-tank valve can have all of the features described in relation to the valve device and differs from this only in that it can be mounted directly on a gas pressure accumulator.
  • the components provided in the valve device such as the protective valve
  • the valve device can be brought as close as possible to the gas pressure accumulator, in particular its outlet opening.
  • the protective valve can allow further fuel to escape be avoided.
  • An in-tank valve has the further advantage that in the event of an accident, in which, for example, the downstream piping of the fuel supply system is damaged, in particular separated or torn off from the gas pressure accumulator, at least the components provided in the in-tank valve are still present on the gas pressure accumulator, which can ensure that at least the desired emergency functions of the valve device can be maintained.
  • valve device in particular the in-tank valve, has a connection piece which is designed to be screwable into a gas pressure accumulator, in particular a connection piece / outlet opening of the gas pressure accumulator.
  • valve device can be attached to standardized gas pressure accumulators in a simple and safer manner and can be quickly detached from the gas pressure accumulator for maintenance work or testing work.
  • the line piece is provided in such a way that it protrudes into the gas pressure accumulator when attached to the gas pressure accumulator and has an open end on the side facing the gas pressure accumulator.
  • a sensor tube is provided which runs at least in sections separately from the line piece and is designed such that it protrudes into the gas pressure accumulator and preferably the Temperature detection unit and / or the pressure detection unit is / are provided.
  • the temperature detection unit or the pressure detection unit on the one hand be designed as a thermocouple or a strain gauge (DMS), on the other hand they can be designed as a complete sensor, in particular as an intelligent sensor (in English "smart sensor"), which, for example, already processed sensor signals That is to say, an intelligent sensor can output control and / or regulation signals directly without a controller, in other words, carry out a decentralized control and / or regulation.
  • a thermocouple or a strain gauge DMS
  • an intelligent sensor in English "smart sensor”
  • an intelligent sensor can output control and / or regulation signals directly without a controller, in other words, carry out a decentralized control and / or regulation.
  • an excess flow valve in particular in the outflow direction of the gas or fuel from the gas pressure accumulator in the direction of the consumer, in particular in the direction of the fuel cell, an excess flow valve (im English "excessive flow valve") and / or throttle valve is provided.
  • valve-controlled valve is to be understood as meaning that the valve is actuated by an external pulse or an external force
  • actuating or controlling the valve pneumatically, hydraulically or by an optical signal It is also advantageous if a filter is arranged upstream and / or downstream of the safety valve in the direction of flow S1.
  • a pressure control valve can advantageously be arranged downstream of the safety valve in the direction of flow S1, ie provided downstream of the safety valve and configured to reduce a gas pressure accumulator pressure Pi to a working pressure P2 of a consumer to be supplied with the gas or fuel / or to regulate.
  • gas pressure accumulator pressure Pi is to be understood as the pressure that is present, for example, in a closed gas pressure accumulator that is at least partially filled with a fuel. However, this can also be the pressure that is applied to the safety valve , and from several pressure accumulators, which are combined to form a gas pressure storage system, is fed.
  • the pressure of the stored fuel in particular of the stored hydrogen, can be up to 900 bar.
  • the protective valve must be able to withstand a pressure of up to 900 bar, preferably up to 700 or 875 bar, and in particular be able to close and open against a pressure of up to 900 bar, preferably 700 or 875 bar.
  • working pressure P2 is to be understood as the pressure which is made available by the valve device to a consumer connected downstream of the valve device or to a plurality of consumers connected downstream the working pressure P2 is determined by the consumer to be supplied with fuel by the valve device or by the fuel supply system. If, for example, the consumer is a fuel cell, the working pressure can be P210 bar.
  • the valve device has a first overpressure device, in particular an overpressure valve, which is set up to limit the working pressure P2 regulated by the pressure regulating valve to a preset limit value.
  • a first overpressure device in particular an overpressure valve
  • the working pressure can be limited to 20 bar, which ensures that in the event of an anomaly / fault in the pressure regulating valve of the valve device, the downstream consumer, in particular the fuel cells, is not damaged by an excessively high gas pressure.
  • a second overpressure device in particular a bursting disc, is provided which is designed to protect a gas pressure accumulator connected to the valve device from overpressure.
  • the second overpressure device is not connected to the line section via which the protective valve is connected to the gas pressure accumulator or the gas pressure accumulator system, but rather via a separate pipeline to the gas pressure accumulator or the gas pressure accumulator.
  • a separate pipeline it can also be used to apply the gas pressure accumulator pressure Pi present in the gas pressure accumulator (s) to the pressure detection unit.
  • the individual gas pressure accumulators are not damaged, i.e. are not filled above their maximum permissible pressure .
  • the overpressure device opens a fluid connection to a relief connection and releases the gas or fuel into the environment. This can be done, for example, by bursting the rupture disk, which also ensures that the overpressure device remains in the open state.
  • valve device has a thermal pressure relief device which is set up to transfer the fuel stored under pressure in a gas pressure accumulator connected to the valve device at a predetermined temperature limit value to vent a discharge port to the ambient air.
  • the thermal pressure relief device can preferably have an actuating element which, when the predetermined temperature limit value is reached, opens a valve of the pressure relief device, in particular an irreversible one, the actuating element preferably being formed by a glass body which bursts when the predetermined temperature limit value is reached and thereby actuates the Releases valve, or is formed by a liquid preferably integrated into the gas pressure accumulator, which by expanding its own volume when the predetermined temperature limit value is reached, a mechanism, in particular a Piston system, which triggers the valve of the
  • Pressure relief device actuates or opens.
  • the pressure relief device (109) is instructed and / or actuated to open by an external pulse, in particular an external control command, the external pulse being able to be sent by an external controller.
  • the temperature detection unit and the pressure detection unit are arranged upstream of the safety valve in a flow direction S1 of the gas flowing through the line piece, with at least the measuring points preferably being arranged within a gas pressure accumulator are.
  • the safety valve to lock the fuel stored in a gas pressure accumulator, for example, into the gas pressure accumulator, or to prevent the fuel from flowing out of the gas pressure accumulator, and thus to create a static state in the gas pressure accumulator or the gas pressure storage system.
  • the valve device has a control device which is set up to receive signals, in particular measurement signals from the temperature detection unit and / or the pressure detection unit and / or external sensors and / or a temperature sensor provided on the gas pressure accumulator, in order to process these signals and to output corresponding control signals, in particular to output them to the safety valve and / or the pressure regulating valve and / or the thermal pressure relief device.
  • a control device which is set up to receive signals, in particular measurement signals from the temperature detection unit and / or the pressure detection unit and / or external sensors and / or a temperature sensor provided on the gas pressure accumulator, in order to process these signals and to output corresponding control signals, in particular to output them to the safety valve and / or the pressure regulating valve and / or the thermal pressure relief device.
  • an autarkic system can be created that controls or regulates itself independently without the involvement of an external control such as the control of a fuel cell system or a vehicle.
  • This also has the advantage that a complex cable harness, which connects the individual components of the valve device to an external control, can be dispensed with.
  • it is only necessary, if desired, to connect the control device to an external control for signaling purposes.
  • a vehicle controller can send a start signal to the control device, which then initiates and controls all the steps necessary to start the operation of the downstream fuel cell system.
  • control device is set up to carry out a leak test of the line section, in particular a gas pressure storage system connected to the line section, to bring the safety valve into a closed position and then for a predetermined period of time by means of the temperature detection unit and the pressure detection unit Variety of temperature and pressure values on the safety valve to determine the pending gas or fuel and to carry out the leak test based on the determined temperature and pressure values.
  • the temperature and pressure values are determined within the connected gas pressure accumulator and / or preferably at several measuring points within the connected gas pressure accumulator system.
  • the plurality of recorded temperature and pressure values are preferably compared with one another to determine a characteristic value of the stability and / or a tendency. If the characteristic value of the stability and / or the tendency lies within a predetermined range, the line section, in particular the gas pressure storage system connected to the line section, is tight. I.e. there is no leakage.
  • the term “tendency” defines a change in the recorded temperature and / or the recorded pressure that lasts at least for a certain period of time detected pressure over a predetermined period of time.
  • the valve device has a communication device, which can advantageously be a wireless communication device using infrared, radio, Bluetooth or WLAN (wireless local area network), which is set up to transfer data or information such as Pressures (R, P 2) , temperatures, opening and closing cycles and / or opening and closing positions of the individual valves, in particular the safety valve and / or the pressure regulating valve to send / transmit external users (in English "clients").
  • a communication device can advantageously be a wireless communication device using infrared, radio, Bluetooth or WLAN (wireless local area network), which is set up to transfer data or information such as Pressures (R, P 2) , temperatures, opening and closing cycles and / or opening and closing positions of the individual valves, in particular the safety valve and / or the pressure regulating valve to send / transmit external users (in English "clients").
  • a communication device in particular a wireless communication device, makes it possible, for example, during a refueling process of the gas pressure storage system through a refueling system, for the refueling system to communicate with the valve device before the start of the refueling process in order to query the integrity of the gas pressure storage system or the fuel supply system. If the refueling system determines that the gas pressure storage system to be refueled has, for example, a defect and / or a leak, the refueling system can refuse to start refueling or end the refueling process while refueling has already started.
  • the communication device is set up to receive control commands from external users, such as an external control / main control of a vehicle, an emergency control system that can be operated by the fire brigade, the police or other auxiliary personnel, preferably for the control device to be able to receive.
  • external users such as an external control / main control of a vehicle, an emergency control system that can be operated by the fire brigade, the police or other auxiliary personnel, preferably for the control device to be able to receive.
  • the thermal pressure relief device can have a pulse-controlled valve, by means of which the pressure relief device can be controlled, in particular opened, remotely, for example via radio.
  • controlled here means that the gas pressure accumulator or the gas pressure accumulator is emptied at a predetermined flow rate which is selected so that, on the one hand, the emptying does not take place too quickly, so that the gas pressure accumulator is undercooled, which may lead to damage to the gas pressure accumulator is prevented, but on the other hand it is ensured that the emptying takes place quickly enough so that in the event of a fire, for example, it can be guaranteed that the emptying takes place within a period of usually 3 to 5 minutes, so that the The integrity of the gas pressure accumulator can be guaranteed until the gas pressure accumulator is emptied, whereby the time it takes to empty the gas pressure container depends largely on its size.
  • control device is set up to communicate with a refueling system by means of the communication device in order to exchange information or information with the refueling system, the information (s) being selected from the group: gas pressure accumulator pressure Pi, gas pressure accumulator temperature Ti, filling speed (1 / min) and tightness (there is no leakage) of the gas pressure accumulator, the valve device and / or the fuel supply system.
  • valve device has a temperature control device which is set up to increase the gas or fuel flowing through the valve device, in particular after it has been reduced to working pressure P2 by the pressure regulating valve to condition a predetermined working temperature T A , in particular to cool and / or heat.
  • the working temperature T A is also specified by the consumer to be supplied with gas or fuel, such as the fuel cell, for example.
  • the working temperature T A as well as the working pressure P 2 can be dependent on the load condition of the consumer. For example, in the event of a cold start of the downstream fuel cell system, it can be started up at an increased operating temperature in order to bring the fuel cell system, in particular the fuel cells, to operating temperature more quickly.
  • the temperature control device can have a heating and / or cooling register, the heating register being fed, for example, by waste heat from the fuel cell system.
  • the temperature control device can also be equipped with an electrical heater in the form of heating coils.
  • valve device is additionally equipped with a leakage detection device (sniffer system) which is set up to check or monitor the tightness of at least one component of the valve device, the component being selected from the group: safety valve, Excess flow valve, filter, pressure control valve, first overpressure device, second overpressure device, thermal pressure relief device, temperature control device, temperature detection unit and / or pressure detection unit.
  • a leakage detection device seiffer system
  • the leakage detection device can be designed in such a way that a so-called collecting chamber is provided in the valve device, in which a leakage sensor (sniffer) or gas sensor is arranged, which can detect the smallest amounts of gas.
  • the individual components provided in the valve device such as the safety valve and / or the pressure regulating valve, are channeled into the collecting chamber, which means that the respective components are connected to the collecting chamber by a fluid-carrying channel, so that the escaping gas in the event of a leak in the respective component can flow or be conducted into the collecting chamber and is detected there by the gas sensor.
  • a large number of interfaces or components can be checked or monitored for leaks.
  • the valve device has an orientation detection device which is set up to detect the absolute geometric orientation of the valve device, in particular at least one gas pressure accumulator connected to the valve device, in space (in three-dimensional space), the orientation Detection device has at least one sensor selected from the group: accelerometer, gyroscope and geomagnetic field sensor.
  • control device is set up to select a relief connection based on an alignment of the valve device determined or detected by the alignment detection device, by means of which a gas pressure accumulator can be emptied in a predetermined secure spatial direction.
  • the valve device can have a multiplicity of relief connections which can each be opened or closed by a valve provided, in particular a solenoid valve.
  • Relief pipelines can advantageously be provided at the respective relief connections, which are oriented in different spatial directions in order to discharge the fuel in a desired or advantageous spatial direction in the event of an accident in the vehicle.
  • the relief pipelines are preferably arranged in such a way that the discharged fuel cannot damage any safety-relevant components of the vehicle, in particular the fuel supply system, and does not prevent access to the vehicle.
  • a relief pipe is selected which discharges the fuel upwards, i.e. in a vertical direction, so that lateral access to the vehicle, especially for rescue teams, is is guaranteed.
  • the valve device has an electrical and / or electronic interface by means of which the valve device can be connected to external components / devices in an electrically and / or electronically conductive manner, the external components / devices being selected from the group: Power source such as a battery, a controller / main controller of a vehicle, a controller of a fuel cell, and the like.
  • Power source such as a battery, a controller / main controller of a vehicle, a controller of a fuel cell, and the like.
  • an external vehicle controller can access the parameters such as pressures and / or temperatures detected by the valve device without using the respective sensors to be wired directly, which drastically reduces the cabling effort.
  • valve device has a connection area which is set up to electrically and / or electronically connect external components / devices to the valve device, the external components / devices being selected from the group: external sensors such as the one on the Gas pressure accumulator provided temperature sensor, in-tank valves and the like.
  • the electrical and / or electronic interface can be implemented here, for example, in the form of a CAN bus.
  • connection area differs from the aforementioned electrical and / or electronic interface in that it has a large number of connection terminals according to the requirements, by means of which the individual external components, which, however, preferably belong to the fuel supply system or gas pressure storage system, are connected to the valve device be able.
  • the sensor signals that are transmitted to the valve device in this way can then be bundled and forwarded to one or more external controls through the electrical and / or electronic interface.
  • control device of the valve device is set up to record and / or log refueling cycles of at least one gas pressure accumulator connected to the valve device, and / or the control device is set up to detect a leak, in particular by means of the leak -Detection device to end a refueling of at least one pressure accumulator connected to the valve device or not to start it at all.
  • the valve device has a power generating device, wherein the
  • Electricity generating device has at least one converter which is set up for flow energy, in particular
  • the fuel in particular the hydrogen
  • the pressure can be up to 1000 bar.
  • a corresponding amount of potential energy is stored in the gas pressure accumulator or gas pressure accumulators, which is converted into kinetic energy or flow energy when the fuel is removed from the individual gas pressure accumulator.
  • This kinetic energy or flow energy produced when the fuel flows out of the gas pressure accumulator or the gas pressure accumulator when the downstream consumer is in operation can be used by the
  • Power generating device can be converted into electrical energy, in particular electricity.
  • the electrical current generated in this way can, for example, be fed to an accumulator and temporarily stored therein. If necessary, the electrical current obtained in this way can be used, for example, for conditioning the fuel, in particular the hydrogen, for operating the downstream consumer.
  • the converter is designed in the form of a turbine, wherein the turbine can preferably have a plurality of blades on a hub, one or more wind turbines, and the same, and the converter through Conversion of the flow energy or the internal energy of the flowing fuel into mechanical energy causes an output shaft to rotate, the generator preferably being driven by the output shaft of the converter and thereby generating electrical power.
  • the power generating device can be integrated directly into the valve device, in particular a valve block of the valve device, or it can be connected upstream of the valve device, that is to say it can be designed as a separate assembly.
  • the power generating device upstream of the pressure regulating valve of the valve device, in particular directly at the inlet of the valve device.
  • the converter in particular the turbine, controls or controls the drop in internal energy or the delta P (pressure of the fuel upstream of the converter - the pressure of the fuel downstream of the converter) depending on the pressure present in the gas pressure container . regulates.
  • the converter can reduce a large delta P (internal energy), whereas if the pressure of the fuel in the gas pressure tank approaches the working pressure of the downstream consumer, the delta P must be reduced by one to be able to guarantee sufficient working pressure.
  • the present invention also relates to a gas pressure accumulator with a connection piece into which a valve device as described above or an in-tank valve as described above can be introduced. If necessary, the valve device and / or the gas pressure accumulator is provided with seals in order to position the valve device in a gas-tight manner within the connecting piece of the gas pressure accumulator.
  • Gas pressure accumulators of the generic type are usually designed as hollow bodies which are formed from a multi-layer laminate, in particular a multi-layer plastic laminate.
  • the laminate made of plastic can preferably be provided with a reinforcing fiber material, for example with carbon fibers or with glass fibers, in order to increase its stability.
  • the connecting piece is introduced into this laminate and is usually provided with an internal thread into which a mating thread, which is provided on the connecting piece of the valve device, can be screwed in order to attach the valve device, in particular the in-tank valve, to the gas pressure accumulator, preferably in it.
  • At least one sensor such as a temperature or tension sensor (strain gauge) is embedded in the laminate of the gas pressure accumulator. This makes it possible to collect additional information about the integrity of the gas pressure accumulator and to display it forward the valve device.
  • a temperature or tension sensor strain gauge
  • the present invention also relates to a gas pressure storage system for storing fuel, in particular hydrogen, which is preferably set up to supply a fuel cell system with fuel, in particular hydrogen, comprising: at least one gas pressure storage device, preferably the gas pressure storage device described above with an integrated connection piece, and a valve device , preferably the valve device described above and / or at least one in-tank valve, this preferably being the in-tank valve described above.
  • the individual gas pressure accumulators are designed to be smaller, in particular smaller in diameter can, and thus the gas pressure storage system, in particular the gas pressure storage assembly, can be accommodated more easily in a vehicle.
  • the gas pressure storage system in particular the gas pressure storage assembly
  • the number and size of the gas pressure accumulator (s) can be selected as a function of the requirements and space conditions of the respective vehicle in which the gas pressure accumulator system is to be implemented.
  • the gas pressure accumulator system has at least two gas pressure accumulators, which are each provided with an in-tank valve and are connected to one another in a gas-carrying manner by means of a valve device, so that a fuel supply system can be supplied with a fuel that is stored in the two gas pressure accumulators under high pressure is.
  • the two in-tank valves can be provided with a minimum number of components / functions that are mainly used to ensure emergency functions such as shutting off the respective gas pressure accumulator in the event of a leak in the gas pressure accumulator system or in the fuel supply system.
  • this can include the provision of an excess flow valve, whereby it can be ensured that in the event of an accident the fuel can be discharged in a controlled manner, although the downstream fuel supply system is no longer intact, in particular has leaks.
  • such a gas pressure accumulator system offers the advantage that the other functionalities such as control, interfaces, pressure regulation, pressure limitation and the like can be provided collectively in the valve device for all gas pressure accumulators, thus reducing the number of components and reducing the amount of cabling and thus the manufacturing costs and maintenance costs can be reduced.
  • the present invention also relates to a fuel supply system which is preferably set up to supply a fuel cell system with fuel, in particular hydrogen, the fuel supply system having the valve device described above and possibly the gas pressure storage system described above.
  • the present invention also relates to a method for detecting a possible leak, a gas leak, in a fuel supply system, in particular a gas pressure storage system for storing fuel, in particular hydrogen, which is preferably set up to include a fuel cell system with fuel, in particular
  • the safety valve is pressurized
  • the temperature and pressure values are preferably determined within a connected pressure accumulator and / or at several measuring points within a connected gas pressure storage system.
