WO2021151615A1 - Druckgasspeicher, brennstoffzellensystem mit druckgasspeicher - Google Patents

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WO2021151615A1
WO2021151615A1 PCT/EP2020/088030 EP2020088030W WO2021151615A1 WO 2021151615 A1 WO2021151615 A1 WO 2021151615A1 EP 2020088030 W EP2020088030 W EP 2020088030W WO 2021151615 A1 WO2021151615 A1 WO 2021151615A1
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housing
volume
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Adeline Tchikango Siagam
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a pressurized gas store with the features of the preamble of claim 1.
  • the pressurized gas store is to be particularly suitable for storing hydrogen, for example for applications in which hydrogen is required to operate a fuel cell system.
  • the invention therefore also relates to a fuel cell system with a pressurized gas storage device according to the invention.
  • compressed gas storage tanks are used to store hydrogen on board a hydrogen-powered vehicle.
  • the container can be exposed to very high loads, with the result that there is a risk of an explosion.
  • pressurized gas reservoirs are usually equipped with a pressure relief valve which opens when a predetermined limit value is exceeded and releases gas to the environment.
  • the pressure gas storage tank is relieved in this way.
  • a thermally activatable pressure relief valve can be provided, which reacts to thermal changes.
  • the problem is that the thermal change does not necessarily take place in spatial proximity to the thermally activated Druckbegrenzungsven valve, so that it is not detected or only detected very late. If the pressure relief valve does not open, the pressurized gas reservoir can burst.
  • the shielding plate and the air in the hot air duct heat up first.
  • the heated air is passed through the hot air duct to the thermal release device, so that it actuates the valve device.
  • gas is released from the compressed gas container via the valve device.
  • the present invention is based on the object of further increasing the safety of a compressed gas storage device which is particularly suitable for storing hydrogen.
  • the compressed gas storage device with the features of claim 1 is proposed.
  • Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims.
  • a fuel cell system with a pressurized gas storage device according to the invention is specified.
  • the proposed pressurized gas storage which is particularly suitable for storing hydrogen, comprises a storage housing that limits a storage volume, as well as a thermally activated pressure relief valve arranged on the storage housing, via which the storage volume can be connected to an external space surrounding the compressed gas storage. Accordingly, gas can be released from the storage volume into the outer space via the pressure limiting valve, so that the pressure can be relieved here via the pressurized gas storage.
  • the Speichergetude se on the inside protruding into the storage volume elements to enlarge the contact area with a gas received in the storage volume.
  • the proposed enlargement of the contact area between the Speicherge housing and the gas received in the storage volume can be improved Heat transfer from the storage housing to the gas absorbed in the storage volume can be achieved.
  • This has the advantage that, for example in the event of a fire, strong local heating of the pressurized gas accumulator in the area of the source of the fire is relayed reliably and quickly to the thermally activated pressure relief valve via the accumulator housing and the gas.
  • the pressure relief valve is activated in good time so that the pressure in the pressurized gas reservoir does not rise above the burst pressure.
  • the information required to activate the pressure limiting valve about a temperature rise is not passed on externally, but internally.
  • the gas volume in the pressurized gas reservoir is used.
  • the invention also makes use of the fact that due to buoyancy caused by temperature or density gradients, the heat transfer from the storage housing to the gas contained in the storage volume is additionally promoted by natural or free convection. This is because - if the other areas of the storage housing are considered adiabatic - a convection characterized by recirculation cells occurs in the gas volume, the so-called Rayleigh-Benard convection, which generates turbulence and thus ensures thorough mixing of the gas volume.
  • the elements protruding into the storage volume of the proposed compressed gas storage device are preferably designed and arranged in such a way that they support free convection in the storage volume that generates turbulence.
  • the elements protruding into the storage volume are preferably rod-shaped and / or rib-like.
  • the rod-shaped and / or rib-like elements are preferably aligned in such a way that they protrude radially inward from an inner wall surface of the storage housing into the storage volume.
  • Several rod-shaped elements can be arranged in one or more rows.
  • Several rib-like elements preferably run parallel to one another.
