WO2021018563A1 - Druckbehälteranordnung - Google Patents

Druckbehälteranordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2021018563A1
WO2021018563A1 PCT/EP2020/069841 EP2020069841W WO2021018563A1 WO 2021018563 A1 WO2021018563 A1 WO 2021018563A1 EP 2020069841 W EP2020069841 W EP 2020069841W WO 2021018563 A1 WO2021018563 A1 WO 2021018563A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
pressure vessel
safety valves
designed
vessel arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/069841
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Ulrich Stahl
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to US17/630,057 priority Critical patent/US20220275912A1/en
Priority to CN202080052175.0A priority patent/CN114127467B/zh
Publication of WO2021018563A1 publication Critical patent/WO2021018563A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/04—Arrangement or mounting of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0128—Shape spherical or elliptical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0138—Shape tubular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/058—Size portable (<30 l)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0604—Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0619—Single wall with two layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
    • F17C2205/0123—Mounting arrangements characterised by number of vessels
    • F17C2205/013—Two or more vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
    • F17C2205/0123—Mounting arrangements characterised by number of vessels
    • F17C2205/013—Two or more vessels
    • F17C2205/0134—Two or more vessels characterised by the presence of fluid connection between vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
    • F17C2205/0123—Mounting arrangements characterised by number of vessels
    • F17C2205/013—Two or more vessels
    • F17C2205/0134—Two or more vessels characterised by the presence of fluid connection between vessels
    • F17C2205/0138—Two or more vessels characterised by the presence of fluid connection between vessels bundled in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
    • F17C2205/0123—Mounting arrangements characterised by number of vessels
    • F17C2205/013—Two or more vessels
    • F17C2205/0134—Two or more vessels characterised by the presence of fluid connection between vessels
    • F17C2205/0142—Two or more vessels characterised by the presence of fluid connection between vessels bundled in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F17C2205/0332—Safety valves or pressure relief valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F17C2205/0335—Check-valves or non-return valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/03—Dealing with losses
    • F17C2260/035—Dealing with losses of fluid
    • F17C2260/036—Avoiding leaks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0178—Cars
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the technology disclosed here relates to a pressure vessel arrangement which can be used, for example, to store fuel under pressure in a motor vehicle.
  • pressure vessels which are used as tanks, can be adapted as ideally as possible to existing installation spaces, i.e. with little dead space, in order to utilize the existing installation space for storing gaseous fuel.
  • existing installation spaces i.e. with little dead space
  • the technology disclosed herein relates to a pressure vessel assembly.
  • the pressure vessel arrangement has a plurality of pressure vessels. It has a number of safety valves. It has a number of connecting lines.
  • the pressure vessels are fluidically connected by means of the connecting lines.
  • the safety valves are arranged between two interconnected pressure vessels.
  • the safety valves are designed to start from a predetermined maximum flow rate and / or from a
  • Pressure vessel arrangement with only one large pressure vessel to limit the leakage insofar as only from one volume up to each
  • limiting safety valves can escape gas.
  • volume flows usually occur which are greater than the specified maximum flow rate during normal operation and / or pressure differences occur which are greater than the specified maximum pressure difference during normal operation.
  • Normal operation should in particular include the operating modes of refueling, storage and withdrawal if there is no damage to the tank system.
  • the respective safety valve which is adjacent to a pressure vessel affected by a leak, will accordingly ensure a closure and thus limit the amount of escaping gas. As a result, a higher level of security can be provided than if none between the pressure vessels
  • Safety valves would be arranged. At the same time be typical
  • the pressure vessel arrangement can be designed, for example, in the form of a chain tank or a tubular storage device.
  • Chain tanks consist, for example, of a large number of small-volume chambers connected in series, which in turn
  • the chambers are connected by means of pipe bends made of the same material as the chambers themselves, so that the liner and fiber reinforcement can each be produced using continuous production methods.
  • connections between individual chambers or pressure vessels can also be made by separate connecting elements or
  • Connecting lines are made in series and / or in parallel.
  • Corresponding designs can be referred to as pipe accumulators and can also consist of small-volume spherical-cylindrical chambers.
  • the diameter of the chambers of chain tanks and pipe storage tanks are typically significantly smaller than in conventional large-volume tanks.
  • the total surface area of the chambers is significantly larger than in conventional large-volume tanks.
  • Burst factor greater than 2.25 is retained. However, it was recognized that the absolute safety margins are lower. If, for example, a container with a diameter of 300 mm has a tank wall of 21 mm, the outer half, i.e. approx. 10.5 mm, can be damaged by a bursting factor of> 2.25, without causing a Bursting event or a leak. If, on the other hand, the container has a diameter of only 100 mm and a tank wall of 7 mm, then it is
  • the safety valves can be arranged in such a way that there is at least one such safety valve in each connection between each two pressure vessels.
  • a safety valve is not arranged between all interconnected pressure vessels, it being possible, for example, that such a safety valve is arranged only between respectively second, third or generally nth interconnected pressure vessels.
  • the safety valves are designed, in particular, for a flow rate below the specified maximum flow rate and / or for a pressure difference below the specified maximum flow rate
  • Safety valves each arranged on one of the pressure vessels.
  • the safety valves can be designed to be integrated accordingly.
  • Safety valves each arranged in a connecting line. As a result, the safety valves can be spaced from the pressure vessels.
  • Safety valves each only close on one side. As a result, the safety function can be achieved in the corresponding direction in which a locking function is implemented. According to respective
  • Designs are one, some or all of the safety valves each designed to close on both sides. This means that the safety function can be achieved on both sides.
  • One, some or all of the safety valves can, for example, be designed in such a way that they behave in the same way in both possible flow directions.
  • the behavior can, however, also differ depending on the direction, whereby, for example, certain circumstances and requirements can be taken into account.
  • the refueling mass flow flow in the first direction but the withdrawal mass flow in the second direction.
  • the maximum refueling mass flow occurring during normal operation is greater than the maximum withdrawal mass flow, so that the mass flow limit of the safety valve in the second direction can close at significantly lower mass flows than in the first direction.
  • each safety valve has a valve body, a valve seat and a pretensioning device.
  • the pretensioning device can in particular be designed to keep the valve body spaced apart from the valve seat in a state of rest so that flowing fluid flows around it. It can be provided in particular that the valve body from the maximum flow rate and / or from the maximum pressure difference against the force of the