  • the multiple measuring points can be selected such that they are provided within a large number of pressure accumulators and / or at line junctions and / or valves of the gas pressure accumulator system.
  • the plurality of determined temperature and pressure values are compared with one another to determine a characteristic value of stability and / or a tendency the gas pressure storage system connected to the line section, tight. In other words, there is no leakage.
  • the predetermined range (tolerance range) for the characteristic value of the stability and / or the tendency is based on influencing parameters from the group: outside temperature, starting temperature, starting pressure, is there a refueling or emptying process, solar radiation, Gas accumulator size, refueling or emptying speed and the like determined.
  • the present invention further relates to a valve arrangement of a valve device, in particular the valve device described above, which is preferably used for a fire extinguishing system that preferably uses nitrogen (N 2) as the extinguishing agent, comprising: a main supply line, a main valve integrated into the main supply line, the main valve between an open position in which gas is passed through the Main supply line can flow, and a closed position in which no gas can flow through the main supply line, adjustable, and a pressure control valve which is configured to reduce and / or regulate a pressure of the gas flowing through the main supply line, the main valve by means of a pulse-controlled actuating valve, in particular indirectly, can be brought or switched into the open position, and the valve arrangement is designed such that the main valve remains in the open position, even if an actuation by the pulse-controlled actuating valve is released and / or interrupted.
  • N 2 nitrogen
  • the term "released” means that the actuating valve is released actively or inactive, for example by a voltage drop Pressure of a compressed air or control air, which is used to open the main valve, in particular to open it permanently, is reduced.
  • the main valve can be brought into the open position by actuating the pulse-controlled actuating valve, in particular manually actuating the actuating valve, the actuating valve preferably being a pulse-controlled solenoid valve.
  • the main valve can be actuated indirectly via a piston system by the actuating valve, the piston system preferably having a control piston with a tappet and a pressure element.
  • control piston is under pressure on a pressure side when the actuating valve is actuated is acted upon, in particular by opening an inlet line through the actuating valve.
  • the main valve has a closing element which is acted upon by the pressure element of the piston system against a preferably conical valve seat, whereby the main valve is closed in the non-actuated state, the pressure element preferably being pressed / acted upon by a spring in the direction of the valve seat .
  • the actuating valve can be actuated pneumatically, electrically (for example by a switching pulse of approx. 24 V) or externally controlled.
  • the valve arrangement has a check valve which is arranged in the inlet line for supplying the piston system with compressed air / control air in the flow direction upstream of the actuating valve, and prevents the compressed air / control air applied to the control piston from escaping.
  • the size of the piston area of the control piston is selected such that the main valve remains in the open position even if the pressure on the pressure side of the control piston drops, for example due to a leak or failure of the actuating valve down to a predetermined minimum pressure.
  • the generated piston force which acts on the pressure element via the tappet, is greater than the counteracting spring force / closing force even at a predetermined minimum pressure.
  • valve arrangement has a release valve, which is preferably a needle valve Ball valve or a slowly opening valve that is set up to (again) reduce the pressure on the pressure side of the control piston when actuated, in particular manual actuation, in particular after actuation of the actuating valve, whereby the main valve can return to the closed state.
  • a release valve which is preferably a needle valve Ball valve or a slowly opening valve that is set up to (again) reduce the pressure on the pressure side of the control piston when actuated, in particular manual actuation, in particular after actuation of the actuating valve, whereby the main valve can return to the closed state.
  • Fig. 1 is a perspective view of a
  • FIG. 2 shows a diagram of a fuel supply system according to the prior art
  • FIG. 3 shows a simplified embodiment of a valve device according to the invention
  • FIG. 4 shows a pipeline and instrument flow diagram of an embodiment of a valve device according to the invention
  • FIG. 5 shows a simplified embodiment of a gas pressure storage system according to the invention
  • Fig. 6 shows a further embodiment of a valve device according to the invention, the valve device shown being a further development of the valve device shown in Figures 3 to 5,
  • Fig. 7 shows schematically a perspective view of an embodiment of a gas pressure storage system according to the invention
  • 8 schematically shows a perspective view of a further embodiment of a gas pressure storage system according to the invention
  • FIG. 1 shows a perspective view of a high-pressure container unit 10 according to the prior art.
  • the high-pressure container unit 10 shown comprises a box-like housing 22, a plurality of cylindrical containers 18 which are lined up inside the housing 22, each container 18 including an opening 30B at an end portion on one side in the axial direction, a coupling element 20 which connects the Openings 30B connect to couple the plurality of containers 18 together and that includes a flow passage that communicates the interiors of the plurality of containers 18 with one another.
  • the high pressure container unit 10 described has a discharge line 32 which leads from the coupling element 20 through a through hole 46A formed in the housing 22 to the exterior of the housing 22, a valve 34 being connected to the discharge line 32, which opens and closes the flow passage can.
  • the illustrated high-pressure container unit 10 cannot close the respective containers 18 (gas pressure accumulators) separately, but only together via the valve 34 Coupling element 20 from the entire high-pressure container unit 10.
  • Fig. 2 shows a diagram of a fuel supply system 110 according to the prior art, which can be used, for example, in an aircraft.
  • the fuel supply system 110 described has a fuel tank 112, a supply line 114 which connects the fuel tank 112 with an inlet 116 of a fuel cell 118, a tank isolation valve 128 arranged in the supply line 114, a discharge line 146 which connects an outlet 120 of the fuel cell 118 with an unprinted one Area of the aircraft and / or the outside atmosphere connects, and a sensor 144 for detecting an electrical voltage in the fuel cell 118.
  • tank isolation valve 128 shut off the single fuel tank 112, to isolate it, so to speak, but the tank isolation valve 128 is not installed directly on the fuel tank 112, which means that in the event of a leak between the fuel tank 112 and the tank isolation valve 128 there is no possibility of close the gas leak by closing tank isolation valve 128. After the tank isolation valve 128 has been closed, it is also not possible to provide any information about the integrity of the fuel tank 112 and the pipeline connecting it.
  • FIG. 3 illustrates in a simplified manner an embodiment of a valve device 100 according to the invention, which in the illustrated embodiment is designed as an in-tank valve (OTV) 200, in particular as an OTV-R, ie an in-tank valve with pressure control valve 107.
  • the in-tank valve 200 has a temperature detection unit 101 and a pressure detection unit 102.
  • the temperature detection unit 101 is directly on a connection piece 111 of the In-tank valve 200, by means of which the in-tank valve is attached to a gas pressure accumulator 300, in particular is screwed into it.
  • the temperature detection unit 101 is provided at the end of the connection piece 111 which protrudes into the gas pressure accumulator 300.
  • the temperature detection unit 101 is in direct contact with the fuel stored in the gas pressure accumulator 300.
  • the pressure detection unit 102 is accommodated in an external component which is connected to the in-tank valve 200 in a gas-tight manner, in particular is screwed on.
  • the pressure detection unit 102 is in contact with the stored fuel (fuel gas or hydrogen) via an independent fluid line which at least partially runs through the connecting piece 111.
  • the pressure detection unit 102 can directly detect or measure the pressure (gas pressure accumulator pressure Pi) prevailing in the gas pressure accumulator 300.
  • the in-tank valve 200 shown has a safety valve 104 integrated into a line section 103, the preferably pulse-controlled safety valve 104 between an open position in which gas can flow through the line section 103 and a closed position in which no gas can flow through the line section 103 can flow, can be adjusted.
  • the line section 103 serves to make the fuel stored in the gas pressure accumulator 300 under high pressure (up to 900 bar) available to a downstream consumer (not shown) via a supply connection A2.
  • the two detection units which are designed as sensors, can directly detect the temperature and the pressure of the fuel locked in the gas pressure accumulator by the safety valve 104.
  • the fuel stored in the gas pressure reservoir under high pressure flows via the line section 103 in the direction of the supply connection A2, whereby the stored fuel is available to a downstream consumer is provided.
  • the stored fuel Before reaching the safety valve 104, the stored fuel first flows through a filter 106 in order to remove impurities present in the stored fuel. The fuel then flows through an excess flow valve 105, whereby the maximum flow rate of the fuel flowing out of the gas pressure accumulator 300 is limited, in particular is limited in such a way that the maximum flow rate is determined somewhat higher than the maximum flow rate required by the connected consumer.
  • the pressure control valve 107 is provided in the line section 103 in the flow direction S1, which reduces and / or regulates the gas pressure (gas pressure accumulator pressure) Pi introduced by the gas pressure accumulator 300 to a preset working pressure P2 or working pressure P2 adapted to the workload of the downstream consumer.
  • a check valve is arranged between the safety valve 104 and the pressure regulating valve 107 in such a way that a backflow from the pressure regulating valve 107 in the direction of the safety valve 104 is prevented.
  • a further, preferably magnetic, safety valve is arranged after the pressure regulating valve 107, whereby this safety valve makes it possible to shut off or lock in the fuel that has already been reduced to working pressure P2 in the valve device 100, in particular the in-tank valve 200 and to run the consumer arranged afterwards, for example a fuel cell system, empty.
  • the further safety valve is designed in such a way that it can only open up to a predetermined pressure such as 50 bar, i.e. a pressure which is on the one hand lower than the maximum pressure of 350 bar, 700 bar prevailing in the gas pressure accumulator 300, 875 bar or 900 bar and, on the other hand, greater than the working pressure P2 required by the downstream consumer.
  • the in-tank valve 200 shown has a first overpressure device 110 in the form of an overpressure valve, which in the embodiment shown is set to a pressure of 19 bar, so that the working pressure P2 applied to the downstream consumer is limited to 19 bar. If the pressure regulating valve 107 has a malfunction and, for example, reduces the pressure of the fuel to only 50 bar, the pressure relief valve 110 opens and releases the excess fuel to the environment via the relief connection A3.
  • the in-tank valve 200 shown also has a second one Overpressure device 108, which is designed as a rupture disk and is set up to protect the gas pressure accumulator 300 connected to the in-tank valve 200 from overpressure.
  • the in-tank valve 200 has a thermal pressure relief device 109 which is set up to open at a predetermined temperature limit value, ie to open a valve of the pressure relief device 109 that is closed by default, in order to supply the fuel stored in the gas pressure accumulator 300 via the relief connection A3 to drain the environment.
  • the pressure relief device 109 is designed in such a way that the fuel cannot escape too quickly in order to protect the gas pressure accumulator 300 from damage, but still allow the fuel to escape at a sufficiently high speed, usually within 3 to 5 minutes, so that the integrity of the gas pressure accumulator 300 can be guaranteed until it is completely emptied.
  • the pressure relief device 109 can be arranged parallel to the second overpressure device 108 (rupture disk) and the pressure detection unit 102 in a fluid line which connects the relief connection A3 to the interior (storage space) of the gas pressure accumulator 300 in a fluid-carrying manner. Furthermore, the pressure relief device 109 can be irreversibly actuated, ie opened, by bursting a glass body, the bursting of the glass body being set so that the bursting occurs at a predetermined temperature and possibly only after the predetermined temperature has been reached for a predetermined period of time.
  • the pressure relief device can also be actuated by an external pulse or by activation.
  • the in-tank valve shown has a control device 120 which can serve to evaluate the values recorded by the recording devices 101 and 102 and, if necessary, to log them and, based on the recorded values, an integrity state of the gas pressure accumulator 300 and the in-tank valve 200 to determine.
  • the control device 120 is also set up to control a fuel supply process of the downstream consumer based on the detected values, in particular to open or close the pressure regulating valve 107 accordingly.
  • the pressure control valve can also be partially opened or closed, so that degrees of opening between 0% and 100% are also possible.
  • the in-tank valve 200 shown in FIG. 3 has a communication device which has, for example, a Bluetooth and a WLAN antenna, by means of which the in-tank valve 200 can communicate wirelessly with external users. Furthermore, the in-tank valve shown has a leakage detection device as already described in detail above.
  • the in-tank valve 200 shown has a refueling connection (filling connection) Al, by means of which the gas pressure accumulator can be filled with gas, in particular fuel.
  • the in-tank valve 200 shown has a separate refueling channel in which the fuel introduced is conducted into the gas pressure accumulator 300 in the flow direction S2.
  • a filter is in turn provided in the refueling channel in order to prevent impurities which are present in the fuel to be filled from reaching the gas pressure accumulator 300 and accumulating therein.
  • a check valve or several check valves connected one behind the other are arranged, which prevent the filled fuel from flowing back to the filter.
  • a further non-return valve is provided at the end of the refueling channel facing the gas pressure accumulator 300, which prevents the filled fuel from escaping via the refueling connection A1.
  • FIG. 4 shows a pipeline and instrument flow diagram of an embodiment of a valve device 100 according to the invention, the valve device 100 shown corresponding in terms of its basic structure to the in-tank valve 200 shown in FIG.
  • the valve device 100 shown in particular the gas handling device, has six interfaces with which the valve device 100 can be connected to external components, in particular can be connected in a fluid-carrying manner.
  • the interface 1 is used to connect an individual gas pressure accumulator 300 or a gas pressure accumulator system 400 to the valve device 100
  • Fuel stored under high pressure in the gas pressure accumulator 300 can be supplied to a consumer, and two measurement and diagnosis paths.
  • the first measurement and diagnosis path connects the interior (fuel filling) of the gas pressure accumulator 300 with a temperature element (temperature detection unit 101) provided in the valve device, by means of which the temperature of the fuel in the gas pressure accumulator 300 can be detected.
  • the second measurement and diagnosis path is divided into three parallel paths / lines, on one of the three paths an interface 5 is formed on the one hand, to which an exchangeable / mountable pressure sensor element (pressure detection unit 102) is connected.
  • the pressure sensor element connected to the interface 5 detects the pressure within the gas pressure accumulator 300 via the second measurement and diagnostic path.
  • a rupture disk (overpressure device 108), which protects the connected gas pressure accumulator 300 from overpressure, is arranged in a second path.
  • a predetermined limit value for example 900 bar
  • a thermal pressure relief device (TPRD) is provided on the third path, which, when a predetermined limit value / maximum temperature is reached, for example in the event of an accident resulting in fire, also opens access to interface 4 (relief connection A3), whereby the one stored in gas pressure accumulator 300 Fuel can be released / drained into the environment in a controlled manner. A channeled release to the environment can take place here. This means that the direction of the release is chosen such that the outflowing fuel is released in a direction in which no components and / or people are endangered.
  • a filter F2 As can also be seen from FIG. 4, a filter F2, a check valve CV2 and an excess flow valve EFV, the function of which has already been described in connection with FIG. 3, are arranged within the gas pressure accumulator 300.
  • a safety valve SV1 In the main supply line, a safety valve SV1, a check valve CV3, a pressure control valve PR and a further safety valve SV2 are arranged in the direction of flow to an interface 3 to which a downstream consumer such as a fuel cell system can be connected, with both safety valves being designed as solenoid valves.
  • an overpressure device PRV is connected downstream of the second safety valve SV2 in the direction of flow, which, when a preset maximum pressure is reached, which is selected so that the downstream consumer cannot be damaged, triggers and, in the actuated state, access to interface 4 (relief connection A3 ) opens, whereby the excess fuel can be drained to the outside.
  • valve device 100 shown has an interface 2 via which, for example, a refueling system can be connected to the valve device 100 for filling the gas pressure accumulator 300.
  • a filter F1 to which the gas pressure accumulator 300 is connected, a filter F1, a check valve CV1 and the check valve CV2 provided in the gas pressure accumulator 300 are arranged.
  • the supply line (secondary supply line) is advantageously connected to the main supply line via a check valve CV4, in particular between the check valve CV3 and the pressure regulating valve PR.
  • FIG. 5 shows a simplified embodiment of a gas pressure accumulator system 400 according to the invention, which, for example, consists of two gas pressure accumulators 300, two in-tank valves 200, each screwed into a gas pressure accumulator 300, and a valve device 100, which is designed as a gas handling device.
  • the gas handling device comprises all of the components described in relation to the in-tank valve 200 shown in FIG. 3, or the functions associated therewith.
  • the two in-tank valves 200 shown, on the other hand, are limited to the minimum necessary safety functions.
  • the two in-tank valves 200 each have a safety valve 204 by means of which an undesired outflow of the fuel from the individual gas pressure accumulators 300 can be prevented, in particular in the event of an accident.
  • the protection valves 204, as well as the protection valve 104 of the gas handling device 100 are self-closing valves.
  • the in-tank valves 200 each include an excess flow valve 206 which is set up to limit the outflow of the fuel to a predetermined maximum value.
  • the in-tank valves 200 have a refueling channel 207 which is provided with a check valve.
  • a filter 205 is arranged upstream of the safety valve 204, in particular upstream of the excess flow valve 206.
  • the two in-tank valves 200 also have a temperature and / or pressure detection device 201.
  • the gas handling device 100 downstream of the in-tank valves 200 in the outflow direction S1 also has an excess flow valve 106 which is used to limit the flow rate of fuel accumulated by the plurality of connected gas pressure accumulators 300 (here two). Furthermore, the gas handling device 100 has a connection area 150, by means of which the two in-tank valves 200 are electrically and electronically connected to the gas Handling device 100, in particular its control device 120, are connected. In this way, the control device 120 can access the values or data ascertained by means of the temperature and / or pressure detection device 201 and accordingly actuate the safety valves 204 if necessary.
  • FIG. 6 shows a pipeline and instrument flow diagram of a further embodiment of a valve device 100 according to the invention, the valve device shown being a further development of the valve device shown in FIGS.
  • the valve device shown in FIG. 6 also has interfaces 1 to 4, only interfaces 5 (pressure detection unit 102) and 6 (signal connection) are missing. This is because the control device 120 and the pressure detection unit 102 are integrated directly into the valve device 100.
  • an excess flow valve EFV1.1 in the illustrated embodiment of the valve device 1 in the flow direction from the interface 1 to the interface 3, to which a consumer can also be connected, in the main supply line an excess flow valve EFV1.1, a first manual valve (Safety valve) MV1.1, a filter Fl.l, a solenoid valve XV 1.1, a pressure control valve PRV1.1, a second filter Fl.2 and a second manual valve MV1.4.
  • an overpressure device PSV1 is also provided here after the pressure control valve PRV1.1, which can discharge excess fuel to the outside via the interface 4.
  • a pressure sensor PT1.1 and a temperature sensor TT1.1 are not only provided upstream of the pressure regulating valve PRV1.1, but also downstream of the pressure regulating valve PRV1.1 in the direction of flow Pressure sensor PT1.2 and a temperature sensor TT1.2 are provided.
  • This design is particularly advantageous if the valve device 100 has a temperature control device 170.
  • the state (temperature and pressure) of the fuel after the pressure has been reduced can be detected by the pressure regulating valve PRV1.1 and the temperature control device 170 controlled accordingly. In this way, it is possible to optimize the conditioning of the fuel for the downstream consumer.
  • the additionally ascertained status information can be used to carry out the leak test.
  • the tightness test in particular the tightness test of the gas pressure accumulator 300 and / or the gas pressure accumulator system 400, can be carried out more reliably in particular during the operation of the downstream consumer, in particular the fuel cell system, ie during a continuous outflow of the fuel stored in the gas pressure accumulator 300.
  • FIG. 7 schematically shows a perspective view of an embodiment of a gas pressure storage system 400 according to the invention.
  • the gas pressure storage system 400 shown consists of four gas pressure storage devices 300 arranged next to one another, each of which is provided with an in-tank valve 200 (OTV), which in turn are connected to one another via a fluid line.