  • the storage housing is preferably essentially in the shape of a hollow cylinder. This means that the cross-section is circular so that the storage housing over the Scope is evenly loaded. The storage housing can thus take on high pressures.
  • the storage housing preferably has an elongated shape in order to enlarge the storage volume.
  • the storage housing have dome-like end sections. This means that the end sections are curved convexly outwards. This measure also helps ensure that the storage housing can absorb high pressures.
  • Rod-shaped elements can, for example, be arranged in one or more rows parallel to the longitudinal axis of the storage housing.
  • Rippenar term elements can be arranged such that they run parallel to the longitudinal axis of the storage housing.
  • the elements protruding into the storage volume are arranged uniformly distributed over an inner circumference of the storage housing and / or run in the circumferential direction.
  • rod-shaped elements can be evenly distributed over the inner circumference or arranged in a ring.
  • the distances, in particular special angular distances, between the rod-shaped elements are preferably the same.
  • rib-like elements are provided, they can run in the circumferential direction and extend over a certain angular range or over the entire inner circumference of the storage housing.
  • the storage housing and / or the elements protruding into the storage volume are made of metal.
  • metal has good thermal conductivity, so that the heat is quickly passed on via the storage housing to the thermally activated pressure relief valve.
  • the risk of bursting is particularly great in the case of pressurized gas storage tanks that are made entirely of metal.
  • a pressurized gas storage tank made of composite material, for example, is more likely to melt than break.
  • the advantages of the parts of the invention are therefore particularly evident.
  • the thermally activatable pressure relief valve is preferably arranged at one end of the storage housing, preferably in the area of a dome-like end section.
  • the pressure limiting valve can be arranged in particular at the highest point of the dome-like end section.
  • a valve for filling the storage volume with a gas and / or for removing gas from the storage volume is arranged on the storage housing, preferably also in the area of a dome-like end section.
  • the further valve is preferably opposite the thermally activatable pressure relief valve on the storage housing. This means that the further valve is preferably arranged at the other end of the storage housing.
  • the compressed gas storage device Since the preferred application of the compressed gas storage device is the use as a hydrogen storage device in a fuel cell system, a fuel cell system with a compressed gas storage device according to the invention for storing hydrogen is also proposed.
  • the advantages of increased security extend from the memory to the fuel cell system.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a first pressurized gas storage device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a second pressurized gas storage device according to the invention.
  • the compressed gas storage tank 1 for storing hydrogen shown schematically in FIG. 1, comprises a hollow cylindrical storage housing 2 with dome-like end sections 7, 8.
  • the storage housing 2 delimits a storage volume 3, which is arranged via a valve 10, which is arranged in the area of the dome-like end section 7 , can be filled with hydrogen.
  • a further valve is arranged in the area of the dome-like end section 8, which is a thermally activatable pressure limiting valve 4. If this opens, a connection between the storage volume 3 and an outer space 5 is established, so that gas flows out of the storage housing 2 to the outside. In this way, the pressure on the pressurized gas store 1 can be relieved if the pressure or the temperature in the pressurized gas store 1 increases.
  • An increase in pressure can occur in the outer space 5, for example, in the event of a fire.
  • flames 11 are indicated, which are intended to represent a source of fire.
  • the storage housing 2 of the compressed gas storage device 1 is locally strongly heated via the flames 11. Since the thermally activated pressure relief valve 4 is arranged at the other end of the pressurized gas reservoir 1, this only reacts when the dome-like end portion has warmed up accordingly. So that the pressure in the pressurized gas accumulator 1 does not rise above the bursting pressure during this time, the pressurized gas accumulator 1 according to the invention shown in FIG.
  • the elements 6 improve the heat transfer from the storage housing 2 to the gas contained in the storage volume 3, so that the gas can be used to transmit the heat in the direction of the thermally activated pressure relief valve 4.
  • the heat conduction through the gas volume is also supported by free convection in the storage volume 3, the elements 6 protruding into the storage volume 3 additionally promoting free convection.
  • the elements 6 protruding into the storage volume 3 are rod-shaped.
  • a plurality of rod-shaped elements 6 are each arranged in a row which runs parallel to a longitudinal axis A of the storage housing 2. Several rows are arranged evenly distributed over the inner circumference of the storage housing 2.
