KR20210016616A - 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연료 탱크(8, 8a-8d)의 온도 압력 완화 장치(20)에 관한 것이다. 상기 장치(20)는 기체 또는 액체 매체로 채워질 수 있는 열전도 라인(22, 22a-22d)을 포함한다. 상기 라인(22)의 제 1 단부(24)는 연료 탱크(8, 8a-8d))로부터 연료를 분출하기 위한 분출 라인(16)에 배치된 압력 제어 분출 밸브(18)에 연결될 수 있다. 상기 장치(20)는, 상기 라인(20) 내의 매체 압력이 압력 임계값(P_2)보다 크면 장치(20)가 분출 밸브(18)를 가압해서, 연료 탱크(8, 8a-8d)로부터 분출 라인(16)으로 연료를 배출하기 위해 상기 분출 밸브(18)를 개방하도록, 설계된다.

Description

연료 탱크의 온도 압력 완화 장치
본 발명은 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치에 관한 것이다.
수소 기반 연료 전지 또는 천연 가스 기반 내연 기관은 탄소 기반 배기 가스를 줄이고 동시에 배터리 구동 차량에 비해 연료 공급 시간을 줄이기 위해 차량에 사용되는 것으로 알려져 있다. 그러나 수소 또는 천연 가스("Compressed Natural Gas", CNG)를 차량에 저장하는 것은 가스의 밀도가 낮기 때문에 어려운 문제이다. 수소 가스 저장을 위한 관련 연료 탱크는 예를 들어 일반적으로 금속으로 이루어지고 350 bar 내지 700 bar의 압력을 받는다. 버스와 같은 차량에 여러 개의 수소 연료 탱크를 설치함으로써 차량의 더 큰 크루징 거리가 달성된다. 유엔 표준 UNECE R No. 134에 따르면, 각각의 수소 연료 탱크는 연료 탱크가 고압 또는 고온에서 파열되는 것을 방지하기 위한 퓨즈("thermally activated relief device, TPRD")를 가져야 한다. 이 원리는 "파열 전 누출(leak before burst)"이라는 영어 용어로 알려져 있다. 이러한 파열은 예를 들어 연료 탱크 내의 압력 증가와 관련된, 미리 정해진 임계값, 예를 들어 105°C 이상으로 연료 탱크 내의 또는 근처에서의 온도 증가에 의해 발생할 수 있다. 퓨즈의 목적은 연료 탱크에 연결된 분출 라인 내의 분출 밸브가 적절한 시간에 개방되어 연료 탱크로부터 연료를 방출하여 탱크 폭발을 방지하는 것이다. 또한, 독일에서는 TUV(Technical Inspection Association)에 의해, 일반적으로 길쭉한 연료 탱크의 반대쪽 단부를 보호하기 위해 각각의 연료 탱크의 각각의 끝에 퓨즈를 제공하는 것이 규정되어 있다.
이러한 퓨즈들은 일반적으로 차량의 높은 비용을 나타내며 예를 들어 탱크 중앙 영역에서의 화재를 검출할 수 없다.
연료 탱크의 파열을 간단하고 저렴한 방식으로 그리고 높은 수준의 안전성으로 방지할 필요가 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치가 제공되고, 상기 장치는 기체 또는 액체 매체로 채워질 수 있는 열전도 라인을 가지며, 상기 라인의 제 1 단부는 연료 탱크로부터 연료를 분출하기 위한 분출 라인에 배치된 압력 제어 분출 밸브에 연결될 수 있고, 상기 장치는, 상기 라인 내의 매체의 압력이 압력 임계값보다 크면 장치가 분출 밸브를 가압하여, 연료 탱크로부터 분출 라인 내로 연료를 배출하기 위해 분출 밸브를 개방하도록 설계된다.
예를 들어 기체 수소 또는 기체 천연 가스(CNG)로 채워질 수 있는 연료 탱크를 파열로부터 보호하기 위해, 본 발명에 따른 장치는 기체 또는 액체 매체로 채워질 수 있는 특히 얇은 열전도 라인을 포함할 수 있다. 라인의 제 1 단부는 장치가 설치된 상태에서 압력 제어 분출 밸브에 연결될 수 있으므로, 외부 열 유입(예를 들어, 화재 발생시)이 라인에 작용하면, 라인 내의 매체의 압력은 분출 밸브에 대한 압력 임계값보다 커지고, 압력 제어 분출 밸브는 압력에 의해 개방될 수 있다. 이로 인해, 연료가 연료 탱크로부터 분출 라인 내로 빠져 나가, 연료 탱크 내의 압력이 다시 떨어질 수 있다. 따라서, 외부 열 유입이 탱크 끝으로부터 멀리 떨어져 발생할 수 있을 때도 특히 긴 탱크의 경우 분출 밸브가 반응할 수 있기 때문에, 연료 탱크의 파열이 확실하게 방지될 수 있다. 또한, 장치는 전류 없이 수동으로 작동할 수 있으며, 분출 밸브의 추가 전기 제어가 필요 없다. 장치의 간단한 구조로 인해, 장치는 저렴하게 구현될 수 있다.
라인은 예를 들어 연료 탱크를 따라 (예를 들어 탱크 측면, 탱크 아래 또는 탱크 위에) 연장될 수 있고 및/또는 연료 탱크 내에 또는 연료 탱크 외부에 배치될 수 있다. 대안으로서, 라인은 예를 들어 장치를 가진 차량의 배터리에 인접하게 또는 차체에 인접하게 배치될 수 있어서, 분출 밸브가 조기에 이미 트리거된 후에 연료 탱크가 가열될 수 있다. 라인은 연료 탱크로부터 이격되어 배치될 수 있으므로 직접적인 열 유입이 라인에 작용하지 않지만 화재 발생시 장치가 여전히 반응할 수 있다. 또한, 이 경우 라인은 연료 탱크로 열을 잃지 않을 수 있으므로 라인의 온도 상승이 더 빨리 등록될 수 있고 장치의 응답 시간이 단축될 수 있다. 또한, 라인은 연료 탱크의 가장 낮은 지점으로부터 거리를 두고, 즉 도로에 인접하게 장착되어 아래로부터 라인에 대한 열의 작용이 특히 효과적일 수 있다.
분출 밸브가 분출 라인의 한쪽 단부에 장착될 수 있거나, 즉 분출 라인의 끝을 형성할 수 있다. 대안으로서, 분출 밸브는 라인을 따라 어디에나 제공될 수 있다. 분출 밸브는 연료 탱크, 예를 들어 탱크 넥에 배치될 수 있으므로 파손되지 않는 설계가 보장될 수 있다. 또한, 분출 밸브는 연료 탱크에 직접 배치되거나 탱크 입구 근처에 배치될 수도 있다.