  • OTV in-tank valve 200
  • the four in-tank valves 200 which are attached to the front of the gas pressure accumulator 300, each have a thermal pressure relief device (TPRD), a temperature and a pressure detection unit (TT, PT) and a solenoid valve ( SV). Furthermore, the four in-tank valves 200 are connected via lines to a common pressure control valve, which increases the pressure in the gas pressure accumulators 300 to a working pressure reduced. After the pressure control valve (PR), which also has a pressure detection unit (PT), the channeled fuel is fed via a line to a manual valve which is coupled to a safety valve.
  • TPRD thermal pressure relief device
  • TT, PT temperature and a pressure detection unit
  • SV solenoid valve
  • the four gas pressure accumulators are channeled to form a supply line via which the four gas pressure accumulators 300 can be refueled or filled.
  • the relief outlets of the four thermal pressure relief devices (TPRDs) are also channeled in order to allow the fuel flowing out in an emergency to be channeled and directed, in particular in a required direction, via a common line.
  • FIG. 8 schematically shows a perspective view of a further embodiment of a gas pressure storage system 400 according to the invention.
  • the gas pressure storage system 400 shown has basically the same components as the gas pressure storage system 400 shown in FIG.
  • the gas pressure storage system 400 shown in FIG. 8 differs, however, in that a large number of safety-relevant components, which were formed separately in the gas pressure storage system 400 of FIG. 7, are integrated in one unit, namely in a gas handling device 100.
  • the pressure control valve (PR), the manual valve and the safety valve are integrated in the gas handling device.
  • the solenoid valves (SV) provided in each of the in-tank valves 200 (OTVs) in FIG. 7 are implemented in the gas handling device 100 as a single solenoid valve (SV).
  • FIG. 9 shows a sectional view of a further embodiment of a valve device 100 according to the invention.
  • FIG. 9 is basically intended to show the concrete implementation of a main valve, which is preferably used in valve devices that are used, for example, for fire extinguishing systems that preferably use nitrogen as an extinguishing agent.
  • the valve arrangement 500 of such a valve device has a main supply line 501, a main valve 502 integrated into the main supply line, the main valve between an open position, in which gas can flow through the main supply line 501, and a closed position, in which no gas can flow through the main supply line 501 is adjustable, and a pressure regulating valve 503 which is configured to reduce and / or regulate a pressure of the gas flowing through the main supply line.
  • the main valve 502 can be actuated indirectly via a piston system 505 by means of a pulse-controlled actuating valve 504, which is designed as a solenoid valve, the piston system 505 having a control piston 506 with a plunger and a pressure element 507.
  • the actuating valve 504 If the actuating valve 504 is actuated, it opens an inlet line 508, via which the control piston 506, in particular a pressure side of the control piston, is supplied or acted upon with compressed air or control air.
  • a check valve 510 is arranged upstream of the actuating valve 504 in the direction of flow of the compressed air or control air, which prevents the pressure applied on the pressure side of the control piston from being exerted on the pressure side of the control piston even in the event that the actuating valve is only actuated for a short time or is released due to a defect sinks. As can also be seen in FIG.
  • the actuating valve 504 is now actuated and compressed air or control air is present on the pressure side of the control piston 506, this is pressed in the direction of the main valve 502, in particular the closing element 509 of the main valve 502, and since the piston force generated by the control piston 506 is greater as the spring force of the spring 512, the tappet of the control piston 506 pushes the pressure element 507 against the spring 512 whereby the closing element 509 is released and is pushed away from the valve seat by the pressure of the gas (useful gas).
  • the main valve 502 is in the open position.
  • valve arrangement 500 in particular a size of the piston area of the control piston 506, is selected in such a way that, even if the pressure on the pressure side of the control piston drops, which can happen, for example, due to a leakage and failure of the actuating valve, down to a predetermined minimum pressure, the main valve 502 remains in the open position.
  • the generated piston force which acts on the pressure element via the plunger, is greater than the counteracting spring force / closing force even at a predetermined minimum pressure.
  • a release valve 511 must be actuated manually. If the release valve 511 is actuated, the pressure on the pressure side of the control piston is reduced, as a result of which the main valve 502 returns to the closed state. It is evident to the person skilled in the art that individual features, each described in different embodiments, can also be implemented in a single embodiment, provided that they are not structurally incompatible. Likewise, various features that are described in the context of a single embodiment can also be provided in several embodiments individually or in any suitable sub-combination.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung (100) für eine Kraftstoffversorgungsanlage, die bevorzugt dazu eingerichtet ist ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff zu versorgen, umfassend: mindestens eine Temperaturerfassungseinheit (101), mindestens eine Druckerfassungseinheit (102), und ein in ein Leitungsstück (103) eingebundenes Sicherheitsventil (104), wobei das Sicherheitsventil (104) zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch das Leitungsstück (103) strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch das Leitungsstück (103) strömen kann, verstellt werden kann, wobei die Temperaturerfassungseinheit (101) und die Druckerfassungseinheit (102) so angeordnet sind, dass sie eine Temperatur und einen Druck des durch das Leitungsstück (103) strömenden Gases in einem Zustand erfassen können, in dem das Gas an dem geschlossenen Sicherheitsventil (104) druckbeaufschlagend ansteht. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Intankventil (200), das sämtliche in Bezug auf die Ventileinrichtung (100) beschriebenen Merkmale aufweisen kann und sich lediglich dadurch von der Ventileinrichtung (100) unterscheidet, dass es direkt auf einen Gasdruckspeicher (300) montierbar ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Gasdruckspeichersystem zur Speicherung von Kraftstoff, umfassend: mindestens einen Gasdruckspeicher (300) sowie eine Ventileinrichtung (100). Abschließend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren einer möglichen Leckage in einer Kraftstoffversorgungsanlage sowie eine Ventilanordnung (500).

Description

VENTILEINRICHTUNG, INTANKVENTIL UND GASDRUCKSPEICHER SYSTEM, INSBESONDERE FÜR BRENNSTOFFZELLENSYSTEME, SOWIE VERFAHREN ZUM DETEKTIEREN EINER LECKAGE
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, ein Intankventil sowie ein Gasdruckspeichersystem mit einer gattungsgemäßen Ventileinrichtung und/oder einem gattungsgemäßen Intankventil, wobei diese bevorzugt in Kraftstoff-versorgungsanlagen zum Einsatz kommen können, die beispielsweise Brennstoffzellensystemen bzw. Anwendungen von Brennstoffzellen mit Kraftstoff, insbesondere mit Wasserstoff, versorgen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren einer Leckage, insbesondere in einem Gasdruckspeichersystem, und eine Ventilanordnung .
Stand der Technik
Mit dem steigenden Druck der Bevölkerung an die Automobilindustrie sowie die Politik, umweltfreundliche Antriebstechnologien zu entwickeln und bereitzustellen, dem viel diskutierten Kohleausstieg, dem Klimawandel und der damit verbundenen höheren Bereitschaft der Industrie auf saubere Technologien zu setzen, wurde in den letzten Jahren verstärkt im Bereich der alternativen Antriebskonzepte geforscht. Darunter fallen zum einen alternative Kraftstoffe wie Wasserstoff, Ethanol bzw. Erdgas und zum anderen alternative Antriebe wie Hybrid- und Elektromotoren. Hier wurden unter anderem große Fortschritte im Bereich der Brennstoffzellen-Technologie bzw. Wasserstof fantriebs- technologie gemacht. So konnten einerseits viele Kinderkrankheiten, die anfänglich bestanden, ausgeräumt werden sowie Kosten verursachende Faktoren behoben oder zumindest reduziert werden. Ein Bestandteil, der nach wie vor hohe Kosten verursacht, ist das Platin, das bisher als Katalysator verwendet wird. Jedoch haben auch hier Forscher und Ingenieure Erfolge mit extrem dünnen Platinschichten erzielt, während zeitgleich bereits erfolgreich mit Kobalt als Platinersatz experimentiert wird. Ferner konnten Brennstoffzellensysteme in ihrer Größe wesentlich reduziert werden. Während beispielsweise das Brennstoffzellensystem NECAR 5 noch den gesamten Unterboden ausfüllte, konzentriert sich die benötigte Technik heute nur noch auf den Raum unter der Motorhaube.
Die genannten Beispiele zeigen, dass Brennstoffzellensysteme als alternative Antriebstechnologie in den letzten Jahren Serienreife erreicht haben. Entsprechend wächst die Nachfrage nach sicheren Speichersystemen für den notwendigen Kraftstoff bzw. das Brenngas. Hier kann einerseits die Brennstoffzelle direkt mit Wasserstoff versorgt werden, alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Brennstoffzelle indirekt über einen Reformer mit Wasserstoff zu versorgen. Hierzu gewinnt ein Reformer aus gespeichertem Erdgas, das eine wasserstoffreiche Verbindung ist, Wasserstoff und führt diesen der Brennstoffzelle zu, welche durch eine elektrochemische Reaktion Wärme und Strom erzeugt.
Um in einem Fahrzeug oder Verkehrsmittel, insbesondere in einem Passagierautomobile, ausreichend viel Kraftstoff bzw. Brenngas lagern zu können, der notwendig ist eine zufriedenstellende Reichweite des Fahrzeugs sicherzustellen, geht in jüngster Zeit der Trend von der bisher etablierten Bauweise mit einem Druckbehälter hin zu Hochdruckbehälter- einheiten, welche eine Vielzahl von einzelnen Behältern umfassen.
So beschreibt die DE 10 2018 116 090 Al eine Hochdruckbehältereinheit 10 mit einem kastenartigen Gehäuse 22, eine Vielzahl von zylindrischen Behältern 18, die im Inneren des Gehäuses 22 aufgereiht sind, wobei jeder Behälter eine Öffnung 30B an einem Endabschnitt auf einer Seite des Behälters 18 in der axialen Richtung beinhaltet, ein Kopplungselement 20, das die Öffnungen 30B verbindet, um die Vielzahl von Behältern 18 miteinander zu koppeln, und das einen Strömungsdurchgang beinhaltet, der die Innenräume der Vielzahl von Behältern 18 kommunizierend miteinander verbindet. Ferner weist die beschriebene Hochdruck behältereinheit 10 eine Ausführleitung 32 auf, die von dem Kopplungselement 20 durch ein in dem Gehäuse 22 gebildetes Durchgangsloch 46A zum Äußeren des Gehäuses 22 führt, wobei an der Ausführleitung 32 ein Ventil 34 angeschlossen ist, das den Strömungsdurchgang öffnen und schließen kann.
Derartige Hochdruckbehältereinheiten bieten den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer Kompaktheit, insbesondere der niedrigen Bauhöhe, einfach auf der Fahrzeugunterseite eines Bodenpaneels 16 (siehe Fig. 1), welches den Boden der Fahrkabine bildet, angeordnet werden können. Entsprechend besteht die Möglichkeit, Elektrofahrzeuge, die einerseits von einer Batterie mit Energie (Strom) versorgt werden, oder alternativ von einem Brennstoffzellensystem mit Energie (Strom) versorgt werden, auf dem gleichen Fahrzeugkonzept aufzubauen .
Entsprechend kann bei einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug die Batterie in dem Bereich unter der Fahrzeugkabine installiert werden, in dem bei einem wasserstoffbetriebenen Elektrofahrzeug die Hochdruckbehälter einheit 10 untergebracht ist. Aufgrund der oben genannten Vorteile und der stetigen Weiterentwicklung von Brennstoffzellensystemen haben diese auch in anderen Bereichen Einzug gefunden oder stehen kurz davor. So beschreibt beispielsweise die DE 102007 001 912 Al eine Brennstoffversorgungsanlage für ein Brennstoff zellensystem für den Einsatz in einem Flugzeug. Die beschriebene Brennstoffversorgungsanlage 110 weist einen Brennstofftank 112, eine Zufuhrleitung 114, die den Brennstofftank 112 mit einem Einlass 116 einer Brennstoffzelle 118 verbindet, ein in der Zufuhrleitung 114 angeordnetes Tankisolationsventil 128, eine Abfuhrleitung 146, die einen Auslass 120 der Brennstoffzelle 118 mit einem nicht bedruckten Bereich des Flugzeugs und/oder der Außenatmosphäre verbindet, und einen Sensor 144 zur Erfassung einer elektrischen Spannung in der Brennstoffzelle 118 auf.
Derartige Kraftstoffversorgungsanlagen bzw. Brennstoff versorgungsanlagen können in Flugzeugen zur Erzeugung der an Bord eines Flugzeugs benötigten elektrischen Energie herangezogen werden. Beispielsweise ist es denkbar, die derzeit zur Bordstromversorgung eingesetzten, von den Haupttriebwerken oder der Hilfsturbine angetriebenen Generatoren durch ein Brennstoffzellensystem zu ersetzen. Hierdurch könnte der Gesamtwirkungsgrad der Triebwerke weiter gesteigert werden. Darüber hinaus könnte ein derartiges Brennstoffzellensystem auch zur Notstromversorgung des Flugzeugs verwendet werden und die bisher als Notstromaggregat eingesetzten Ram Air Turbine (RAT) ersetzen.
Ferner können Kraftstoffversorgungsanlagen auch zur Versorgung von Flugdrohnen, wie beispielsweise
Transportdrohnen oder auch Personendrohnen, zur Versorgung der elektrischen Antriebe der Rotoren verwendet werden. Auf diese Weise kann auf die schweren Akkus die derzeitig die Reichweite und Flugzeit sowie die transportierbare Ladung derartiger Drohnen limitieren, verzichtet werden. All den oben beschriebenen Anwendungsgebieten für Kraftstoff- bzw. Brennstoffversorgungsanlagen ist jedoch ein Problem gemeinsam: die Kraftstoffversorgungsanlagen müssen hohen Sicherheitsstandards sowie hohen Anforderungen an Verfügbarkeit genügen, insbesondere im Bereich der Personenbeförderung wie Flugzeugen, Flugdrohnen oder Automobilen. Hierbei muss insbesondere beim Auftreten eines Notfalls wie beispielsweise eines Feuers an Bord eines Flugzeugs, beim Unfall eines Fahrzeugs oder Brand eines Fahrzeugs stets die Intaktheit des Gasdruckspeichers gesichert werden sowie das unkontrollierte Entweichen des Kraftstoffes bzw. des Brenngases unterbunden werden.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt grundsätzlich die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung, ein Intankventil und ein Gasdruckspeicher system zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, einerseits den oben beschriebenen hohen Sicherheitsstandards sowie hohen Anforderungen an Verfügbarkeit zu genügen, während gleichzeitig eine Vereinfachung der jeweiligen Komponenten, insbesondere einer damit ausgestatteten Kraftstoffversorgungsanlage, erzielt wird und damit die Herstellungskosten sowie die Wartungskosten (Wartungsaufwand) reduziert werden können. Ferner liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung, ein Intankventil und ein Gasdruckspeichersystem bereitzustellen, anhand deren es auf einfache und zuverlässige Weise möglich ist, eine Leckage bzw. ein Gasleck in einem System (den angebundenen bzw. umfassten Komponenten) zu detektieren. Entsprechend ist es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Detektieren einer möglichen Leckage bereitzustellen. Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung eine Ventilanordnung bereit, anhand welcher in kompakter Bauweise ein Sicherheitsventil bereitgestellt werden kann, bei dem das Sicherheitsventil bzw. Hauptventil nach einmaliger Betätigung, insbesondere manueller Betätigung, in einer geöffneten Stellung verharrt, auch wenn ein Betätigungsimpuls unterbrochen wird oder eine Leckage vorliegt.
Die genannten Aufgaben werden gelöst durch eine Ventileinrichtung nach Anspruch 1, ein Intankventil nach Anspruch 2, einem Gasdruckspeicher nach Anspruch 25, einem Gasdruckspeichersystem nach Anspruch 27 sowie eine Kraftstoffversorgungsanlage nach Anspruch 29. Ferner werden die Aufgaben durch ein Verfahren zum Detektieren einer möglichen Leckage nach Anspruch 30 sowie eine Ventilanordnung nach Anspruch 34 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei der Gegenstand der die Ventileinrichtung bzw. das Intankventil betreffenden Ansprüche im Rahmen des Gasdruckspeichers, des Gasdruckspeichersystems, der Kraftstoffversorgungsanlage, in dem Verfahren zum Detektieren einer möglichen Leckage sowie der Ventilanordnung zum Einsatz kommen kann und umgekehrt.
Hierbei ist einer der Grundgedanken der vorliegenden Erfindung mindestens eine Temperaturerfassungseinheit, mindestens eine Druckerfassungseinheit und ein in ein Leitungsstück eingebundenes Sicherheitsventil bereit zustellen, wobei das Sicherheitsventil zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch das Leitungsstück strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch das Leitungsstück strömen kann, verstellt werden kann, und die Temperaturerfassungseinheit und die Druckerfas sungseinheit so angeordnet sind, dass sie eine Temperatur und einen Druck des durch das Leitungsstück strömenden Gases in einem Zustand erfassen können, in dem das Gas an dem geschlossenen Sicherheitsventil druckbeaufschlagend ansteht, mit anderen Worten in einem Zustand, in dem das Sicherheitsventil geschlossen ist, und die Ventileinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, basierend auf den erfassten Temperatur- und Druckwerten eine Dichtheitsprüfung des Leitungsstücks durchzuführen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Ventileinrichtung, insbesondere eine Gas-Handhabungs- einrichtung, die bevorzugt für eine Kraftstoffversorgungs anlage oder ein Feuerlöschsystem, verwendbar ist, wobei die Kraftstoffversorgungsanlage bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zu versorgen, mindestens eine Temperaturerfassungseinheit, mindestens eine Druckerfassungs einheit, und ein in ein Leitungsstück eingebundenes Sicherheitsventil, wobei das Sicherheitsventil zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch das Leitungsstück strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch das Leitungsstück strömen kann, verstellt werden kann, auf, wobei die Temperaturerfassungseinheit und die Druckerfassungseinheit so angeordnet sind, dass sie eine Temperatur und einen Druck des durch das Leitungsstück strömenden Gases in einem Zustand erfassen können, in dem das Gas an dem geschlossenen Sicherheitsventil druckbeaufschlagend anliegt oder ansteht.
Mit anderen Worten sind die Temperaturerfassungseinheit und die Druckerfassungseinheit so angeordnet bzw. platziert, dass sie die Temperatur und den Druck des Gases in Strömungsrichtung, insbesondere Ausströmrichtung des Gases aus einem Gasdruckspeicher bzw. einem Gasdruckspeichersystem, vor dem Sicherheitsventil, d.h. stromaufwärts, erfassen können.
Die Ventileinrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner für Hochdruckanwendungen wie beispielsweise Beatmungsgeräte im Tauchsport, Luftfahrtanwendungen, Drohnen, der allgemeinen Energieversorgung, und dergleichen verwendet werden. Ferner ist die Ventileinrichtung dazu eingerichtet, basierend auf den erfassten Temperatur- und Druckwerten eine Dichtheitsprüfung des Leitungsstücks, insbesondere eines an das Leitungsstück angeschlossenen Gasdruckspeichersystems, durchzuführen, insbesondere im geschlossenen Zustand des Sicherheitsventils .
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die Ventileinrichtung eine Hauptversorgungsleitung eines Feuerlöschsystem das Stickstoff (N2) als Löschmittel verwendet, öffnen oder schließen kann.
Eine derartige Ventileinrichtung, insbesondere Gas- Handhabungseinrichtung kann in einer Kraftstoffversorgungs anlage eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, zum Einsatz kommen, um ein Brennstoffzellensystem, das als Stromerzeuger für den Elektromotor des Fahrzeugs dient, mit Kraftstoff, insbesondere mit Wasserstoff, zu versorgen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Fahrzeug" oder „Verkehrsmittel" oder andere ähnliche Begriffe wie nachfolgend genutzt Kraftfahrzeuge im Allgemeinen, wie Passagierautomobile umfassend Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge umfassend verschiedene Boote und Schiffe, Flugzeuge, und dergleichen, Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, Wasser stoff-Fahrzeuge und andere alternative Fahrzeuge (z.B. Treibstoffe welche aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) . Wie hier angeführt, ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug mit zwei oder mehreren Energieträgern, zum Beispiel benzinbetriebene und gleichzeitig elektrisch betriebene Fahrzeuge .
