WO2022096267A1 - Thermische Entlastungseinrichtung für einen Gastank und Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank - Google Patents

Thermische Entlastungseinrichtung für einen Gastank und Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank Download PDF

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Definitions

  • Thermal relief device for a gas tank and method of manufacturing a thermal relief device for a gas tank
  • the present invention relates to a thermal relief device for a gas tank and a method of manufacturing a thermal relief device for a gas tank.
  • thermally triggered relief valves can be present in order to empty the hydrogen tank in the event of a fire and to prevent an uncontrollable explosion or at least to reduce the risk of this happening.
  • so-called pressure valves can be used as TPRDs (Thermal Pressure Release Device) in known hydrogen tanks of vehicles.
  • the pressure relief valves are usually installed at the end of a storage vessel (hydrogen tank).
  • DE 112006003013 B4 describes a tank with a fitting and a valve, the valve being fixed in the fitting.
  • the present invention provides a thermal relief device for a gas tank according to claim 1 and a method of manufacturing a thermal relief device for a gas tank according to claim 10.
  • the idea on which the present invention is based is to specify a thermal relief device for a gas tank and a method for producing a thermal relief device for a gas tank, the relief device being able to release the gas from the gas tank, even if only a local heat source or damage to the Gas tanks is present, which is not directly applied to the relief device.
  • the thermal relief device for a gas tank comprises a relief valve which can be attached to an opening of the gas tank and can be switched between an open position and a closed position for gas discharge from the gas tank; and a liquid reservoir comprising a medium, wherein the liquid reservoir can be placed in heat-exchangeable contact with the gas tank at least in areas on the outside of the gas tank, wherein the liquid reservoir is connected to the relief valve in such a way that with a change in volume and/or a change in pressure of the medium in the liquid reservoir the relief valve is switchable from the closed position to the open position.
  • the gas can be released via a through hole via the relief valve, for example before the gas tank becomes unstable or to at least partially reduce the instability, where the destabilization can occur, for example, with local heating of the gas tank.
  • the volume change can mean an increase or decrease in the volume of the medium.
  • the opening and a controlled escape of gas from the gas tank can be triggered and an opening of a pressure valve (relief valve) at the end of the gas tank after local heating of the gas tank, for example in a side area, can be improved and the opening of the relief valve can also be improved independently of that Gas pressure at the port (at the relief valve) can be controlled.
  • the relief valve can thus be opened and the risk of gas escaping at the point of heating or of a rupture of the side wall can be reduced or avoided if the gas can be completely released via the relief valve beforehand.
  • the thermal relief device By using the thermal relief device on a gas tank, the safety of gas vehicles or fuel cell vehicles can be increased, since a thermal load on the storage system (gas tank) can be detected more reliably, since a heat influence or damage to the liquid reservoir can affect the relief valve and thus the relief valve can be regulated, in particular opened or closed, for example only partially.
  • the use of the thermal relief device can also be advantageous on trucks, because with fuel cells from trucks that have all the storage batteries (gas tanks) on board, the use of the thermal relief device can be particularly advantageous compared to the use of only one TPRD per tank, since the individual tanks can have a length of up to 2.5m and the thermal relief device can therefore react better to local hot spots on the gas tank.
  • said thermal relief device can constitute a remote release mechanism for the relief valve.
  • the relief valve can thus be used to relieve the pressure or change the volume in the gas tank.
  • the relief valve can still trigger, although it is not always directly on the heat source.
  • the liquid reservoir can be attached at least in regions linearly along the gas tank or at least in regions running around the gas tank.
  • the liquid reservoir can, for example, comprise an elongated tube with thin walls that conduct heat well and run along or around the gas tank in order to also experience heating or a rupture in the event of local instability, a rupture or a heating of the gas tank and thus a change in volume and/or to experience a change in pressure of the medium, which can then affect the relief device (opening of the relief valve) and the gas can be at least partially drained from the gas tank.
  • the relief valve comprises a closure part which can be positioned in the closed position in front of the opening of the gas tank and through which gas can be prevented from escaping from the opening.
  • the closure part can, for example, comprise a solid block which can lie against the opening in front of it.
  • the relief valve comprises a spring device with which the closure part can be counter-tensioned against a pressure from the medium of the liquid reservoir.
