EP4244521A1 - Pressure storage device for storing a medium, and method for operating a pressure storage device - Google Patents

Pressure storage device for storing a medium, and method for operating a pressure storage device

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EP4244521A1
EP4244521A1 EP21765628.9A EP21765628A EP4244521A1 EP 4244521 A1 EP4244521 A1 EP 4244521A1 EP 21765628 A EP21765628 A EP 21765628A EP 4244521 A1 EP4244521 A1 EP 4244521A1
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EP
European Patent Office
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pressure
pressure vessel
medium
vessel
valve device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21765628.9A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Kuntz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • Pressure storage device for storing a medium and method for operating a pressure storage device
  • the present invention relates to a pressure storage device for storing a medium and a method for operating a pressure storage device.
  • Mobile compressed hydrogen storage systems can usually have several steel cylinders, similar to a cylinder bundle.
  • the individual bottles can be filled in such a way that a central connection can be created during refueling up to a system pressure of around 700 bar.
  • Another central line can empty the bundle of bottles to a fuel cell system and generate a system-related minimum pressure in the bottles.
  • Each individual bottle can be provided with a controllable valve.
  • the present invention provides an accumulator device for storing a medium according to claim 1 and a method of operating an accumulator device according to claim 7.
  • the idea on which the present invention is based is to specify a pressure accumulator device for storing a medium under pressure and a method for operating a pressure accumulator device, which are characterized by an advantageous filling and emptying option, in which the stored medium penetrates into the material of the pressure vessel can be reduced or even avoided.
  • an internal pressure of the pressure container can be kept at the lowest possible pressure level for as long as possible, even when the medium is being stored.
  • the pressure accumulator device for storing a medium under pressure comprises at least a first pressure vessel with a first valve device and a second pressure vessel with a second valve device; at least one supply line and/or one discharge line, which is connected to the first valve device and to the second valve device and wherein the medium can be filled into the first pressure vessel and into the second pressure vessel via the supply line and/or the first pressure vessel and the second pressure vessel via the discharge line pressure vessel can be emptied; a control device which is connected to the first valve device and to the second valve device for opening and/or closing these and is set up to control filling and/or emptying of the first pressure vessel and the second pressure vessel with the medium, such that a predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is assumed or fallen below.
  • the type of emptying can reduce a risk of the mechanical properties of the pressure vessels being impaired, which can be shaped as steel cylinders, for example, by means of an intelligent filling and emptying strategy for the individual pressure vessels.
  • the pressure accumulator device can itself comprise a pump for generating the necessary pressure, or it can be (externally) connected to such a pump.
  • a filling tank itself can be under sufficient pressure and this pressure can then build up, at least partially, in the pressure vessels during filling.
  • the predetermined pressure level can be a maximum filling pressure or a minimum residual pressure, which can serve as a reference for emptying, and up to which the internal pressure of the pressure vessel is at least lowered.
  • the first pressure vessel and the second pressure vessel comprise a metal and in which hydrogen can be accommodated as a medium.
  • the metal can be steel, for example.
  • this is designed as a mobile system and set up to be installed in a vehicle or with a mobile structure.
  • the first pressure vessel and the second pressure vessel each have a pressure sensor.
  • the control device Via the pressure sensor, which can be connected to the control device and as a function of which the valve device can then be controlled, it is possible to determine whether the predetermined pressure level has been set in the pressure vessel(s) or how high the pressure is in the pressure vessel(s).
  • the control device is set up to fill and/or empty the first pressure vessel and the second pressure vessel serially and in a predetermined sequence.
  • Inflation can occur up to a predetermined inflation pressure and deflation can occur up to a predetermined deflation pressure specifying the respective predetermined pressure level.
  • the first pressure vessel and the second pressure vessel are connected to one another in parallel via the supply line and/or the discharge line.
  • the first pressure vessel and the second pressure vessel are filled with a medium through the supply line and the first valve device and the second valve device are activated and opened, the control device controlling the filling with the medium in such a way that that a predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is assumed or fallen below; and/or emptying the first pressure vessel and the second pressure vessel through the discharge line and thereby activating and opening the first valve device and the second valve device, the control device controlling the emptying in such a way that a further predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is undercut.
  • the first pressure vessel and the second pressure vessel are filled in such a way that a pressure of the medium in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is raised successively or simultaneously to or above a predetermined filling pressure, or the first pressure vessel is emptied and of the second pressure vessel takes place in such a way that a pressure in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is lowered sequentially or simultaneously to or below a predetermined evacuation pressure.
  • an emptying and filling cycle takes place, the first pressure vessel being emptied and a pressure of the medium in the first pressure vessel being lowered to or below a predetermined emptying pressure and a pressure of the medium in the second pressure vessel being only partially lowered thereafter at least the first pressure vessel is refilled, and when it is emptied again, first a pressure of the medium in the second pressure vessel is lowered to or below the predetermined emptying pressure.
  • first pressure vessel instead of the first pressure vessel, several pressure vessels can also be emptied and filled in the same way as the first pressure vessel and then, starting from a specific pressure vessel, filling and emptying can take place as described for the second pressure vessel.
  • the first pressure vessel and the second pressure vessel are emptied sequentially or simultaneously to a predetermined emptying pressure and only then are the first pressure vessel and the second pressure vessel emptied sequentially or simultaneously below the predetermined emptying pressure.
  • first pressure vessel instead of the first pressure vessel, several pressure vessels can also be emptied and filled in the same way as the first pressure vessel and then, starting from a specific pressure vessel, filling and emptying can take place as described for the second pressure vessel.