라인은 열 전도성 재료, 특히 강으로 형성될 수 있다. 대안으로서, 매체가 예를 들어 낮은 압력을 갖는 경우 라인은 플라스틱으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 라인의 제 2 단부는 압력 밀봉 방식으로 폐쇄될 수 있어서, 장치의 특히 간단한 구현이 달성될 수 있다. 한 측면이 개방된 라인은 분출 밸브에 직접 연결될 수 있다. 라인 내의 압력은 예를 들어 정상의 경우 즉, 외부 열 유입 없이, 분출 밸브가 개방될 수 있는 압력 임계값보다 낮아야 한다. 압력 임계값은 분출 밸브의 설계에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 장치는, 각각 기체 또는 액체 매체로 채워질 수 있으며 각각 별도로 분출 밸브에 연결될 수 있는 다수의 열전도 라인을 포함하고, 장치는, 상기 라인들 중 적어도 하나의 라인 내의 매체의 압력이 압력 임계값보다 크면, 장치가 분출 밸브를 가압하여, 연료 탱크로부터 분출 라인 내로 연료를 배출하기 위해 분출 밸브를 개방하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 라인들이 공통 용기에 연결될 수 있고, 상기 용기는 분출 밸브에 연결될 수 있다. 화재가 발생하면 용기의 압력은 분출 밸브가 개방될 수 있는 압력 임계값에 해당할 수 있다. 라인들은 해당 체크 밸브를 통해 직접 또는 상기 체크 밸브에 연결된 공통 용기를 통해 분출 밸브에 연결될 수도 있다. 화재 발생시 용기 내의 압력은 라인 내의 최고 압력에 해당할 수 있다. 이 경우, 압력 임계값은 각각의 체크 밸브의 개방 압력에 해당할 수 있으며, 그 개방시 분출 밸브에 대한 압력이 (특히, 체크 밸브와 용기 사이의 및/또는 용기와 분출 밸브 사이의 연결 라인이 짧을 때 및/또는 용기의 양이 작을 때) 압력 임계값으로 상승하고, 그에 따라 분출 밸브가 개방될 수 있다. 이 조치를 통해, 일부 연료 탱크에 직접적인 열 노출 없이도, 모든 연료 탱크의 조기 배출이 가능해질 수 있으므로 탱크의 화재 안전이 향상된다. 연료 탱크의 온도 압력 완화를 위해 단일 분출 밸브와 단일 장치만이 제공될 수 있기 때문에, 장치는 특히 비용 효율적인 방식으로 차량에 통합될 수 있다.
후자의 두 실시예에서, 매체는 가스, 예를 들어 기체 수소 또는 액체일 수 있다. 예를 들어 물과 같은 액체는 열에 노출될 때 증발하여 라인 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 대안으로서, 액체의 열 팽창시 라인 내의 압력이 증가하여 분출 밸브의 개방이 트리거될 수 있도록, 충분히 큰 열 확산 계수 및 팽창 구배를 갖는 액체가 선택될 수 있다. 이러한 액체는 예를 들어 수은일 수 있다.
일 실시예에서, 장치는 라인의 (특히 상이한) 단부 영역에 배치된 제 1 밸브 및 제 2 밸브를 더 포함할 수 있고, 라인은 제 1 밸브가 개방되면 상기 제 1 밸브에 의해, 제 2 밸브가 개방되면 상기 제 2 밸브에 의해 매체로 채워질 수 있고, 상기 제 2 밸브에 인접하게 배치될 수 있는 분출 밸브는 연료 탱크로부터 분출 라인 내로 연료를 배출하기 위해 분출 밸브가 (특히 압력 임계값이 초과될 때) 개방되도록 가압될 수 있다. 압력 임계값은 제 2 밸브에 할당될 수 있으며, 제 2 밸브의 개방 압력 및 동시에 분출 밸브의 개방 압력에 해당한다. 이 조치를 통해, 라인은 항상, 즉 작동 중에 반복해서, 예를 들어 연료 공급 중에 또는 나중 시점에, 매체로 채워질 수 있어서, 라인 내의 규정된 매체량 또는 규정된 라인 온도 및 규정된 라인 압력으로 교정될 수 있고, 그에 따라 라인의 밀봉성, 및 한 측면이 개방된 전술한 라인에서 발생할 수 있는 라인 내의 매체의 압력에 대한 안전 관련 테스트가 필요 없게 된다.
제 1 밸브는 제 2 밸브로부터 멀리 떨어져 배치될 수 있다. 예를 들어, 두 밸브는 탱크의 반대쪽 단부에 배치될 수 있으므로 두 탱크 끝에서 화재가 동일하게 검출될 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 밸브가 인접하게 배치될 수 있는 또는 그 위에 배치될 수 있는 라인의 제 1 단부는, 연료 탱크의 차단 밸브, 특히 솔레노이드 차단 밸브와 연료 탱크 사이의 연료 탱크용 공급부에 연결된 분출 라인에 연결될 수 있다. 라인의 한쪽 단부은 라인의 끝점을 나타낼 수 있다. 제 2 밸브가 라인의 단부에 배치된 경우, 제 2 밸브는 분출 밸브에 직접 배치될 수 있으며 두 밸브는 함께 설계될 수 있다. 솔레노이드 차단 밸브는 차단 밸브에 전원이 공급되지 않는 상태에서 연료 탱크에 연료를 공급할 때 매체가 탱크 내로 들어가도록 할 수 있지만, 솔레노이드 차단 밸브 내의 코일이 제어될 때만 매체가 탱크로부터 나올 수 있다. 이 조치를 통해, 분출 밸브와 제 2 밸브(그리고 제 1 밸브의 배치에 따라 제 1 밸브도) 및 선택적으로 차단 밸브가 공통 (밸브) 하우징에 특히 공간 절약적이고 비용 효율적인 방식으로 통합될 수 있다.
연료 탱크용 공급부는 차단 밸브의 영역에 연료 고압 라인을 가질 수 있는 해당 공급 라인을 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 제 2 밸브가 인접하게 배치될 수 있는 또는 그 위에 배치될 수 있는 라인의 제 1 단부는 연료 탱크 하류에 제공된 분출 라인에 연결될 수 있다. 매체 흐름의 방향은 공급 라인으로부터 연료 탱크로의 방향, 연료 탱크를 통과하는 방향 및 탱크 출구에서 분출 라인의 방향으로 규정될 수 있다. 이에 의해, 연료 탱크의 끝이 효과적으로 보호될 수 있다.
일 실시예에서, 장치는 다수의 제 2 밸브를 포함할 수 있으며, 상기 밸브들에 개방되면 상기 밸브들에 의해, 각각의 제 2 밸브에 인접하게 배치될 수 있는 해당 분출 밸브가 가압될 수 있어서, 각각의 관련 연료 탱크로부터 각각의 분출 라인 내로 연료를 배출하기 위해 각각의 분출 밸브가 개방된다. 이 경우, 제 1 밸브는, 분출 라인들 중 하나로 개방되며 적절한 분기로 인해 연료 탱크를 따라 연장될 수 있는 공통 라인에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 동시에 모두 배출될 수 있는 다수의 연료 탱크의 보호가 동시에 특히 저렴하게 보장될 수 있다.