  • FIG. 2 which shows a further pressurized gas storage device 1 according to the invention
  • the elements 6 protruding into the storage volume 3 are designed like ribs.
  • the rib-like elements 6 each run parallel to the longitudinal axis A.
  • Several rib-like elements 6 are arranged evenly distributed over the inner circumference of the storage housing 2, that is to say at the same angular distance from one another.
  • the rib-like elements 6 are also connected to the thermally activated pressure relief valve 4 via devices 9 in the form of heat-conducting lamellae. The heat is thus passed even faster from the source of the fire (flames 11) in the direction of the pressure relief valve 4.
  • pressurized gas reservoir 1 corresponds to that of FIG. 1, so that reference is made to the corresponding description.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckgasspeicher (1), insbesondere zum Speichern von Wasserstoff, umfassend ein Speichergehäuse (2), das ein Speichervolumen (3) begrenzt, sowie ein am Speichergehäuse (2) angeordnetes, thermisch aktivierbares Druckbegrenzungsventil (4), über welches das Speichervolumen (3) mit einem den Druckgasspeicher (1) umgebenden Außenraum (5) verbindbar ist. Erfindungsgemäß weist das Speichergehäuse (2) innenseitig in das Speichervolumen (3) hineinragende Elemente (6) zur Vergrößerung der Kontaktfläche mit einem im Speichervolumen (3) aufgenommenen Gas auf. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Druckgasspeicher (1) zum Speichern von Wasserstoff.

Description

Beschreibung
Druckgasspeicher, Brennstoffzellensystem mit Druckgasspeicher
Die Erfindung betrifft einen Druckgasspeicher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Druckgasspeicher soll insbesondere zum Speichern von Wasserstoff geeignet sein, beispielsweise für Anwendungen, in denen Wasserstoff zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems benötigt wird. Die Erfindung betrifft daher ferner ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Druckgasspeicher.
Stand der Technik
In mobilen Anwendungen werden Druckgasspeicher zum Speichern von Wasserstoff an Bord eines wasserstoffbetriebenen Fahrzeugs eingesetzt. Infolge einer Temperatur- und/oder Druckzunahme kann es zu einer sehr hohen Belastung des Behälters kom men, so dass die Gefahr einer Explosion besteht. Um dies zu verhindern, sind derarti ge Druckgasspeicher in der Regel mit einem Druckbegrenzungsventil ausgestattet, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts öffnet und Gas an die Umgebung ablässt. Der Druckgasspeicher wird auf diese Weise entlastet. Alternativ kann ein thermisch aktivierbares Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, das auf thermische Veränderungen reagiert. Problematisch ist jedoch, dass die thermische Veränderung nicht zwingend in räumlicher Nähe zum thermisch aktivierbaren Druckbegrenzungsven til erfolgt, so dass sie nicht oder erst sehr spät erfasst wird. Öffnet das Druckbegren zungsventil nicht, kann der Druckgasspeicher bersten.
In der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2011 108 934 Ul, welche einen Druckgasbehäl ter mit einer thermisch aktivierbaren Ventileinrichtung offenbart, wurde diese Problema tik bereits thematisiert. Da der Druckgasbehälter insbesondere zum Speichern von Wasserstoff an Bord eines Fahrzeugs bei Drücken in der Größenordnung von 350 oder 700 bar einsetzbar sein soll, werden an den Druckgasbehälter besonders hohe Sicher- heitsanforderungen gestellt. Um diesen zu genügen, muss sichergestellt sein, dass die Ventileinrichtung sicher und zuverlässig arbeitet. In der Gebrauchsmusterschrift wird daher ein unterhalb des Druckgasbehälters angeordnetes Abschirmblech mit einem Heißluftkanal vorgeschlagen, der im Bereich einer thermischen Auslöseeinrichtung der Ventileinrichtung eine Öffnung aufweist. Im Brandfall, wenn unterhalb des Druckgasbe hälters Flammen auftreten, erwärmt sich zunächst das Abschirmblech und die Luft im Heißluftkanal. Über den Heißluftkanal wird die erwärmte Luft zur thermischen Auslö seeinrichtung geleitet, so dass diese die Ventileinrichtung betätigt. Bevor es zu einer Beschädigung, insbesondere zu einem Bersten, des Druckgasbehälters kommt, wird über die Ventileinrichtung Gas aus dem Druckgasbehälter abgelassen.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit eines Druckgasspeichers, der insbe sondere zum Speichern von Wasserstoff geeignet ist, weiter zu erhöhen.