  • the method can advantageously also be distinguished by the already mentioned features of the pressure accumulator device and vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a pressure accumulator device for storing a medium under pressure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a block diagram of method steps of a method for operating a pressure accumulator device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a pressure accumulator device for storing a medium under pressure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the pressure storage device 10 for storing a medium M under pressure comprises; at least one first pressure vessel B1 with a first valve device VI and a second pressure vessel B2 with a second valve device V2, FIG. 1 showing further pressure vessels B3 to Bn with corresponding valve devices V3 to Vn.
  • Pressure accumulator device 10 can comprise at least one supply line Z and/or one discharge line A, for example as a pipe, which is connected to the first valve device VI and to the second valve device V2 and also to the other valve devices V3 to Vn, and via the supply line Z the medium can be filled in the pressure vessels Bl to Bn and/or the pressure vessels Bl to Bn can be emptied via the discharge line A.
  • the supply line Z and the discharge line A are shown in FIG.
  • the pressure accumulator device 10 further comprises a control device SE, which is connected to the first valve device VI and to the second valve device V2 and the other valve devices for opening and/or closing them and is set up to fill and/or empty the first pressure vessel Bl and the second pressure vessel B2, and also the other pressure vessels B3 to Bn, to be controlled with the medium in such a way that a predetermined pressure level in the first pressure vessel B1 and in the second pressure vessel B2, and in the further pressure vessels B3 to Bn, is assumed or fallen below.
  • the predetermined pressure level can include a minimum pressure for storing the medium, which is reached during emptying and can be maintained over as long a time as possible in order to reduce the penetration of the medium into the material of the respective pressure vessel.
  • the pressure vessels B1 to Bn can include a metal and the medium can include hydrogen. At low pressure, the introduction of hydrogen into the metal can then be reduced.
  • a specific operating strategy can advantageously be carried out by means of the control device and the supply line and/or discharge line, in which case a filling and/or emptying cycle can take place in which each or as many pressure vessels as possible is only filled with the minimum pressure over a maximum period of time, so that the Hydrogen entry (entry of the medium into the wall material of the pressure vessel) can be minimized.
  • This can be done, for example, by serial and not simultaneous filling or emptying of the individual pressure vessels one after the other, with the first pressure vessel B1 being able to be emptied down to a predetermined minimum pressure (predetermined emptying pressure) before the second pressure vessel B2 is emptied, as can the other pressure vessels B3 to Bn. If a pressure vessel is then not completely emptied during an emptying cycle, it can then be emptied with priority in the next emptying cycle.
  • an impairment of the mechanical properties of the pressure vessel can be reduced by each pressure vessel at least temporarily with the at least within two emptying cycles over a certain period of time Minimum pressure is applied.
  • Minimum pressure is applied.
  • the pressure vessels can be emptied, in particular in a manner already mentioned.
  • the at least one of the pressure vessels can be emptied down to the predetermined emptying pressure, which can represent a minimum residual pressure.
  • the pressure tanks can be emptied one after the other in this way. It can then be refilled.
  • that pressure container can then be emptied first which was not emptied down to the predetermined emptying pressure in the previous emptying cycle, as well as all others which were not previously emptied, advantageously in series relative to one another.
  • the entire system ie all pressure vessels, can first be emptied down to a certain pressure (transitional pressure) before the serial emptying of all or some pressure vessels is carried out.
  • the pressure vessels can be filled during filling, for example (predetermined filling pressure) of about 700 bar.
  • the drain line A can evacuate the pressure vessels to a fuel cell system, and create a system-inherent minimum pressure (predetermined evacuation pressure) in the pressure vessels.
  • FIG. 2 shows a block diagram of method steps of a method for operating a pressure accumulator device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first pressure vessel and the second pressure vessel are filled S1 with a medium through the supply line and the first valve device and the second valve device are actuated S2 and opened, with the control device controlling the filling with the medium in such a way controls that a predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is assumed or fallen below; and/or emptying S3 of the first pressure vessel and of second pressure vessel through the derivation line and thereby activating S4 and opening the first valve device and the second valve device, wherein the control device controls the emptying in such a way that a predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is undershot.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

The present invention relates to a pressure storage device (10) for storing a medium (M) under pressure, comprising: at least a first pressure vessel (B1) having a first valve device (V1), and a second pressure vessel (B2) having a second valve device (V2); at least one feed line (Z) and/or one discharge line (A), which is connected to the first valve device (V1) and to the second valve device (V2); a control device (SE), which is connected to the first valve device (V1) and to the second valve device (V2) to open and/or close same and is configured to control filling and/or emptying of the first pressure vessel (B1) and of the second pressure vessel (B2) with and/or of the medium such that the pressure in the first pressure vessel (B1) and in the second pressure vessel (B2) is at or below a predefined pressure level.

Description

Beschreibung description
Titel title
Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines Mediums und Verfahren zum Betreiben einer Druckspeichereinrichtung Pressure storage device for storing a medium and method for operating a pressure storage device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines Mediums und ein Verfahren zum Betreiben einer Druckspeichereinrichtung. The present invention relates to a pressure storage device for storing a medium and a method for operating a pressure storage device.