Des Weiteren ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Kraftstoff" ein Medium bzw. Fluid zu verstehen, welches als Energiespeicher dient. Hierbei kann es sich einerseits um einen Brennstoff handeln, dessen chemische Energie durch Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen, wie beispielsweise Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen, in mechanische Energie umgewandelt wird, andererseits kann es sich beispielsweise um Wasserstoff handeln, welcher in einer Brennstoffzelle (galvanische Zelle) kontinuierlich eine chemische Reaktion durchführt und dadurch elektrische Energie erzeugt bzw. die chemische Energie in elektrische Energie wandelt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit Wasserstoff in speziellen Kraftstoffmaschinen zu verbrennen, womit Wasserstoff auch als Brennstoff verwendet werden kann. Hierbei kann der Kraftstoff gasförmig oder flüssig sein. Zwischenzeitlich wurden auch Druckspeicher entwickelt, in denen Wasserstoff in beiden Formen, also gasförmig und verflüssigt gespeichert wird, die sogenannte Transkritische Speicherung .
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Ventileinrichtung in Form eines Intankventils zur Anbringung an einem Gasdruckspeicher, insbesondere einem Wasserstofftank, der bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zu versorgen, ausgebildet ist.
Hierbei kann das Intankventil sämtliche in Bezug auf die Ventileinrichtung beschriebenen Merkmale aufweisen und unterscheidet sich von dieser lediglich dadurch, dass es direkt auf einen Gasdruckspeicher montierbar ist.
Auf diese Weise ist es einerseits möglich, auf eine unnötige Verrohrung zu verzichten, andererseits können dadurch die in der Ventileinrichtung vorgesehenen Komponenten, wie beispielsweise das Schutzventil, möglichst nahe an den Gasdruckspeicher, insbesondere dessen Auslassöffnung, gebracht werden. Dadurch kann beispielsweise im Falle einer Leckage, die in der Kraftstoffversorgungsanlage vorliegt, durch das Schutzventil ein weiterer Austritt von Kraftstoff vermieden werden. Durch die Anbringung der Ventileinrichtung direkt am Gasdruckspeicher in Form des „Intankventils" (im Englischen „On-Tank-Valve (OTV)") kann somit die verloren gehende Kraftstoffmenge, insbesondere Wasserstoffmenge, minimal gehalten werden.
Ein Intankventil hat den weiteren Vorteil, dass im Falle eines Unfalls, indem beispielsweise die nachfolgende Verrohrung der Kraftstoffversorgungsanlage beschädigt wird, insbesondere vom Gasdruckspeicher getrennt bzw. abgerissen wird, zumindest die in dem Intankventil vorgesehenen Komponenten weiterhin an dem Gasdruckspeicher vorhanden sind, wodurch sichergestellt werden kann, dass zumindest die gewünschten Notfunktionen der Ventileinrichtung aufrechterhalten werden können.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinrichtung, insbesondere das Intankventil einen Anschlussstutzen aufweist, der dazu eingerichtet ist, in einen Gasdruckspeicher, insbesondere einen Anschlussstutzen / Auslassöffnung des Gasdruckspeichers, einschraubbar zu sein.
Dadurch kann die Ventileinrichtung auf einfache und sicherere Weise an standardisierte Gasdruckspeicher angebracht werden und zu Wartungsarbeiten bzw. Prüfarbeiten schnell von dem Gasdruckspeicher gelöst werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Ventileinrichtung der vorliegenden Erfindung ist das Leitungsstück derart vorgesehen, dass es im am Gasdruckspeicher angebrachten Zustand in den Gasdruckspeicher hineinragt und an der dem Gasdruckspeicher zugewandten Seite ein offenes Ende aufweist.
Ferner ist es bevorzugt, dass ein vom Leitungsstück zumindest abschnittsweise getrennt verlaufendes Sensorrohr vorgesehen ist, das so ausgebildet ist, dass es in den Gasdruckspeicher hineinragt und an dessen Ende bevorzugt die Temperaturerfassungseinheit und/oder die Druckerfassungs einheit vorgesehen ist/sind.
Hierbei können die Temperaturerfassungseinheit beziehungsweise die Druckerfassungseinheit einerseits als ein Thermoelement oder ein Dehnmessstreifen (DMS) ausgebildet sein, andererseits können diese als ein kompletter Sensor, insbesondere als ein intelligenter Sensor (im Englischen „Smart-Sensor ") ausgebildet sein, welcher beispielsweise bereits verarbeitete Sensorsignale ausgibt. D.h., ein intelligenter Sensor kann ohne eine Steuerung direkt Steuerungs- und/oder Regelungssignale ausgeben. Mit anderen Worten eine dezentrale Steuerung und/oder Regelung durchführen .
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn in Strömungsrichtung Sl, insbesondere in Ausströmrichtung des Gases oder Kraftstoffes aus dem Gasdruckspeicher in Richtung Verbraucher, insbesondere in Richtung der Brennstoffzelle, vor dem Sicherheitsventil, das bevorzugt ein impulsgesteuertes Ventil, insbesondere Magnetventil, ist, ein Überschussflussventil (im Englischen „excessive flow valve") und/oder Drosselventil vorgesehen ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter „impulsgesteuertes Ventil" zu verstehen, dass das Ventil durch einen externen Impuls, beziehungsweise eine externe Krafteinwirkung, betätigt wird. Hierbei kann beispielsweise der Impuls durch ein Magnetventil in Form einer magnetischen Kraft in das Ventil eingeleitet werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Ventil pneumatisch, hydraulisch oder durch ein optisches Signal zu betätigen bzw. zu steuern. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in Strömungsrichtung Sl vor und/oder hinter dem Sicherheitsventil ein Filter angeordnet ist. Dadurch können die in der Ventileinrichtung vorgesehenen Komponenten, insbesondere Ventile, vor in dem Gas bzw. Kraftstoff vorhandenen Verunreinigungen geschützt werden und somit die Lebensdauer der einzelnen Komponenten gesteigert sowie der Wartungsaufwand der Ventileinrichtung reduziert werden.
Hierbei kann in vorteilhafter Weise ein Druckregelventil bevorzugt in Strömungsrichtung S1 hinter dem Sicherheits ventil angeordnet sein, d.h. stromabwärts von dem Sicherheitsventil vorgesehen und dazu eingerichtet sein, einen Gasdruckspeicherdruck Pi auf einen Arbeitsdruck P2 eines mit dem Gas bzw. dem Kraftstoff zu versorgenden Verbrauchers zu reduzieren und/oder zu regulieren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist hierbei unter „Gasdruckspeicherdruck Pi" der Druck zu verstehen, der beispielsweise in einem abgeschlossenen Gasdruckspeicher vorliegt, der zumindest teilweise mit einem Kraftstoff gefüllt ist. Es kann sich hier jedoch auch um den Druck handeln, der an dem Sicherheitsventil anliegt, und von mehreren Druckspeichern, die zu einem Gasdruckspeichersystem zusammengeschlossen sind, gespeist wird.
In herkömmlichen Gasdruckspeichern kann der Druck des gespeicherten Kraftstoffes, insbesondere des gespeicherten Wasserstoffs, bis zu 900 bar betragen. Entsprechend muss das Schutzventil einem Druck von bis zu 900 bar, bevorzugt bis zu 700 oder 875 bar standhalten, und insbesondere gegen einen Druck von bis zu 900 bar, bevorzugt 700 oder 875 bar, schließen und öffnen können.
Des Weiteren ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „Arbeitsdruck P2" der Druck zu verstehen, der einem der Ventileinrichtung nachgeschalteten Verbraucher oder nachgeschalteten mehreren Verbrauchern durch die Ventileinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Entsprechend wird der Arbeitsdruck P2 von dem durch die Ventileinrichtung bzw. durch die Kraftstoffversorgungsanlage mit Kraftstoff zu versorgendem Verbraucher bestimmt. Handelt es sich beispielsweise bei dem Verbraucher um eine Brennstoffzelle, so kann der Arbeitsdruck P210 bar betragen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinrichtung eine erste Überdruckvorrichtung, insbesondere ein Überdruckventil, aufweist, die dazu eingerichtet ist, den durch das Druckregelventil geregelten Arbeitsdruck P2 auf einen voreingestellten Grenzwert zu begrenzen. Hierbei kann im Falle eines Brennstoffzellensystems beispielsweise der Arbeitsdruck auf 20 bar begrenzt werden, wodurch sichergestellt wird, dass im Falle einer Anomalie/Störung des Druckregelventils der Ventileinrichtung der nachgeschaltete Verbraucher, insbesondere die Brennstoffzellen, nicht durch einen zu hohen Gasdruck beschädigt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn eine zweite Überdruckvorrichtung, insbesondere eine Berstscheibe, vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, einen an die Ventileinrichtung angeschlossenen Gasdruckspeicher vor Überdruck zu schützen.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die zweite Überdruckvorrichtung nicht über das Leitungsstück, über welches das Schutzventil mit dem Gasdruckspeicher bzw. dem Gasdruckspeichersystem in Verbindung steht, sondern über eine separate Rohrleitung mit dem Gasdruckspeicher bzw. den Gasdruckspeichern in Verbindung steht.
Falls hierfür eine separate Rohrleitung vorgesehen ist, kann diese auch genutzt werden, die Druckerfassungseinheit mit dem in dem Gasdruckspeicher(n) vorhandenen Gasdruckspeicherdruck Pi zu beaufschlagen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beispielsweise bei einer Fehlfunktion einer Betankungsanlage, welche bei der Betankung bzw. Befüllung des Gasdruckspeichers bzw. des Gasdruckspeichersystems, einen unzulässig hohen Druck einleitet, die einzelnen Gasdruckspeicher nicht beschädigt werden, d.h. nicht über ihren zulässigen Maximaldruck befüllt werden. Erreicht während der fehlerhaften Betankung der Druck in den Gasdruckspeichern einen vorbestimmten Maximaldruck, öffnet die Überdruckvorrichtung eine Fluidverbindung zu einem Entlastungsanschluss und lässt das Gas bzw. den Kraftstoff an die Umgebung ab. Dies kann beispielsweise durch Bersten der Berstscheibe geschehen, dadurch wird ferner sichergestellt, dass die Überdruckvorrichtung in dem geöffneten Zustand bleibt.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Ventileinrichtung eine thermische Druckentlastungsvorrichtung (im Englischen ,,Thermal Pressure Relief Device") aufweist, die dazu eingerichtet ist, bei einem vorbestimmten Temperatur- Grenzwert den in einem an die Ventileinrichtung angeschlossenen Gasdruckspeicher unter Druck gespeicherten Kraftstoff, über einen Entlastungsanschluss (im Englischen „discharge port") an die Umgebungsluft abzulassen.
Hierbei kann die thermische Druckentlastungsvorrichtung bevorzugt ein Betätigungselement aufweisen, das bei Erreichen des vorbestimmten Temperatur-Grenzwerts ein Ventil der Druckentlastungsvorrichtung öffnet, insbesondere irreversible öffnet, wobei das Betätigungselement bevorzugt durch einen Glaskörper, der bei Erreichen des vorbestimmten Temperatur- Grenzwertes berstet und dadurch eine Betätigung des Ventils freigibt, oder durch eine bevorzugt in den Gasdruckspeicher integrierte Flüssigkeit ausgebildet ist, die durch Ausdehnung des eigenen Volumens bei Erreichen des vorbestimmten Temperatur-Grenzwertes einen Mechanismus, insbesondere ein Kolbensystem, auslöst, welches das Ventil der
Druckentlastungsvorrichtung betätigt oder öffnet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Möglichkeit geschaffen sein, dass die Druckentlastungsvorrichtung (109) durch einen externen Impuls, insbesondere einen externen Steuerbefehl zum Öffnen angewiesen und/oder betätigt wird, wobei der externe Impuls von einer externen Steuerung gesendet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sind die Temperaturerfassungseinheit und die Druckerfassungseinheit, insbesondere Messstellen der Temperaturerfassungseinheit und/oder der Druckerfassungs einheit, in einer Strömungsrichtung S1 des durch das Leitungsstück strömenden Gases stromaufwärts des Sicherheitsventils angeordnet, wobei bevorzugt zumindest die Messtellen innerhalb eines Gasdruckspeichers angeordnet sind.
Auf diese Weise ist es möglich, mittels des Sicherheitsventils den beispielsweise in einem Gasdruckspeicher gespeicherten Kraftstoff in dem Gasdruckspeicher einzuschließen, bzw. das Ausströmen des Kraftstoffes aus dem Gasdruckspeicher zu unterbinden, und somit einen statischen Zustand in dem Gasdruckspeicher bzw. dem Gasdruckspeichersystem zu schaffen.
Dies ermöglicht es, den Gaszustand des in dem Gasdruckspeicher bzw. dem Gasdruckspeichersystem gespeicherten Kraftstoffes über eine bestimmte Zeitdauer zu überwachen und dadurch eine Stabilität des Gaszustandes zu bestimmen. Ist der Gaszustand in dem Gasdruckspeicher bzw. dem Gasdruckspeichersystem unter Berücksichtigung äußerer Einflüsse wie beispielsweise Umgebungstemperatur, Sonneneinstrahlung und dergleichen über die vorgegebene Zeitdauer konstant, kann davon ausgegangen werden, dass das System intakt ist, d.h. keine Leckage bzw. kein Gasleck vorliegt . Ferner ist es bevorzugt, dass die Ventileinrichtung eine Steuerungsvorrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, Signale, insbesondere Messsignale der Temperaturerfassungs einheit und/oder der Druckerfassungseinheit und/oder externer Sensoren und/oder eines an dem Gasdruckspeicher vorgesehenen Temperatursensors zu empfangen, diese Signale zu verarbeiten und entsprechende Steuersignale auszugeben, insbesondere an das Sicherheitsventil und/oder das Druckregelventil und/oder die thermische Druckentlastungsvorrichtung auszugeben.
Durch die direkte Integration einer Steuerungsvorrichtung in die Ventileinrichtung kann einerseits ein autarkes System geschaffen werden, dass sich selbstständig ohne Zutun einer externen Steuerung wie die Steuerung eines Brennstoffzellensystems oder eines Fahrzeugs steuert bzw. regelt. Dies hat ferner den Vorteil, dass auf einen aufwendigen Kabelbaum, welcher die einzelnen Komponenten der Ventileinrichtung mit einer externen Steuerung verbindet, verzichtet werden kann. Hingegen ist es lediglich notwendig, falls gewünscht, die Steuerungsvorrichtung mit einer externen Steuerung signaltechnisch zu verbinden.
Auf diese Weise kann beispielsweise eine Fahrzeugsteuerung ein Startsignal an die Steuerungsvorrichtung senden, welche daraufhin alle notwendigen Schritte für den Start des Betriebs des nachgeschalteten Brennstoffzellensystems einleitet und steuert.
Hierbei ist es ferner vorteilhaft, wenn die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, zur Durchführung einer Dichtheitsprüfung des Leitungsstücks, insbesondere eines an das Leitungsstück angeschlossenen Gasdruckspeichersystems, das Sicherheitsventil in eine geschlossene Stellung zu bringen und anschließend für eine vorbestimmte Zeitdauer mittels der Temperaturerfassungs einheit und der Druckerfassungseinheit eine Vielzahl von Temperatur- und Druckwerten des an dem Sicherheitsventil anstehenden Gases oder Kraftstoffes zu ermitteln und basierend auf den ermittelten Temperatur- und Druckwerten die Dichtheitsprüfung durchzuführen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur- und Druckwerte innerhalb des angeschlossenen Gasdruckspeichers und/oder bevorzugt an mehreren Messstellen innerhalb des angeschlossenen Gasdruckspeichersystem ermittelt werden.
Dabei werden bevorzugt zur Dichtheitsprüfung die Vielzahl von erfassten Temperatur- und Druckwerten zur Bestimmung eines Kennwerts der Stabilität und/oder einer Tendenz miteinander verglichen. Liegt der Kennwert der Stabilität und/oder die Tendenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, ist das Leitungsstück, insbesondere das an das Leitungsstück angeschlossene Gasdruckspeichersystems, dicht. D.h. es liegt keine Leckage vor.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung definiert der Begriff „Tendenz" eine zumindest für einen bestimmten Zeitraum andauernde Veränderung der erfassten Temperatur und/oder des erfassten Drucks. Der Kennwert der Stabilität hingegen gibt eine Aussage über die Stabilität bzw. Stetigkeit der erfassten Temperatur und/oder des erfassten Drucks über eine vorbestimmte Zeitdauer.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Ventileinrichtung eine Kommunikationsvorrichtung aufweist, die vorteilhafterweise eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung unter Verwendung von Infrarot, Funk, Bluetooth oder WLAN (drahtloses lokales Netzwerk) sein kann, die dazu eingerichtet ist, durch die Ventileinrichtung erfasste Daten bzw. Informationen wie Drücke (R, P2) , Temperaturen, Öffnungs- und Schließzyklen und/oder Öffnungs- und Schließstellungen der einzelnen Ventile, insbesondere des Sicherheitsventils und/oder des Druckregelungsventils an externe Nutzer (im Englischen „clients") zu senden/übertragen .
Durch die Integration einer Kommunikationsvorrichtung, insbesondere einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung, wird es ermöglicht, dass beispielsweise während eines Betankungsvorgangs des Gasdruckspeichersystems durch eine Betankungsanlage, die Betankungsanlage vor dem Start des Betankungsvorgang mit der Ventileinrichtung kommuniziert, um die Integrität des Gasdruckspeichersystems bzw. der Kraftstoffversorgungsanlage abzufragen. Stellt die Betankungsanlage hierbei fest, dass das zu betankende Gasdruckspeichersystem beispielsweise einen Defekt und/oder eine Leckage aufweist, kann die Betankungsanlage den Start der Betankung verweigern oder während einer bereits gestarteten Betankung den Betankungsvorgang beenden.
Hierbei ist es ferner vorteilhaft, wenn die Kommunikations vorrichtung dazu eingerichtet ist, von externen Nutzern, wie beispielsweise einer externen Steuerung/Hauptsteuerung eines Fahrzeugs, einem Notfall-Kontrollsystem das von der Feuerwehr, der Polizei oder anderen Hilfskräften bedient werden kann, Steuerbefehle, bevorzugt für die Steuerungsvorrichtung, empfangen zu können.
Hierdurch wird es ermöglicht, dass beispielsweise im Falle eines Unfalls oder eines Brands des Fahrzeugs der Fahrer vor dem Verlassen des Fahrzeugs die Kraftstoffversorgungsanlage, insbesondere das Gasdruckspeichersystem in einen abgesicherten Zustand bringt und falls notwendig, die einzelnen Gasdruckspeicher über den Entlastungsanschluss A3 entleert, wobei der Entleervorgang mittels der thermischen Druckentlastungsvorrichtung kontrolliert erfolgt. Hierzu kann die thermische Druckentlastungsvorrichtung ein impulsgesteuertes Ventil aufweisen, mittels dem die Druckentlastungsvorrichtung aus der Ferne, beispielsweise via Funk, gesteuert, insbesondere geöffnet, werden kann. Hierbei ist unter dem Begriff „kontrolliert" zu verstehen, dass die Entleerung des Gasdruckspeichers bzw. der Gasdruckspeicher unter einer vorbestimmten Durchflussrate erfolgt, welche so gewählt ist, dass einerseits die Entleerung nicht zu schnell erfolgt, so dass eine Unterkühlung des Gasdruckspeichers, welche gegebenenfalls zu einer Beschädigung des Gasdruckspeichers führen könnte, unterbunden wird, andererseits jedoch gewährleistet wird, dass die Entleerung schnell genug erfolgt, so dass im Falle eines Feuers beispielsweise gewährleistet werden kann, dass die Entleerung in einem Zeitraum von gewöhnlicherweise 3 bis 5 Minuten erfolgt, so dass die Integrität des Gasdruck speichers bis zur Entleerung des Gasdruckspeichers gewährleistet werden kann. Hierbei hängt die Zeit zum Entleeren des Gasdruckbehälters maßgeblich von dessen Größe ab.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, mittels der Kommunikationsvorrichtung mit einer Betankungsanlage zu kommunizieren, um mit der Betankungsanlage eine Information oder Informationen auszutauschen, wobei die Information (en) ausgewählt ist/sind aus der Gruppe: Gasdruckspeicherdruck Pi, Gasdruckspeicher temperatur Ti, Befüllgeschwindigkeit (1/min) und Dichtheit (es liegt keine Leckage vor) des Gasdruckspeichers, der Ventileinrichtung und/oder der Kraftstoffversorgungsanlage.