일 실시예에서, 라인은 다수의 연료 탱크를 따라 연장될 수 있어서, 단 하나의 제 1 및 제 2 밸브만으로 다수의 연료 탱크, 특히 모든 탱크 끝의 보호가 특히 비용 효율적인 방식으로 가능해질 수 있다. 이 경우, 하나의 분출 밸브를 갖는 단 하나의 분출 라인 및/또는 단 하나의 차단 밸브가 모든 연료 탱크에 대해 공통인 공급 라인에 제공될 수 있다. 분출 라인이 연료 탱크와 차단 밸브 사이의 연료 탱크용 공급 라인으로부터 분기될 수 있다면, 모든 밸브가 공통 (밸브) 하우징에 통합될 수 있다.
관련 분출 라인 및 압력 제어 분출 밸브를 갖는 다수의 연료 탱크가 제공되는 것도 가능하며, 연료 탱크가 개별적으로 배출될 수 있도록 연료 탱크마다 별도의 장치가 제공된다. 이로 인해, 각각의 장치가 동일한 밸브들과 라인들로 균일하게 설계될 수 있기 때문에, 다수의 연료 탱크의 비용 효율적인 보호가 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 밸브가 인접하게 배치된 라인의 제 2 단부는 특히 연료 탱크용 차단 밸브(예를 들어, 솔레노이드 차단 밸브)와 연료 탱크 사이의 (연료) 고압 라인으로부터 분기되거나 연료 탱크 하류에 제공된 분출 라인에 연결될 수 있거나, 또는 연료 탱크에 연결될 수 있거나, 또는 차단 밸브 상류에 그리고 상기 차단 밸브 상류에 배치될 수 있는 연료 고압 라인 상류에 배치될 수 있는 연료 중압 라인에 연결될 수 있거나, 또는 차단 밸브 및 연료 고압 라인 상류에 (그리고 특히 연료 중압 라인 상류에) 배치될 수 있는 연료 저압 라인에 연결될 수 있거나, 또는 차단 밸브 상류의 연료 고압 라인에 연결될 수 있다. 연료 고압 라인, 연료 저압 라인 및 연료 중압 라인은 연료 탱크용 연료 공급 라인의 일부일 수 있다. 분출 라인이 차단 밸브와 연료 탱크 사이에, 즉 연료 탱크로의 공급 라인에 배치되는 경우, 제 1 및 제 2 밸브 및 선택적으로 차단 밸브 및 선택적으로 분출 밸브가 공간 절약적이고 비용 효율적인 방식으로 공통 (밸브) 하우징에 통합될 수 있다. 분출 라인이 연료 탱크 하류에 배치되는 경우, 라인은 특히 짧게 형성될 수 있다. 라인이 연료 중압 라인 또는 연료 저압 라인에 연결되면, 라인의 벽 두께는 라인이 연료 고압 라인에 연결될 때보다 얇아질 수 있어서 장치의 비용 절감에 기여할 수 있다. 또한, 이러한 경우, 라인의 열용량이 더 낮아져서, 장치는 화재 발생시 더 빠른 응답 동작 및 화재의 더 확실한 검출을 가능하게 할 수 있다. 연료 공급 과정 중에 라인이 공급부(또는 공급 라인) 또는 연료 고압 라인에 연결되면 라인은 연료로 채워질 수 있으며 압력 및 온도 값으로 교정될 수 있는 한편, 연료 공급 후, 즉 화재 검출을 위한 작동 동안 라인이 연료 중압 라인 또는 연료 저압 라인에 연결되면 라인은 연료로 채워질 수 있으며 압력 및 온도 값으로 교정될 수 있다.
연료 고압 라인은 약 700 bar보다 큰 압력을 가질 수 있다. 연료 중압 라인은 약 10 bar보다 크고 약 30 bar보다 작은 압력을 가질 수 있다. 연료 저압 라인은 약 4 bar보다 작은 압력을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 밸브가 인접하게 배치된 라인의 제 2 단부는 냉각제 라인(특히, 냉각제 저압 라인), 즉 저압 영역, 또는 공기 저압 라인에 연결될 수 있어서, 수소 또는 CNG 이외의 매체도 특히 수소 연료 탱크로서 설계될 수 있는 연료 탱크의 보호를 위해 특히 쉽게 사용될 수 있다. 그러면 라인은 저압(약 3bar보다 낮은)을 가질 수 있다. 이러한 조치를 통해, 라인의 벽 두께가 얇게 형성될 수 있어 장치의 비용을 줄일 수 있다. 또한, 라인의 열용량이 낮아서, 장치는 화재 발생시 신속한 응답 동작 및 화재의 확실한 검출을 가능하게 할 수 있다. 라인은 강 대신 플라스틱과 같은 저렴한 재료로 제조될 수 있다. 라인의 교정은 예를 들어 압력이 일반적으로 가장 높은 전부하 지점에서 수행될 수 있다. 라인에 저압을 사용하면 장치의 안전성이 높아질 수 있다. 또한, 공기 또는 냉각제를 사용하면 장치의 설계 유연성이 보장될 수 있다.
라인의 제 2 단부를 공기 저압 라인에 연결하는 것은 특히 공기 흐름 방향에서 볼 때, 공기 회로에 제공될 수 있는 열 교환기의 하류에 제공될 수 있는데, 그 이유는 이 경우 공기의 온도가 조절될 수 있기 때문이다.
일 실시예에서, 제 1 밸브 및 제 2 밸브는 체크 밸브로서 설계될 수 있어서, 장치의 특히 저렴한 구현이 가능해질 수 있다. 제 1 체크 밸브가 개방될 수 있는 제 1 압력 임계값은 제 2 체크 밸브가 개방될 수 있는 제 2 압력 임계값보다 작아야 한다.
라인이 연료 고압 라인에 연결된 경우, 제 1 압력 임계값은 약 850 bar일 수 있고 제 2 압력 임계값은 약 970 bar일 수 있다. 라인이 연료 중압 라인에 연결된 경우, 제 1 압력 임계값은 약 20 bar일 수 있고 제 2 압력 임계값은 약 23 bar일 수 있다. 라인이 연료 저압 라인에 연결된 경우, 제 1 압력 임계값은 약 3.7 bar일 수 있고 제 2 압력 임계값은 약 4.7 bar일 수 있으므로, 저렴한 저압 체크 밸브가 사용될 수 있다. 매체가 공기인 경우, 제 1 압력 임계값은 3.0 bar일 수 있고 제 2 압력 임계값은 3.2 bar일 수 있다. 매체가 냉각제인 경우, 제 1 압력 임계값은 2.5 bar일 수 있고 제 2 압력 임계값은 2.9 bar일 수 있다.