Stand der Technik State of the art
Mobile Druckwasserstoffspeichersysteme können meist mehrere Stahlflaschen aufweisen, ähnlich eines Flaschenbündels. Dabei kann eine Befüllung der einzelnen Flaschen derart erfolgen, dass ein zentraler Anschluss beim Betanken bis zum Systemdruck von etwa 700 bar erzeugt werden kann. Eine weitere zentrale Leitung kann das Flaschenbündel zu einem Brennstoffzellensystem hin entleeren, und einen systembedingten Minimaldruck in den Flaschen erzeugen. Jede einzelne Flasche kann mit einem ansteuerbaren Ventil versehen sein. Mobile compressed hydrogen storage systems can usually have several steel cylinders, similar to a cylinder bundle. The individual bottles can be filled in such a way that a central connection can be created during refueling up to a system pressure of around 700 bar. Another central line can empty the bundle of bottles to a fuel cell system and generate a system-related minimum pressure in the bottles. Each individual bottle can be provided with a controllable valve.
Wasserstoff diffundiert bei Raumtemperatur in Stahl mit ausreichender Geschwindigkeit. Erhöht sich der Druck im System, z.B. durch Betankung der Flaschen, diffundiert Wasserstoff in den Stahl hinein und kann zu einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften führen. Sinkt der Druck kann Wasserstoff wieder aus dem Stahl effundieren und somit das Risiko der Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften verringern. Hydrogen diffuses in steel at a sufficient rate at room temperature. If the pressure in the system increases, e.g. when the bottles are refuelled, hydrogen diffuses into the steel and can impair the mechanical properties. When the pressure drops, hydrogen can efflux back out of the steel, reducing the risk of mechanical property degradation.
In der DE 11 2006 003 013 B4 wird ein Tank mit einer Armatur und einem Ventil beschrieben, wobei das Ventil in der Armatur befestigt ist. Offenbarung der Erfindung DE 11 2006 003 013 B4 describes a tank with a fitting and a valve, the valve being fastened in the fitting. Disclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines Mediums nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Druckspeichereinrichtung nach Anspruch 7. The present invention provides an accumulator device for storing a medium according to claim 1 and a method of operating an accumulator device according to claim 7.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Preferred developments are the subject of the dependent claims.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines Mediums unter Druck und ein Verfahren zum Betreiben einer Druckspeichereinrichtung anzugeben, welche sich durch eine vorteilhafte Befüllungs- und Entleerungmöglichkeit auszeichnen, bei welcher ein Eindringen des gespeicherten Mediums in das Material der Druckbehälter verringert oder sogar vermieden werden kann. Dabei kann ein Innendruck der Druckbehälter auch beim Speichern des Mediums möglichst lange auf möglichst geringem Druckniveau gehalten werden. The idea on which the present invention is based is to specify a pressure accumulator device for storing a medium under pressure and a method for operating a pressure accumulator device, which are characterized by an advantageous filling and emptying option, in which the stored medium penetrates into the material of the pressure vessel can be reduced or even avoided. In this way, an internal pressure of the pressure container can be kept at the lowest possible pressure level for as long as possible, even when the medium is being stored.
Erfindungsgemäß umfasst die Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines Mediums unter Druck, zumindest einen ersten Druckbehälter mit einer ersten Ventileinrichtung und einen zweiten Druckbehälter mit einer zweiten Ventileinrichtung; zumindest eine Zuleitung und/oder eine Ableitung, welche mit der ersten Ventileinrichtung und mit der zweiten Ventileinrichtung verbunden ist und wobei über die Zuleitung in den ersten Druckbehälter und in den zweiten Druckbehälter das Medium befüllbar und/oder über die Ableitung der erste Druckbehälter und der zweite Druckbehälter entleerbar ist; eine Steuereinrichtung, welche mit der ersten Ventileinrichtung und mit der zweiten Ventileinrichtung zum Öffnen und/oder Schließen dieser verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein Befüllen und/oder Entleeren des ersten Druckbehälters und des zweiten Druckbehälters mit dem Medium zu steuern, derart, dass ein vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter und in dem zweiten Druckbehälter eingenommen oder unterschritten wird. Durch die vorliegende Erfindung kann mit der Art der Entleerung ein Risiko der Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften der Druckbehälter, die etwa als Stahlflaschen ausgeformt sein können, durch eine intelligente Befüllungs- und Entleerungsstrategie der einzelnen Druckbehälter reduziert werden. According to the invention, the pressure accumulator device for storing a medium under pressure comprises at least a first pressure vessel with a first valve device and a second pressure vessel with a second valve device; at least one supply line and/or one discharge line, which is connected to the first valve device and to the second valve device and wherein the medium can be filled into the first pressure vessel and into the second pressure vessel via the supply line and/or the first pressure vessel and the second pressure vessel via the discharge line pressure vessel can be emptied; a control device which is connected to the first valve device and to the second valve device for opening and/or closing these and is set up to control filling and/or emptying of the first pressure vessel and the second pressure vessel with the medium, such that a predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is assumed or fallen below. With the present invention, the type of emptying can reduce a risk of the mechanical properties of the pressure vessels being impaired, which can be shaped as steel cylinders, for example, by means of an intelligent filling and emptying strategy for the individual pressure vessels.
Die Druckspeichereinrichtung kann selbst eine Pumpe zum Erzeugen des nötigen Drucks umfassen, oder an eine solche (extern) angeschlossen sein. Alternativ kann ein Befüllungstank selbst unter ausreichendem Druck stehen und beim Befüllen sich dann dieser Druck in den Druckbehältern, zumindest teilweise, aufbauen. The pressure accumulator device can itself comprise a pump for generating the necessary pressure, or it can be (externally) connected to such a pump. Alternatively, a filling tank itself can be under sufficient pressure and this pressure can then build up, at least partially, in the pressure vessels during filling.