  • the spring device can then push the closure part or a closure flap in the valve away from the opening, or the pressure of the medium can outweigh the spring tension and the closure part or a closure flap in the valve can be displaced from the opening to the spring device and in both Cases open the opening to the gas outlet at least partially.
  • the medium comprises a liquid which has its boiling point above a predetermined temperature, wherein with an at least partial transition of the medium into a gas phase, a pressure on the relief valve can be increased in such a way that the relief valve can be switched to the open position is.
  • the medium comprises a gas depot, which is in direct contact with the relief valve, and a liquid.
  • the medium can thus represent a generic term and describe both the liquid and the gas depot and the gas located there.
  • the gas can be a different material than the liquid, such as air.
  • the liquid is in direct contact with the relief valve.
  • a gas depot can be omitted.
  • the boiling point is below a critical temperature of the gas tank.
  • the critical temperature of the gas tank can be defined in such a way that above the critical temperature the walls of the gas tank can give way and can open. The risk of gas escaping through such an opening can then at least be reduced if the medium is already boiling in some areas and below the critical temperature of the material of the walls of the gas tank, then the pressure on the relief valve is increased and the opening on the relief device opens at least partially.
  • the thermal relief device it is designed as a hydrogen tank for the gas tank.
  • a relief valve is provided, which is attached to an opening of the gas tank and can be switched between an open position and a closed position for gas to escape from the gas tank; and providing a liquid reservoir comprising a medium, wherein the liquid reservoir is attached to the gas tank on the outside of the gas tank in heat-exchangeable contact at least in some areas, wherein the liquid reservoir is connected to the relief valve in such a way that with a change in volume and/or pressure change of the medium in the Liquid reservoir, the relief valve can be switched from the closed position to the open position.
  • the method can advantageously also be distinguished by the features of the thermal relief device already mentioned, and vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a gas tank
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a thermal relief device for a gas tank according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a thermal relief device for a gas tank according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a block diagram of method steps of a method for producing a thermal relief device for a gas tank according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a gas tank.
  • the gas tank GT such as a hydrogen tank for a vehicle, can have an elongate extension and at its first end comprise a shut-off valve SV (shutting off and/or filling of the gas tank) and at its second end have a relief device EV, which is connected to an opening OE of the Gas tanks GT can be attached.
  • the gas tank GT can be acted upon by a heat effect W from the side, which can heat the gas in the gas tank.
  • the heat source shown can be point heating or local heating and may not result in a typical relief valve (TP RD) trip.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a thermal relief device for a gas tank according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the thermal relief device 10 for a gas tank GT includes a relief valve EV attachable to an opening OE of the gas tank GT and switchable between an open position and a closed position for gas discharge from the gas tank GT; and a liquid reservoir FR comprising a medium, wherein the liquid reservoir FR can be attached to the outside of the gas tank GT in heat-exchangeable contact with the gas tank GT at least in some areas, wherein the liquid reservoir FR is connected to the relief valve EV in such a way that with a change in volume of the medium in the Fluid reservoir FR das Relief valve EV is switchable from the closed position to the open position.
  • the liquid reservoir FR can run linearly along the gas tank GT, at least in some areas, and then be connected to the relief device (relief valve) EV.
  • the relief device reliever valve
  • the heat in this area can also be passed on to the liquid reservoir FR and the heat can be transferred to the medium, advantageously to the liquid.
  • the liquid can expand and/or at least partially change into a gas phase in this area.
  • the medium can experience an increase in volume within the liquid reservoir FR and pressure can be exerted on the relief valve.
  • the relief valve EV can include a closure part VT, which can be positioned in the closed position in front of the opening OE of the gas tank GT and through which a gas escape can be prevented.
  • the relief valve EV can comprise a spring device FE, with which the closure part VT can be counter-tensioned against a pressure from the medium of the liquid reservoir FR. In equilibrium, the pressure of the medium and the spring device can hold the closure part VT in front of the opening OE in such a way that it can be closed.
  • the closure part With an increase in the pressure in the liquid reservoir and a higher pressure in the gas phase, the closure part can be pushed in the direction of the spring device and the spring device can be compressed and the opening OE can be at least partially opened and the gas can be at least partially drained from the gas tank.
  • the pressure of the medium can drop and the spring device can generate a spring pressure that can outweigh the pressure of the medium and press the closure part VT against the gas phase (gas reservoir) of the liquid reservoir and the opening OE at least partially to open. The rupture can result from damage to the gas tank and liquid reservoir at this point.