대안적 실시예에서, 제 1 밸브는 차단 밸브, 특히 솔레노이드 차단 밸브로서 설계될 수 있고 제 2 밸브는 체크 밸브로서 설계될 수 있다. 이 조치는, 라인 내의 압력이 매체의 일반 시스템 압력보다 높을 필요가 없다는 장점을 갖는다. 이 조치는 특히 라인과 공기 저압 라인의 연결과 조합될 수 있다. 이 조치는 공기 이외의 매체, 즉 예를 들어 연료 또는 냉각제를 기반으로 하는 장치에도 적용될 수 있다. 이 조치는 저압 체크 밸브가 사용되기 때문에 장치의 비용 효율적인 구현을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 라인에 채워질 매체의 온도는 조정될 수 있다. 이 조치는 특히 공기 또는 냉각제 형태의 매체에 제공될 수 있다.
제 2 양태에 따르면, 제 1 양태에 따른 장치 및 수소 탱크를 갖는 수소 연료 전지 시스템이 제공된다.
제 3 양태에 따르면, 연료 탱크 및 제 1 양태에 따른 장치를 갖는 차량이 제공된다. 연료 탱크는 수소 탱크일 수 있고, 선택적으로 차량은 제 2 양태에 따른 수소 연료 전지 시스템을 포함할 수 있다. 대안으로서, 연료 탱크는 CNG 탱크일 수 있다.
제 4 양태에 따르면, 제 1 양태에 따른 장치를 (특히 능동적으로) 교정하는 방법이 제공되며, 이 방법은 라인을 교정하기 위한 압력을 설정(특히 증가)하고 제 2 밸브가 폐쇄되어 있는 동안 제 1 밸브를 개폐하는 단계를 포함한다. 결과적으로, 제 1 밸브의 개방 후 우세한 시스템 압력이 라인에도 존재함으로써, 라인 내의 압력이 설정될 수 있다. 제 1 밸브가 차단 밸브로서 설계된 경우, 제 1 밸브의 적절한 제어는 능동적으로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 매체의 온도를 (능동적으로) 설정하는 단계를 더 포함한다. 그 결과, 특히 매체의 교정 온도가 올바르지 않은 경우, 교정을 수행할 수 있도록 매체가 적절한 온도로 될 수 있다. 온도 설정은 예를 들어 온도 상승일 수 있고 및/또는 압력 설정 전에 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 연료 전지 시스템 및 수소 탱크의 온도 압력 완화 장치를 구비한 차량을 개략적으로 도시한다.
도 2 내지 도 9는 도 1의 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 10은 도 4 내지 도 9의 장치의 작동 중에 연료 공급 과정 동안 및 화재 동안 압력 프로파일을 개략적으로 도시한다.
도 11 내지 도 16은 도 1의 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 17은 도 13 내지 도 15의 장치를 교정하는, 특히 도 13 내지 도 15의 장치에서 매체의 온도를 조정하는 방법의 시퀀스를 개략적으로 도시한다.
동일하거나 유사한 부품 또는 요소는 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 연료 전지 시스템(4)에 의해 작동될 수 있는 차량(2)을 도시한다. 하나 이상의 연료 전지(6)는 수소 탱크로 설계된, 연료 전지 시스템(4)의 연료 탱크(8)로부터 수소를 공급받을 수 있다. 연료 전지(6)는 라인 일렉트로닉스(10)에 의해 모터(12)를 구동하는데 사용될 수 있는 에너지를 생성한다. 연료 탱크(8)는 고압 공급 라인(14) 및 분출 라인(16)을 포함하고, 상기 분출 라인(16) 내에는 압력 제어 분출 밸브(18)가 배치된다. 예를 들어, 연료 탱크(8) 근처에서 화재가 발생하는 경우 연료 탱크(8)가 파열되는 것을 방지하기 위해, 블록으로서 개략적으로 도시된 장치(20)가 수소 탱크(8)의 온도 압력 완화를 위해 제공된다.
도 2에 측면도(상부 도면) 및 아래로부터의 평면도(하부 도면)로 도시된, 장치(20a-20d)의 제 1 실시예에서, 장치는 기체 또는 액체 매체로 채워질 수 있는 열전도 라인(22a-22d)을 갖는다. 상기 매체는 예를 들어 수소, 공기 또는 액체일 수 있다. 라인(22a-22d)의 제 1 단부(24a-24d)는 분출 밸브(18a-18d)를 통해 분출 라인(16a-16d)에 연결된다. 라인(22a-22d)의 제 2 단부(25a-25d)는 기밀 방식으로 폐쇄된다. 라인(22a-22d)은 트럭으로서 설계된 차량(2)의 하부면에 있는 도로 바닥에 인접한 연료 탱크(8a-8d)의 전체 길이를 따라 연장된다. 도시된 바와 같이 차량(2)이 다수의 연료 탱크(8a-8d)를 포함하면, 이들 연료 탱크(8a-8d) 각각은 동일한 장치(20a-20d)를 구비한다.
도 3에 아래로부터의 평면도로 도시된, 장치(20)의 제 2 실시예에서, 장치(20)는 다수의 연료 탱크(8a-8d)를 위해 제공되고 연료 탱크(8a-8d)마다 하나의 라인(22a-22d)을 포함하며, 상기 라인들은 각각 공통 용기(28)로 개방되고, 상기 용기(28)는 분출 밸브(18)를 통해 분출 라인(16)에 연결된다. 각각의 라인(22a-22d)은 관련 연료 탱크(8a-8d)의 전체 길이를 따라 연장된다.
도 2 및 도 3에 도시된 장치(20)의 작동 중에, 예를 들어 화재의 형태로 유입된 열이 라인(22)을 가열하면, 라인(22) 내의 매체가 팽창된다. 그 결과, 라인(22) 내의 압력은 약 870 bar인 압력 임계값 이상으로 증가되며, 분출 밸브(18)는 870 bar의 상기 압력으로 가압된다. 도 3의 경우, 용기(28) 내의 압력은 분출 밸브(18)가 개방될 때까지 압력 임계값 이상으로 상승한다. 이로 인해, 분출 밸브(18)가 개방되고, 연료 탱크(8) 내에 저장된 수소가 분출 라인(16)을 통해 빠져 나간다.
도 4에 도시된, 장치(20)의 제 3 실시예에서, 수소로 채워진 열전도 라인(22)의 제 1 단부(24)는 분출 라인(16) 내의 분출 밸브(18)에 연결되고, 라인(22)의 제 2 단부(25)는 분출 밸브(18) 상류에서 분출 라인(16)에 연결되며, 상기 분출 라인(16)은 연료 탱크(8)의 탱크 단부(30)로부터 나온다. 솔레노이드 차단 밸브(32)는 상기 탱크 단부(30) 반대편에 놓인 다른 탱크 단부(36)로부터 공급 라인(14)의 일부인 고압 라인(34)을 밀봉한다. 라인(22)은 U 자형이지만 다른 모양을 가질 수도 있다. 라인(22)은 라인(22)의 단부 영역(40)에 배치된 제 1 체크 밸브(38)를 포함하고, 상기 체크 밸브(38)는 분출 밸브(18) 상류에서 분출 라인(16)으로 개방된다. 제 2 체크 밸브(44)는 라인(22)의 제 2 단부 영역(46)에 배치되며 분출 밸브(18)에 연결된다.