Das vorbestimmte Druckniveau kann ein maximaler Befüllungsdruck sein oder ein minimaler Restdruck, welcher als Referenz zum Entleeren dienen kann, und bis zu welchem der Innendruck des Druckbehälters zumindest gesenkt wird.The predetermined pressure level can be a maximum filling pressure or a minimum residual pressure, which can serve as a reference for emptying, and up to which the internal pressure of the pressure vessel is at least lowered.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Druckspeichereinrichtung umfassen der erste Druckbehälter und der zweite Druckbehälter ein Metall und in welche Wasserstoff als Medium aufnehmbar ist. According to a preferred embodiment of the pressure accumulator device, the first pressure vessel and the second pressure vessel comprise a metal and in which hydrogen can be accommodated as a medium.
Das Metall kann beispielsweise Stahl sein. The metal can be steel, for example.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Druckspeichereinrichtung ist diese als ein mobiles System ausgeformt und dazu eingerichtet, in einem Fahrzeug oder mit einem fahrbaren Aufbau verbaut zu werden. According to a preferred embodiment of the pressure accumulator device, this is designed as a mobile system and set up to be installed in a vehicle or with a mobile structure.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Druckspeichereinrichtung umfassen der erste Druckbehälter und der zweite Druckbehälter jeweils einen Drucksensor. According to a preferred embodiment of the pressure accumulator device, the first pressure vessel and the second pressure vessel each have a pressure sensor.
Über den Drucksensor, welcher mit der Steuereinrichtung verbunden sein kann, und in Abhängigkeit von welchem dann die Ventileinrichtung gesteuert werden kann, ist es möglich, zu ermitteln ob sich in den Druckbehälter(n) das vorbestimmte Druckniveau eingestellt hat oder wie hoch der Druck in den Druckbehälter(n) ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Druckspeichereinrichtung ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den ersten Druckbehälter und den zweiten Druckbehälter seriell und in einer vorbestimmten Reihenfolge zu Befüllen und/oder zu Entleeren. Via the pressure sensor, which can be connected to the control device and as a function of which the valve device can then be controlled, it is possible to determine whether the predetermined pressure level has been set in the pressure vessel(s) or how high the pressure is in the pressure vessel(s). According to a preferred embodiment of the pressure accumulator device, the control device is set up to fill and/or empty the first pressure vessel and the second pressure vessel serially and in a predetermined sequence.
Das Befüllen kann bis zu einem vorbestimmten Befüllungsdruck erfolgen und das Entleeren kann bis zu einem vorbestimmten Entleerungsdruck erfolgen, was das jeweilige vorbestimmte Druckniveau spezifiziert. Inflation can occur up to a predetermined inflation pressure and deflation can occur up to a predetermined deflation pressure specifying the respective predetermined pressure level.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Druckspeichereinrichtung sind der erste Druckbehälter und der zweite Druckbehälter über die Zuleitung und/oder die Ableitung parallel miteinander verbunden. According to a preferred embodiment of the pressure accumulator device, the first pressure vessel and the second pressure vessel are connected to one another in parallel via the supply line and/or the discharge line.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Druckspeichereinrichtung ein Befüllen des ersten Druckbehälters und des zweiten Druckbehälters mit einem Medium durch die Zuleitung und dabei ein Ansteuern und Öffnen der ersten Ventileinrichtung und der zweiten Ventileinrichtung, wobei die Steuereinrichtung das Befüllen mit dem Medium derart steuert, dass ein vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter und in dem zweiten Druckbehälter eingenommen oder unterschritten wird; und/oder Entleeren des ersten Druckbehälters und des zweiten Druckbehälters durch die Ableitung und dabei ein Ansteuern und Öffnen der ersten Ventileinrichtung und der zweiten Ventileinrichtung, wobei die Steuereinrichtung das Entleeren derart steuert, dass ein weiteres vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter und in dem zweiten Druckbehälter unterschritten wird. According to the invention, in the method for operating a pressure accumulator device according to the invention, the first pressure vessel and the second pressure vessel are filled with a medium through the supply line and the first valve device and the second valve device are activated and opened, the control device controlling the filling with the medium in such a way that that a predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is assumed or fallen below; and/or emptying the first pressure vessel and the second pressure vessel through the discharge line and thereby activating and opening the first valve device and the second valve device, the control device controlling the emptying in such a way that a further predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is undercut.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Befüllen des ersten Druckbehälters und des zweiten Druckbehälters derart, dass ein Druck des Mediums in dem ersten Druckbehälter und in dem zweiten Druckbehälter nacheinander oder gleichzeitig bis oder über einen vorbestimmten Befüllungsdruck gehoben wird oder das Entleeren des ersten Druckbehälters und des zweiten Druckbehälters derart erfolgt, dass ein Druck in dem ersten Druckbehälter und in dem zweiten Druckbehälter nacheinander oder gleichzeitig bis oder unter einen vorbestimmten Entleerungsdruck gesenkt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Entleerungs- und Befüllungszyklus, wobei der erste Druckbehälter entleert wird und dabei ein Druck des Mediums im ersten Druckbehälter bis oder unter einen vorbestimmten Entleerungsdruck gesenkt wird und ein Druck des Mediums im zweiten Druckbehälter nur teilweise gesenkt wird, danach zumindest der erste Druckbehälter wieder befüllt wird, und bei einem erneuten Entleeren zuerst ein Druck des Mediums im zweiten Druckbehälter bis oder unter den vorbestimmten Entleerungsdruck gesenkt wird. According to a preferred embodiment of the method, the first pressure vessel and the second pressure vessel are filled in such a way that a pressure of the medium in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is raised successively or simultaneously to or above a predetermined filling pressure, or the first pressure vessel is emptied and of the second pressure vessel takes place in such a way that a pressure in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is lowered sequentially or simultaneously to or below a predetermined evacuation pressure. According to a preferred embodiment of the method, an emptying and filling cycle takes place, the first pressure vessel being emptied and a pressure of the medium in the first pressure vessel being lowered to or below a predetermined emptying pressure and a pressure of the medium in the second pressure vessel being only partially lowered thereafter at least the first pressure vessel is refilled, and when it is emptied again, first a pressure of the medium in the second pressure vessel is lowered to or below the predetermined emptying pressure.