Auf diese Weise kann, wie oben bereits erläutert, sichergestellt werden, dass keine Betankung eines beschädigten Gasdruckspeichers bzw. Gasdruckspeichersystem durchgeführt wird.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinrichtung eine Temperiervorrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, das durch die Ventileinrichtung strömende Gas bzw. den Kraftstoff, insbesondere nachdem dieses bzw. dieser durch das Druckregelventil auf den Arbeitsdruck P2 reduziert wurde, auf eine vorbestimmte Arbeitstemperatur TA zu konditionieren, insbesondere zu kühlen und/oder zu heizen.
Hierbei wird die Arbeitstemperatur TA ebenfalls durch den mit Gas bzw. Kraftstoff zu versorgenden Verbraucher, wie beispielsweise der Brennstoffzelle, vorgegeben. Hierbei kann die Arbeitstemperatur TA wie auch der Arbeitsdruck P2 von dem Lastzustand des Verbrauchers abhängig sein. Beispielsweise kann bei einem Kaltstart des nachgeschalteten Brennstoffzellensystems mit einer erhöhten Arbeitstemperatur angefahren werden, um das Brennstoffzellensystem, insbesondere die Brennstoffzellen, schneller auf Betriebstemperatur zu bringen.
Hierzu kann die Temperiervorrichtung über ein Heiz- und/oder Kühlregister verfügen, wobei das Heizregister beispielsweise durch Abwärme des Brennstoffzellensystems gespeist wird. Für den Kaltstart kann die Temperiervorrichtung ferner mit einer elektrischen Heizung in Form von Heizspiralen ausgestattet sein.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Ventileinrichtung zusätzlich mit einer Leckage-Erfassungseinrichtung (Schnüfflersytem) ausgestattet ist, die dazu eingerichtet ist, die Dichtheit mindestens einer Komponente der Ventileinrichtung zu prüfen bzw. zu überwachen, wobei die Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe: Sicherheitsventil, Überschussflussventil, Filter, Druckregelventil, erste Überdruckvorrichtung, zweite Überdruckvorrichtung, thermische DruckentlastungsVorrichtung, Temperiervorrichtung, Temperaturerfassungseinheit und/oder Druckerfassungseinheit.
Hierdurch ist es ermöglicht, stetig die Dichtheit (Gasdichtheit), d.h. das Nichtvorhandensein einer Leckage, zu prüfen und zu protokollieren und im Falle einer Leckage entsprechend zu verfahren, indem beispielsweise bestimmte Komponenten der Ventileinrichtung bzw. der Kraftstoffversorgungsanlage gesperrt bzw. entleert werden.
Hierbei kann die Leckage-Erfassungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass in der Ventileinrichtung eine sogenannte Sammelkammer vorgesehen ist, in welcher ein Leckagesensor (Schnüffler) bzw. Gassensor angeordnet ist, welcher kleinste Mengen an Gas erfassen kann. Die einzelnen in der Ventileinrichtung vorgesehenen Komponenten wie beispielsweise das Sicherheitsventil und/oder das Druckregelventil werden in die Sammelkammer kanalisiert, was bedeutet, dass die jeweiligen Komponenten mit einem fluidführenden Kanal mit der Sammelkammer verbunden sind, womit im Falle einer Leckage der jeweiligen Komponente das austretende Gas in die Sammelkammer strömen bzw. geleitet werden kann und dort durch den Gassensor erfasst wird. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Schnittstellen bzw. Komponenten auf ihre Dichtheit geprüft bzw. überwacht werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinrichtung eine Ausrichtungs-Erfassungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die absolute geometrische Ausrichtung der Ventileinrichtung, insbesondere mindestens eines an die Ventileinrichtung angeschossenen Gasdruckspeichers, im Raum (im dreidimensionalen Raum) zu erfassen, wobei die Ausrichtungs-Erfassungseinrichtung zumindest einen Sensor ausgewählt aus der Gruppe: Beschleunigungsmesser, Gyroskop und Erdmagnetfeldsensor aufweist.
Hierbei ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, basierend auf einer durch die Ausrichtungs- Erfassungseinrichtung bestimmten bzw. erfassten Ausrichtung der Ventileinrichtung, einen Entlastungsanschluss zu wählen, mittels dessen eine Entleerung eines Gasdruckspeichers in einer vorbestimmten gesicherten Raumrichtung möglich ist. Hierzu kann die Ventileinrichtung eine Vielzahl von Entlastungsanschlüssen aufweisen, welche jeweils durch ein vorgesehenes Ventil, insbesondere Magnetventil, geöffnet bzw. geschlossen werden können. An den jeweiligen Entlastungsanschlüssen können in vorteilhafter Weise Entlastungsrohrleitungen vorgesehen sein, die in verschiedene Raumrichtungen orientiert sind, um im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs den Kraftstoff in eine gewünschte bzw. vorteilhafte Raumrichtung zu entlassen.
Hierbei werden die Entlastungsrohrleitungen bevorzugt so angeordnet, dass der ausgelassene Kraftstoff keine sicherheitsrelevanten Bauteile des Fahrzeugs, insbesondere der Kraftstoffversorgungsanlage, beschädigen kann sowie den Zugang zu dem Fahrzeug nicht verwehrt. Erfahrungsgemäß wird entsprechend der Lage des Fahrzeugs, welches beispielsweise im Falle eines Unfalls gegebenenfalls auf der Seite liegt, eine Entlastungsrohrleitung gewählt, welche den Kraftstoff nach oben, also in vertikaler Richtung, auslässt, so dass ein seitlicher Zugriff zu dem Fahrzeug, insbesondere für Rettungsmannschaften, gewährleistet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Ventileinrichtung eine elektrische und/oder elektronische Schnittstelle auf, mittels der die Ventileinrichtung mit externen Komponenten/Vorrichtungen elektrisch und/oder elektronisch leitenden verbunden werden kann, wobei die externen Komponenten/Vorrichtungen ausgewählt sind aus der Gruppe: Energiequelle wie beispielsweise eine Batterie, Steuerung/Hauptsteuerung eines Fahrzeugs, eine Steuerung einer Brennstoffzelle, und dergleichen.
Auf diese Weise kann beispielsweise wie oben bereits ausgeführt, eine externe Fahrzeugsteuerung auf die von der Ventileinrichtung erfassten Parameter wie Drücke und/oder Temperaturen zugreifen, ohne mit den jeweiligen Sensoren direkt verkabelt zu sein, was den Verkabelungsaufwand drastisch reduziert.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinrichtung einen Anschlussbereich aufweist, der dazu eingerichtet ist, externe Komponenten/Vorrichtungen elektrisch und/oder elektronisch an die Ventileinrichtung anzubinden, wobei die externen Komponenten/Vorrichtungen ausgewählt sind aus der Gruppe: externe Sensoren wie beispielsweise den an dem Gasdruckspeicher vorgesehenen Temperatursensor, Intankventile und dergleichen. Die elektrische und/oder elektronische Schnittstelle kann hierbei beispielsweise in Form eines CAN- Bus ausgeführt sein.
Dieser Anschlussbereich unterscheidet sich von der vorhergenannten elektrischen und/oder elektronischen Schnittstelle darin, dass er den Anforderungen entsprechend eine Vielzahl von Anschlussklemmen aufweist, mittels deren die einzelnen externen Komponenten, welche jedoch bevorzugt zu der Kraftstoffversorgungsanlage bzw. Gasdruckspeicher system gehören, an die Ventileinrichtung angeschlossen werden können. Die Sensorsignale, die auf diese Weise an die Ventileinrichtung übermittelt werden, können anschließend durch die elektrische und/oder elektronische Schnittstelle an eine oder mehrere externe Steuerungen gebündelt weitergeleitet werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungs einrichtung der Ventileinrichtung dazu eingerichtet ist, Betankungszyklen mindestens eines an die Ventileinrichtung angeschlossenen Gasdruckspeichers zu erfassen und/oder zu protokollieren, und/oder die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, beim Erfassen einer Leckage, insbesondere mittels der Leckage-Erfassungseinrichtung, eine Betankung mindestens eines an die Ventileinrichtung angeschlossenen Druckspeichers zu beenden bzw. erst gar nicht zu starten. Ferner ist es bevorzugt, wenn die Ventileinrichtung eine Stromerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei die
Stromerzeugungsvorrichtung zumindest einen Wandler, der dazu eingerichtet ist Strömungsenergie, insbesondere
Strömungsenergie des in die Ventileinrichtung einströmenden Kraftstoffes, in mechanische Energie, insbesondere rotatorische Energie (bzw. Rotationsenergie), umzuwandeln, und einen Generator, der dazu eingerichtet ist, die mechanische Energie in elektrische Energie, insbesondere Strom, umzuwandeln, aufweist.
Wie vorher bereits beschrieben, ist der Kraftstoff, insbesondere der Wasserstoff, unter einem äußerst hohen Druck in dem Gasdruckspeicher oder in den Gasdruckspeichern gespeichert, hierbei kann der Druck bis zu 1000 bar betragen. Entsprechend viel potentielle Energie (innere Energie; kinetische Energie pro Volumeneinheit) ist in dem Gasdruckspeicher bzw. den Gasdruckspeichern gespeichert, welche bei der Entnahme des Kraftstoffs aus dem einzelnen Gasdruckspeicher in kinetische Energie bzw. Strömungsenergie umgewandelt wird. Diese beim Ausströmen des Kraftstoffs aus dem Gasdruckspeicher bzw. den Gasdruckspeichern beim Betrieb des nachgeschalteten Verbrauchers entstehende kinetische Energie bzw. Strömungsenergie kann von der
Stromerzeugungsvorrichtung in elektrische Energie, insbesondere Strom, umgewandelt werden. Der hierdurch erzeugte elektrische Strom kann beispielsweise einem Akkumulator zugeführt und in diesem zwischengespeichert werden. Bei Bedarf kann der so gewonnene elektrische Strom beispielsweise für die Konditionierung des Kraftstoffs, insbesondere des Wasserstoffs, für den Betrieb des nachgeschalteten Verbrauchers genutzt werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Wandler in Form einer Turbine, wobei die Turbine bevorzugt mehrere Schaufeln auf einer Nabe aufweisen kann, eines oder mehrerer Windräder, und der gleichen ausgebildet ist, und der Wandler durch Umwandlung der Strömungsenergie bzw. der inneren Energie des strömenden Kraftstoffes in mechanische Energie eine Abtriebswelle in Rotation versetzt, wobei der Generator bevorzugt durch die Abtriebswelle des Wandlers angetrieben wird und dadurch elektrischen Strom erzeugt.
Hierbei kann die Stromerzeugungsvorrichtung in die Ventileinrichtung, insbesondere einen Ventilblock der Ventileinrichtung, direkt integriert sein, oder der Ventileinrichtung vorgeschaltet sein, also als eine separate Baugruppe ausgebildet sein.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, die Stromerzeugungsvorrichtung vor dem Druckregelventil der Ventileinrichtung anzuordnen, insbesondere direkt am Eingang der Ventileinrichtung.
Ferner ist es bevorzugt, dass der Wandler, insbesondere die Turbine, abhängig von dem im Gasdruckbehälter vorliegenden Druck, den Abfall an innerer Energie, bzw. das Delta P (Druck des Kraftstoffs vor dem Wandler - den Druck des Kraftstoffs nach dem Wandler) steuert bzw. regelt. Mit anderen Worten, liegt im Gasdruckspeicher ein hoher Druck vor, kann der Wandler ein großes Delta P (innere Energie) abbauen, wohingegen wenn der Druck des Kraftstoffs im Gasdruckbehälter sich dem Arbeitsdruck des nachgeschalteten Verbraucher annähert, das Delta P reduziert werden muss, um einen ausreichenden Arbeitsdruck gewährleisten zu können.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Gasdruckspeicher mit einem Anschlussstutzen in welchen eine wie oben beschriebene Ventileinrichtung oder ein oben beschriebenes Intankventil einbringbar ist. Gegebenenfalls ist die Ventileinrichtung und/oder der Gasdruckspeicher mit Dichtungen versehen, um die Ventileinrichtung gasdicht innerhalb des Anschlussstutzens des Gasdruckspeichers zu positionieren . Für gewöhnlich sind gattungsgemäße Gasdruckspeicher als Hohlkörper ausgebildet, die aus einem mehrschichtigen Laminat, insbesondere einem mehrschichtigen Kunststoff- Laminat geformt sind. Das Laminat aus Kunststoff kann vorzugsweise zur Erhöhung dessen Stabilität mit einem verstärkenden Fasermaterial, z.B. mit Kohlenstofffasern oder mit Glasfasern versehen sein. In dieses Laminat ist der Anschlussstutzen eingebracht und für gewöhnlich mit einem Innengewinde versehen, in welches ein Gegengewinde, das an dem Anschlussstutzen der Ventileinrichtung vorgesehen ist, einschraubbar ist, um die Ventileinrichtung, insbesondere das Intankventil, an dem Gasdruckspeicher, bevorzugt in diesem, anzubringen .
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn in das Laminat des Gasdruckspeichers mindestens ein Sensor, wie beispielsweise ein Temperatur- oder Spannungssensor (Dehnungsmessstreifen (DMS), eingebettet ist. Auf diese Weise wird es ermöglicht, zusätzliche Informationen über die Integrität des Gasdruckspeichers zu sammeln und diese an die Ventileinrichtung weiterzuleiten.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Gasdruckspeichersystem zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, das bevorzugt dazu eingerichtet ist ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zu versorgen, aufweisend: mindestens einen Gasdruckspeicher, bevorzugt den oben beschriebenen Gasdruckspeicher mit einem integrierten Anschlussstutzen, und eine Ventileinrichtung, bevorzugt die oben beschriebene Ventileinrichtung und/oder mindestens ein Intankventil, wobei dieses bevorzugt das oben beschriebene Intankventil ist.
Auf diese Weise können eine Vielzahl von einzelnen Gasdruckspeichern zu einem Verbund zusammengeschlossen werden, wodurch der einzelne Gasdruckspeicher kleiner, insbesondere im Durchmesser kleiner, ausgestaltet werden kann, und somit das Gasdruckspeichersystem, insbesondere der Gasdruckspeicherverbund, einfacher in einem Fahrzeug untergebracht werden kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Gasdruckspeichersystem lediglich mit einem Gasdruckspeicher aufzubauen. Die Anzahl und Größe des bzw. der Gasdruckspeicher kann hierbei in Abhängigkeit der Anforderungen sowie Platzverhältnisse des jeweiligen Fahrzeugs, in welches das Gasdruckspeichersystem implementiert werden soll, ausgewählt werden.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn das Gasdruckspeicher system zumindest zwei Gasdruckspeicher aufweist, die jeweils mit einem Intankventil versehen sind und mittels einer Ventileinrichtung gasführend miteinander verbunden sind, so dass eine Kraftstoffversorgungsanlage mit einem Kraftstoff, der in den beiden Gasdruckspeichern unter Hochdruck gespeichert ist, versorgbar ist.
Hierbei können die beiden Intankventile mit einer minimalen Anzahl an Komponenten / Funktionen versehen sein, die hauptsächlich zur Sicherstellung der Notfunktionen wie Absperren des jeweiligen Gasdruckspeichers im Falle einer Leckage im Gasdruckspeichersystem oder in der Kraftstoffversorgungsanlage dienen. Hierzu kann unter anderem das Vorsehen eines Überschussflussventils gehören, wodurch sichergestellt werden kann, dass im Falle eines Unfalls der Kraftstoff kontrolliert ausgelassen werden kann, obwohl die nachfolgende Kraftstoffversorgungsanlage nicht mehr intakt ist, insbesondere Leckagen aufweist.
Andererseits bietet ein derartiges Gasdruckspeichersystem den Vorteil, dass die weiteren Funktionalitäten wie Steuerung, Schnittstellen, Druckregelung, Druckbegrenzung und dergleichen gesammelt in der Ventileinrichtung für sämtliche Gasdruckspeicher vorgesehen werden können, womit die Anzahl der Komponenten reduziert, der Verkabelungsaufwand reduziert und somit die Herstellungskosten sowie Wartungskosten reduziert werden können.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffversorgungsanlage, die bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zu versorgen, wobei die Kraftstoffversorgung sanlage die oben beschriebene Ventileinrichtung und gegebenenfalls das oben beschriebene Gasdruckspeichersystem aufweist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren einer möglichen Leckage, eines Gaslecks, in einer Kraftstoffversorgungsanlage, insbesondere einem Gasdruck speichersystem zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, die bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere
Wasserstoff, zu versorgen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Schließen eines in ein Leitungsstück eingebundenes Sicherheitsventil, wobei das Sicherheitsventil zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch das Leitungsstück strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch das Leitungsstück strömen kann, verstellt werden kann,
- Erfassen einer Temperatur Ti und eines Drucks Pi des durch das Leitungsstück strömenden Gases in einem Zustand, in dem das Gas an dem geschlossenen
Sicherheitsventil druckbeaufschlagend ansteht,
- Durchführen einer Dichtheitsprüfung des Leitungs stücks, insbesondere eines an das Leitungsstück angeschlossenen Gasdruckspeichersystems, basierend auf den erfassten Temperatur- und Druckwerten.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von Temperatur- und Druckwerten innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ermittelt werden, wobei die Temperatur- und Druckwerte bevorzugt innerhalb eines angeschlossenen Druckspeichers und/oder an mehreren Messstellen innerhalb eines angeschlossenen Gasdruckspeichersystems ermittelt werden.
Hierbei können die mehreren Messstellen so gewählt sein, dass sie innerhalb einer Vielzahl von Druckspeichern und/oder an Leitungsknotenpunkten und/oder Ventilen des Gasdruckspeicher systems vorgesehen sind.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Vielzahl von ermittelten Temperatur- und Druckwerten zur Bestimmung eines Kennwerts der Stabilität und/oder einer Tendenz miteinander verglichen werden, liegt der Kennwert der Stabilität und/oder die Tendenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, ist das Leitungsstück, insbesondere das an das Leitungsstück angeschlossene Gasdruckspeichersystem, dicht. Mit anderen Worten es liegt keine Leckage vor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird der vorbestimmte Bereich (Toleranzbereich) für den Kennwert der Stabilität und/oder der Tendenz basierend auf Einfluss-parametern aus der Gruppe: Außentemperatur, Starttemperatur, Startdruck, liegt ein Betankungs- oder Entleerungsvorgang vor, Sonneneinstrahlung, Gasdruckspeichergröße, Betankungs- oder Entleerungs geschwindigkeit und dergleichen bestimmt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Ventilanordnung einer Ventileinrichtung, insbesondere der oben beschriebenen Ventileinrichtung, die bevorzugt für ein Feuerlöschsystem verwendet wird, das bevorzugt Stickstoff (N2) als Löschmittel verwendet, aufweisend: einen Hauptversorgungsstrang, ein in den Hauptversorgungsstrang eingebundenes Hauptventil, wobei das Hauptventil zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch den Hauptversorgungsstrang strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch den Hauptversorgungsstrang strömen kann, verstellbar ist, und ein Druckregelventil, das dazu eingerichtet ist, einen Druck des durch den Hauptversorgungsstrang strömenden Gases zu reduzieren und/oder zu regulieren, wobei das Hauptventil mittels eines impulsgesteuerten Betätigungsventils, insbesondre mittelbar, in die geöffnete Stellung bringbar oder schaltbar ist, und die Ventilanordnung derart gestaltet ist, dass das Hauptventil in der geöffneten Stellung verharrt, auch wenn eine Betätigung durch das impulsgesteuerte Betätigungsventil gelöst und/oder unterbrochen wird.