  • the medium includes a gas depot GR, which can be in direct contact with the relief valve EV and the closure part VT, and the medium can also include a liquid in the liquid reservoir FR.
  • the gas tank GT can be a hydrogen tank.
  • the relief valve may include a port D through which the gas may exit in the open position.
  • a further shut-off valve SV At a further end of the gas tank, it can include a further shut-off valve SV, which can firmly close the gas tank.
  • the shut-off valve SV can also be used to fill the gas tank.
  • the relief valve EV can represent a switching valve with three states, in particular: open, closed, open.
  • the spring device FE can include a spring with a preload that can preload the closure part VT against the pressure of the medium and can hold it in front of the opening during normal operation.
  • the liquid reservoir can contain a tube with a liquid and a bladder with compressed air as a gas depot.
  • the compressed air and the preloaded spring are then in equilibrium, so that the relief valve can assume the "closed" switching state.
  • the boiling point of the liquid (the medium) can be exceeded with external heating, even at certain points, the resulting gas can flow to the compressed air, i.e. to the gas depot, and increase the pressure on the closure part VT and the closure part VT against the spring force of the spring into a slide open position of the relief valve.
  • the boiling temperature can be adjusted by selecting the liquid in the liquid reservoir and thus applied to the tank's material system (material softening point). If the tube is damaged, the liquid it contains can leak out and the medium's primary pressure can drop, causing the spring force on the closure part VT can prevail and the closure part VT can be pressed towards the gas depot, which can also correspond to an open position of the relief valve. The gas tank can then be at least partially emptied in both open positions.
  • the thus remote-controlled relief valve can thus have intrinsic safety, since a tank with defective remote triggering is no longer filled, since the relief valve always remains open.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a thermal relief device for a gas tank according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • the thermal relief device 10 of FIG. 3 is similar to that of FIG. 2, the only difference being that the liquid reservoir FR originally has no gas depot, ie the liquid of the medium can lie directly against the closure part VT. Otherwise the gas tank and the liquid reservoir FR as well as the relief device can correspond to FIG. 2 .
  • FIG. 3 can thus represent an alternative to that embodiment of FIG. 2, since according to the embodiment of FIG. 3 the spring can work directly against the liquid. If the liquid in the liquid reservoir is heated above the boiling point, at least in some areas, a gas bubble can form and the closure part (or the relief valve in general) can be pushed into the open state.
  • the spring moves the relief valve (e.g. the closure part) from the "closed” switching state to the "open” switching state.
  • FIG. 4 shows a block diagram of method steps of a method for producing a thermal relief device for a gas tank according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a relief valve is provided S1, which is attached to an opening of the gas tank and can be switched between an open position and a closed position for gas to escape from the gas tank; and a provision S2 of a liquid reservoir comprising a medium, the liquid reservoir being attached to the gas tank on the outside of the gas tank in heat-exchangeable contact at least in some areas, the liquid reservoir being connected to the relief valve in such a way that the relief valve opens with a change in volume of the medium in the liquid reservoir is switchable from the closed position to the open position.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine thermische Entlastungseinrichtung (10) für einen Gastank (GT) umfassend ein Entlastungsventil (EV), welches an einer Öffnung (OE) des Gastanks (GT) anbringbar ist und für einen Gasaustritt aus dem Gastank (GT) zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position umschaltbar ist; und ein Flüssigkeitsreservoir (FR) umfassend ein Medium, wobei das Flüssigkeitsreservoir (FR) außen an dem Gastank (GT) mit dem Gastank (GT) zumindest bereichsweise in einen wärmeaustauschbaren Kontakt anbringbar ist, wobei das Flüssigkeitsreservoir (FR) mit dem Entlastungsventil (EV) verbunden ist, derart dass mit einer Volumensänderung des Mediums in dem Flüssigkeitsreservoir (FR) das Entlastungsventil (EV) von der geschlossenen Position zur geöffneten Position umschaltbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Thermische Entlastungseinrichtung für einen Gastank und Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank
Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Entlastungseinrichtung für einen Gastank und ein Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank.
Stand der Technik
Bei üblichen Wasserstoffdrucktanks, welche etwa in mobilen Anwendungen einsetzbar sind, können thermisch auslösende Entlastungsventile vorhanden sein, um im Brandfall den Wasserstofftank zu entleeren und eine unkontrollierbare Explosion zu verhindern oder die Gefahr dahingehend zumindest zu verringern. Dazu können in bekannten Wasserstofftanks von Fahrzeugen sogenannte Druckventile als TPRDs (Thermal Pressure Release Device) eingesetzt werden.