Anstatt des ersten Druckbehälters können auch mehrere Druckbehälter derart entleert und befüllt werden wie der erste Druckbehälter und dann ab einem bestimmten Druckbehälter ein Befüllen und Entleeren wie nach dem zweiten Druckbehälter beschrieben erfolgen. Instead of the first pressure vessel, several pressure vessels can also be emptied and filled in the same way as the first pressure vessel and then, starting from a specific pressure vessel, filling and emptying can take place as described for the second pressure vessel.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden der erste Druckbehälter und der zweite Druckbehälter nacheinander oder gleichzeitig bis zu einen vorbestimmten Entleerungsdruck entleert und erst danach der erste Druckbehälter und der zweite Druckbehälter nacheinander oder gleichzeitig unter den vorbestimmten Entleerungsdruck entleert. According to a preferred embodiment of the method, the first pressure vessel and the second pressure vessel are emptied sequentially or simultaneously to a predetermined emptying pressure and only then are the first pressure vessel and the second pressure vessel emptied sequentially or simultaneously below the predetermined emptying pressure.
Anstatt des ersten Druckbehälters können auch mehrere Druckbehälter derart entleert und befüllt werden wie der erste Druckbehälter und dann ab einem bestimmten Druckbehälter ein Befüllen und Entleeren wie nach dem zweiten Druckbehälter beschrieben erfolgen. Instead of the first pressure vessel, several pressure vessels can also be emptied and filled in the same way as the first pressure vessel and then, starting from a specific pressure vessel, filling and emptying can take place as described for the second pressure vessel.
Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits genannten Merkmale der Druckspeichereinrichtung auszeichnen und umgekehrt. The method can advantageously also be distinguished by the already mentioned features of the pressure accumulator device and vice versa.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of embodiments of the invention result from the following description with reference to the attached drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand den in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Brief description of the drawings The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment specified in the schematic figures of the drawing.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines Mediums unter Druck gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 1 shows a schematic representation of a pressure accumulator device for storing a medium under pressure according to an embodiment of the present invention; and
Fig. 2 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Druckspeichereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 shows a block diagram of method steps of a method for operating a pressure accumulator device according to an exemplary embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente. In the figures, the same reference symbols denote the same elements or elements with the same function.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines Mediums unter Druck gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic representation of a pressure accumulator device for storing a medium under pressure according to an exemplary embodiment of the present invention.
Die Druckspeichereinrichtung 10 zum Speichern eines Mediums M unter Druck, umfasst; zumindest einen ersten Druckbehälter Bl mit einer ersten Ventileinrichtung VI und einen zweiten Druckbehälter B2 mit einer zweiten Ventileinrichtung V2, wobei in der Fig. 1 noch weitere Druckbehälter B3 bis Bn mit entsprechenden Ventileinrichtungen V3 bis Vn gezeigt sind. Die Druckspeichereinrichtung 10 kann zumindest eine Zuleitung Z und/oder eine Ableitung A, etwa als ein Rohr, umfassen, welche mit der ersten Ventileinrichtung VI und mit der zweiten Ventileinrichtung V2 sowie auch mit den anderen Ventileinrichtungen V3 bis Vn verbunden ist und wobei über die Zuleitung Z in den Druckbehältern Bl bis Bn das Medium befüllbar und/oder über die Ableitung A die Druckbehälter Bl bis Bn entleerbar sind. Die Zuleitung Z und die Ableitung A sind in der Fig. 1 als das gleiche Rohr gezeigt, diese können aber jeweils ein eigenes Rohr, in gleicher oder unterschiedlicher Dimension oder Art, umfassen. Die Druckspeichereinrichtung 10 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung SE, welche mit der ersten Ventileinrichtung VI und mit der zweiten Ventileinrichtung V2, und den weiteren Ventileinrichtungen, zum Öffnen und/oder Schließen dieser verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein Befüllen und/oder Entleeren des ersten Druckbehälters Bl und des zweiten Druckbehälters B2, und auch der weiteren Druckbehälter B3 bis Bn, mit dem Medium zu steuern, derart, dass ein vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter Bl und in dem zweiten Druckbehälter B2, und in den weiteren Druckbehältern B3 bis Bn, eingenommen oder unterschritten wird. So kann das vorbestimmte Druckniveau einen Minimaldruck für ein Speichern des Mediums umfassen, das beim Entleeren erreicht wird und über eine möglichst lange Zeit gehalten werden kann, um das Eindringen des Mediums in das Material des jeweiligen Druckbehälters zu verringern. The pressure storage device 10 for storing a medium M under pressure comprises; at least one first pressure vessel B1 with a first valve device VI and a second pressure vessel B2 with a second valve device V2, FIG. 1 showing further pressure vessels B3 to Bn with corresponding valve devices V3 to Vn. Pressure accumulator device 10 can comprise at least one supply line Z and/or one discharge line A, for example as a pipe, which is connected to the first valve device VI and to the second valve device V2 and also to the other valve devices V3 to Vn, and via the supply line Z the medium can be filled in the pressure vessels Bl to Bn and/or the pressure vessels Bl to Bn can be emptied via the discharge line A. The supply line Z and the discharge line A are shown in FIG. 1 as the same pipe, but these can each comprise a separate pipe of the same or different dimension or type. The pressure accumulator device 10 further comprises a control device SE, which is connected to the first valve device VI and to the second valve device V2 and the other valve devices for opening and/or closing them and is set up to fill and/or empty the first pressure vessel Bl and the second pressure vessel B2, and also the other pressure vessels B3 to Bn, to be controlled with the medium in such a way that a predetermined pressure level in the first pressure vessel B1 and in the second pressure vessel B2, and in the further pressure vessels B3 to Bn, is assumed or fallen below. Thus, the predetermined pressure level can include a minimum pressure for storing the medium, which is reached during emptying and can be maintained over as long a time as possible in order to reduce the penetration of the medium into the material of the respective pressure vessel.