  • Biasing device is pressed against the valve seat.
  • valve body can through the
  • the pressure vessels can in particular be fluidically connected in parallel and / or in series. Suitable fluidic connections can thereby be realized.
  • a liner can in particular be a
  • the liner can be made, for example, of aluminum or steel or of their alloys. Furthermore, the liner can be made of a plastic. However, it is also possible to use a pressure vessel without a liner
  • the safety valves are preferably designed for this, also in the
  • the safety valves can in particular also be designed to open again after closing when the pressure drops below an opening pressure difference. This enables automatic opening if, for example, closing has taken place inadvertently or without a leak which has occurred, with the pressure difference being able to be reduced below the opening pressure difference in particular by an already mentioned residual flow and thus opening being achieved.
  • the pressure vessel arrangement can in particular be designed as a chain tank or it can be designed as a tubular storage system, the pressure vessels being designed as respective storage tubes.
  • a pipe storage system is generally used to denote a plurality of storage pipes connected to one another, storage pipes of this type typically being rather thin compared to their length. Corresponding typical values are given below.
  • a chain tank is understood to be a special embodiment of a pipe storage system, storage pipes and connecting lines being made continuously and preferably from only one material, which can result in a series connection of the chambers. Chain tanks and pipe storage systems are considered Freeform tanks, which can be advantageously adapted to installation spaces.
  • the pressure vessels preferably have a respective length-to-diameter ratio with a value between 5 and 40, or between 7 and 25, or between 9 and 15. Such values have proven to be typical
  • Chain tanks and pipe accumulators consist of chambers that each store only a fraction of the energy that is stored in a large-volume conventional tank container. This applies both to the chemical energy stored in the form of hydrogen or other gas and, in particular, to the compression energy.
  • the compression energy for ideal gases is p * V. Since the nominal pressure is the same for all types of pressure vessel, the volume is decisive. If a chamber in the
  • Chambers are thus closed by the high mass flow or volume flow, the excess flow valves or safety valves in the connections to the adjacent chambers. It can thus be practical
  • valve seat for example, can be positioned in such a way that, in the closed state, it has the smaller cross-section than in the
  • Safety valves are preferably integrated into the connection between the chambers. The highest mass flows or volume flows, at which the excess flow valves or safety valves should not be closed, typically arise during refueling. If a
  • Circulation during refueling is used to prevent overheating in dead ends, so those with it are also preferred
  • the excess flow valves or safety valves are preferably designed and set in such a way that mass or volume flows which significantly exceed the above-described refueling or recirculation flows lead to the excess flow valves being triggered, ie the valve being closed. Preference is given to using excess flow valves or safety valves that automatically reopen as soon as the pressure between the two sides, that is upstream and downstream, has equalized. As a rule, this type of excess flow valve or safety valve does not close completely either, but allows a slight leak even when closed. In the case of a downstream system, this leads to
  • Fig. 1 b an associated circuit diagram
  • Fig. 4a a safety valve
  • Fig. 4b an associated circuit diagram
  • Fig. 5 a pressure vessel arrangement.
  • FIG. 1a shows a section from a pressure vessel arrangement 100, namely a transition between a pressure vessel 110 and a connecting line 120 connected to it.
  • a taper 130 is formed between the pressure vessel 110 and the connecting line 120.
  • a safety valve 115 is formed therein, which will be described in more detail below.
  • the safety valve 115 has a valve body 150. This is attached to a pretensioning device in the form of a spring 160, which enables the valve body 150 to move in the horizontal direction in the illustration of FIG. 1 a and thereby pretensions it away from the taper 130 to the left.
  • a fluid flow flows around the valve body 150, which is shown by means of arrows. This thus flows in the
  • A occurs between the valve body 150 and the taper 130
  • Compression 140 of the streamlines which leads to a negative pressure with a correspondingly large pressure difference between the left and right side of the safety valve 115 and / or with a correspondingly high flow rate, which presses the valve body 150 to the right.
  • the valve body 150 can then close the valve 115 so that the fluid flow shown is no longer possible.
  • the taper 130 forms a valve seat 135.
  • the safety valve 115 is thus designed such that it is open at a pressure difference below a specified maximum pressure difference and / or at a flow rate below a specified maximum flow rate and enables the corresponding flow rate, but when a specified maximum flow rate and / or a specified maximum flow rate is exceeded Pressure difference closes and thus no further flow is possible. This does not exclude the possibility that a certain leakage is possibly even deliberately made possible in order to enable the pressure difference to be reduced in the event of inadvertent closing and thus to enable the safety valve 115 to be reopened.
  • Fig. 1 b shows the pressure vessel 110 with it connected
  • the arrow above the safety valve 115 indicates the direction in which closing as described is possible. It can be called the blocking direction.
  • FIG. 2 shows a pressure vessel arrangement 100 according to the prior art.
  • a total of three pressure vessels 110 are shown, which are connected to one another by means of respective connecting lines 120. It is obvious that in the event that a leak would occur in one of the pressure vessels 110, for example due to mechanical damage, this would lead to an immediate emptying of all three pressure vessels 110. This poses a safety problem in that the escaping gas is typically flammable and under high pressure.
  • Fig. 3 shows a pressure vessel arrangement 100 according to a
  • respective safety valves 115 are arranged between the pressure vessels 110 and are designed in accordance with the illustration in FIG. 1 a. They thus limit the maximum flow rate and / or a maximum pressure difference.
  • two safety valves 115 which have different blocking directions, are connected between all of the pressure vessels 110 shown.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of a safety valve 115, in which case the valve body 150 has two springs 160, 160 'in both
  • a corresponding circuit diagram is shown in FIG. 4b. Two arrows are drawn in, which point in opposite directions and thus indicate that the safety valve 115 has two blocking directions.
  • FIG. 5 shows a pressure vessel arrangement 100 according to a further exemplary embodiment, two pressure vessels 110 also being present, between which only one closes on both sides
  • Safety valve 115 according to the embodiment of FIG. 4a is present. The functionality is basically identical to that of the embodiment of FIG. 3, but fewer safety valves 115 are required overall.
  • Mass flow or flow can take place as the withdrawal.
  • Closing sensitivity can thus be optimally adapted to such requirements.
  • Excess flow valves or safety valves can be integrated particularly easily in pressure vessel 110 if a differential design is used. However, it is also possible, for example, to integrate the excess flow valves or safety valves in an integral design, which is economical in particular when there are large numbers of items.
  • the already mentioned taper 130 can in particular be used to act as a valve seat 135 for the valve body 150.