Üblicherweise sind die Druckventile (TPRD) am Ende eines Speichergefäßes (Wasserstofftank) verbaut.
In der DE 112006003013 B4 wird ein Tank mit einer Armatur und einem Ventil beschrieben, wobei das Ventil in der Armatur befestigt ist.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung schafft eine thermische Entlastungseinrichtung für einen Gastank nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank nach Anspruch 10.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine thermische Entlastungseinrichtung für einen Gastank und ein Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank anzugeben, wobei die Entlastungseinrichtung ein Ablassen des Gases aus dem Gastank auslösen kann, auch wenn nur eine lokale Wärmequelle oder Beschädigung des Gastanks vorliegt, welche nicht direkt an der Entlastungseinrichtung anliegt.
Erfindungsgemäß umfasst die thermische Entlastungseinrichtung für einen Gastank ein Entlastungsventil, welches an einer Öffnung des Gastanks anbringbar ist und für einen Gasaustritt aus dem Gastank zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position umschaltbar ist; und ein Flüssigkeitsreservoir umfassend ein Medium, wobei das Flüssigkeitsreservoir außen an dem Gastank mit dem Gastank zumindest bereichsweise in einen wärmeaustauschbaren Kontakt anbringbar ist, wobei das Flüssigkeitsreservoir mit dem Entlastungsventil verbunden ist, derart dass mit einer Volumensänderung und/oder einer Druckänderung des Mediums in dem Flüssigkeitsreservoir das Entlastungsventil von der geschlossenen Position zur geöffneten Position umschaltbar ist.
In einer geöffneten Position kann das Gas über eine Durchgangsöffnung über das Entlastungsventil abgelassen werden, etwa bevor der Gastank instabil wird oder um die Instabilität zumindest teilweise zu verringern, wobei die Destabilisierung beispielsweise bei einer lokalen Erwärmung des Gastanks auftreten kann. Die Volumensänderung kann eine Vergrößerung oder Verringerung des Volumens des Mediums bedeuten. Auf diese Weise kann die Öffnung und ein kontrollierter Gasaustritt aus den Gastank ausgelöst werden und ein Öffnen eines Druckventils (Entlastungsventils) am Ende des Gastanks nach einer lokalen Erwärmung des Gastanks, etwa an einem Seitenbereich, verbessert werden und das Öffnen des Entlastungsventils auch unabhängig von dem Gasdruck an der Öffnung (am Entlastungsventil) gesteuert werden. Somit kann das Entlastungsventil geöffnet werden und die Gefahr eines auftretenden Gasaustritts an der Stelle der Erwärmung oder eines Bruchs der Seitenwand verringert werden oder vermieden werden, wenn das Gas vorher über das Entlastungsventil ganz abgelassen werden kann.
Durch die Anwendung der thermischen Entlastungseinrichtung an einem Gastank kann die Sicherheit von Gasfahrzeugen oder Brennstoffzellenfahrzeugen erhöht werden, da eine thermische Belastung des Speichersystems (Gastanks) zuverlässiger erkannt werden kann, da sich ein Wärmeeinfluss oder ein Schaden an dem Flüssigkeitsreservoir bis zum Entlastungsventil auswirken kann und somit das Entlastungsventil reguliert, insbesondere geöffnet oder geschlossen werden kann, etwa auch nur teilweise. Die Anwendung der thermischen Entlastungseinrichtung kann auch vorteilhaft an LKWs erfolgen, denn bei Brennstoffzellen von LKWs, welche die ganzen Speicherbatterien (Gastanks) an Bord haben, kann die Anwendung der thermischen Entlastungseinrichtung im Vergleich zur Nutzung nur eines TPRDs pro Tank von besonderem Vorteil sein, da die einzelnen Tanks eine Länge bis zu 2.5m besitzen können und mit der thermischen Entlastungseinrichtung somit besser auf lokale Wärmepunkte an dem Gastank reagiert werden kann.
Die genannte thermische Entlastungseinrichtung kann mit dem länglichen Flüssigkeitsreservoir mit anderen Worten einen Fernauslösungsmechanismus für das Entlastungsventil darstellen. Das Entlastungsventil kann somit zu einer Entlastung des Drucks oder einer Volumensänderung im Gastank dienen.