도 5에 도시된, 장치(20)의 제 4 실시예에서, 열전도 라인(22)은 고압 라인(34) 반대편에 놓인 탱크 단부(30)로부터 나오고, 연료 탱크(8)의 전체 길이를 따라 탱크 단부(36)로 연장된다. 그에 따라, 탱크(8)를 따른 화재가 검출될 수 있다. 라인(22)의 L 자형 분기는 차단 밸브(18)를 통해 분출 라인(16)으로 개방된다. 분출 라인(16)은 고압 라인(34) 내의 솔레노이드 차단 밸브(32)와 탱크 단부(36) 사이에 배치된다. 제 1 체크 밸브(38)는 라인(22)의 한쪽 단부(25)에 배치되고 탱크 단부(30)에 직접 장착된다. 제 2 체크 밸브(44)는 차단 밸브(18)에 인접하게 라인(22)의 단부 영역(46)에 배치된다. 라인(22)은 90도만큼 구부러지므로 장치(20)가 특히 콤팩트하다. 라인(22)은 다른 각도로도 구부러질 수 있다. 라인(22)은 예를 들어 도로 방향으로 탱크(8) 아래에 배치될 수 있다. 솔레노이드 차단 밸브(32), 제 2 체크 밸브(44) 및 분출 밸브(18)는 공통 밸브 하우징에 통합될 수 있다.
도 6에 도시된, 장치(20)의 제 5 실시예는 도 5의 장치(20)와 유사하게 설계된다. 그러나 라인(22)은 분출 밸브(18) 상류에서 분출 라인(16)으로 개방되고 탱크 단부(30)에 연결되지 않는다. 제 1 체크 밸브(38)는 분출 라인(16) 내로의 라인(22)의 개구에 인접하게 제공된다. 제 1 체크 밸브(38)는 도 5를 참조하여 설명된 밸브 하우징에 통합될 수도 있다.
도 7에는 도 6의 장치와 같이 설계된 장치(20)를 각각 구비한 다수의 연료 탱크(8)가 도시되어 있다. 명확성을 위해, 단 하나의 장치(20)와 단 하나의 탱크(8)가 도면 부호로 표시되어 있다. 각각의 연료 탱크(8a-8c)는 화재 발생시 개별적으로 배출될 수 있다. 밸브들(38, 44) 및 라인들(22)은 각각 동일하게 설계되므로, 장치(20)가 저렴하게 생산된다.
도 8에 도시된, 장치(20)의 제 6 실시예에서, 각각의 연료 탱크(8a-8c)에는 분출 라인(16a-16c)이 제공되고, 상기 분출 라인(16a-16c)은 솔레노이드 차단 밸브(32a-32c)와 탱크 단부(36a-36c) 사이에서 고압 라인(34a-34c)으로부터 분기된다. 단일 라인(22)은 격자 형이고 모든 연료 탱크(8a-8c)의 전체 길이를 따라 연장된다. 라인(22)의 한쪽 단부(25)는 제 1 연료 탱크(8)의 분출 라인(16a)에 연결된다. 라인(22)의 다른 단부(24a-24c)는 각각 관련 분출 라인(16a-16c) 내의 분출 밸브(18a-18c)에 연결된다. 제 1 체크 밸브(38)는 분출 라인(16a)으로의 라인(22)의 개구에 인접하게 라인(22)의 단부 영역(40)에 제공된다. 연료 탱크(8a-8c)마다 각각 제 2 체크 밸브(44a-44c)가 제공되고, 상기 체크 밸브는 각각 관련된 분출 밸브(18a-18c)에 인접하게 라인(22)의 단부 영역(46a-46c)에 배치된다.
도 9에 도시된, 장치(20)의 제 7 실시예에서, 각각의 연료 탱크(8a-8c)는 단일 솔레노이드 차단 밸브(32)를 통해 채워질 수 있는 공통 고압 공급 라인(34)에 연결된다. 라인(22)은 탱크들(8a-8c) 중 하나의 탱크의 탱크 단부(36)에 인접하게 고압 라인(34)으로부터 분기되고, 솔레노이드 차단 밸브(18)와 탱크 단부(36) 사이에서 고압 라인(34)으로부터 분기되는 분출 라인(16)으로 개방된다. 라인(22)은 분기되고 각각의 연료 탱크(8a-8c)를 따라 연장되며 이들을 서로 연결한다. 라인(22)의 제 2 단부(24)는 분출 밸브(18)에 연결되고, 상기 분출 밸브(18)는 솔레노이드 차단 밸브(32) 하류에서 고압 공급 라인(34)으로부터 분기되는 분출 라인(16) 내에 제공된다. 제 1 체크 밸브(38)는 라인(22)에서 탱크 단부(36)에 인접하게 배치된다. 제 2 체크 밸브(44)는 라인(22)의 단부 영역(46)에서 분출 밸브(18)에 인접하게 배치된다. 제 1 체크 밸브(38)는 탱크 단부(36)에 인접하는 것이 아니라 공급 라인(34)으로부터의 분출 라인(16)의 분기에 인접하게 제공되므로, 모든 밸브(18, 32, 38, 44)가 밸브 하우징에 통합될 수 있다.
도 4 내지 도 9에 도시된 실시예에서, 제 1 체크 밸브(38)에 대한 압력 임계값 P_1, 즉 개방 압력은 약 850 bar이고, 제 2 체크 밸브(44)에 대한 압력 임계값 P_2, 즉 개방 압력은 약 970 bar이다.
도 10은 도 4 내지 도 9에 도시된, 장치(20)의 실시예에 대한 연료 공급 과정 동안(상부 다이어그램) 및 화재 동안(하부 다이어그램) 시간 t에 따른 압력 P의 시간적 프로파일을 도시한다. 연료 공급 중에 수소는 그 팽창으로 인해 85°C까지 가열되고, 연료 공급 과정에서 차단 밸브(32)는 과압을 받으며, 가스 스테이션에 의해 연료 탱크(8) 내의 수소 압력 P가 약 870 bar까지 상승하도록 조절된다. 곡선 B는 연료 공급 지속 시간을 개략적으로 나타낸다. 870 bar의 압력은 탱크 내용물의 냉각 후에 설정된, 20°C에서 700 bar의 압력에 해당한다. 제 1 체크 밸브(38)의 압력 임계값 P_1인 850 bar에 도달하면, 제 1 체크 밸브(38)가 개방되므로, 체크 밸브(38)와 제 2 체크 밸브(44) 사이의 라인(22)은 수소로 채워진다. 곡선 RS1은 체크 밸브(38)의 개방 및 폐쇄 동작을 개략적으로 도시한다. 제 2 체크 밸브(44)는 폐쇄되고, 개방을 위한 그 압력 임계값 P_2는 870 bar보다 크다. 그 결과, 2개의 체크 밸브(38, 44) 사이의 라인(22) 내의 수소량은 고압으로 압축된다. 탱크 내용물의 냉각과 이에 따른 압력 P_1의 감소 동안, 제 1 체크 밸브(38)는 폐쇄된다. 제 1 체크 밸브(38)가 폐쇄되는 동안 라인(22) 내의 온도 T는, 20°C에서 채워진 연료 탱크의 압력이 전술한 바와 같이 70 MPa이기 때문에, 이상적인 가스 방정식으로부터 계산될 수 있는, 상기 폐쇄 압력 P_1에서의 탱크 온도와 같다:
293.15 K/70 MPa = T/P_1 = V/(n*R).
따라서, 압력 임계값 P_1이 850 bar인 경우 온도 T는 이상적인 가스 방정식에 따라 82.8°C이다. 따라서, 제 1 체크 밸브(38)는 라인(22) 내의 압력이 항상 이 값으로 교정되는 것을 보장한다.
라인(22)은 또한 알려진 양의 가스를 포함한다. 라인(22)의 외부 재충전은 필요하지 않은데, 그 이유는 누출량이 연료 공급 중에 다시 채워질 수 있기 때문이다. 라인(22) 내의 수소량은 라인 부피, 제 1 체크 밸브(38)의 압력 임계값 P_1 및 전술한 온도 T로부터 계산될 수 있으며 일정한 크기이다.
제 2 체크 밸브(44)의 압력 임계값 P_2은 유사한 방식으로 계산될 수 있다. 제 2 체크 밸브(44)가 예를 들어 수소 탱크용 퓨즈의 알려진 트리거 온도인 105°C에서 개방되면, 압력 임계값 P_2 = 969 bar이다.
도 10의 하부 다이어그램에 도시된 바와 같이, 제 1 체크 밸브(38)와 제 2 체크 밸브(44) 사이의 라인(22) 내의 압력 P는 정상 작동 중에 주변 온도에 따라 예를 들어 580 bar(-30°C의 경우) 내지 830 bar(50°C의 경우)에서 변한다. 화재가 발생하면 라인(22)과 그 안의 수소가 가열되어 제 2 체크 밸브(44)의 압력 임계값 P_2가 초과되고 제 2 체크 밸브(44)가 개방된다. 곡선 RS2는 체크 밸브(44)의 개방 및 폐쇄 동작을 나타낸다. 분출 밸브(18)는 얇은 라인(22) 내의 압력이 다시 압력 임계값 P_2 아래로 떨어질 때까지, 즉 라인(22)의 온도가 떨어질 때까지, 개방된 상태로 유지된다. 이것은 화재가 진압되고 연료 탱크(8)가 냉각될 때야 발생한다.
장치(22)의 작동 중에, 제 1 체크 밸브(38)는 연료 탱크(8)의 연료 공급 과정 동안 온도 상승으로 인해 개방되는 한편, 제 2 체크 밸브(44)는 폐쇄된다. 이러한 방식으로, 라인(22)은 알려진 일정량의 수소로 채워진다. 그 후에, 제 1 체크 밸브(38)는 연료 공급 과정 동안 또는 이후에 온도 저하로 인해 폐쇄된다. 나중 시점에, 얇은 라인(22) 내의 압력은 국부적인 열 유입, 예를 들어 화재에 의해 증가된다. 국부적인 열 유입은 예를 들어 850 bar 이상에서 85°C보다 클 수 있다. 제 2 체크 밸브(44)는 900 bar보다 큰 압력 임계값 P_2, 여기서는 약 970 bar를 가질 수 있다. 라인(22) 내의 온도가 100°C보다 큰(예를 들어, 105°C) 경우에야, 제 2 체크 밸브(44)가 트리거되고, 압력에 의해 분출 밸브(18)가 개방되며, 연료 탱크(8)가 분출 라인(16) 방향으로 개방된다. 수소는 분출 라인(16)을 통해 연료 탱크(8)로부터 빠져 나갈 수 있다.
도 11은 연료 전지 시스템(4)에 할당된 장치(20)의 제 8 실시예를 도시한다. 장치(20)는 도 4의 장치(20)와 유사하게 설계되지만, 라인(22)의 제 2 단부(25)는 수소 중압 라인(50)에 연결된다. 상기 수소 중압 라인(50)은 수소 인젝터(52)와 감압기(54) 사이의 연료 전지 시스템(4)에 배치되고, 상기 감압기(54)는 고압 라인(34)에 의해 솔레노이드 차단 밸브(32)에 연결된다. 라인(50)은 또한 공급 라인(14)의 일부이다. 라인(22) 내의 압력은 20 bar의 범위에 있다. 제 1 체크 밸브(38) 및 제 2 체크 밸브(44)의 압력 임계값은 도 4 내지 도 9에서와 유사한 방식으로 연료 공급 압력에 따라 선택되어야 하고 20 또는 23 bar이다. 장치(20)의 작동은 도 4 내지 도 9의 장치(20)의 작동과 유사하다. 그러나 라인(22)의 교정 과정은 도 4 내지 도 9의 실시예와는 달리, 연료 공급 동안 발생하지 않고 연료 공급 후에야 발생하는데, 그 이유는 탱크 차단 밸브(32)가 정상 작동 중에만 개방되기 때문이다.
도 12에 도시된, 장치(20)의 제 9 실시예는 도 11의 장치(20)와 유사하게 설계되지만, 제 1 체크 밸브(38)가 제공되는 라인(20)의 한쪽 단부(25)는 연료 전지(6)와 수소 인젝터(52) 사이에 제공된 수소 저압 라인(56)에 연결된다. 라인(56)은 또한 공급 라인(14)의 일부이다. 라인(20) 및 밸브(38, 44)는 5 bar보다 훨씬 낮은 압력을 받는다. 제 1 체크 밸브(38)는 3.7 bar의 압력 임계값 P_1을 가지며, 라인(22)을 교정하기 위해 제 1 체크 밸브(38)와 제 2 체크 밸브(44) 사이의 라인(20)을 수소로 채우는 역할을 한다. 그로 인해, 라인(20)은 알려진 양의 가스를 포함한다. 누출량이 작동 중에 다시 채워질 수 있기 때문에 외부 재충전은 필요 없다. 압력 P_1은 3.5 bar의 최대 작동 압력보다 높게 선택되므로 밸브(38)는 라인(22)을 채우기 위해서만 개방된다. 이 압력은 교정 과정 동안에만 달성된다. 제 2 체크 밸브(44)는 분출 밸브(18)의 개방이 달성되는 105°C보다 높은 온도 T_Abblasen에서 제 2 체크 밸브(44)가 트리거될 때 제 1 체크 밸브(38)의 교정 온도 T = 20°C에 대한 이상적인 가스 방정식을 사용하여 계산될 수 있는 4.7 bar의 압력 임계값 P_2을 갖는다:
T/P_1 = T_Abblasen/P_2 = V/(N*R)
293.15/0.37 MPa = T_Abblasen/P_2, 즉
P_2 = 0.47 MPa.