Landscapes

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

Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß eine Druckbehälteranordnung 100 mit einer Mehrzahl von Druckbehältern 110, einer Anzahl von Sicherheitsventilen 115 und einer Anzahl von Verbindungsleitungen 120, wobei die Sicherheitsventile 115 zwischen den Druckbehältern 110 angeordnet sind, um ab einem vorgegebenen maximalen Durchfluss und/oder ab einer vorgegebenen maximalen Druckdifferenz zu schließen. Dadurch kann die Auswirkung einer Leckage verringert werden.

Description

Druckbehälteranordnung
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Druckbehälteranordnung, welche beispielsweise zur Speicherung von unter Druck stehendem Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann.
Für zukünftige Kraftfahrzeuge ist vorgesehen, verstärkt alternative Kraftstoffe wie beispielsweise unter Druck stehenden Wasserstoff zu verwenden.
Gleiches gilt für andere Gase, welche unter hohem Druck, verflüssigt und/oder tiefkalt gelagert werden. Um die Reichweite derartiger
Kraftfahrzeuge zu erhöhen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn Druckbehälter, die als Tanks verwendet werden, an vorhandene Bauräume möglichst ideal, also mit geringen Toträumen angepasst werden können, um den vorhandenen Bauraum zum Lagern von gasförmigem Kraftstoff auszunutzen. Beispielsweise können entsprechende Bauräume
quaderförmig und/oder von begrenzter Höhe sein.
Es hat sich gezeigt, dass entsprechende Bauräume durch konventionelle, großvolumige sphärozylindrische Tanks nicht gut genutzt werden. Es gibt jedoch beispielsweise das Konzept der Kettentanks oder der Rohrspeicher, die hier eine bessere Lösung versprechen, jedoch bauartspezifische
Probleme mit sich bringen.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, eine Druckbehälteranordnung bereitzustellen, welche diesbezüglich alternativ oder besser ausgeführt ist. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar. Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Druckbehälteranordnung. Die Druckbehälteranordnung weist eine Mehrzahl von Druckbehältern auf. Sie weist eine Anzahl von Sicherheitsventilen auf. Sie weist eine Anzahl von Verbindungsleitungen auf.
Die Druckbehälter sind mittels der Verbindungsleitungen fluidisch verbunden. Die Sicherheitsventile sind zwischen jeweils zwei miteinander verbundenen Druckbehältern angeordnet. Die Sicherheitsventile sind dazu ausgebildet, ab einem vorgegebenen maximalen Durchfluss und/oder ab einer
vorgegebenen maximalen Druckdifferenz zu schließen.
Mittels einer solchen Druckbehälteranordnung ist es möglich, bei einer möglichen Leckage eines der Druckbehälter, welche aufgrund der eingangs beschriebenen Problematik leichter entstehen kann als bei einer
Druckbehälteranordnung mit nur einem großen Druckbehälter, die Leckage insofern zu begrenzen, als nur aus einem Volumen bis zu jeweils
begrenzenden Sicherheitsventilen Gas ausdringen kann. Bei einer Leckage treten üblicherweise Volumenflüsse auf, welche größer sind als der vorgegebene maximale Durchfluss bei Normalbetrieb und/oder es treten Druckdifferenzen auf, welche größer sind als die vorgegebene maximale Druckdifferenz bei Normalbetrieb. Normalbetrieb soll hier insbesondere die Betriebsarten Betankung, Speicherung und Entnahme umfassen, wenn keine Beschädigung des Tanksystems vorliegt. Dementsprechend wird das jeweilige Sicherheitsventil, welches an einen von einer Leckage betroffenen Druckbehälter angrenzt, für einen Verschluss sorgen und somit die Menge an austretendem Gas begrenzen. Dadurch kann eine höhere Sicherheit bereitgestellt werden als wenn zwischen den Druckbehältern keine
Sicherheitsventile angeordnet wären. Gleichzeitig werden typische
Funktionalitäten wie ein Betanken der Druckbehälteranordnung und eine Entnahme von Gas zum Zwecke des Betreibens eines Motors, einer Brennstoffzelle oder eines anderen Energiewandlers in keiner Weise beeinträchtigt, da hierfür typischerweise nur Durchflüsse unterhalb dem vorgegebenen maximalen Durchfluss und/oder Druckdifferenzen unterhalb der vorgegebenen maximalen Druckdifferenz auftreten.
Die Druckbehälteranordnung kann beispielsweise in Form eines Kettentanks oder eines Rohrspeichers ausgebildet sein.
Kettentanks bestehen beispielsweise aus einer Vielzahl von seriell miteinander verbundenen kleinvolumigen Kammern, die ihrerseits
beispielsweise im Wesentlichen sphärozylindrisch sind. Im einfachsten Fall erfolgt die Verbindung der Kammern durch Rohrbögen aus dem gleichen Material wie die Kammern selbst, so dass sich Liner und Faserarmierung jeweils mit kontinuierlichen Produktionsmethoden hersteilen lassen.
Die Verbindungen zwischen einzelnen Kammern oder Druckbehältern können aber auch durch separate Verbindungselemente oder
Verbindungsleitungen seriell und/oder parallel hergestellt werden.
Entsprechende Ausführungen können als Rohrspeicher bezeichnet werden und können ebenfalls aus kleinvolumigen sphärozylindrischen Kammern bestehen.
Die Durchmesser der Kammern von Kettentanks und Rohrspeichern sind typischerweise deutlich kleiner als bei konventionellen großvolumigen Tanks. Die Gesamtoberfläche der Kammern ist dabei deutlich größer als bei konventionellen großvolumigen Tanks. Würden die Kammern von
Kettentanks und Rohrspeichern mit der gleichen Wandstärke wie vorher großvolumige Tanks gefertigt, ergäbe sich ein extrem gesteigerter und damit unwirtschaftlicher Materialaufwand. Die Festigkeitsauslegung von Kammern mit kleinerem Durchmesser erlaubt es jedoch bei gleichem Ausgangsdruck, die Wandstärke proportional zum Durchmesser zu reduzieren, was anhand der Kesselformel leicht zu sehen ist. Dies ermöglicht einen wirtschaftlichen Materialeinsatz und der relative Sicherheitsfaktor, beispielsweise ein
Berstfaktor von größer als 2,25, bleibt erhalten. Es wurde jedoch erkannt, dass die absoluten Sicherheitsreserven geringer sind. Hat beispielsweise ein Behälter mit 300 mm Durchmesser eine Tankwand von 21 mm, so kann durch einen Berstfaktor von > 2,25 die äußere Hälfte, also ca. 10,5 mm, beschädigt werden, ohne dass es bei einem Nominaldruck von 70 MPa zu einem Berstereignis oder einer Leckage kommt. Hat der Behälter dagegen nur 100 mm Durchmesser und eine Tankwand von 7 mm, so ist