Die Druckbehälter Bl bis Bn können ein Metall umfassen und das Medium kann Wasserstoff umfassen. Bei geringem Druck kann dann der Eintrag des Wasserstoffs in das Metall verringert werden. The pressure vessels B1 to Bn can include a metal and the medium can include hydrogen. At low pressure, the introduction of hydrogen into the metal can then be reduced.
Mittels der Steuereinrichtung und der Zuleitung und/oder Ableitung kann vorteilhaft eine bestimmte Betriebsstrategie durchgeführt werden, wobei ein Befüllungs- und/oder Entleerungszyklus erfolgen kann, bei welchem jeder oder möglichst viele Druckbehälter über einen maximalen Zeitraum nur mit dem Minimaldruck befüllt ist, so dass der Wasserstoffeintrag (Eintrag des Mediums in das Wandmaterial des Druckbehälters) minimiert werden kann. Dies kann etwa durch eine serielle und dabei nicht gleichzeitige Befüllung oder Entleerung der einzelnen Druckbehälter nacheinander erfolgen, wobei der erste Druckbehälter Bl bis zu einem vorbestimmten Minimaldruck (vorbestimmter Entleerungsdruck) entleert werden kann bevor der zweite Druckbehälter B2 entleert wird, ebenso für die weiteren Druckbehälter B3 bis Bn. Wird ein Druckbehälter dann bei einem Entleerungszyklus nicht komplett entleert, kann dieser dann beim nächsten Entleerungszyklus mit Priorität entleert werden. A specific operating strategy can advantageously be carried out by means of the control device and the supply line and/or discharge line, in which case a filling and/or emptying cycle can take place in which each or as many pressure vessels as possible is only filled with the minimum pressure over a maximum period of time, so that the Hydrogen entry (entry of the medium into the wall material of the pressure vessel) can be minimized. This can be done, for example, by serial and not simultaneous filling or emptying of the individual pressure vessels one after the other, with the first pressure vessel B1 being able to be emptied down to a predetermined minimum pressure (predetermined emptying pressure) before the second pressure vessel B2 is emptied, as can the other pressure vessels B3 to Bn. If a pressure vessel is then not completely emptied during an emptying cycle, it can then be emptied with priority in the next emptying cycle.
Somit kann eine Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Druckbehälters, welcher als ein Stahlbehälter gebildet sein kann, reduziert werden, indem jeder Druckbehälter spätestens innerhalb von zwei Entleerungszyklen über einen bestimmten Zeitraum zumindest zeitweise mit dem Minimaldruck beaufschlagt wird. Dadurch wird die Möglichkeit der Wasserstoffeffusion aus dem Material erhöht. Bei den Zyklen kann dabei ausgehend von einem befüllten System ein Entleeren der Druckbehälter erfolgen, insbesondere in einer bereits genannten Weise. Dann kann der zumindest eine der Druckbehälter bis zum vorbestimmten Entleerungsdruck entleert werden, welcher einen minimalen Restdruck darstellen kann. Die Druckbehälter können nacheinander auf diese Weise entleert werden. Es kann danach ein erneutes Befüllen erfolgen. Bei einem erneuten Entleeren kann dann jener Druckbehälter zuerst entleert werden, welcher im vorigen Entleerungszyklus nicht bis zum vorbestimmten Entleerungsdruck entleert wurde, ebenso alle weiteren, die vorher nicht entleert wurden, vorteilhaft relativ zueinander seriell. Thus, an impairment of the mechanical properties of the pressure vessel, which can be formed as a steel vessel, can be reduced by each pressure vessel at least temporarily with the at least within two emptying cycles over a certain period of time Minimum pressure is applied. This increases the possibility of hydrogen effusion from the material. In the cycles, starting from a filled system, the pressure vessels can be emptied, in particular in a manner already mentioned. Then the at least one of the pressure vessels can be emptied down to the predetermined emptying pressure, which can represent a minimum residual pressure. The pressure tanks can be emptied one after the other in this way. It can then be refilled. When emptying again, that pressure container can then be emptied first which was not emptied down to the predetermined emptying pressure in the previous emptying cycle, as well as all others which were not previously emptied, advantageously in series relative to one another.
Alternativ kann auch das Gesamtsystem, also alle Druckbehälter, zuerst bis zu einem bestimmten Druck (Übergangsdruck) entleert werden, bevor die serielle Entleerung aller oder mancher Druckbehälter durchgeführt wird. Alternatively, the entire system, ie all pressure vessels, can first be emptied down to a certain pressure (transitional pressure) before the serial emptying of all or some pressure vessels is carried out.