Zur Lösung der Aufgabe wird der Druckgasspeicher mit den Merkmalen des An spruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter ansprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Brennstoffzellensystem mit einem erfin dungsgemäßen Druckgasspeicher angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Der vorgeschlagene Druckgasspeicher, der insbesondere zum Speichern von Wasser stoff geeignet ist, umfasst ein Speichergehäuse, das ein Speichervolumen begrenzt, sowie ein am Speichergehäuse angeordnetes, thermisch aktivierbares Druckbegren zungsventil, über welches das Speichervolumen mit einem den Druckgasspeicher um gebenden Außenraum verbindbar ist. Über das Druckbegrenzungsventil kann demnach Gas aus dem Speichervolumen in den Außenraum abgelassen werden, so dass hier über der Druckgasspeicher entlastbar ist. Erfindungsgemäß weist das Speichergehäu se innenseitig in das Speichervolumen hineinragende Elemente zur Vergrößerung der Kontaktfläche mit einem im Speichervolumen aufgenommenen Gas auf.
Durch die vorgeschlagene Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Speicherge häuse und dem im Speichervolumen aufgenommenen Gas kann eine verbesserte Wärmeübertragung vom Speichergehäuse auf das im Speichervolumen aufgenomme ne Gas erzielt werden. Dies hat den Vorteil, dass, beispielsweise im Brandfall, eine im Bereich des Brandherds starke lokale Erhitzung des Druckgasspeichers über das Speichergehäuse und das Gas zuverlässig und schnell an das thermisch aktivierbare Druckbegrenzungsventil weitergeleitet wird. Das Druckbegrenzungsventil wird dem nach rechtzeitig aktiviert, so dass der Druck im Druckgasspeicher nicht über Berstdruck steigt.
Im Unterschied zum eingangs genannten Stand der Technik wird die zur Aktivierung des Druckbegrenzungsventils benötigte Information über einen Temperaturanstieg nicht extern, sondern intern weitergeleitet. Insbesondere wird das Gasvolumen im Druckgasspeicher genutzt.
Die Erfindung macht sich ferner zunutze, dass aufgrund von Auftrieb, der durch Tem peratur- bzw. Dichtegradienten hervorgerufen wird, der Wärmeübergang vom Spei chergehäuse auf das im Speichervolumen aufgenommene Gas zusätzlich durch natür liche oder freie Konvektion gefördert wird. Denn - bei Betrachtung der übrigen Berei che des Speichergehäuses als adiabat - tritt im Gasvolumen eine durch Rezirkulati- onszellen gekennzeichnete Konvektion, die sogenannte Rayleigh-Benard- Konvektion, ein, die Turbulenzen erzeugt und somit zu einer guten Durchmischung des Gasvolu mens sorgt. Die in das Speichervolumen des vorgeschlagenen Druckgasspeichers hin einragenden Elemente sind dabei bevorzugt in der Weise gestaltet und angeordnet, dass sie eine Turbulenzen erzeugende freie Konvektion im Speichervolumen unterstüt zen.
Bevorzugt sind die in das Speichervolumen hineinragenden Elemente stabförmig und/oder rippenartig. Die stabförmigen und/oder rippenartigen Elemente sind vorzugs weise derart ausgerichtet, dass sie von einer Innenwandfläche des Speichergehäuses radial nach innen in das Speichervolumen hineinragen. Mehrere stabförmige Elemente können in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein. Mehrere rippenartige Elemen ten verlaufen vorzugsweise parallel zueinander.