offensichtlich, dass eine Beschädigung von 10,5 mm die Tankwand komplett durchdringt.
Es wurde erkannt, dass Schädigungen, die von außen auf den Behälter wirken, für die Kettentanks und Rohrspeicher mit kleinem Durchmesser und geringerer Wandstärke kritischer sind als für konventionelle Tanks mit großen Durchmessern und größerer Wandstärke. Durch die hierin
beschriebene Technologie kann jedoch dafür gesorgt werden, dass im Fall einer Beschädigung oder eines Berstens eines der Drucktanks oder
Druckbehälter die Auswirkungen davon minimiert werden.
Es sei verstanden, dass relevante Durchflüsse und Druckdifferenzen jeweils an bzw. über den jeweiligen Sicherheitsventilen auftreten.
Die Sicherheitsventile können gemäß einer Ausführung so angeordnet sein, dass in jeder Verbindung zwischen jeweils zwei Druckbehältern sich jeweils zumindest ein solches Sicherheitsventil befindet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nicht zwischen allen miteinander verbundenen Druckbehältern ein solches Sicherheitsventil angeordnet ist, wobei beispielsweise vorgesehen sein kann, dass nur zwischen jeweils zweiten, dritten oder allgemein n-ten miteinander verbundenen Druckbehältern ein solches Sicherheitsventil angeordnet ist. Die Sicherheitsventile sind insbesondere dazu ausgebildet, bei einem Durchfluss unterhalb des vorgegebenen maximalen Durchflusses und/oder bei einer Druckdifferenz unterhalb der vorgegebenen maximalen
Druckdifferenz zu öffnen, d.h. einen Durchfluss zu erlauben. Dies kann für normale Funktionalität wie Betanken und Entnahme von Gas verwendet werden.
Gemäß jeweiligen Ausführungen sind eines, einige oder alle der
Sicherheitsventile jeweils an einem der Druckbehälter angeordnet.
Beispielsweise können die Sicherheitsventile entsprechend integriert ausgeführt sein.
Gemäß jeweiligen Ausführungen sind eines, einige oder alle der
Sicherheitsventile jeweils in einer Verbindungsleitung angeordnet. Dadurch können die Sicherheitsventile beabstandet zu den Druckbehältern sein.
Gemäß jeweiligen Ausführungen sind eines, einige oder alle der
Sicherheitsventile jeweils nur einseitig schließend ausgeführt. Dadurch kann die Sicherheitsfunktion in der entsprechenden Richtung, in welcher eine Schließfunktion realisiert ist, erreicht werden. Gemäß jeweiligen
Ausführungen sind eines, einige oder alle der Sicherheitsventile jeweils beidseitig schließend ausgeführt. Dadurch kann die Sicherheitsfunktion beidseitig erreicht werden.
Eines, einige oder alle der Sicherheitsventile können beispielsweise so ausgeführt sein, dass sie sich in beiden möglichen Durchflussrichtungen gleich verhalten. Das Verhalten kann jedoch auch unterschiedlich je nach Richtung sein, wodurch beispielsweise auf bestimmte Gegebenheiten und Erfordernisse Rücksicht genommen werden kann. So könnte beispielsweise in die erste Richtung der Betankungsmassenstrom fließen, in die zweite Richtung jedoch der Entnahmemassenstrom. Typischerweise ist der im Normalbetrieb auftretende maximale Betankungsmassenstrom größer als der maximale Entnahmemassenstrom, so dass die Massenstromgrenze des Sicherheitsventils in die zweite Richtung bereits bei deutlich geringeren Massenströmen schließen kann, als in die erste Richtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist ein jeweiliges Sicherheitsventil jeweils einen Ventilkörper, einen Ventilsitz und eine Vorspanneinrichtung auf. Die Vorspanneinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, den Ventilkörper in einem Ruhezustand vom Ventilsitz beabstandet zu halten, so dass er von durchfließendem Fluid umströmt wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Ventilkörper ab dem maximalen Durchfluss und/oder ab der maximalen Druckdifferenz gegen die Kraft der
Vorspanneinrichtung gegen den Ventilsitz gedrückt wird.
Dies ermöglicht eine einfache Ausführung, welche rein mechanisch funktioniert und somit keine elektronische oder elektrische Betätigung oder Überwachung benötigt. Letztlich kann der Ventilkörper durch das
durchfließende Fluid selbst bestätigt werden.
Die Druckbehälter können insbesondere fluidisch parallel und/oder seriell verbunden sein. Dadurch können geeignete fluidische Verbindungen realisiert werden.
Die Sicherheitsventile können gemäß einer Ausführung in Liner der
Druckbehälter eingebettet sein. Ein Liner kann insbesondere einen
Hohlkörper ausbilden, in welchem ein Brennstoff gespeichert ist. Der Liner kann beispielsweise aus Aluminium oder Stahl oder aus deren Legierungen hergestellt sein. Ferner kann der Liner aus einem Kunststoff hergestellt sein. Ebenso ist es jedoch auch möglich, einen Druckbehälter linerlos
auszuführen. Durch das Einbetten in einen Liner des Druckbehälters können eine besonders hohe Integration und eine einfache Fertigung erreicht werden.
Bevorzugt sind die Sicherheitsventile dazu ausgebildet, auch im
geschlossenen Zustand einen Restdurchfluss zu ermöglichen. Dadurch kann beispielsweise nach einem versehentlichen Schließvorgang eine Öffnung durch Verringerung einer zu großen Druckdifferenz erreicht werden.
Die Sicherheitsventile können insbesondere auch dazu ausgebildet sein, nach dem Schließen bei Unterschreiten einer Öffnungsdruckdifferenz wieder zu öffnen. Dies ermöglicht ein automatisches Öffnen, wenn beispielsweise ein Schließen versehentlich bzw. ohne eine aufgetretene Leckage erfolgt ist, wobei insbesondere durch einen bereits erwähnten Restdurchfluss die Druckdifferenz unter die Öffnungsdruckdifferenz gesenkt werden kann und somit ein Öffnen erreicht werden kann.
Die Druckbehälteranordnung kann insbesondere als Kettentank ausgebildet sein oder sie kann als Rohrspeichersystem ausgebildet sein, wobei die Druckbehälter als jeweilige Speicherrohre ausgebildet sind. Unter einem Rohrspeichersystem wird dabei grundsätzlich eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Speicherrohren bezeichnet, wobei derartige Speicherrohe typischerweise eher dünn sind im Vergleich zu ihrer Länge. Entsprechende typische Werte werden weiter unten angegeben. Unter einem Kettentank wird eine spezielle Ausführung eines Rohrspeichersystems verstanden, wobei Speicherrohre und Verbindungsleitungen durchgängig und bevorzugt aus nur einem Material gefertigt sind, wodurch sich eine Serienschaltung der Kammern ergeben kann. Kettentanks und Rohrspeichersysteme gelten als Freiformtanks, welche sich in vorteilhafter Weise an Einbauräume anpassen lassen.