Hierbei ist im Sinne der vorliegenden Erfindung unter dem Begriffen „gelöst" zu verstehen, dass das Betätigungsventil aktiv oder inaktiv, beispielsweise durch Spannungsabfall, gelöst wird. Andererseits bedeutet der Begriff „unterbrochen" im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass beispielsweise aufgrund einer Leckage sich ein Druck einer Druckluft bzw. Steuerluft, die genutzt wird, das Hauptventil zu öffnen, insbesondere dauerhaft zu öffnen, vermindert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Hauptventil durch Betätigen des impulsgesteuerten Betätigungsventils, insbesondere manuelles Betätigen des Betätigungsventils, in die geöffnete Stellung bringbar ist, wobei das Betätigungsventil bevorzugt ein impulsgesteuertes Magnetventil ist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Hauptventil mittelbar über ein Kolbensystem durch das Betätigungsventil betätigbar ist, wobei das Kolbensystem bevorzugt einen Steuerkolben mit Stößel und ein Druckelement aufweist.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Steuerkolben bei Betätigung des Betätigungsventils auf einer Druckseite mit Druck beaufschlagt wird, insbesondere durch Öffnen einer Zulaufleitung durch das Betätigungsventil.
Hierbei ist es ferner vorteilhaft, wenn das Hauptventil ein Schließelement aufweist, welches durch das Druckelement des Kolbensystems gegen einen bevorzugt konusförmigen Ventilsitz kraftbeaufschlagt ist, wodurch das Hauptventil im unbetätigten Zustand geschlossen ist, wobei das Druckelement bevorzugt durch eine Feder in Richtung Ventilsitz gedrückt/beaufschlagt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Betätigungsventil pneumatisch, elektrisch (beispielsweise durch einen Schaltimpuls von ca. 24 V), oder fremdgesteuert betätigbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weist die Ventilanordnung ein Rückschlagventil auf, welches in der Zulaufleitung zur Versorgung des Kolbensystems mit Druckluft / Steuerungsluft in Strömungsrichtung vor dem Betätigungsventil angeordnet ist, und ein Entweichen der an dem Steuerkolben anliegenden Druckluft / Steuerluft unterbindet.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass eine Größe der Kolbenfläche des Steuerkolbens derart gewählt ist, dass auch bei abfallendem Druck auf der Druckseite des Steuerkolbens durch beispielsweise eine Leckage oder einen Ausfall des Betätigungsventils bis auf einen vorbestimmten Minimaldruck, das Hauptventil in der geöffneten Stellung verharrt. Mit anderen Worten ist die erzeugte Kolbenkraft, welche über den Stößel auf das Druckelement wirkt, selbst bei vorbestimmten Minimaldruck größer als die entgegenwirkende Federkraft / Schließkraft .
Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Ventilanordnung ein Löseventil aufweist, das bevorzugt ein Nadelventil, ein Kugelventil oder ein langsam öffnendes Ventil ist, das dazu eingerichtet ist, bei Betätigung, insbesondere manueller Betätigung, den an der Druckseite des Steuerkolbens anliegenden Druck, insbesondere nach Betätigung des Betätigungsventils, (wieder) abzubauen, wodurch das Hauptventil in den geschlossenen Zustand zurückkehren kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile einer Vorrichtung, einer Verwendung und/oder eines Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Von diesen Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer
Hochdruckbehältereinheit gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Diagramm einer Kraftstoffversorgungsanlage gemäß dem Stand der Technik, Fig. 3 zeigt vereinfacht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung, Fig. 4 zeigt ein Rohrleitungs- und Instrumentenfließ- schema einer Aus führungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung,
Fig. 5 zeigt vereinfacht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen GasdruckspeicherSystems, Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung, wobei die gezeigte Ventileinrichtung eine Weiterbildung der in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Ventileinrichtung ist,
Fig. 7 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Aus führungsform eines erfindungsgemäßen GasdruckspeicherSystems, Fig. 8 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasdruckspeichersystem, und
Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Ventileinrichtung .
Beschreibung von Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen, die in verschiedenen Figuren aufgeführt sind, benennen identische, einander entsprechende, oder funktionell ähnliche Elemente.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Hochdruckbehältereinheit 10 gemäß dem Stand der Technik. Die gezeigte Hochdruckbehältereinheit 10 weist ein kastenartiges Gehäuse 22, eine Vielzahl von zylindrischen Behältern 18, die im Inneren des Gehäuses 22 aufgereiht sind, wobei jeder Behälter 18 eine Öffnung 30B an einem Endabschnitt auf einer Seite in axialer Richtung beinhaltet, ein Kopplungselement 20, das die Öffnungen 30B verbindet, um die Vielzahl von Behältern 18 miteinander zu koppeln, und das einen Strömungsdurchgang beinhaltet, der die Innenräume der Vielzahl von Behältern 18 kommunizierend miteinander verbindet. Ferner weist die beschriebene Hochdruck behältereinheit 10 eine Ausführleitung 32 auf, die von dem Kopplungselement 20 durch ein in dem Gehäuse 22 gebildetes Durchgangsloch 46A zum Äußeren des Gehäuses 22 führt, wobei an der Ausführleitung 32 ein Ventil 34 angeschlossen ist, das den Strömungsdurchgang öffnen und schließen kann.
Wie beschrieben kann die dargestellte Hochdruckbehältereinheit 10 die jeweiligen Behälter 18 (Gasdruckspeicher) nicht separat verschließen, sondern nur gemeinsam über das Ventil 34, entsprechend fällt bei einer Leckage/Defekt eines Behälters 18 und/oder eines Kopplungselements 20 die gesamte Hochdruckbehältereinheit 10 aus.
Ferner zeigt Fig. 2 ein Diagramm einer Brennstoffver sorgungsanlage 110 gemäß dem Stand der Technik, die beispielsweise in einem Flugzeug zum Einsatz kommen kann. Die beschriebene Brennstoffversorgungsanlage 110 weist einen Brennstofftank 112, eine Zufuhrleitung 114, die den Brennstofftank 112 mit einem Einlass 116 einer Brennstoffzelle 118 verbindet, ein in der Zufuhrleitung 114 angeordnetes Tankisolationsventil 128, eine Abfuhrleitung 146, die einen Auslass 120 der Brennstoffzelle 118 mit einem nicht bedruckten Bereich des Flugzeugs und/oder der Außenatmosphäre verbindet, und einen Sensor 144 zur Erfassung einer elektrischen Spannung in der Brennstoffzelle 118 auf.
Hier ist es zwar mittels des Tankisolationsventils 128 möglich, den einzigen Brennstofftank 112 abzusperren, sozusagen zu isolieren, aber das Tankisolationsventil 128 ist nicht direkt am Brennstofftank 112 installiert, womit im Falle einer Leckage zwischen dem Brennstofftank 112 und dem Tankisolationsventil 128 keine Möglichkeit gegeben ist, das Gasleck durch Schließen des Tankisolationsventils 128 zu schließen. Nach dem Schließen des Tankisolationsventils 128 ist es auch nicht möglich, eine Aussage über die Integrität des Brennstofftanks 112 sowie die die verbindende Rohrleitung zu geben.
Des Weiteren illustriert Figur 3 vereinfacht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 100, die in der dargestellten Aus führungsform als Intankventil (OTV) 200 ausgeführt ist, insbesondere als ein OTV-R, d.h. ein Intankventil mit Druckregelventil 107. Wie der Figur 3 entnommen werden kann, weist das Intankventil 200 eine Temperaturerfassungseinheit 101 und eine Druckerfassungseinheit 102 auf. Die Temperaturerfassungs einheit 101 ist direkt an einem Anschlussstutzen 111 des Intankventils 200, anhand dem das Intankventil an einen Gasdruckspeicher 300 befestigt ist, insbesondere in diesen hineingeschraubt ist. Die Temperaturerfassungseinheit 101 ist an dem Ende des Anschlussstutzens 111 vorgesehen, welches in den Gasdruckspeicher 300 hineinragt. Entsprechend ist die Temperaturerfassungseinheit 101 in direktem Kontakt mit dem in dem Gasdruckspeicher 300 gespeicherten Kraftstoff.
Die Druckerfassungseinheit 102 ist hingegen in einer externen Komponente untergebracht, welche gasdicht an das Intankventil 200 angebunden, insbesondere angeschraubt ist. Die Druckerfassungseinheit 102 ist über eine eigenständige Fluidleitung, welche zumindest teilweise durch den Anschlussstutzen 111 läuft mit dem gespeicherten Kraftstoff (Brenngas oder Wasserstoff) in Kontakt. Entsprechend kann die Druckerfassungseinheit 102 direkt den in dem Gasdruckspeicher 300 vorherrschenden Druck (Gasdruckspeicherdruck Pi) erfassen bzw. messen.
Des Weiteren weist das dargestellte Intankventil 200 ein in ein Leitungsstück 103 eingebundenes Sicherheitsventil 104 auf, wobei das bevorzugt impulsgesteuerte Sicherheitsventil 104 zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch das Leitungsstück 103 strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch das Leitungsstück 103 strömen kann, verstellt werden kann. In der gezeigten Ausführungsform dient das Leitungsstück 103 dazu, den in dem Gasdruckspeicher 300 unter Hochdruck (bis zu 900 bar) gespeicherten Kraftstoff über einen Versorgungsanschluss A2 einem nachgeschalteten Verbraucher (nicht dargestellt) zur Verfügung zu stellen.
Hierbei sind wie der Figur 3 entnommen werden kann, die Temperaturerfassungseinheit 101 und die Druckerfassungs einheit 102 so angeordnet, dass sie eine Temperatur und einen Druck des durch das Leitungsstück 103 strömenden Gases in einem Zustand erfassen können, in dem das Gas an dem geschlossenen Sicherheitsventil 104 druckbeaufschlagend ansteht. Mit anderen Worten, die beiden Erfassungseinheiten, welche als Sensoren ausgebildet sind, können direkt die Temperatur und den Druck des in dem Gasdruckspeicher durch das Sicherheitsventil 104 eingesperrten Kraftstoffes erfassen .
Wird das Sicherheitsventil 104, geöffnet, so strömt der in dem Gasdruckspeicher unter Hochdruck, etwa 350 bar, 700 bar, 875 bar, oder 900 bar, gespeicherte Kraftstoff über das Leitungsstück 103 in Richtung Versorgungsanschluss A2, wodurch der gespeicherte Kraftstoff einem nachgeschalteten Verbraucher zur Verfügung gestellt wird. Vor dem Erreichen des Sicherheitsventils 104 strömt der gespeicherte Kraftstoff erst durch einen Filter 106, um in dem gespeicherten Kraftstoff vorhandene Verunreinigungen zu entfernen. Danach strömt der Kraftstoff durch ein Überschussflussventil 105, wodurch der maximale Durchfluss des aus dem Gasdruckspeicher 300 ausströmenden Kraftstoffes begrenzt wird, insbesondere derart begrenzt wird, dass der maximale Durchfluss etwas höher bestimmt ist wie der seitens der angeschlossenen Verbraucher maximal benötigte Durchfluss.
Auf diese Weise wird einerseits ein für die Versorgung des nachgeschalteten Verbrauchers bzw. der nachgeschalteten Verbraucher ausreichend großer Kraftstoffdurchfluss gewährleistet, andererseits wird der Durchfluss soweit wie möglich begrenzt, so dass im Falle einer Störung nicht ungewollt viel Kraftstoff entweicht.
Nach dem Sicherheitsventil 104 ist in Strömungsrichtung S1 in dem Leitungsstück 103 das Druckregelventil 107 vorgesehen, das den seitens des Gasdruckspeichers 300 eingeleiteten Gasdruck (Gasdruckspeicherdruck) Pi auf einen voreingestellten bzw. an die Arbeitslast des nachgeschalteten Verbrauchers angepassten Arbeitsdruck P2 reduziert und/oder reguliert . Zwischen dem Sicherheitsventil 104 und dem Druckregelventil 107 ist ein Rückschlagventil derart angeordnet, dass ein Rückfluss von dem Druckregelventil 107 in Richtung Sicherheitsventil 104 unterbunden wird.
Des Weiteren ist in der dargestellten Ausführungsform ein weiteres, bevorzugt magnetisches, Sicherheitsventil nach dem Druckregelventil 107 angeordnet, wobei es mittels dieses Sicherheitsventils möglich ist, in der Ventileinrichtung 100, insbesondere dem Intankventil 200, den bereits auf Arbeitsdruck P2 reduzierten Kraftstoff, abzuriegeln bzw. einzuschließen und den danach angeordneten Verbraucher, beispielsweise ein Brennstoffzellensystem leer zu fahren. Mit anderen Worten den Kraftstoff aus dem Brennstoffzellensystem zu entfernen und somit den anliegenden Druck abzubauen. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, wenn das weitere Sicherheitsventil derart gestaltet ist, dass es lediglich bis zu einem vorbestimmten Druck wie beispielsweise 50 bar öffnen kann, also einem Druck der einerseits niedriger ist als der im Gasdruckspeicher 300 vorherrschende Maximaldruck von 350 bar, 700 bar, 875 bar oder 900 bar und andererseits größer als der vom nachgeschalteten Verbraucher benötigte Arbeitsdruck P2 ist.
Ferner weist das dargestellte Intankventil 200 eine erste Überdruckvorrichtung 110 in Form eines Überdruckventils auf, welches in der dargestellten Ausführungsform auf einen Druck von 19 bar eingestellt ist, damit wird der an dem nachgeschalteten Verbraucher anliegende Arbeitsdruck P2 auf 19 bar begrenzt. Weist das Druckregelventil 107 eine Störung auf und reduziert beispielsweise den Druck des Kraftstoffes lediglich auf 50 bar, öffnet das Überdruckventil 110 und entlässt den überschüssigen Kraftstoff über den Entlastungsanschluss A3 an die Umgebung.
Wie der Figur 3 weiter zu entnehmen ist, weist das dargestellte Intankventil 200 ferner eine zweite Überdruckvorrichtung 108 auf, die als eine Berstscheibe ausgebildet ist und dazu eingerichtet ist, den an das Intankventil 200 angeschlossenen Gasdruckspeicher 300 vor Überdruck zu schützen.
Des Weiteren weist das Intankventil 200 eine thermische Druckentlastungsvorrichtung 109 auf, die dazu eingerichtet ist, bei einen vorbestimmten Temperatur-Grenzwert zu öffnen, d.h. ein standardmäßig geschlossenes Ventil der Druckentlastungsvorrichtung 109 zu öffnen, um den in dem Gasdruckspeicher 300 gespeicherten Kraftstoff über den Entlastungsanschluss A3 an die Umgebung abzulassen. Hierbei ist die Druckentlastungsvorrichtung 109 derart ausgestaltet, dass der Kraftstoff nicht zu schnell entweichen kann, um den Gasdruckspeicher 300 vor Schäden zu schützen, den Kraftstoff dennoch in einer ausreichenden hohen Geschwindigkeit, in der Regel innerhalb von 3 bis 5 Minuten entweichen zu lassen, so dass die Integrität des Gasdruckspeichers 300 bis zur vollständigen Entleerung gewährleistet werden kann.
Die Druckentlastungsvorrichtung 109 kann wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt parallel zu der zweiten Überdruckvorrichtung 108 (Berstscheibe) und der Druckerfassungseinheit 102 in einem Fluidstrang angeordnet sein, welcher den Entlastunganschluss A3 mit dem Innenraum (Speicherraum) des Gasdruckspeichers 300 fluidführend verbindet. Des Weiteren kann die Druckentlastungsvorrichtung 109 irreversible durch Bersten eines Glaskörpers betätigt, d.h. geöffnet werden, wobei das Bersten des Glaskörpers so eingestellt ist, dass das Bersten bei einer vorbestimmten Temperatur und gegebenenfalls erst nach Vorliegen der vorbestimmten Temperatur für eine vorgegebene Zeitdauer geschieht. Hierbei ist es aus Sicherheitsgründen vorteilhaft, wenn das Betätigen bzw. Auslösen der Druckentlastungs vorrichtung irreversibel erfolgt, damit ein ungewünschtes Schließen nach einmaliger Betätigung bzw. Auslösung der Druckentlastungsvorrichtung ausgeschlossen werden kann. Das Betätigen der Druckentlastungsvorrichtung kann jedoch auch durch einen externen Impuls oder durch Ansteuern erfolgen.
Wie die Figur 3 weiter zeigt, weist das dargestellte Intankventil eine Steuerungsvorrichtung 120 auf, die dazu dienen kann, die von den Erfassungseinrichtungen 101 und 102 erfassten Werte auszuwerten und gegebenenfalls zu protokollieren und basierend auf den erfassten Werten einen Integritätszustand des Gasdruckspeichers 300 und des Intankventils 200 zu ermitteln. Die Steuerungsvorrichtung 120 ist ferner dazu eingerichtet, basierend auf den erfassten Werten einen Kraftstoffversorgungsvorgang des nachgeschalteten Verbrauchers zu steuern, insbesondere das Druckregelventil 107 entsprechend zu öffnen bzw. zu schließen. Hierbei kann um unterschiedliche Drücke einstellen zu können, das Druckregelventil auch teilweise geöffnet bzw. geschlossen werden, so dass Öffnungsgrade zwischen 0% und 100% ebenfalls möglich sind.
Des Weiteren weist das in Figur 3 dargestellte Intankventil 200 eine Kommunikationsvorrichtung auf, die beispielsweise eine Bluetooth- und eine WLAN-Antenne aufweist, anhand der das Intankventil 200 mit externen Nutzern drahtlos kommunizieren kann. Ferner weist das gezeigte Intankventil eine wie oben bereits im Detail beschriebene Leckage- Erfassungseinrichtung auf.
Abschließend weist das gezeigte Intankventil 200 einen Betankungsanschluss (Befüllungsanschluss) Al auf, mittels dessen der Gasdruckspeicher mit Gas, insbesondere Kraftstoff, befüllt werden kann. Hierzu verfügt das dargestellte Intankventil 200 über einen separaten Betankungskanal, in dem der eingeleitete Kraftstoff in Strömungsrichtung S2 in den Gasdruckspeicher 300 geleitet wird. In dem Betankungskanal ist wiederum ein Filter vorgesehen, um Verunreinigungen, die in dem einzufüllenden Kraftstoff vorhanden sind, daran zu hindern, in den Gasdruckspeicher 300 zu gelangen und darin zu akkumulieren. In Strömungsrichtung S2 hinter dem Filter ist ferner ein Rückschlagventil oder sind mehrere hintereinander geschaltete Rückschlagventile angeordnet, welche (s) ein Zurückströmen des eingefüllten Kraftstoffes zu dem Filter unterbindet. Ferner ist am dem Gasdruckspeicher 300 zugewandten Ende des Betankungskanals ein weiteres Rückschlagventil vorgesehen, das ein Entweichen des eingefüllten Kraftstoffes über den Betankungsanschluss Al unterbindet .
Figur 4 zeigt ein Rohrleitungs- und Instrumentenfließ- schema einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 100, wobei die dargestellte Ventileinrichtung 100 von ihrem grundsätzlichen Aufbau, dem in Figur 3 dargestellten Intankventil 200, entspricht.