Des Weiteren bevorzugt ist das Speichergehäuse im Wesentlichen hohlzylinderförmig. Das heißt, dass der Querschnitt kreisförmig ist, so dass das Speichergehäuse über den Umfang gleichmäßig belastet ist. Das Speichergehäuse kann somit hohe Drücke auf nehmen. Ferner bevorzugt weist das Speichergehäuse eine längliche Form auf, um das Speichervolumen zu vergrößern. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Speichergehäuse domartige Endabschnitte aufweist. Das heißt, dass die Endabschnitte konvex nach außen gewölbt sind. Diese Maßnahme trägt ebenfalls dazu bei, dass das Speichergehäuse hohe Drücke aufnehmen kann.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die in das Speichervolumen hineinragenden Elemente parallel zu einer Längsachse des Speichergehäuses angeordnet sind und/oder verlaufen. Stabförmige Elemente können beispielsweise in einer oder mehre ren Reihen parallel zur Längsachse des Speichergehäuses angeordnet sein. Rippenar tige Elemente können derart angeordnet sein, dass sie parallel zur Längsachse des Speichergehäuses verlaufen.
Vorteilhafterweise sind die in das Speichervolumen hineinragenden Elemente über ei nen Innenumfang des Speichergehäuses gleichmäßig verteilt angeordnet und/oder ver laufen in Umfangsrichtung. Beispielsweise können stabförmige Elemente über den In nenumfang gleichmäßig verteilt bzw. ringförmig angeordnet sein. Die Abstände, insbe sondre Winkelabstände, zwischen den stabförmigen Elementen sind vorzugsweise gleich. Sofern rippenartige Elemente vorgesehen sind, können diese in Umfangsrich tung verlaufen und sich über einen bestimmten Winkelbereich erstrecken oder über den gesamten Innenumfang des Speichergehäuses.
Idealerweise besteht bzw. bestehen das Speichergehäuse und/oder die in das Spei chervolumen hineinragenden Elemente aus Metall. Zum Einen weist Metall eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die Wärme über das Speichergehäuse schnell an das thermisch aktivierbare Druckbegrenzungsventil weitergleitet wird. Zum Anderen ist bei Druckgasspeicher, die vollständig aus Metall gefertigt sind, die Berstgefahr besonders groß. Ein Druckgasspeicher, der beispielsweise aus einem Verbundwerkstoff gefertigt ist, schmilzt eher als er bricht. Bei einem metallischen Speichergehäuse treten die Vor teile der Erfindung demnach besonders deutlich hervor.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die in das Speichervolumen hineinragenden Elemente untereinander und/oder mit dem thermisch aktivierbaren Druckbegrenzungsventil über zusätzliche Einrichtungen, wie beispielsweise Leitungen und/oder Bleche, verbunden sind. Auf diese Weise kann die Wärmeleitung in Richtung des thermisch aktivierbaren Druckbegrenzungsventils weiter verbessert, insbesondere beschleunigt werden, so dass das Druckbegrenzungsventil noch schneller reagiert.
Das thermisch aktivierbare Druckbegrenzungsventil ist vorzugsweise an einem Ende des Speichergehäuses angeordnet, vorzugsweise im Bereich eines domartigen End abschnitts. Hier kann das Druckbegrenzungsventil insbesondere am höchsten Punkt des domartigen Endabschnitts angeordnet sein. Bei geöffnetem Druckbegrenzungs ventil wird das im Speichervolumen aufgenommene Gas über den domartigen Endab schnitt zum Ventil geleitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Speichergehäuse, vorzugsweise ebenfalls im Bereich eines domartigen Endabschnitts, ein Ventil zum Be füllen des Speichervolumens mit einem Gas und/oder zur Entnahme von Gas aus dem Speichervolumen angeordnet. Das weitere Ventil liegt vorzugsweise dem thermisch ak tivierbaren Druckbegrenzungsventil am Speichergehäuse gegenüber. Das heißt, dass vorzugsweise das weitere Ventil am anderen Ende des Speichergehäuses angeordnet ist.