Die Druckbehälter weisen bevorzugt ein jeweiliges Länge-zu-Durchmesser- Verhältnis mit einem Wert zwischen 5 und 40, oder zwischen 7 und 25, oder zwischen 9 und 15 auf. Derartige Werte haben sich für typische
Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt, insbesondere da sie sich gut an komplexe Einbauräume anpassen lassen.
Mit anderen Worten sollen Sicherheitsmaßnahmen eingeführt werden, die die Sicherheit von Druckbehälteranordnung beispielsweise in Form von Kettentanks und Rohrspeichern auf ein vergleichbares Niveau wie bei konventionellen Tanks bringen. Das Grundprinzip ist dabei, dass die
Kettentanks und Rohrspeicher aus Kammern bestehen, die jeweils nur einen Bruchteil der Energie speichern, die in einem großvolumigen konventionellen Tankbehälter gespeichert ist. Dies gilt sowohl für die in Form von Wasserstoff oder anderem Gas gespeicherte chemische Energie, wie insbesondere auch für die Kompressionsenergie. Die Kompressionsenergie ist für ideale Gase p * V. Da der Nominaldruck für alle Druckbehälterarten gleich ist, entscheidet also das Volumen. Gelingt es, bei der Beschädigung einer Kammer im
Wesentlichen auch nur das Gas dieser Kammer freizusetzen, ist die
Gefährdung gegenüber der Beschädigung eines großvolumigen Tanks deutlich reduziert. Es sollen deshalb beispielsweise excess flow valves bzw. Sicherheitsventile jeweils zwischen den einzelnen Tankkammern bzw.
Druckbehältern zum Einsatz kommen. Bei einer Beschädigung einer
Kammer werden somit durch den hohen Massenstrom bzw. Volumenstrom die excess flow valves bzw. Sicherheitsventile in den Verbindungen zu den angrenzenden Kammern verschlossen. Es kann somit praktisch
ausschließlich der ursprünglich in der beschädigten Kammer befindliche Wasserstoff oder sonstiges Gas austreten. Die somit entstehende Berstwelle und die Brandgefahr aufgrund des austretenden Wasserstoffs oder anderen Gases sind dadurch deutlich reduziert.
Die excess flow valves bzw. Sicherheitsventile werden bevorzugt in
Verbindungen zwischen den einzelnen Kammern bzw. Druckbehältern positioniert. Das hat gegenüber einer Positionierung in der Kammer den Vorteil, dass dort ein nur geringer Querschnitt verschlossen werden muss. Genauer formuliert kann beispielsweise ein Ventilsitz so liegen, dass er im geschlossenen Zustand den geringeren Querschnitt, wie er bei den
Verbindungen der Kammern gegeben ist, verschließt. Ein Teil des Ventils könnte also durchaus in der Kammer bzw. in deren Dombereich zu liegen kommen.
Bei Kettentanks kann eine Einbringung von excess flow valves bzw.
Sicherheitsventilen bevorzugt während des kontinuierlichen
Herstellungsprozesses, insbesondere bevorzugt bei einer Linerfertigung, erfolgen. Bei Rohrspeichern können die excess flow valves bzw.
Sicherheitsventile bevorzugt in die Verbindung zwischen den Kammern integriert werden. Die höchsten Massenströme bzw. Volumenströme, bei denen kein Verschließen der excess flow valves bzw. Sicherheitsventile erfolgen soll, entstehen typischerweise bei der Betankung. Falls eine
Zirkulation bei der Betankung verwendet wird, um eine Überhitzung in Sackgassen zu verhindern, so werden bevorzugt auch die damit
verbundenen Ströme berücksichtigt.
Die excess flow valves bzw. Sicherheitsventile sind bevorzugt so ausgelegt und eingestellt, dass Massen- bzw. Volumenströme, welche die oben beschriebenen Betankungs- bzw. Rezirkulationsströme deutlich übersteigen, zu einem Auslösen der excess flow valves, also zu einem Schließen des Ventils, führen. Bevorzugt werden excess flow valves bzw. Sicherheitsventile verwendet, die selbsttätig wieder öffnen, sobald sich der Druck zwischen den beiden Seiten, also stromaufwärts und stromabwärts, ausgeglichen hat. In der Regel schließt diese Art von excess flow valves bzw. Sicherheitsventil auch nicht komplett, sondern erlaubt auch im geschlossenen Zustand eine geringfügige Leckage. Diese führt im Fall eines stromab dichten Systems zum
Druckausgleich und ermöglicht so das oben beschriebene selbsttätige Öffnen. Dies ist beispielsweise nützlich, falls das excess flow valve bzw. Sicherheitsventil durch einen kurzfristig erhöhten Massenstrom bzw.
Durchfluss, aber letztlich unberechtigt, ausgelöst hat.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1a: einen Ausschnitt aus einer Druckbehälteranordnung,
Fig. 1 b: ein zugehöriges Schaltbild,
Fig. 2: eine Druckbehälteranordnung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3: eine Druckbehälteranordnung,
Fig. 4a: ein Sicherheitsventil,
Fig. 4b: ein zugehöriges Schaltbild,
Fig. 5: eine Druckbehälteranordnung.
Fig. 1a zeigt einen Ausschnitt aus einer Druckbehälteranordnung 100, und zwar einen Übergang zwischen einem Druckbehälter 110 und einer daran anschließenden Verbindungsleitung 120. Zwischen dem Druckbehälter 110 und der Verbindungsleitung 120 ist eine Verjüngung 130 ausgebildet. Darin ist ein Sicherheitsventil 115 ausgebildet, welches nachfolgend näher beschrieben werden wird. Das Sicherheitsventil 115 weist einen Ventilkörper 150 auf. Dieser ist an einer Vorspanneinrichtung in Form einer Feder 160 befestigt, welche eine Bewegung des Ventilkörpers 150 in horizontaler Richtung bei der Darstellung von Fig. 1 a ermöglicht und ihn dabei von der Verjüngung 130 weg nach links vorspannt. Dabei wird der Ventilkörper 150 von einem Fluidstrom umströmt, welcher mittels Pfeilen eingezeichnet ist. Dieser fließt somit in der
Darstellung von Fig. 1 a von links nach rechts.
Zwischen dem Ventilkörper 150 und der Verjüngung 130 tritt eine