Wenn nun am Gastank nur eine lokale Wärmequelle anliegt, z.B. in der Mitte des Tanks, kann das Entlastungsventil dennoch auslösen, obwohl es nicht stets direkt an der Wärmequelle anliegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Entlastungseinrichtung ist das Flüssigkeitsreservoir zumindest bereichsweise linear entlang dem Gastank oder zumindest bereichsweise um den Gastank herumlaufend anbringbar.
Das Flüssigkeitsreservoir kann etwa ein längliches Rohr mit dünnen und gut wärmeleitbaren Wänden umfassen und entlang dem Gastank oder um diesen herum verlaufen, um bei einer lokalen Instabilität, einem Bruch, oder einer Erwärmung des Gastanks ebenfalls eine Erwärmung oder einen Bruch zu erfahren und dadurch eine Volumensänderung und/oder Druckänderung des Mediums zu erfahren, was sich dann auf die Entlastungseinrichtung (Öffnen des Entlastungsventils) auswirken kann und das Gas aus dem Gastank zumindest teilweise abgelassen werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Entlastungseinrichtung umfasst das Entlastungsventil ein Verschlussteil, welches in der geschlossenen Position vor der Öffnung des Gastanks positionierbar ist und durch welches ein Gasaustritt aus der Öffnung verhinderbar ist.
Das Verschlussteil kann beispielsweise einen Festkörperblock umfassen, welcher vor der Öffnung an dieser anliegen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Entlastungseinrichtung umfasst das Entlastungsventil eine Federeinrichtung, mit welcher das Verschlussteil gegen einen Druck von dem Medium des Flüssigkeitsreservoirs gegenspannbar ist.
Die Federeinrichtung kann dann je nach Druck des Mediums das Verschlussteil oder eine Verschlussklappe im Ventil von der Öffnung wegschieben oder der Druck des Mediums kann gegenüber der Federspannung überwiegen und das Verschlussteil oder eine Verschlussklappe im Ventil kann von der Öffnung zur Federeinrichtung hin verschoben werden und in beiden Fällen die Öffnung zum Gasaustritt zumindest teilweise öffnen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Entlastungseinrichtung umfasst das Medium eine Flüssigkeit, welche oberhalb einer vorbestimmten Temperatur deren Siedepunkt aufweist, wobei mit einem zumindest teilweisen Übergang des Mediums in eine Gasphase ein Druck auf das Entlastungsventil derart vergrößerbar ist, dass das Entlastungsventil in die geöffnete Position umschaltbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Entlastungseinrichtung umfasst das Medium ein Gasdepot, welches direkt an das Entlastungsventil anliegt, und eine Flüssigkeit.
Das Medium kann somit einen Oberbegriff darstellen und sowohl die Flüssigkeit wie auch das Gasdepot und das dort befindliche Gas beschreiben. Das Gas kann ein anderes Material sein als die Flüssigkeit, etwa Luft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Entlastungseinrichtung liegt die Flüssigkeit direkt an das Entlastungsventil an.
Als eine Alternative kann auf ein Gasdepot verzichtet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Entlastungseinrichtung liegt der Siedepunkt unterhalb einer kritischen Temperatur des Gastanks.
Die kritische Temperatur des Gastanks kann derart definiert sein, dass oberhalb der kritischen Temperatur etwa die Wände des Gastanks nachgeben können und sich öffnen können. Die Gefahr des Gasaustritts durch eine solche Öffnung kann dann zumindest verringert werden, wenn das Medium schon bereichsweise und unterhalb der kritischen Temperatur des Materials der Wände des Gastanks siedet, dann den Druck auf das Entlastungsventil erhöht und die Öffnung an der Entlastungseinrichtung zumindest teilweise öffnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der thermischen Entlastungseinrichtung ist diese für den Gastank als Wasserstofftank ausgelegt. Erfindungsgemäß erfolgt bei einem Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank ein Bereitstellen eines Entlastungsventils, welches an einer Öffnung des Gastanks angebracht wird und für einen Gasaustritt aus dem Gastank zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position umschaltbar ist; und ein Bereitstellen eines Flüssigkeitsreservoirs umfassend ein Medium, wobei das Flüssigkeitsreservoir außen an dem Gastank mit dem Gastank zumindest bereichsweise in einen wärmeaustauschbaren Kontakt angebracht wird, wobei das Flüssigkeitsreservoir mit dem Entlastungsventil verbunden wird, derart dass mit einer Volumensänderung und/oder Druckänderung des Mediums in dem Flüssigkeitsreservoir das Entlastungsventil von der geschlossenen Position zur geöffneten Position umschaltbar ist.
Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits genannten Merkmale der thermischen Entlastungseinrichtung auszeichnen und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gastanks;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gastanks.
Der Gastank GT, etwa ein Wasserstofftank für ein Fahrzeug, kann eine längliche Ausdehnung aufweisen und an dessen ersten Ende ein Absperrventil SV (Absperren und/oder Befüllen des Gastanks) umfassen und an dessen zweiten Ende eine Entlastungseinrichtung EV aufweisen, welche an einer Öffnung OE des Gastanks GT angebracht sein kann. Auf den Gastank GT kann eine Wärmewirkung W von der Seite einwirken, was das Gas im Gastank erwärmen kann. Die gezeigt Wärmequelle kann eine Punkterwärmung oder eine lokale Erwärmung darstellen und muss nicht zu einem Auslösen eines üblichen Entlastungsventils (TP RD) führen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die thermische Entlastungseinrichtung 10 für einen Gastank GT umfasst ein Entlastungsventil EV, welches an einer Öffnung OE des Gastanks GT anbringbar ist und für einen Gasaustritt aus dem Gastank GT zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position umschaltbar ist; und ein Flüssigkeitsreservoir FR umfassend ein Medium, wobei das Flüssigkeitsreservoir FR außen an dem Gastank GT mit dem Gastank GT zumindest bereichsweise in einen wärmeaustauschbaren Kontakt anbringbar ist, wobei das Flüssigkeitsreservoir FR mit dem Entlastungsventil EV verbunden ist, derart dass mit einer Volumensänderung des Mediums in dem Flüssigkeitsreservoir FR das Entlastungsventil EV von der geschlossenen Position zur geöffneten Position umschaltbar ist.
Das Flüssigkeitsreservoir FR kann zumindest bereichsweise linear entlang dem Gastank GT verlaufen und dann mit der Entlastungseinrichtung (Entlastungsventil) EV verbunden sein. So kann bei einem lokal auftretenden erwärmten Bereich des Gastanks GT die Wärme an diesem Bereich auch an das Flüssigkeitsreservoir FR weitergeleitet werden und die Wärme auf das Medium, vorteilhaft auf die Flüssigkeit übertragen werden. Dabei kann sich die Flüssigkeit ausdehnen und/oder in diesem Bereich zumindest teilweise in eine Gasphase übergehen. Das Medium kann dadurch innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs FR eine Volumensvergrößerung erfahren und es kann ein Druck auf das Entlastungsventil ausgeübt werden. Das Entlastungsventil EV kann ein Verschlussteil VT umfassen, welches in der geschlossenen Position vor der Öffnung OE des Gastanks GT positionierbar ist und durch welches ein Gasaustritt verhinderbar ist. Bei einer Volumensvergrößerung im Flüssigkeitsreservoir FR kann das aus der Flüssigkeit (Medium) entstandene Gas (Gasphase) an das Verschlussteil andrücken und dann das Verschlussteil VT weg vom Flüssigkeitsreservoir geschoben werden und die Öffnung OE zumindest teilweise öffnen. Dazu kann das Entlastungsventil EV eine Federeinrichtung FE umfassen, mit welcher das Verschlussteil VT gegen einen Druck von dem Medium des Flüssigkeitsreservoirs FR gegenspannbar sein kann. Im Gleichgewicht kann der Druck des Mediums und der Federeinrichtung das Verschlussteil VT derart vor der Öffnung OE halten, dass diese verschlossen sein kann. Bei einer Vergrößerung des Drucks im Flüssigkeitsreservoir und einem höheren Druck der Gasphase kann das Verschlussteil in Richtung der Federeinrichtung geschoben werden und die Federeinrichtung zusammengedrückt werden und die Öffnung OE zumindest teilweise geöffnet werden und das Gas aus dem Gastank zumindest teilweise abgelassen werden. Bei einem Bruch oder einer Beschädigung des Flüssigkeitsreservoirs FR kann der Druck des Mediums hingegen sinken und die Federeinrichtung kann einen Federdruck erzeugen, welcher dem Druck des Mediums überwiegen kann und das Verschlussteil VT entgegen der Gasphase (Gasreservoir) des Flüssigkeitsreservoirs drücken und die Öffnung OE zumindest teilweise öffnen. Der Bruch kann durch eine Beschädigung des Gastanks und des Flüssigkeitsreservoirs an dieser Stelle resultieren.