Die Druckbehälter können beim Befüllen beispielsweise (vorbestimmter Befüllungsdruck) von etwa 700 bar befüllt werden. Die Ableitung A kann kann die Druckbehälter zu einem Brennstoffzellensystem hin entleeren, und einen systembedingten Minimaldruck (vorbestimmten Entleerungsdruck) in den Druckbehältern erzeugen. The pressure vessels can be filled during filling, for example (predetermined filling pressure) of about 700 bar. The drain line A can evacuate the pressure vessels to a fuel cell system, and create a system-inherent minimum pressure (predetermined evacuation pressure) in the pressure vessels.
Fig. 2 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Druckspeichereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. FIG. 2 shows a block diagram of method steps of a method for operating a pressure accumulator device according to an exemplary embodiment of the present invention.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Druckspeichereinrichtung ein Befüllen S1 des ersten Druckbehälters und des zweiten Druckbehälters mit einem Medium durch die Zuleitung und dabei ein Ansteuern S2 und Öffnen der ersten Ventileinrichtung und der zweiten Ventileinrichtung, wobei die Steuereinrichtung das Befüllen mit dem Medium derart steuert, dass ein vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter und in dem zweiten Druckbehälter eingenommen oder unterschritten wird; und/oder Entleeren S3 des ersten Druckbehälters und des zweiten Druckbehälters durch die Ableitung und dabei ein Ansteuern S4 und Öffnen der ersten Ventileinrichtung und der zweiten Ventileinrichtung, wobei die Steuereinrichtung das Entleeren derart steuert, dass ein vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter und in dem zweiten Druckbehälter unterschritten wird. According to the invention, in the method for operating a pressure accumulator device according to the invention, the first pressure vessel and the second pressure vessel are filled S1 with a medium through the supply line and the first valve device and the second valve device are actuated S2 and opened, with the control device controlling the filling with the medium in such a way controls that a predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is assumed or fallen below; and/or emptying S3 of the first pressure vessel and of second pressure vessel through the derivation line and thereby activating S4 and opening the first valve device and the second valve device, wherein the control device controls the emptying in such a way that a predetermined pressure level in the first pressure vessel and in the second pressure vessel is undershot.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Although the present invention has been fully described above with reference to the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto but can be modified in a variety of ways.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Druckspeichereinrichtung (10) zum Speichern eines Mediums (M) unter Druck, umfassend; Claims 1. Pressure accumulator means (10) for storing a medium (M) under pressure, comprising;
- zumindest einen ersten Druckbehälter (Bl) mit einer ersten Ventileinrichtung (VI) und einen zweiten Druckbehälter (B2) mit einer zweiten Ventileinrichtung (V2); - At least a first pressure vessel (Bl) with a first valve device (VI) and a second pressure vessel (B2) with a second valve device (V2);
- zumindest eine Zuleitung (Z) und/oder eine Ableitung (A), welche mit der ersten Ventileinrichtung (VI) und mit der zweiten Ventileinrichtung (V2) verbunden ist und wobei über die Zuleitung (Z) in den ersten Druckbehälter (Bl) und in den zweiten Druckbehälter (B2) das Medium befüllbar und/oder über die Ableitung (A) der erste Druckbehälter (Bl) und der zweite Druckbehälter (B2) entleerbar ist; - at least one supply line (Z) and/or one discharge line (A), which is connected to the first valve device (VI) and to the second valve device (V2) and via the supply line (Z) into the first pressure vessel (Bl) and the medium can be filled into the second pressure vessel (B2) and/or the first pressure vessel (B1) and the second pressure vessel (B2) can be emptied via the discharge line (A);
- eine Steuereinrichtung (SE), welche mit der ersten Ventileinrichtung (VI) und mit der zweiten Ventileinrichtung (V2) zum Öffnen und/oder Schließen dieser verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein Befüllen und/oder Entleeren des ersten Druckbehälters (Bl) und des zweiten Druckbehälters (B2) mit dem Medium zu steuern, derart, dass ein vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter (Bl) und in dem zweiten Druckbehälter (B2) eingenommen oder unterschritten wird. - a control device (SE), which is connected to the first valve device (VI) and to the second valve device (V2) to open and/or close them and is set up to fill and/or empty the first pressure vessel (B1) and to control the second pressure vessel (B2) with the medium in such a way that a predetermined pressure level in the first pressure vessel (B1) and in the second pressure vessel (B2) is assumed or fallen below.
2. Druckspeichereinrichtung (10) nach Anspruch 1, bei welcher der erste Druckbehälter (Bl) und der zweite Druckbehälter (B2) ein Metall umfassen und in welche Wasserstoff als Medium aufnehmbar ist. 2. Pressure accumulator device (10) according to claim 1, in which the first pressure vessel (B1) and the second pressure vessel (B2) comprise a metal and in which hydrogen can be accommodated as a medium.
3. Druckspeichereinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, welches als ein mobiles System ausgeformt ist und dazu eingerichtet ist, in einem Fahrzeug oder mit einem fahrbaren Aufbau verbaut zu werden. 3. Pressure storage device (10) according to claim 1 or 2, which is formed as a mobile system and is adapted to be installed in a vehicle or with a mobile body.
4. Druckspeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der erste Druckbehälter (Bl) und der zweite Druckbehälter (B2) jeweils einen Drucksensor umfassen. 4. pressure storage device (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein the first pressure vessel (Bl) and the second pressure vessel (B2) each comprise a pressure sensor.
5. Druckspeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Steuereinrichtung (SE) dazu eingerichtet ist, den ersten Druckbehälter (Bl) und den zweiten Druckbehälter (B2) seriell und in einer vorbestimmten Reihenfolge zu Befüllen und/oder zu Entleeren. 5. Pressure accumulator device (10) according to any one of claims 1 to 4, wherein the control device (SE) is adapted to the first pressure vessel (Bl) and the second pressure vessel (B2) serially and in a predetermined order filling and/or emptying.
6. Druckspeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der erste Druckbehälter (Bl) und der zweite Druckbehälter (B2) über die Zuleitung (Z) und/oder die Ableitung (A) parallel miteinander verbunden sind. 6. Pressure accumulator device (10) according to one of claims 1 to 5, in which the first pressure vessel (B1) and the second pressure vessel (B2) are connected to one another in parallel via the supply line (Z) and/or the discharge line (A).
7. Verfahren zum Betreiben einer Druckspeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte: 7. A method for operating a pressure accumulator device (10) according to any one of claims 1 to 6, comprising the steps:
- Befüllen (Sl) des ersten Druckbehälters (Bl) und des zweiten Druckbehälters (B2) mit einem Medium durch die Zuleitung (Z) und dabei ein Ansteuern (S2) und Öffnen der ersten Ventileinrichtung (VI) und der zweiten Ventileinrichtung (V2), wobei die Steuereinrichtung (SE) das Befüllen mit dem Medium derart steuert, dass ein vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter (Bl) und in dem zweiten Druckbehälter (B2) eingenommen oder unterschritten wird; und/oder - Filling (Sl) of the first pressure vessel (Bl) and the second pressure vessel (B2) with a medium through the supply line (Z) and thereby activating (S2) and opening the first valve device (VI) and the second valve device (V2), wherein the control device (SE) controls the filling with the medium in such a way that a predetermined pressure level in the first pressure vessel (B1) and in the second pressure vessel (B2) is assumed or fallen below; and or
- Entleeren (S3) des ersten Druckbehälters (Bl) und des zweiten Druckbehälters (B2) durch die Ableitung (A) und dabei ein Ansteuern (S4) und Öffnen der ersten Ventileinrichtung (VI) und der zweiten Ventileinrichtung (V2), wobei die Steuereinrichtung (SE) das Entleeren derart steuert, dass ein weiteres vorbestimmtes Druckniveau in dem ersten Druckbehälter (Bl) und in dem zweiten Druckbehälter (B2) unterschritten wird. - Emptying (S3) of the first pressure vessel (B1) and the second pressure vessel (B2) through the discharge line (A) and thereby activating (S4) and opening the first valve device (VI) and the second valve device (V2), the control device (SE) controls the emptying in such a way that a further predetermined pressure level in the first pressure vessel (B1) and in the second pressure vessel (B2) is undershot.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Befüllen des ersten Druckbehälters (Bl) und des zweiten Druckbehälters (B2) derart erfolgt, dass ein Druck des Mediums in dem ersten Druckbehälter (Bl) und in dem zweiten Druckbehälter (B2) nacheinander oder gleichzeitig bis oder über einen vorbestimmten Befüllungsdruck gehoben wird oder das Entleeren des ersten Druckbehälters (Bl) und des zweiten Druckbehälters (B2) derart erfolgt, dass ein Druck in dem ersten Druckbehälter (Bl) und in dem zweiten Druckbehälter (B2) nacheinander oder gleichzeitig bis oder unter einen vorbestimmten Entleerungsdruck gesenkt wird. 8. The method according to claim 7, in which the filling of the first pressure vessel (Bl) and the second pressure vessel (B2) takes place in such a way that the pressure of the medium in the first pressure vessel (Bl) and in the second pressure vessel (B2) occurs successively or simultaneously is raised up to or above a predetermined filling pressure or the emptying of the first pressure vessel (Bl) and the second pressure vessel (B2) takes place in such a way that a pressure in the first pressure vessel (Bl) and in the second pressure vessel (B2) successively or simultaneously to or is reduced below a predetermined evacuation pressure.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem ein Entleerungs- und Befüllungszyklus erfolgt, wobei der erste Druckbehälter (Bl) entleert wird und dabei ein Druck des Mediums im ersten Druckbehälter (Bl) bis oder unter einen vorbestimmten Entleerungsdruck gesenkt wird und ein Druck des Mediums im zweiten Druckbehälter (B2) nur teilweise gesenkt wird, danach zumindest der erste Druckbehälter (Bl) wieder befüllt wird, und bei einem erneuten Entleeren zuerst ein Druck des Mediums im zweiten Druckbehälter (B2) bis oder unter den vorbestimmten Entleerungsdruck gesenkt wird. 9. The method according to claim 7 or 8, in which an emptying and filling cycle takes place, the first pressure vessel (Bl) being emptied and a pressure of the medium in the first pressure vessel (Bl) being lowered to or below a predetermined emptying pressure and a pressure of the medium in the second pressure vessel (B2) is only partially lowered, then at least the first pressure vessel (B1) again is filled, and when it is emptied again, first a pressure of the medium in the second pressure vessel (B2) is lowered to or below the predetermined emptying pressure.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welchem der erste Druckbehälter (Bl) und der zweite Druckbehälter (B2) nacheinander oder gleichzeitig bis zu einen vorbestimmten Entleerungsdruck entleert werden und erst danach der erste Druckbehälter (Bl) und der zweite Druckbehälter (B2) nacheinander oder gleichzeitig unter den vorbestimmten Entleerungsdruck entleert werden. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, in which the first pressure vessel (Bl) and the second pressure vessel (B2) are emptied one after the other or simultaneously up to a predetermined emptying pressure and only then the first pressure vessel (Bl) and the second pressure vessel ( B2) emptied sequentially or simultaneously below the predetermined deflation pressure.
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