Verdichtung 140 der Stromlinien auf, welche bei entsprechend großer Druckdifferenz zwischen linker und rechter Seite des Sicherheitsventils 115 und/oder bei entsprechend hohem Durchfluss zu einem Unterdrück führt, welcher den Ventilkörper 150 nach rechts drückt. Der Ventilkörper 150 kann dann das Ventil 115 verschließen, so dass der eingezeichnete Fluidstrom nicht mehr möglich ist. Die Verjüngung 130 bildet dabei einen Ventilsitz 135 aus.
Das Sicherheitsventil 115 ist somit derart ausgebildet, dass es bei einer Druckdifferenz unterhalb einer vorgegebenen maximalen Druckdifferenz und/oder bei einem Durchfluss unterhalb einem vorgegebenen maximalen Durchfluss offen ist und den entsprechenden Durchfluss ermöglicht, jedoch bei einer Überschreitung von vorgegebenem maximalen Durchfluss und/oder vorgegebener maximaler Druckdifferenz schließt und somit keinen weiteren Durchfluss mehr ermöglicht. Dies schließt nicht aus, dass eventuell sogar bewusst eine gewisse Leckage ermöglicht wird, um bei versehentlichem Schließen einen Abbau der Druckdifferenz zu ermöglichen und somit eine Wiederöffnung des Sicherheitsventils 115 zu ermöglichen.
Fig. 1 b zeigt den Druckbehälter 110 mit daran angeschlossener
Verbindungsleitung 120 und darin enthaltenem Sicherheitsventil 115 in einer Darstellung als Schaltbild. Diese Darstellung wird in nachfolgenden Figuren verwendet. Der Pfeil über dem Sicherheitsventil 115 zeigt dabei diejenige Richtung an, in welcher ein Schließen wie beschrieben möglich ist. Sie kann als Sperrrichtung bezeichnet werden.
Fig. 2 zeigt eine Druckbehälteranordnung 100 gemäß dem Stand der Technik. Dabei sind insgesamt drei Druckbehälter 110 gezeigt, welche mittels jeweiliger Verbindungsleitungen 120 miteinander verbunden sind. Es ist offensichtlich, dass für den Fall, dass bei einem der Druckbehälter 110 eine Leckage auftreten würde, beispielsweise aufgrund einer mechanischen Beschädigung, dies zu einer unmittelbaren Entleerung von allen drei Druckbehältern 110 führen würde. Dies stellt insofern ein Sicherheitsproblem dar, als das austretende Gas typischerweise brennbar ist und unter hohem Druck steht.
Fig. 3 zeigt eine Druckbehälteranordnung 100 gemäß einem
Ausführungsbeispiel. Dabei ist zu sehen, dass zwischen den Druckbehältern 110 jeweilige Sicherheitsventile 115 angeordnet sind, welche entsprechend der Darstellung von Fig. 1 a ausgebildet sind. Sie begrenzen somit den maximalen Durchfluss und/oder eine maximale Druckdifferenz. In der hier gezeigten Variante sind dabei zwischen allen gezeigten Druckbehältern 110 jeweils zwei Sicherheitsventile 115 verschaltet, welche unterschiedliche Sperrrichtungen haben. Durch die jeweilige Verwendung von zwei solchen Sicherheitsventilen 115 zwischen den jeweiligen Druckbehältern 110 wird somit erreicht, dass bei einer Leckage von einem der Druckbehälter 110 jeweils nur dieser Druckbehälter 110 entleert wird, wobei aufgrund der sofort einsetzenden hohen Volumenströme bzw. sich ausbildenden hohen
Druckdifferenzen jeweils angrenzende Sicherheitsventile 115 schließen und die anderen Druckbehälter 110 somit davor bewahren, ebenfalls entleert zu werden. Ein entsprechendes Leckage- oder Berstereignis bleibt somit auf einen Druckbehälter 110 beschränkt und führt nicht zu einer Entleerung aller Druckbehälter 110, wie dies bei der Ausführung von Fig. 2 der Fall wäre.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführung eines Sicherheitsventils 115, wobei in diesem Fall der Ventilkörper 150 mit zwei Federn 160, 160' in beiden
Richtungen vorgespannt ist. Es können sich in beiden Richtungen
Verdichtungen 140, 140' der Stromlinien ausbilden, so dass bei einem zu hohen Durchfluss bzw. einer zu hohen Druckdifferenz in beiden Richtungen ein Schließen in der jeweiligen Richtung erfolgen kann. Dementsprechend sind auch zwei Ventilsitze 135, 135' ausgebildet. Dies kann beispielsweise vermeiden, dass wie in Fig. 3 jeweils zwei Sicherheitsventile 115 zwischen jeweils zwei Druckbehältern 110 verwendet werden. Trotzdem kann die gleiche Sicherheitsfunktionalität bereitgestellt werden. Ein entsprechendes Schaltbild ist in Fig. 4b gezeigt. Dabei sind zwei Pfeile eingezeichnet, welche in entgegengesetzte Richtungen weisen und somit anzeigen, dass das Sicherheitsventil 115 zwei Sperrrichtungen hat.
Fig. 5 zeigt eine Druckbehälteranordnung 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei ebenfalls zwei Druckbehälter 110 vorhanden sind, zwischen welchen jeweils nur ein beidseitig schließendes
Sicherheitsventil 115 entsprechend der Ausführung von Fig. 4a vorhanden ist. Die Funktionalität ist dabei grundsätzlich identisch zu derjenigen der Ausführung von Fig. 3, jedoch werden insgesamt weniger Sicherheitsventile 115 benötigt.
Es sei erwähnt, dass bei den gezeigten Ausführungen des Sicherheitsventils 115 eine jeweilige Flalterung der Feder 160 und eine axiale Führung des Ventilkörpers 150 nicht gezeigt sind. Außerdem sei erwähnt, dass die jeweilige Feder 160 auch anders, beispielsweise bei der Ausführung von Fig. 1 a auf der anderen Seite angebracht werden kann. Auch damit kann die gleiche Funktionalität erreicht werden. Auch die Ausführung von Fig. 4a kann grundsätzlich so abgewandelt werden, dass eine einzige Feder 160 ausreicht.
Bei der Ausführung von Fig. 4a kann beispielsweise durch Auswahl der Federn 160, 160' und durch geometrische Gestaltungen der Stromführung, insbesondere der jeweiligen Verjüngung, für die unterschiedlichen
Richtungen eingestellt werden, dass diese bei unterschiedlichen
Durchflüssen und/oder Druckdifferenzen schließen. Dies kann vorteilhaft sein, da beispielsweise die Betankung mit einem erheblich höheren
Massenstrom bzw. Durchfluss erfolgen kann als die Entnahme. Die
Schließempfindlichkeit kann damit optimal an solche Erfordernisse angepasst werden.
Besonders einfach lassen sich excess flow valves bzw. Sicherheitsventile in Druckbehälter 110 integrieren, wenn eine Differentialbauweise verwendet wird. Ebenso kann jedoch beispielsweise auch eine Integration der excess flow valves bzw. Sicherheitsventile in einer Integralbauweise ausgeführt werden, was insbesondere bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich ist. Die bereits erwähnte Verjüngung 130 kann insbesondere dazu genutzt werden, um als Ventilsitz 135 für den Ventilkörper 150 zu wirken.