Nach der Fig. 2 umfasst das Medium ein Gasdepot GR, welches direkt an das Entlastungsventil EV und an das Verschlussteil VT anliegen kann, und das Medium kann auch eine Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir FR umfassen.
Der Gastank GT kann ein Wasserstofftank sein. Das Entlastungsventil kann eine Durchlassöffnung D umfassen, durch welche das Gas in der geöffneten Position austreten kann. An einem weiteren Ende des Gastanks kann dieser ein weiteres Absperrventil SV umfassen, welches den Gastank fest verschließen kann. Das Absperrventil SV kann auch zum Befüllen des Gastanks genutzt werden.
Das Entlastungsventil EV kann mit anderen Worten ein Schaltventil mit drei Zuständen, insbesondere: Offen, Geschlossen, Offen, darstellen. Die Federeinrichtung FE kann dabei eine Feder mit einer Vorspannung umfassen, die das Verschlussteil VT gegen den Druck des Mediums vorspannen kann und im Normalbetrieb vor der Öffnung halten kann.
Das Flüssigkeitsreservoir kann ein Rohr mit einer Flüssigkeit und einer Blase mit komprimierter Luft als Gasdepot enthalten. Wie bereits angemerkt, sind die komprimierte Luft und die vorgespannte Feder im Normalzustand dann im Gleichgewicht, so dass das Entlastungsventil den Schaltzustand „Geschlossen“ einnehmen kann.
Der Siedepunkt der Flüssigkeit (des Mediums) kann bei externer Erwärmung, auch punktuell, überschritten werden, das entstandene Gas zur komprimierten Luft, also zum Gasdepot, strömen und den Druck auf das Verschlussteil VT vergrößern und das Verschlussteil VT gegen die Federkraft der Feder in eine geöffnete Position des Entlastungsventils schieben.
Die Siedetemperatur kann mit Auswahl der Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir angepasst werden und so auf das Materialsystem des Tanks appliziert werden (Materialerweichungstemperatur). Wird das Rohr beschädigt, kann die enthaltene Flüssigkeit austreten und der Vordruck des Mediums kann nachlassen, wodurch die Federkraft auf das Verschlussteil VT überwiegen kann und das Verschlussteil VT zum Gasdepot hingedrückt werden kann, was ebenfalls einer geöffneten Position des Entlastungsventils entsprechen kann. In beiden geöffneten Positionen kann dann der Gastank zumindest teilweise entleert werden.
Das somit ferngesteuerte Entlastungsventil kann dadurch eine Eigensicherheit aufweisen, da ein Tank mit defekter Fernauslösung nicht mehr gefüllt wird, da das Entlastungventil stets offen bleibt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die thermische Entlastungseinrichtung 10 der Fig. 3 ähnelt jener der Fig. 2, und weist lediglich den Unterschied auf, dass das Flüssigkeitsreservoir FR ursprünglich kein Gasdepot aufweist, also die Flüssigkeit des Mediums direkt an das Verschlussteil VT anliegen kann. Ansonsten können der Gastank und das Flüssigkeitsreservoir FR sowie die Entlastungseinrichtung der Fig. 2 entsprechen.
Die Ausführung der Fig. 3 kann somit eine Alternative zu jener Ausführung der Fig. 2 darstellen, da nach der Ausführung der Fig. 3 die Feder direkt gegen die Flüssigkeit arbeiten kann. Wenn in dem Flüssigkeitsreservoir die Flüssigkeit, zumindest bereichsweise, über den Siedepunkt erwärmt wird, kann eine Gasblase entstehen und das Verschlussteil (oder das Entlastungsventil allgemein) in den offenen Zustand geschoben werden.
Ist das Rohr defekt und das Fluid (Flüssigkeit) läuft aus, dann verschiebt die Feder das Entlastungsventil (etwa das Verschlussteil) vom Schaltzustand „Geschlossen“ in den Schaltzustand „Geöffnet“.