도 13에 도시된 제 10 실시예는 도 12의 실시예와 유사하게 설계되지만, 라인(22)의 한쪽 단부(25)은 냉각제 라인(58)에 연결된다. 냉각제의 압력 및 그에 따라 라인(22) 내의 압력은 2.5 bar이다. 압력 임계값은 교정 온도 T = 50°C = 323.15 K 및 분출 온도 T_Abblasen = 105°C = 378.15 K에서 P_1 = 2.5 bar 또는 P_2 = 2.9 bar이다.
도 14에 도시된, 장치(20)의 제 11 실시예는 도 13의 장치와 유사하게 설계되지만, 라인(22)의 단부(25)가 특히 공기 회로(62)에 제공되는 열 교환기(61) 하류에서 공기-저압 라인(60)에 연결된다. 공기 저압 라인(60) 내의 압력 레벨, 따라서 라인(22) 내의 압력 레벨은 약 3 bar이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 도 14와 유사한 실시예에서, 차단 밸브(64)가 제 1 체크 밸브(38) 대신 제공될 수 있다. 압력 임계값은 교정 온도 T = 80°C = 353.15 K 및 분출 온도 T_Abblasen = 105°C = 378.15 K에서 P_1 = 3 bar 또는 P_2 = 3.2 bar이다.
도 13 내지 도 15에 도시된 실시예에 대한 압력 P_2의 계산은 도 12에 도시된 실시예와 유사하게 이루어진다.
도 16에 도시된, 제 12 실시예에 따른 장치(20)는 도 12의 장치(20)와 유사하게 설계되지만, 라인(22)이 탱크의 전체 길이를 따라 그리고 탱크(8) 아래로 연장되어 라인(22)은 L 자형이 된다. 체크 밸브(44) 및 분출 밸브(18)는 공통 밸브 하우징에 수용될 수 있다.
도 12 내지 도 16의 장치(20)의 작동은 도 4 내지 도 9의 장치의 작동과 유사하다. 그러나 교정 과정은 다르게 진행되며, 작동 중에 정기적으로, 예를 들어 트립(trip) 당 한 번 실시되어야 하고 능동적으로 트리거된다. 정상 작동 중에 교정 과정이 시작되면, 라인(22) 내의 해당 매체의 온도, 예를 들어 수소에 대해 20°C, 공기에 대해 80°C, 냉각제에 대해 50°C가 교정 범위와 비교된다. 온도가 허용 가능한 범위 내에 있는 경우, 예를 들어 +/- 1 켈빈의 차이인 경우, 압력은 제 1 체크 밸브(38)의 압력 임계값(P_1) 이상으로 증가된다. 수소의 경우, 이는 수소 인젝터(52)의 제어 밸브의 제어를 통해 간단히 수행된다. 공기의 경우, 공기 압축기(65) 및 경우에 따라 공기 스로틀이 상응하게 제어되어야 하며, 냉각제의 경우 냉각제 펌프(66)가 상응하게 제어되어야 한다. 제 1 체크 밸브(38)의 압력 임계값 P_1이 초과되거나 도 15의 차단 밸브(64)가 (예를 들어 3 bar의 압력 P_1이 설정되었음) 개방되면, 라인(22)은 압축된 매체로 채워지고 교정 과정은 완료된다. 제 1 체크 밸브(38) 또는 차단 밸브(64)는 다시 폐쇄된다.
매체의 온도가 교정에 적합하지 않고 변경될 수 있는 경우, 상기 온도는 라인(22)이 채워지기 전에 상응하게 조정된다. 도 17은 장치(20)를 교정하는, 특히 라인(22) 내의 매체의 온도를 조정하는 방법을 도시한다. 제 1 단계 S1에서, 라인(22) 내의 압력의 교정이 시작된다. 다음 단계 S2에서, 온도가 원하는 온도 범위 내에 있는지의 여부가 결정된다. 그렇지 않은 경우, 단계 S3에서 온도가 변경될 수 있는지의 여부가 결정된다. 그런 경우, 단계 S4에서 매체 온도가 상승되고 방법은 단계 S2로 분기된다. 단계 S3에서의 결정 결과가 부정이면, 방법은 단계 S5로 종료된다. 단계 S2에서의 결정 결과가 긍정이면, 단계 S6에서, 제 1 체크 밸브(38)의 경우 라인(22) 내의 압력이 정상 중압 이상으로 증가하거나 차단 밸브(64)의 경우 라인(22) 내의 소정 압력이 중간 압력으로 설정된다. 제 1 체크 밸브의 경우 압력 P_1이 초과되면, 단계 S7에서 도 11 내지 도 14 및 도 16의 제 1 체크 밸브(38)는 개방되고, 압력이 압력 임계값 P_1 아래로 떨어지면 다시 폐쇄된다. 도 15의 차단 밸브(64)의 경우, 단계 S7에서 차단 밸브(64)가 미리 정해진 시간(예를 들어, 0.5 초) 동안 개방되고, 상기 미리 정해진 시간이 경과되면 다시 폐쇄된다. 그 후에, 방법은 단계 S5로 종료된다.
단계 S3에서 매체의 온도가 변경될 수 있다는 결정의 긍정적인 결과는 특히 냉각제에 대한 경우이다. 공기의 온도는 압축의 변경에 의해 특정 한계 내에서 조정될 수 있다. 수소의 온도는 탱크 온도에 해당하며 정상 작동 중에는 영향을 받지 않는다. 즉, 단계 S3에서의 결정은 부정이다. 20°C 이외의 온도로 교정 과정을 실행하기 위해, 수소의 온도는 각각의 연료 공급 후에 달성되는 약 50°C로 선택되는데, 그 이유는 연료 공급 동안 연료 탱크의 수소 온도가 약 85°C로 상승하므로 연료 탱크(8)의 냉각 단계에서 상기 교정 과정이 수행되기 때문이다(도 10, 상부 다이어그램 참조). 상기 냉각이 연료 전지 시스템(4)의 작동 없이 수행되면, 교정 단계는 연료 전지 시스템(2)의 작동 동안 다음 연료 공급 후에야 발생한다.
단계 S6에서, 압력은 시스템 내의 압력이 적어도 제 1 압력 임계값 P_1까지 능동적으로 증가됨으로써 증가될 수 있다. 제 1 밸브(38) 또는 차단 밸브(64)의 스위칭 후, 압력은 다시 약간 떨어질 수 있고, 그 후 압력은 적어도 제 1 압력 임계 값으로 능동적으로 재조정될 수 있다. 라인(22) 내의 압력은 제 1 압력 임계값 P_1에 도달할 수 있다. 따라서, 단계 S6은 단계 S7과 적어도 부분적으로 병행해서 실시될 수 있다.