Claims

Ansprüche
1. Druckbehälteranordnung (100), aufweisend
- eine Mehrzahl von Druckbehältern (110),
- eine Anzahl von Sicherheitsventilen (115), und
- eine Anzahl von Verbindungsleitungen (120),
- wobei die Druckbehälter (110) mittels der Verbindungsleitungen (120) fluidisch verbunden sind,
- wobei die Sicherheitsventile (115) zwischen jeweils zwei miteinander verbundenen Druckbehältern (110) angeordnet sind,
- wobei die Sicherheitsventile (115) dazu ausgebildet sind, ab einem vorgegebenen maximalen Durchfluss und/oder ab einer
vorgegebenen maximalen Druckdifferenz zu schließen.
2. Druckbehälteranordnung (100) nach Anspruch 1 ,
- wobei eines, einige oder alle der Sicherheitsventile (115) jeweils an einem der Druckbehälter (110) angeordnet sind.
3. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- wobei eines, einige oder alle der Sicherheitsventile (115) jeweils in einer Verbindungsleitung (120) angeordnet sind.
4. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- wobei eines, einige oder alle der Sicherheitsventile (115) jeweils nur einseitig schließend ausgeführt sind.
5. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei eines, einige oder alle der Sicherheitsventile (115) jeweils beidseitig schließend ausgeführt sind.
6. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei ein Sicherheitsventil (115) jeweils einen Ventilkörper (150), einen Ventilsitz (135) und eine Vorspanneinrichtung (160) aufweist,
- wobei die Vorspanneinrichtung (160) den Ventilkörper (150) in einem Ruhezustand vom Ventilsitz (135) beabstandet hält, so dass er von durchfließendem Fluid umströmt wird,
- wobei der Ventilkörper (150) ab dem maximalen Durchfluss und/oder ab der maximalen Druckdifferenz gegen die Kraft der
Vorspanneinrichtung (160) gegen den Ventilsitz gedrückt wird.
7. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Druckbehälter (110) fluidisch parallel und/oder seriell
verbunden sind.
8. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Sicherheitsventile (115) in Liner der Druckbehälter (110) eingebettet sind.
9. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Sicherheitsventile (115) dazu ausgebildet sind, auch im geschlossenen Zustand einen Restdurchfluss zu ermöglichen.
10. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Sicherheitsventile (115) dazu ausgebildet sind, nach dem Schließen bei Unterschreiten einer Öffnungsdruckdifferenz wieder zu öffnen.
11. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
- wobei die Druckbehälteranordnung (100) als Kettentank ausgebildet ist; oder als Rohrspeichersystem ausgebildet ist, wobei die
Druckbehälter (110) als jeweilige Speicherrohre ausgebildet sind.
12. Druckbehälteranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Druckbehälter ein jeweiliges Länge-zu-Durchmesser- Verhältnis mit einem Wert zwischen 5 und 40, oder zwischen 7 und 25, oder zwischen 9 und 15 aufweisen.
PCT/EP2020/069841 2019-07-26 2020-07-14 Druckbehälteranordnung WO2021018563A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/630,057 US20220275912A1 (en) 2019-07-26 2020-07-14 Pressurized-Container Arrangement
CN202080052175.0A CN114127467B (zh) 2019-07-26 2020-07-14 压力容器装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019120241.8 2019-07-26
DE102019120241.8A DE102019120241A1 (de) 2019-07-26 2019-07-26 Druckbehälteranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021018563A1 true WO2021018563A1 (de) 2021-02-04