Fig. 4 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank erfolgt ein Bereitstellen S1 eines Entlastungsventils, welches an einer Öffnung des Gastanks angebracht wird und für einen Gasaustritt aus dem Gastank zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position umschaltbar ist; und ein Bereitstellen S2 eines Flüssigkeitsreservoirs umfassend ein Medium, wobei das Flüssigkeitsreservoir außen an dem Gastank mit dem Gastank zumindest bereichsweise in einen wärmeaustauschbaren Kontakt angebracht wird, wobei das Flüssigkeitsreservoir mit dem Entlastungsventil verbunden wird, derart dass mit einer Volumensänderung des Mediums in dem Flüssigkeitsreservoir das Entlastungsventil von der geschlossenen Position zur geöffneten Position umschaltbar ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche
1. Thermische Entlastungseinrichtung (10) für einen Gastank (GT) umfassend:
- ein Entlastungsventil (EV), welches an einer Öffnung (OE) des Gastanks (GT) anbringbar ist und für einen Gasaustritt aus dem Gastank (GT) zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position umschaltbar ist; und
- ein Flüssigkeitsreservoir (FR) umfassend ein Medium, wobei das Flüssigkeitsreservoir (FR) außen an dem Gastank (GT) und mit dem Gastank (GT) zumindest bereichsweise in einen wärmeaustauschbaren Kontakt anbringbar ist, wobei das Flüssigkeitsreservoir (FR) mit dem Entlastungsventil (EV) verbunden ist, derart dass mit einer Volumensänderung und/oder einer Druckänderung des Mediums in dem Flüssigkeitsreservoir (FR) das Entlastungsventil (EV) von der geschlossenen Position zur geöffneten Position umschaltbar ist.
2. Thermische Entlastungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, bei welcher das Flüssigkeitsreservoir (FR) zumindest bereichsweise linear entlang dem Gastank (GT) oder zumindest bereichsweise um den Gastank (GT) herumlaufend anbringbar ist.
3. Thermische Entlastungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Entlastungsventil (EV) ein Verschlussteil (VT) umfasst, welches in der geschlossenen Position vor der Öffnung (OE) des Gastanks (GT) positionierbar ist und durch welches ein Gasaustritt aus der Öffnung verhinderbar ist.
4. Thermische Entlastungseinrichtung (10) nach Anspruch 3, bei welcher das Entlastungsventil (EV) eine Federeinrichtung (FE) umfasst, mit welcher das Verschlussteil (VT) gegen einen Druck von dem Medium des Flüssigkeitsreservoirs (FR) gegenspannbar ist.
5. Thermische Entlastungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher das Medium eine Flüssigkeit umfasst, welche oberhalb einer vorbestimmten Temperatur deren Siedepunkt aufweist, wobei mit einem zumindest teilweisen Übergang des Mediums in eine Gasphase ein Druck auf das Entlastungsventil (EV) derart vergrößerbar ist, dass das Entlastungsventil (EV) in die geöffnete Position umschaltbar ist.
6. Thermische Entlastungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das Medium ein Gasdepot, welches direkt an das Entlastungsventil (EV) anliegt, und eine Flüssigkeit umfasst.
7. Thermische Entlastungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Flüssigkeit direkt an das Entlastungsventil (EV) anliegt.
8. Thermische Entlastungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, soweit rückbezogen auf Anspruch 5, bei welcher der Siedepunkt unterhalb einer kritischen Temperatur des Gastanks (GT) liegt.
9. Thermische Entlastungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche für den Gastank (GT) als Wasserstofftank ausgelegt ist.
10. Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung (10) für einen Gastank (GT), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen (Sl) eines Entlastungsventils (EV), welches an einer Öffnung (OE) des Gastanks (GT) angebracht wird und für einen Gasaustritt aus dem Gastank (GT) zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position umschaltbar ist; und
- Bereitstellen (S2) eines Flüssigkeitsreservoirs (FR) umfassend ein Medium, wobei das Flüssigkeitsreservoir (FR) außen an dem Gastank (GT) und mit dem Gastank (GT) zumindest bereichsweise in einen wärmeaustauschbaren Kontakt angebracht wird, wobei das Flüssigkeitsreservoir (FR) mit dem Entlastungsventil (EV) verbunden wird, derart dass mit einer Volumensänderung und/oder Druckänderung des Mediums in dem Flüssigkeitsreservoir (FR) das Entlastungsventil (EV) von der geschlossenen Position zur geöffneten Position umschaltbar ist.
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