8, 8a-8d: 연료 탱크
16, 16a-16c: 분출 라인
18, 18a-18c: 분출 밸브
20: 온도 압력 완화 장치
22, 22a-22d: 라인
24: 제 1 단부
25: 제 2 단부
32: 차단 밸브
34: 공급 라인
38, 64: 제 1 밸브
40, 46: 단부 영역
44, 44a-44c: 제 2 밸브
50: 연료 중압 라인
56: 연료 저압 라인

Claims (14)

  1. 연료 탱크(8, 8a-8d)의 온도 압력 완화 장치(20)로서,
    상기 장치(20)는 기체 또는 액체 매체로 채워질 수 있는 열전도 라인(22, 22a-22d)을 포함하고, 상기 라인(22)의 제 1 단부(24)는 상기 연료 탱크(8, 8a-8d))로부터 연료를 분출하기 위한 분출 라인(16)에 배치된 압력 제어 분출 밸브(18)에 연결될 수 있으며, 상기 장치(20)는, 상기 라인(22) 내의 매체 압력이 압력 임계값(P_2)보다 크면 상기 장치(20)가 상기 분출 밸브(18)를 가압해서, 상기 연료 탱크(8, 8a-8d)로부터 상기 분출 라인(16)으로 연료를 배출하기 위해 상기 분출 밸브(18)를 개방하도록, 설계되는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 라인(22)의 제 2 단부(25)는 압력 밀봉 방식으로 폐쇄되는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 장치(20)는, 각각 기체 또는 액체 매체로 채워질 수 있으며 각각 별도로 상기 분출 밸브(18)에 연결되는 다수의 열전도 라인(22a-22d)을 포함하고, 상기 장치(20)는, 상기 라인들(22a-22d) 중 적어도 하나의 라인 내의 상기 매체의 압력이 상기 압력 임계값(P_2)보다 크면 상기 장치(20)가 상기 분출 밸브(18)를 가압해서, 상기 라인들(22a-22d)에 할당된 연료 탱크(8a-8d)로부터 상기 분출 라인(16)으로 연료를 배출하기 위해 상기 분출 밸브(18)를 개방하도록 설계되는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 장치(20)는 상기 라인(22)의 단부 영역(40, 46)에 배치된, 제 1 밸브(38, 64) 및 제 2 밸브(44)를 포함하고, 상기 라인(22)은 상기 제 1 밸브(38, 64)가 개방되면 상기 제 1 밸브에 의해, 상기 제 2 밸브(44)가 개방되면 상기 제 2 밸브에 의해 매체로 채워질 수 있고, 상기 제 2 밸브(44)에 인접하게 배치될 수 있는 분출 밸브(18)는 상기 연료 탱크(8)로부터 상기 분출 라인(16) 내로 연료를 배출하기 위해 상기 분출 밸브(18)가 개방되도록 가압될 수 있는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 밸브(44)가 인접하게 또는 그 위에 배치되는, 상기 라인(22)의 제 1 단부(24)는 상기 분출 라인(16)에 연결될 수 있고, 상기 분출 라인(16)은 상기 연료 탱크(8)의 차단 밸브(32)와 상기 연료 탱크(8) 사이의 상기 연료 탱크(8)용 공급 라인(34)에 연결되는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 밸브(44)가 인접하게 또는 그 위에 배치되는, 상기 라인(22)의 제 1 단부(24)는 상기 연료 탱크(8) 하류에 제공된 상기 분출 라인(16)에 연결될 수 있는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(20)는 다수의 제 2 밸브(44a-44c)를 포함하고, 상기 제 2 밸브들(44a-44c)이 개방되면, 상기 제 2 밸브들에 의해, 각각의 제 2 밸브(44a-44c)에 인접하게 배치될 수 있는 해당 분출 밸브(18a-18c)가 가압될 수 있어서, 관련 연료 탱크(8a-8c)로부터 각각의 분출 라인(16a-16c)으로 연료를 배출하기 위해 각각의 분출 밸브(18a-18c)가 개방되는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  8. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라인(22)은 다수의 연료 탱크(8a-8c)를 따라 연장되는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 밸브(38, 64)가 인접하게 배치된 상기 라인의 제 2 단부(25)는
    - 상기 분출 라인(16)에,
    - 상기 연료 탱크(8)에,
    - 연료 중압 라인(50)에,
    - 연료 저압 라인(56)에, 또는
    - 상기 연료 탱크(8)용 차단 밸브(32) 상류의 연료 고압 라인(50)에 연결될 수 있는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  10. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 밸브(38, 64)가 인접하게 배치된 상기 라인(22)의 제 2 단부(25)는 냉각제 라인(58) 또는 공기 저압 라인(60)에 연결될 수 있는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  11. 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 밸브(38) 및 상기 제 2 밸브(44)는 체크 밸브로서 설계되는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  12. 제 4 항 내지 제 8 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 밸브(64)는 차단 밸브로서 설계되고, 상기 제 2 밸브(44)는 체크 밸브로서 설계되는, 연료 탱크의 온도 압력 완화 장치(20).
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 장치(20)의 교정 방법으로서,
    - 라인(22)을 교정하기 위해 압력을 설정하는 단계(S6) 및
    - 제 2 밸브(44)가 폐쇄되어 있는 동안 제 1 밸브(38, 64)를 개방 및 폐쇄하는 단계(S7)를 포함하는, 교정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    - 매체의 온도를 설정하는 단계(S4)를 더 포함하는 교정 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020215940A1 (de) 2020-12-15 2022-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Tankvorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Gastanks
DE102021127391A1 (de) 2021-10-21 2023-04-27 Westnetz Gmbh Wasserstoffnetzsystem

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011149545A (ja) * 2010-01-25 2011-08-04 Honda Motor Co Ltd ガスタンク
DE102014003586A1 (de) * 2014-03-11 2015-09-17 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Kraftstofftank, Kraftfahrzeug
US20160033085A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Lightsail Energy, Inc. Compressed gas storage unit and fill methods

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4081430B2 (ja) * 2003-11-19 2008-04-23 本田技研工業株式会社 燃料電池車両
DE202004021365U1 (de) * 2004-11-04 2007-12-13 Luxembourg Patent Company S.A. Gasbehälter, der ein komprimiertes brennbares Gas enthält
DE102011114725A1 (de) * 2011-10-01 2013-04-04 Daimler Ag Druckgasbehälter mit einer Ventileinrichtung
US10328790B2 (en) * 2014-06-18 2019-06-25 Volvo Truck Corporation Safety arrangement for a vehicle tank

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011149545A (ja) * 2010-01-25 2011-08-04 Honda Motor Co Ltd ガスタンク
DE102014003586A1 (de) * 2014-03-11 2015-09-17 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Kraftstofftank, Kraftfahrzeug
US20160033085A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Lightsail Energy, Inc. Compressed gas storage unit and fill methods

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