Family

ID=71738099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/069841 WO2021018563A1 (de) 2019-07-26 2020-07-14 Druckbehälteranordnung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220275912A1 (de)
CN (1) CN114127467B (de)
DE (1) DE102019120241A1 (de)
WO (1) WO2021018563A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023283283A1 (en) * 2021-07-08 2023-01-12 Noble Gas Systems, Inc. Self-sealing pressure vessel systems and methods

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021206140A1 (de) * 2021-06-16 2022-12-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff
CN114935103B (zh) * 2022-04-28 2024-04-05 北京星空动力空间技术有限公司 一种航天用高压气体容器组件的结构设计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5421162A (en) * 1994-02-23 1995-06-06 Minnesota Valley Engineering, Inc. LNG delivery system
US20090293988A1 (en) * 2008-05-02 2009-12-03 Neogas Inc. System for Charging and Purging a Compressed Gas Cylinder
WO2015006761A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Eaton Corporation Hydraulic system for pressurization of gas with reduction of dead volume
WO2018178173A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-04 Plastic Omnium Advanced Innovation And Research Hydropack system

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4131235A (en) * 1976-11-01 1978-12-26 Irrigation Specialties Company Dual-function valve
US5413140A (en) * 1994-06-29 1995-05-09 Warman International Ltd. Spring-assisted split seat gate valve
US5676180A (en) * 1996-03-13 1997-10-14 Teel; James R. Method and system for storing and hydraulically-pressurizing compressed natural gas (CNG) at an automotive re-fuel station
US6199583B1 (en) * 1999-10-21 2001-03-13 Fulvio Iacovella Safety gas valve
US6412484B1 (en) * 2000-06-13 2002-07-02 Mallinckrodt Inc. Fluid control valve for pressure vessel
US6513522B1 (en) * 2000-06-13 2003-02-04 Mallinckrodt Inc. Wearable storage system for pressurized fluids
AT411950B (de) * 2001-04-27 2004-07-26 Ribic Gmbh Dr Verfahren zur steuerung eines hörgerätes
EP1382899A1 (de) * 2002-07-18 2004-01-21 Soda-Club (CO 2) SA Ein Ventil zum schliessen eines Behälters, Behälter und System und Verfahren zum befüllen eines Containers
US8621913B2 (en) * 2011-06-02 2014-01-07 GM Global Technology Operations LLC Use of hydrogen sensor to detect hydrogen storage system pressure regulator failure
CN104085628A (zh) * 2014-07-15 2014-10-08 朱志强 自主避险式危化品储罐
WO2017096283A1 (en) * 2015-12-02 2017-06-08 Other Lab, Llc Systems and methods for liner braiding and resin application
DE102016008442A1 (de) * 2016-07-01 2018-01-04 Daimler Ag Tankventil
US9878611B1 (en) * 2016-07-29 2018-01-30 GM Global Technology Operations LLC Vehicle with natural gas storage array
WO2018183764A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Other Lab, Llc Tank enclosure and tank mount system and method
FR3092384B1 (fr) * 2019-01-31 2021-09-03 Air Liquide Procédé et un dispositif de remplissage d’un stockage de gaz liquéfié

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5421162A (en) * 1994-02-23 1995-06-06 Minnesota Valley Engineering, Inc. LNG delivery system
US20090293988A1 (en) * 2008-05-02 2009-12-03 Neogas Inc. System for Charging and Purging a Compressed Gas Cylinder
WO2015006761A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Eaton Corporation Hydraulic system for pressurization of gas with reduction of dead volume
WO2018178173A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-04 Plastic Omnium Advanced Innovation And Research Hydropack system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023283283A1 (en) * 2021-07-08 2023-01-12 Noble Gas Systems, Inc. Self-sealing pressure vessel systems and methods
US11788689B2 (en) 2021-07-08 2023-10-17 Noble Gas Systems, Inc. Self-sealing pressure vessel systems and methods

Also Published As

Publication number Publication date
CN114127467B (zh) 2023-05-23
CN114127467A (zh) 2022-03-01
DE102019120241A1 (de) 2021-01-28
US20220275912A1 (en) 2022-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021018563A1 (de) Druckbehälteranordnung
EP3803191B1 (de) Tankvorrichtung zur temperaturdruckentlastung eines brennstoffzellentanks
EP3479008B1 (de) Tankventil
WO2018001560A1 (de) Tankventil
EP3850252B1 (de) Ventilvorrichtung für ein gasförmiges medium und tankvorrichtung zur speicherung eines gasförmigen mediums
DE102018000756A1 (de) Druckgasbehälter und Druckgasspeicher
DE102018221602A1 (de) Tankvorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums
WO2017088944A1 (de) Tankventil
WO2018224312A1 (de) Druckentlastungsvorrichtung mit einem variablen massenstrom
WO2021151607A1 (de) Vorrichtung zum speichern von druckgas, fahrzeug
DE202011108934U1 (de) Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck
WO2018033295A1 (de) Verfahren zum betrieb eines ventils eines druckbehältersystems sowie druckbehältersystem
DE102010033597A1 (de) Vorrichtung zum Speichern von niedermolekularen Gasen
EP2428485B1 (de) Zapfventil
DE102020108176A1 (de) Brennstoffversorgungssystem und Kraftfahrzeug
EP4010623A1 (de) Vorrichtung zur permanenten versorgung eines verbrauchers mit gas
WO2021089288A1 (de) Tankvorrichtung zur temperaturdruckentlastung eines brennstoffzellentanks
DE102019134166A1 (de) Brennstoffversorgungssystem und Kraftfahrzeug
DE102021200470A1 (de) Druckgasbehältervorrichtung zur Speicherung eines gasförmigen Mediums
DE102016008106A1 (de) Tankventil
DE102014018360A1 (de) Thermisch auslösendes Sicherheitsventil
DE102013208693A1 (de) Verschlussvorrichtung für einen Kaltgasgenerator, Verfahren zum Betreiben einer Verschlussvorrichtung für einen Kaltgasgenerator und Verfahren zum Herstellen einer Verschlussvorrichtung für einen Kaltgasgenerator
WO2023041626A1 (de) System mit einem kryobehälter und einem einstückigen druckmanagementsystem
WO2015128326A1 (de) Druckreduzier-ventil für eine löschanlage sowie löschanlage mit einem derartigen druckreduzier-ventil
WO2023041625A1 (de) System mit einem kryobehälter und einem einstückigen economizer

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20743611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20743611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1