Da die bevorzugte Anwendung des Druckgasspeichers die Verwendung als Wasser stoffspeicher in einem Brennstoffzellensystem ist, wird ferner ein Brennstoffzellensys tem mit einem erfindungsgemäßen Druckgasspeicher zum Speichern von Wasserstoff vorgeschlagen. Die Vorteile einer erhöhten Sicherheit erstrecken sich vom Speicher auf das Brennstoffzellensystem.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Druckgasspeicher und
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Druckgasspeicher. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der in der Fig. 1 schematisch dargestellte Druckgasspeicher 1 zum Speichern von Wasserstoff umfasst ein hohlzylinderförmiges Speichergehäuse 2 mit domartigen End abschnitten 7, 8. Das Speichergehäuse 2 begrenzt ein Speichervolumen 3, das über ein Ventil 10, das im Bereich des domartigen Endabschnitts 7 angeordnet ist, mit Was serstoff befüllbar ist. Im Bereich des domartigen Endabschnitts 8 ist ein weiteres Ventil angeordnet, wobei es sich um ein thermisch aktivierbares Druckbegrenzungsventil 4 handelt. Öffnet dieses, ist eine Verbindung des Speichervolumens 3 mit einem Außen raum 5 hergestellt, so dass Gas aus dem Speichergehäuse 2 nach außen strömt. Auf diese Weise kann eine Entlastung des Druckgasspeicher 1 erreicht werden, wenn der Druck bzw. die Temperatur im Druckgasspeicher 1 steigen.
Zu einem Druckanstieg kann es beispielsweise bei einem Brand im Außenraum 5 kommen. In der Fig. 1 sind Flammen 11 angedeutet, die einen Brandherd darstellen sollen. Über die Flammen 11 wird das Speichergehäuse 2 des Druckgasspeichers 1 lokal stark erhitzt. Da das thermisch aktivierbare Druckbegrenzungsventil 4 am ande ren Ende des Druckgasspeichers 1 angeordnet ist, reagiert dieses erst, wenn der dom artige Endabschnitt sich entsprechend stark erwärmt hat. Damit währenddessen der Druck im Druckgasspeicher 1 nicht über Berstdruck steigt, weist der in der Fig. 1 dar gestellte erfindungsgemäße Druckgasspeicher 1 ein Speichergehäuse 2 auf, das in nenseitig in das Speichervolumen 3 hineinragende Elemente 6 besitzt. Die Elemente 6 verbessern den Wärmeübergang vom Speichergehäuse 2 auf das im Speichervolu men 3 aufgenommene Gas, so dass das Gas zur Weiterleitung der Wärme in Richtung des thermisch aktivierbaren Druckbegrenzungsventil 4 einsetzbar ist. Die Wärmelei tung über das Gasvolumen wird ferner durch freie Konvektion im Speichervolumen 3 unterstützt, wobei die in das Speichervolumen 3 hineinragenden Elemente 6 die freie Konvektion zusätzlich fördern. Die Information, dass der Druckgasspeicher 1 in einem Bereich den Flammen 11 ausgesetzt ist und damit ein unzulässig hoher Temperatur- und Druckanstieg im Druckgasspeicher 1 zu erwarten ist, erreicht somit schneller das thermisch aktivierbare Druckbegrenzungsventil 4. Dieses öffnet und führt damit zu ei ner Entlastung des Druckgasspeichers 1, so dass die Gefahr eines Berstens abgewen det wird. In der Fig. 1 sind die in das Speichervolumen 3 hineinragenden Elemente 6 stabförmig ausgeführt. Mehrere stabförmige Elemente 6 sind jeweils in einer Reihe angeordnet, die parallel zu einer Längsachse A des Speichergehäuses 2 verläuft. Mehrere Reihen sind über den Innenumfang des Speichergehäuses 2 gleichmäßig verteilt angeordnet.
Das heißt, dass die mehreren Reihen in gleichem Winkelabstand zueinander angeord net sind.