Wie der Figur 4 entnommen werden kann, weist die gezeigte Ventileinrichtung 100, insbesondere Gas-Handhabungs- einrichtung, sechs Schnittstellen auf, mit denen die Ventileinrichtung 100 mit externen Komponenten verbunden werden kann, insbesondere fluidführend verbunden werden kann. Hierbei dient beispielsweise die Schnittstelle 1 zum Anschluss eines einzelnen Gasdruckspeichers 300 oder eines Gasdruckspeichersystems 400 an die Ventileinrichtung 100. Entsprechend weist die Schnittstelle 1 eine Zuführleitung (Nebenversorgungsleitung) aus, über welche der Gasdruckspeicher 300 mit Kraftstoff befüllt werden kann, einen Hauptversorgungsstrang, über den der in dem Gasdruckspeicher 300 unter Hochdruck gespeicherte Kraftstoff einem Verbraucher zugeführt werden kann, und zwei Mess- und Diagnosepfade. Der erste Mess- und Diagnosepfad verbindet den Innenraum (Kraftstofffüllung) des Gasdruckspeichers 300 mit einem in der Ventileinrichtung vorgesehenen Temperaturelement (Temperaturerfassungseinheit 101), mittels dessen die Temperatur des Kraftstoffes im Gasdruckspeicher 300 erfasst werden kann. Der zweite Mess- und Diagnosepfad teilt sich auf drei parallel angeordnete Pfade / Leitungen auf, an einem der drei Pfade ist einerseits eine Schnittstelle 5 ausgebildet, an der ein auswechselbares/montierbares Drucksensorelement (Druckerfassungseinheit 102) angeschlossen ist. Das an die Schnittstelle 5 angeschlossene Drucksensorelement erfasst über den zweiten Mess- und Diagnosepfad den Druck innerhalb des Gasdruckspeichers 300. In einem zweiten Pfad ist eine Berstscheibe (Überdruckvorrichtung 108) angeordnet, welche den angeschlossenen Gasdruckspeicher 300 vor Überdruck schützt. Mit anderen Worten, erreicht beispielsweise während der Befüllung des Gasdruckspeichers aufgrund einer fehlerhaften Betankungsanlage der Druck innerhalb des Gasdruckspeichers 300 einen vorbestimmten Grenzwert, beispielsweise 900 bar, so zerbricht die Berstscheibe und öffnet dadurch den Zugang zu der Schnittstelle 4 (Entlastungsanschluss A3), über welche der Kraftstoff in die Umgebungsluft abgegeben werden kann.
An dem dritten Pfad ist eine thermische Druckentlastungsvorrichtung (TPRD) vorgesehen, welche beim Erreichen eines vorbestimmten Grenzwertes / maximal Temperatur, beispielsweise im Falle eines Unfalls mit Brandfolge, ebenfalls einen Zugang zu der Schnittstelle 4 (Entlastungsanschluss A3) öffnet, wodurch der im Gasdruckspeicher 300 gespeicherte Kraftstoff kontrolliert an die Umgebung abgegeben/abgelassen werden kann. Hierbei kann eine kanalisierte Freisetzung an die Umgebung erfolgen. Darunter ist zu verstehen, dass die Richtung der Freisetzung derart gewählt wird, dass der ausströmende Kraftstoff in einer Richtung freigesetzt wird, in der keine Bauteile und/oder Personen gefährdet werden.
Wie der Figur 4 ferner entnommen werden kann, sind innerhalb des Gasdruckspeichers 300 ein Filter F2, ein Rückschlagventil CV2 und ein Überschussflussventil EFV angeordnet, deren Funktion bereits in Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben wurde. In dem Hauptversorgungsstrang sind in Strömungsrichtung zu einer Schnittstelle 3, an welche ein nachgeschalteter Verbraucher wie beispielsweise ein Brennstoffzellensystem angeschlossen werden kann, ein Sicherheitsventil SV1, ein Rückschlagventil CV3, ein Druckregelventil PR und ein weiteres Sicherheitsventil SV2 angeordnet, wobei beide Sicherheitsventile als Magnetventile ausgebildet sind.
Des Weiteren ist in Strömungsrichtung hinter dem zweiten Sicherheitsventil SV2 eine Überdruckvorrichtung PRV angebunden, welche beim Erreichen eins voreingestellten Maximaldrucks, welcher so gewählt ist, dass der nachgeschaltete Verbraucher nicht beschädigt werden kann, auslöst und im betätigten Zustand einen Zugang zu der Schnittstelle 4 (Entlastungsanschluss A3) öffnet, wodurch der überschüssige Kraftstoff nach außen abgelassen werden kann.
Zusätzlich weist die gezeigte Ventileinrichtung 100 eine Schnittstelle 2 auf, über welche beispielsweise eine Betankungsanlage mit der Ventileinrichtung 100 zur Befüllung des Gasdruckspeichers 300 verbunden werden kann. In Strömungsrichtung von der Schnittstelle 2 zur Schnittstelle 1, an welcher der Gasdruckspeicher 300 angeschlossen ist, sind ein Filter Fl, ein Rückschlagventil CV1 und das im Gasdruckspeicher 300 vorgesehene Rückschlagventil CV2 angeordnet. Hierbei ist in vorteilhafterweise die Zuführleitung (Nebenversorgungsleitung) über ein Rückschlagventil CV4 mit der Hauptversorgungsleitung verbunden, insbesondere zwischen dem Rückschlagventil CV3 und dem Druckregelventil PR.
Schnittstelle 6 illustriert eine Signalanbindung, mittels der die Sicherheitsventile SV1 und SV2, das Druckregelventil PR und die Sensorelemente PT, TE mit einer Steuerungseinrichtung verbunden werden können, wobei die Steuerungseinrichtung mit in die Ventileinrichtung 100 integriert seit kann. Figur 5 zeigt vereinfacht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasdruckspeichersystems 400, das beispielhaft aus zwei Gasdruckspeichern 300, zwei Intankventilen 200, die jeweils in einen Gasdruckspeicher 300 eingeschraubt sind, und einer Ventileinrichtung 100, die als Gas-Handhabungseinrichtung ausgebildet ist, besteht. Die Gas- Handhabungseinrichtung umfasst sämtliche in Bezug zu dem in Figur 3 gezeigten Intankventil 200 beschriebenen Komponenten bzw. damit verbundene Funktionen.
Die zwei dargestellten Intankventile 200 hingegen sind auf minimal notwendige Sicherheitsfunktionen begrenzt. So weißen die beiden Intankventile 200 jeweils ein Sicherheitsventil 204 auf, mittels dessen ein ungewolltes Ausströmen des Kraftstoffes aus den einzelnen Gasdruckspeichern 300 unterbunden werden kann, insbesondere im Falle eines Unfalls. Entsprechend sind die Schutzventile 204, wie auch das Schutzventil 104 der Gas-Handhabungseinrichtung 100, selbstschließende Ventile. Des Weiteren umfassen die Intankventile 200 jeweils ein Überschussflussventil 206, das dazu eingerichtet ist, das Ausströmen des Kraftstoffes auf einen vorbestimmten Maximalwert zu begrenzen. Ferner weisen die Intankventile 200 einen Betankungskanal 207 auf, der mit einem Rückschlagventil versehen ist. Ferner ist noch vor dem Sicherheitsventil 204, insbesondere vor dem Überschussflussventil 206, ein Filter 205 angeordnet. Abschließend weisen die beiden Intankventile 200 noch eine Temperatur- und/oder Druckerfassungseinrichtung 201 auf.
Die den Intankventilen 200 in Ausströmrichtung S1 nachgeschaltete Gas-Handhabungseinrichtung 100 weist ebenfalls ein Überschussflussventil 106 auf, das dazu dient, die durch die Vielzahl von angebundenen Gasdruckspeichern 300 (hier zwei) akkumulierte Durchflussmenge an Kraftstoff zu limitieren. Des Weiteren weist die Gas-Handhabungseinrichtung 100 einen Anschlussbereich 150 auf, mittels dessen die beiden Intankventile 200 elektrisch und elektronisch mit der Gas- Handhabungseinrichtung 100, insbesondere deren Steuerungseinrichtung 120, verbunden sind. Auf diese Weise kann die Steuerungseinrichtung 120 auf die mittels der Temperatur- und/oder Druckerfassungseinrichtung 201 ermittelten Werte oder Daten zugreifen und entsprechend die Sicherheitsventile 204 falls notwendig betätigen.
Figur 6 zeigt ein Rohrleitungs- und Instrumentenfließ- schema einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 100, wobei die gezeigte Ventileinrichtung eine Weiterbildung der in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Ventileinrichtung ist. Die in Figur 6 gezeigte Ventileinrichtung weist ebenfalls die Schnittstellen 1 bis 4 auf, lediglich die Schnittstellen 5 (Druckerfassungseinheit 102) und 6 (Signalanbindung) fehlen. Dies liegt daran, dass die Steuerungsvorrichtung 120 und die Druckerfassungseinheit 102 direkt in die Ventileinrichtung 100 integriert sind.
Wie der Figur 6 entnommen werden kann, sind in der dargestellten Ausführungs form der Ventileinrichtung 1 in Strömungsrichtung von der Schnittstelle 1 zu der Schnittstelle 3, an welcher ebenfalls ein Verbraucher angeschlossen werden kann, in dem Hauptversorgungsstrang ein Überschussflussventil EFV1.1, ein erstes manuelles Ventil (Sicherheitsventil) MV1.1, ein Filter Fl.l, ein Magnetventil XV 1.1, ein Druckregelventil PRV1.1, ein zweiter Filter Fl.2 und ein zweites manuelles Ventil MV1.4. Wie in Figur 4, ist auch hier eine Überdruckvorrichtung PSV1 nach dem Druckregelventil PRV1.1 vorgesehen, welches über die Schnittstelle 4 überschüssigen Kraftstoff nach außen ablassen kann.
Der große Unterschied zur in Figur 4 beschriebenen Ventileinrichtung liegt einerseits darin, dass nicht nur vor dem Druckregelventil PRV1.1 ein Drucksensor PT1.1 und ein Temperatursensor TT1.1 vorgesehen sind, sondern auch in Strömungsrichtung hinter dem Druckregelventil PRV1.1 ein Drucksensor PT1.2 und ein Temperatursensor TT1.2 vorgesehen sind. Diese Ausbildung ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Ventileinrichtung 100 eine Temperiervorrichtung 170 aufweist. In diesem Fall kann mittels des zweiten Sensorpaars PT1.2, TT1.2 der Zustand (Temperatur und Druck) des Kraftstoffes nach erfolgter Druckminderung durch das Druckregelventil PRV1.1 erfasst werden und entsprechend die Temperiervorrichtung 170 gesteuert werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Kraftstoff für den nachfolgenden Verbraucher optimiert zu konditionieren. Ferner können die zusätzlich ermittelten Zustandsinformationen für die Durchführung der Dichtheitsprüfung verwendet werden. Auf diese Weise kann insbesondere während des Betriebs des nachgeschalteten Verbrauchers, insbesondere des Brennstoffzellensystems, d.h. während eines kontinuierlichen Ausströmens des im Gasdruckspeicher 300 gespeicherten Kraftstoffes, die Dichtheitsprüfung, insbesondere die Dichtheitsprüfung des Gasdruckspeichers 300 und/oder des Gasdruckspeichersystems 400, zuverlässiger durchgeführt werden.
Figur 7 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Aus führungsform eines erfindungsgemäßen Gasdruckspeichersystems 400. Das dargestellte Gasdruckspeichersystem 400 besteht aus vier nebeneinander angeordneten Gasdruckspeichern 300, welche jeweils mit einem Intankventil 200 (OTV) versehen sind, welche wiederum über eine Fluidleitung miteinander verbunden sind.
Wie der Figur 7 entnommen werden kann, weisen die vier Intankventile 200 (OTVs), die an der Vorderseite der Gasdruckspeicher 300 angebracht sind, jeweils eine thermische Druckentlastungsvorrichtung (TPRD), eine Temperatur- und eine Druckerfassungseinheit (TT, PT) sowie ein Magnetventil (SV) auf. Ferner sind die vier Intankventile 200 über Leitungen mit einem gemeinsamen Druckregelventil verbunden, welches den Druck in den Gasdruckspeichern 300 auf einen Arbeitsdruck reduziert. Nach dem Druckregelventil (PR), welches ebenfalls eine Druckerfassungseinheit (PT) aufweist, wird der kanalisierte Kraftstoff über eine Leitung zu einem manuellen Ventil, das mit einem Sicherheitsventil gekoppelt ist, geleitet. Ferner sind die vier Gasdruckspeicher zu einer Zuleitung kanalisiert, über welche die vier Gasdruckspeicher 300 betankt bzw. befüllt werden können. Ebenfalls sind die Entlastungsausgänge der vier thermischen Druckentlastungs vorrichtungen (TPRDs) kanalisiert, um über eine gemeinsame Leitung den im Notfall ausströmenden Kraftstoff kanalisiert und gerichtet, insbesondere in einer geforderten Richtung, ausströmen zu lassen.
Figur 8 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Aus führungsform eines erfindungsgemäßen Gasdruckspeichersystems 400. Das dargestellte Gasdruckspeichersystem 400 weist grundsätzlich dieselben Komponenten wie das in Figur 7 dargestellte Gasdruckspeichersystem 400 auf. Das in Figur 8 dargestellte Gasdruckspeichersystem 400 unterscheidet sich jedoch darin, dass eine Vielzahl von sicherheitsrelevanten Komponenten, die in dem Gasdruckspeichersystem 400 der Fig. 7 separat ausgebildet waren, in einer Einheit, nämlich in einer Gas- Handhabungseinrichtung 100, integriert sind. In der dargestellten Ausführungs form sind in der Gas- Handhabungsvorrichtung das Druckregelventil (PR), das manuelle Ventil und das Sicherheitsventil integriert. Zusätzlich sind die in Figur 7 jeweils in den Intankventilen 200 (OTVs) vorgesehenen Magnetventile (SV) in der Gas- Handhabungsvorrichtung 100 als ein einziges Magnetventil (SV) realisiert. Auf diese Weise ist es einerseits möglich, die einzelnen Komponenten kompakt in einem Ventilblock zu integrieren, und andererseits den Verkabelungs- und Verrohrungsaufwand und damit die Kosten und den Wartungsaufwand zu reduzieren. Figur 9 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 100. Figur 9 soll grundsätzlich die konkrete Umsetzung eines Hauptventils, welches bevorzugt bei Ventileinrichtungen zum Einsatz kommt, die beispielsweise für Feuerlöschsysteme, die bevorzugt Stickstoff als Löschmittel nutzen, Verwendung finden, darstellen.
Wie der Figur 9 entnommen werden kann, weist die Ventilanordnung 500 einer derartigen Ventileinrichtung einen Hauptversorgungsstrang 501, ein in den Hauptversorgungsstrang eingebundenes Hauptventil 502, wobei das Hauptventil zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch den Hauptversorgungsstrang 501 strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch den Hauptversorgungsstrang 501 strömen kann, verstellbar ist, und ein Druckregelventil 503, das dazu eingerichtet ist, einen Druck des durch den Hauptversorgungsstrang strömenden Gases zu reduzieren und/oder zu regulieren, auf. Hierbei ist das Hauptventil 502 mittels eines impulsgesteuerten Betätigungsventils 504, welches als ein Magnetventils ausgebildet ist, mittelbar über ein Kolbensystem 505 betätigbar, wobei das Kolbensystem 505 einen Steuerkolben 506 mit Stößel und ein Druckelement 507 aufweist.
Wird das Betätigungsventil 504 betätigt, öffnet dieses eine Zulaufleitung 508, über welche der Steuerkolben 506, insbesondere eine Druckseite des Steuerkolbens, mit Druckluft oder Steuerluft versorgt bzw. beaufschlagt wird. Hierbei ist in Strömungsrichtung der Druck- bzw. Steuerluft vor dem Betätigungsventil 504 ein Rückschlagventil 510 angeordnet, welches auch in dem Fall, dass das Betätigungsventil nur kurzzeitig betätigt wird oder sich aufgrund eines Defekts löst, verhindert, dass der an der Druckseite des Steuerkolbens angelegte Druck sinkt. Wie der Figur 9 weiter entnommen werden kann, wird in einer geschlossenen Stellung des Hauptventils 502, das Druckelement 507 des Steuerkolbens 506 durch eine Feder 512 in Richtung des Steuerkolbens 506, insbesondere in Richtung eines Ventilsitzes kraftbeaufschlagt, wodurch ein Schließelement 509 des Hauptventils 502, durch das Druckelement 507 in den Ventilsitz gedrückt wird und das Hauptventil 502 in den geschlossenen Zustand versetzt wird.
Erfolgt nun eine Betätigung des Betätigungsventils 504 und es liegt auf der Druckseite des Steuerkolbens 506 Druckluft bzw. Steuerluft an, wird dieser in Richtung des Hauptventils 502, insbesondere des Schließelements 509 des Hauptventils 502 gedrückt, und da die durch den Steuerkolben 506 erzeugte Kolbenkraft größer ist als die Federkraft der Feder 512, schiebt der Stößel des Steuerkolbens 506 das Druckelement 507 gegen die Feder 512 wodurch das Schließelement 509 freigegeben wird und durch den anliegenden Druck des Gases (Nutzgases) von dem Ventilsitz weggedrückt wird. Das Hauptventil 502 befindet sich in der geöffneten Stellung.
Hierbei ist nun die Ventilanordnung 500, insbesondere eine Größe der Kolbenfläche des Steuerkolbens 506 derart gewählt, dass auch bei abfallendem Druck auf der Druckseite des Steuerkolbens, was beispielsweise aufgrund einer Leckage und Ausfall des Betätigungsventils passieren kann, bis auf einen vorbestimmten Minimaldruck, das Hauptventil 502 in der geöffneten Stellung verharrt. Mit anderen Worten ist die erzeugte Kolbenkraft, welche über den Stößel auf das Druckelement wirkt, auch bei vorbestimmten Minimaldruck größer als die entgegenwirkende Federkraft/Schließkraft.
Soll nun gewollt das Hauptventil 502 gelöst werden, ist manuell ein Löseventil 511 zu betätigen. Wird das Löseventil 511 betätigt, wird der an der Druckseite des Steuerkolbens anliegende Druck abgebaut, wodurch das Hauptventil 502 in den geschlossenen Zustand zurückkehrt. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass einzelne, jeweils in verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale auch in einer einzigen Ausführungsform umgesetzt werden können, sofern sie nicht strukturell inkompatibel sind. Gleichermaßen können verschiedene Merkmale, die im Rahmen einer einzelnen Ausführungsform beschrieben sind, auch in mehreren Ausführungsformen einzeln oder in jeder geeigneten Unterkombination vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
100 Ventileinrichtung
101 Temperaturerfassungseinheit
102 Druckerfassungseinheit
103 Leitungsstück
104 Sicherheitsventil
105 Überschussflussventil
106 Filter
107 Druckregelventil
108 Zweite Überdruckvorrichtung
109 Thermische Druckentlastungsvorrichtung
110 Erste Überdruckvorrichtung / Überdruckventil
111 Anschlussstutzen
120 Steuerungsvorrichtung 130 Kommunikationsvorrichtung
140 Elektrische- und/oder elektronische Schnittstelle 150 Anschlussbereich
160 Leckage-Erfassungseinrichtung (Schnüffler)
170 Ausrichtungs-Erfassungseinrichtung 180 Temperiervorrichtung
200 Intankventil
201 Temperatur- und/oder Druckerfassungseinheit
204 Sicherheitsventil
205 Überschussflussventil
206 Filter
207 Betankungskanal 211 Anschlussstutzen
300 Gasdruckspeicher
301 Anschlussstutzen 302 Temperatursensor
400 Gasdruckspeichersystem
500 Ventilanordnung
501 Hauptversorgungsstrang
502 Hauptventil
503 Druckregelventil
504 Betätigungsventil
505 Kolbensystem
506 Steuerkolben
507 Druckelement
508 Zulaufleitung
509 Schließelernent
510 Rückschlagventil 511 Löseventil
512 Feder

Claims

ANSPRÜCHE
1. Ventileinrichtung (100), insbesondere Gas-Handhabungs- einrichtung, die bevorzugt für eine Kraftstoffversorgungs anlage oder ein Feuerlöschsystem verwendbar ist, umfassend: mindestens eine Temperaturerfassungseinheit (101), mindestens eine Druckerfassungseinheit (102), und ein in ein Leitungsstück (103) eingebundenes Sicherheitsventil (104), wobei das Sicherheitsventil (104) zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch das Leitungsstück (103) strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch das Leitungsstück (103) strömen kann, verstellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinheit (101) und die Druckerfassungseinheit (102) so angeordnet sind, dass sie eine Temperatur und einen Druck des durch das Leitungsstück (103) strömenden Gases in einem Zustand erfassen können, in dem das Gas an dem geschlossenen Sicherheitsventil (104) druckbeaufschlagend ansteht, und die Ventileinrichtung (100) ferner dazu eingerichtet ist, basierend auf den erfassten Temperatur- und Druckwerten eine Dichtheitsprüfung des Leitungsstücks (103), insbesondere eines an das Leitungsstück (103) angeschlossenen Gasdruckspeichersystems (400), durchzuführen, insbesondere im geschlossenen Zustand des Sicherheitsventils (104).
2. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der die Ventileinrichtung (100) in Form eines Intankventils (200) zur Anbringung an einem Gasdruckspeicher (300), insbesondere einem Wasserstofftank, der bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zu versorgen, ausgebildet ist.
3. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 2, ferner aufweisend einen Anschlussstutzen (111, 211), der dazu eingerichtet ist, in einen Gasdruckspeicher (300), insbesondere einen Anschluss stutzen (301) des
Gasdruckspeichers (300), einschraubbar zu sein.
4. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in Strömungsrichtung (Sl), insbesondere in Ausströmrichtung des Gases oder Kraftstoffes aus dem Gasdruckspeicher (300) in Richtung Verbraucher, vor dem Sicherheitsventil (104), ein Überschussflussventil (105) und/oder Drosselventil vorgesehen ist.
5. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Druckregelventil (107) das bevorzugt in Strömungsrichtung (Sl) hinter dem Sicherheits ventil (104) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, einen Gasdruckspeicherdruck (Pi) auf einen Arbeitsdruck (P2) eines mit dem Kraftstoff zu versorgenden Verbrauchers zu reduzieren und/oder zu regulieren.
6. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 5, ferner aufweisend eine erste Überdruckvorrichtung (110), insbesondere ein Überdruckventil, die dazu eingerichtet ist, den durch das Druckregelventil (107) geregelten Arbeitsdruck (P2) auf einen voreingestellten Grenzwert zu begrenzen.
7. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine zweite Überdruckvorrichtung (108), insbesondere eine Berstscheibe, die dazu eingerichtet ist, einen an die Ventileinrichtung (100) angeschlossenen Gasdruckspeicher (300) vor Überdruck zu schützen.
8. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine thermische Druckentlastungsvorrichtung (109), die dazu eingerichtet ist, bei einem vorbestimmten Temperatur-Grenzwert den in einem an die Ventileinrichtung (100) angeschlossenen Gasdruckspeicher (300) unter Druck gespeicherten Kraftstoff, über einen Entlastungsanschluss (A3) an die Umgebungsluft abzulassen. 9. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 8, bei der die Druckentlastungsvorrichtung (109) ein Betätigungselement aufweist, das bei Erreichen des vorbestimmten Temperatur- Grenzwerts ein Ventil der Druckentlastungsvorrichtung öffnet, insbesondere irreversible öffnet, wobei das Betätigungselement bevorzugt durch einen Glaskörper, der bei Erreichen des vorbestimmten Temperatur-Grenzwertes berstet und dadurch eine Betätigung des Ventils freigibt, oder durch eine bevorzugt in den Gasdruckspeicher integrierte Flüssigkeit ausgebildet ist, die durch Ausdehnung des eigenen Volumens beim Erreichen des vorbestimmten Temperatur- Grenzwertes einen Mechanismus, insbesondere ein Kolbensystem, auslöst, welches das Ventil der Druckentlastungsvorrichtung öffnet.
10. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuerungsvorrichtung
(120), die dazu eingerichtet ist, Signale, insbesondere Messsignale der Temperaturerfassungseinheit (101) und/oder der Druckerfassungseinheit (102) und/oder externer Sensoren und/oder eines an einem Gasdruckspeicher vorgesehenen Temperatursensors (302) zu empfangen, diese Signale zu verarbeiten und entsprechende Steuersignale auszugeben, insbesondere an das Sicherheitsventil (104) und/oder das Druckregelventil (107) und/oder die thermische Druckentlastungsvorrichtung (109) auszugeben.
11. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei die Steuerungsvorrichtung (120) dazu eingerichtet ist, zur Durchführung einer Dichtheitsprüfung des Leitungsstücks
(103), insbesondere eines an das Leitungsstück (103) angeschlossenen Gasdruckspeichersystems (400), das Sicherheitsventil (104) in eine geschlossene Stellung zu bringen und anschließend für eine vorbestimmte Zeitdauer mittels der Temperaturerfassungseinheit (101) und der Druckerfassungseinheit (102) eine Vielzahl von Temperatur- und Druckwerte des an dem Sicherheitsventil (104) anstehenden Gases oder Kraftstoffes zu ermitteln und basierend auf den ermittelten Temperatur- und Druckwerten die Dichtheitsprüfung durchzuführen .
12. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei zur Dichtheitsprüfung die Vielzahl von erfassten Temperatur- und Druckwerten zur Bestimmung eines Kennwerts der Stabilität und/oder einer Tendenz miteinander verglichen werden, liegt der Kennwert der Stabilität und/oder die Tendenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, ist das Leitungsstück (103), insbesondere das an das Leitungsstück (103) angeschlossene Gasdruckspeichersystems (400), dicht.
13. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 12, wobei der vorbestimmte Bereich für den Kennwert der Stabilität und/oder der Tendenz basierend auf Einflussparametern aus der Gruppe: Außentemperatur, Starttemperatur, Startdruck, liegt ein Betankungs- oder Entleerungsvorgang vor, Sonneneinstrahlung, Gasdruckspeichergröße, Betankungs- oder Entleerungsgeschwindigkeit und dergleichen bestimmt wird.
14. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Kommunikationsvorrichtung
(130), insbesondere eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung unter Verwendung von Infrarot, Funk, Bluetooth, oder WLAN (drahtloses lokales Netzwerk), die dazu eingerichtet ist, durch die Ventileinrichtung (100) erfasste Daten wie Drücke, Temperaturen, Öffnungs- und Schließzyklen und/oder Öffnungs und Schließstellungen der einzelnen Ventile, insbesondere des Sicherheitsventils (104) und/oder des Druckregelungsventils (107) an externe Nutzer zu senden/übertragen.
15. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei die Kommunikationsvorrichtung (130) ferner dazu eingerichtet ist, von externen Nutzern, wie beispielsweise einer externen Steuerung/Hauptsteuerung eines Fahrzeugs, einem Notfall- Kontrollsystem (350) das von der Feuerwehr, der Polizei oder anderen Hilfskräften bedient werden kann, Steuerbefehle bevorzugt für die Steuerungsvorrichtung (120) empfangen zu können.
16. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 14 oder 15 und Anspruch 10, wobei die Steuerungsvorrichtung (120) dazu eingerichtet ist, mittels der Kommunikationsvorrichtung (130) mit einer Betankungsanlage zu kommunizieren, um mit der Betankungsanlage eine Information oder Informationen auszutauschen, wobei die Information (en) ausgewählt ist/sind aus der Gruppe: Gasdruckspeicherdruck (Pi), Gasdruck speichertemperatur (Ti), Befüllgeschwindigkeit (1/min) und Dichtheit des Gasdruckspeichers (300), der Ventileinrichtung (100) und/oder der Kraftstoffversorgungsanlage.
17. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Temperiervorrichtung (170) die dazu eingerichtet ist, den durch die Ventileinrichtung (100) strömenden Kraftstoff, insbesondere nachdem dieser durch das Druckregelventil (107) auf den Arbeitsdruck (P2) reduziert wurde, auf eine vorbestimmte Arbeitstemperatur (TA) zu konditionieren, insbesondere zu kühlen und/oder zu heizen.
18. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 17 und Anspruch 10, bei der die Steuerungseinrichtung (120) ferner dazu eingerichtet ist, von einer externen Steuerung, insbesondere einer Steuerung/Hauptsteuerung eines Fahrzeugs oder einer Steuerung eines Brennstoffzellensystems, Steuerbefehle zu erhalten, insbesondere mittels der Kommunikationsvorrichtung (130), um die Temperiervorrichtung (170) entsprechend der Last eines nachgeschalteten Verbrauchers, bevorzugt der nachgeschalteten Brennstoffzelle, zu steuern und/oder zu regeln.
19. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Leckage- Erfassungseinrichtung (160), die dazu eingerichtet ist, die Dichtheit mindestens einer Komponente der Ventileinrichtung (100) zu prüfen, wobei die Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe: Sicherheitsventil (104), Überschussflussventil (105), Filter (106), Druckregelventil (107), erste Überdruckvorrichtung (110), zweite Überdruckvorrichtung (108), thermische Druckentlastungs-vorrichtung (109), Temperiervorrichtung (170), Temperaturerfassungseinheit (101) und/oder Druckerfassungseinheit (102).
20. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Ausrichtungs- Erfassungseinrichtung (180), die dazu eingerichtet ist, die absolute geometrische Ausrichtung der Ventileinrichtung (100), insbesondere mindestens eines an die Ventileinrichtung (100) angeschossenen Gasdruckspeichers (300), im Raum zu erfassen, wobei die Ausrichtungs-Erfassungseinrichtung (180) zumindest einen Sensor ausgewählt aus der Gruppe: Beschleunigungsmesser, Gyroskop und Erdmagnetfeldsensor aufweist .
21. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 20 und 10, wobei die Steuerungsvorrichtung (120) ferner dazu eingerichtet ist, basierend auf einer durch die Ausrichtungs- Erfassungseinrichtung (180) bestimmten Ausrichtung der Ventileinrichtung (100), einen Entlastungsanschluss (A3) zu wählen, mittels dessen eine Entleerung eines Gasdruckspeichers (300) in einer vorbestimmten, insbesondere gesicherten, Raumrichtung möglich ist.
22. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 10, wobei die Steuerungseinrichtung
(120) ferner dazu eingerichtet ist, Betankungszyklen mindestens eines an die Ventileinrichtung (100) angeschlossenen Gasdruckspeichers (300) zu erfassen und/oder zu protokollieren, und/oder die Steuerungseinrichtung (120) ferner dazu eingerichtet ist, beim Erfassen einer Leckage, insbesondere mittels der Leckage-Erfassungseinrichtung (160), eine Betankung mindestens eines an die Ventileinrichtung (100) angeschlossenen Druckspeichers (300) zu unterbinden oder zu beenden.
23. Ventileinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Stromerzeugungsvorrichtung umfassend : einen Wandler, der dazu eingerichtet ist Strömungsenergie, insbesondere Strömungsenergie des in die Ventileinrichtung (100) einströmenden Kraftstoffes, in mechanische Energie, insbesondere rotatorische Energie, umzuwandeln, und einen Generator, der dazu eingerichtet ist, die mechanische Energie in elektrische Energie, insbesondere Strom, umzuwandeln.
24. Ventileinrichtung (100) nach Anspruch 23, wobei der Wandler in Form einer Turbine, eines oder mehrerer Windräder, und der gleichen ausgebildet ist, und der Wandler durch Umwandlung der Strömungsenergie in mechanische Energie eine Abtriebswelle in Rotation versetzt, wobei der Generator bevorzugt durch die Abtriebswelle des Wandlers angetrieben wird und dadurch elektrischen Strom erzeugt.
25. Gasdruckspeicher (300) mit einem Anschlussstutzen (301) in welchem eine Ventileinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 24 oder ein Intankventil (200) nach einem der Ansprüche 2 bis 24 eingebracht ist.
26. Gasdruckspeicher (300) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruckspeicher (300) ein aus einem mehrschichtigen Laminat gebildeter Hohlkörper ist, in den der Anschlussstutzen (301) eingebracht ist.
27. Gasdruckspeichersystem (400) zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, der bevorzugt dazu eingerichtet ist ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zu versorgen, umfassend: mindestens einen Gasdruckspeicher (300), bevorzugt den Gasdruckspeicher nach einem der Ansprüche 25 oder 26, und eine Ventileinrichtung (100), bevorzugt die Ventileinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 24 und/oder ein Intankventil (200), bevorzugt das Intankventil (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 24 und 2.
28. Gasdruckspeichersystem nach Anspruch 25, zumindest aufweisend zwei Gasdruckspeicher (300), die jeweils mit einem Intankventil (200) versehen sind und mittels einer Ventileinrichtung (100) gasführend miteinander verbunden sind, so dass eine Kraftstoffversorgungsanlage mit einem Kraftstoff, der in den beiden Gasdruckspeichern (300) unter Hochdruck gespeichert ist, versorgbar ist.
29. Kraftstoffversorgungsanlage, die bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zu versorgen, umfassend zumindest eine Ventileinrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 24.
30. Verfahren zum Detektieren einer möglichen Leckage, insbesondere eines Gaslecks in einer Kraftstoffversorgungs anlage, insbesondere einem Gasdruckspeichersystem zur Speicherung von Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, die bevorzugt dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffzellensystem mit Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, zu versorgen, umfassend die Schritte:
Schließen eines in ein Leitungsstück (103) eingebundenen Sicherheitsventils (104), wobei das Sicherheitsventil (104) zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch das Leitungsstück (103) strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch das Leitungsstück (103) strömen kann, verstellt werden kann, Erfassen einer Temperatur (Ti) und eines Drucks (Pi) des durch das Leitungsstück (103) strömenden Gases in einem Zustand, in dem das Gas an dem geschlossenen Sicherheitsventil (104) druckbeaufschlagend ansteht,
Durchführen einer Dichtheitsprüfung des Leitungsstücks (103), insbesondere eines an das Leitungsstück (103) angeschlossenen Gasdruckspeichersystems (400), basierend auf den erfassten Temperatur- und Druckwerten.
31. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem eine Vielzahl von Temperatur- und Druckwerten innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ermittelt werden, wobei die Temperatur- und Druckwerte bevorzugt innerhalb eines angeschlossenen Druckspeichers (300) und/oder an mehreren Messstellen innerhalb eines angeschlossenen Gasdruckspeichersystems (400) ermittelt werden.
32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Vielzahl von ermittelten Temperatur- und Druckwerten zur Bestimmung eines Kennwerts der Stabilität und/oder einer Tendenz miteinander verglichen werden, liegt der Kennwert der Stabilität und/oder die Tendenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, ist das Leitungsstück (103), insbesondere das an das Leitungsstück (103) angeschlossene Gasdruckspeichersystem (400), dicht.
33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der vorbestimmte Bereich für den Kennwert der Stabilität und/oder der Tendenz basierend auf Einflussparametern aus der Gruppe: Außentemperatur, Starttemperatur, Startdruck, liegt ein Betankungs- oder Entleerungsvorgang vor, Sonneneinstrahlung, Gasdruckspeichergröße, Betankungs- oder Entleerungs geschwindigkeit und dergleichen bestimmt wird.
34. Ventilanordnung (500) einer Ventileinrichtung, insbesondere der Ventileinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, die bevorzugt für ein Feuerlöschsystem verwendet wird, das bevorzugt Stickstoff (N2) als Löschmittel verwendet, umfassend: einen Hauptversorgungsstrang (501), ein in den Hauptversorgungsstrang (501) eingebundenes Hauptventil (502), wobei das Hauptventil (502) zwischen einer geöffneten Stellung, in der Gas durch den Hauptversorgungsstrang (501) strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der kein Gas durch den Hauptversorgungsstrang (501) strömen kann, verstellbar ist, und ein Druckregelventil (503), das dazu eingerichtet ist, einen Druck des durch den Hauptversorgungsstrang (501) strömenden Gases zu reduzieren und/oder zu regulieren, wobei das Hauptventil (502) mittels eines impulsgesteuerten Betätigungsventils (504), insbesondre mittelbar, in die geöffnete Stellung bringbar oder schaltbar ist, wobei die Ventilanordnung (500) derart gestaltet ist, dass das Hauptventil (502) in der geöffneten Stellung verharrt, auch wenn eine Betätigung durch das impulsgesteuerte Betätigungsventil (504) gelöst und/oder unterbrochen wird.
35. Ventilanordnung (500) nach Anspruch 34, bei der das Hauptventil (502) durch Betätigen des impulsgesteuerten Betätigungsventils (503), insbesondere manuelles Betätigen des Betätigungsventils (503), in die geöffnete Stellung bringbar ist, wobei das Betätigungsventil (503) bevorzugt ein impulsgesteuertes Magnetventil ist.
36. Ventilanordnung (500) nach Anspruch 34 oder 35, bei der das Hauptventil (502) mittelbar über ein Kolbensystem (505) durch das Betätigungsventil (503) betätigbar ist, wobei das Kolbensystem (505) einen Steuerkolben (506) mit Stößel und ein Druckelement (507) aufweist.
37. Ventilanordnung (500) nach Anspruch 36, bei welcher der Steuerkolben (506) bei Betätigung des Betätigungsventils (503) auf einer Druckseite mit Druck beaufschlagt wird, insbesondere durch Öffnen einer Zulaufleitung (508) durch das Betätigungsventil (503).
38. Ventilanordnung (500) nach einem der Ansprüche 34 bis 37, bei der das Hauptventil (502) ein Schließelement (509) aufweist, welches durch das Druckelement (507) des Kolbensystems (505) gegen einen bevorzugt konusförmigen Ventilsitz kraftbeaufschlagt ist, wodurch das Hauptventil (502) im unbetätigten Zustand geschlossen ist, wobei das Druckelement (507) bevorzugt durch eine Feder in Richtung Ventilsitz gedrückt wird.
39. Ventilanordnung (500) nach einem der Ansprüche 34 bis 38, bei dem das Betätigungsventil (504) pneumatisch, elektrisch (Schaltimpuls von ca. 24 V), oder fremdgesteuert betätigbar ist.
40. Ventilanordnung (500) nach einem der Ansprüche 34 bis 39 und Anspruch 36, ferner aufweisend ein Rückschlagventil (510), welches in der Zulaufleitung (508) zur Versorgung des Kolbensystems (505) in Strömungsrichtung vor dem Betätigungsventil (504) angeordnet ist, und ein Entweichen der an dem Steuerkolben (506) anliegenden Druckluft/Steuerluft unterbindet.
41. Ventilanordnung (500) nach einem der Ansprüche 34 bis 40 und 38, bei der eine Größe der Kolbenfläche des Steuerkolbens (506) derart gewählt ist, dass auch bei abfallendem Druck auf der Druckseite des Steuerkolbens (506) durch Leckage oder Ausfall des Betätigungsventils (504) bis auf einen vorbestimmten Minimaldruck, das Hauptventil (502) in der geöffneten Stellung verharrt.
42. Ventilanordnung (500) nach einem der Ansprüche 34 bis 41, ferner aufweisend ein Löseventil (511), das bevorzugt ein Nadelventil, ein Kugelventil oder ein langsam öffnendes Ventil ist, das dazu eingerichtet ist, bei Betätigung, insbesondere manueller Betätigung, den an der Druckseite des Steuerkolbens anliegenden Druck, abzubauen, wodurch das Hauptventil (502) in den geschlossenen Zustand zurückkehrt.
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