In der Fig. 2, die einen weiteren erfindungsgemäßen Druckgasspeicher 1 zeigt, sind die in das Speichervolumen 3 hineinragenden Elemente 6 rippenartig ausgeführt. Die rippenartigen Elemente 6 verlaufen jeweils parallel zur Längsachse A. Mehrere rippen artige Elemente 6 sind über den Innenumfang des Speichergehäuses 2 gleichmäßig verteilt angeordnet, das heißt in gleichem Winkelabstand zueinander. Die rippenartigen Elemente 6 sind zudem über Einrichtungen 9 in Form von wärmeleitenden Lamellen mit dem thermisch aktivierbaren Druckbegrenzungsventil 4 verbunden. Die Wärme wird somit noch schneller vom Brandherd (Flammen 11) in Richtung des Druckbegren zungsventils 4 geleitet.
Im Übrigen entspricht der Druckgasspeicher 1 dem der Fig. 1, so dass auf die entspre- chende Beschreibung verwiesen wird.

Claims

Ansprüche
1. Druckgasspeicher (1), insbesondere zum Speichern von Wasserstoff, umfassend ein Speichergehäuse (2), das ein Speichervolumen (3) begrenzt, sowie ein am Spei chergehäuse (2) angeordnetes, thermisch aktivierbares Druckbegrenzungsventil (4), über welches das Speichervolumen (3) mit einem den Druckgasspeicher (1) umgeben den Außenraum (5) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (2) innenseitig in das Speicher volumen (3) hineinragende Elemente (6) zur Vergrößerung der Kontaktfläche mit einem im Speichervolumen (3) aufgenommenen Gas aufweist.
2. Druckgasspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Speichervolumen (3) hineinragenden Ele mente (6) stabförmig und/oder rippenartig sind.
3. Druckgasspeicher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (2) im Wesentlichen hohlzylin derförmig ist und/oder domartige Endabschnitte (7, 8) aufweist.
4. Druckgasspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (6) parallel zu einer Längsachse (A) des Speichergehäuses (2) angeordnet sind und/oder verlaufen.
5. Druckgasspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (6) über einen Innenumfang des Spei chergehäuses (2) gleichmäßig verteilt angeordnet sind und/oder in Umfangsrichtung verlaufen.
6. Druckgasspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (2) und/oder die Elemente (6) aus Metall besteht bzw. bestehen.
7. Druckgasspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (6) untereinander und/oder mit dem thermisch aktivierbaren Druckbegrenzungsventil (4) über zusätzliche Einrichtungen (9), wie beispielsweise Leitungen und/oder Bleche, verbunden sind.
8. Druckgasspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Speichergehäuse (2), vorzugsweise im Bereich eines domartigen Endabschnitts (7), ein Ventil (10) zum Befüllen des Speichervolu mens (3) mit einem Gas und/oder zur Entnahme von Gas aus dem Speichervolu- men (3) angeordnet ist.
9. Brennstoffzellensystem mit einem Druckgasspeicher (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche zum Speichern von Wasserstoff.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4673098A (en) * 1986-08-25 1987-06-16 Fenton Ronald L Fuel tank vaporization and explosion resistant apparatus
WO1992021509A1 (en) * 1991-06-05 1992-12-10 Safetytech Corporation Tank construction
FR2895488A1 (fr) * 2005-12-22 2007-06-29 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de securite assurant la vidange d'un reservoir contenant un gaz comprime
DE102006052382A1 (de) * 2006-11-07 2008-05-15 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Nichtmetallischer Druckgasbehälter
DE202011108934U1 (de) 2011-10-01 2012-01-23 Daimler Ag Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck
JP5007809B2 (ja) * 2007-05-23 2012-08-22 トヨタ自動車株式会社 高圧タンク

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4673098A (en) * 1986-08-25 1987-06-16 Fenton Ronald L Fuel tank vaporization and explosion resistant apparatus
WO1992021509A1 (en) * 1991-06-05 1992-12-10 Safetytech Corporation Tank construction
FR2895488A1 (fr) * 2005-12-22 2007-06-29 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de securite assurant la vidange d'un reservoir contenant un gaz comprime
DE102006052382A1 (de) * 2006-11-07 2008-05-15 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Nichtmetallischer Druckgasbehälter
JP5007809B2 (ja) * 2007-05-23 2012-08-22 トヨタ自動車株式会社 高圧タンク
DE202011108934U1 (de) 2011-10-01 2012-01-23 Daimler Ag Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck

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