WO2022128349A1 - Tankvorrichtung zur temperaturdruckentlastung eines wasserstofftanks - Google Patents

Tankvorrichtung zur temperaturdruckentlastung eines wasserstofftanks Download PDF

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tank device
hydrogen
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Bernd Stuke
Olaf Ohlhafer
Hans-Arndt Freudigmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • Tank device for temperature pressure relief of a hydrogen tank
  • the invention relates to a tank device for relieving the temperature pressure of a hydrogen tank, for example for use in vehicles with a fuel cell drive or in vehicles with a hydrogen drive.
  • DE 10 2017 212 485 A1 describes a device for storing compressed fluids that serve as fuel for a vehicle, the device comprising at least two tubular tank modules and at least one high-pressure fuel rail with at least one integrated control and safety system.
  • the at least two tubular tank modules are made of metal and are modularly connected to the at least one high-pressure fuel rail with the at least one integrated control and safety technology to form a module with flexible geometry.
  • the overflow valve can close in the event of an accident with the device for storing compressed fluids or if a line within the device breaks, so that no gas can escape from the storage unit.
  • the safety valve should ensure, for example in the event of a fire or a temperature increase above a predetermined threshold value, that the hydrogen can be routed out of the tank module, for example, in order to prevent the tank module or even the entire device for storing compressed fluids from exploding.
  • the tank device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage, in a structurally simple manner, that when the tank device is exposed to heat, the tank device is emptied easily and quickly, with targeted venting of the gaseous medium, for example hydrogen, preventing the tank device from bursting Tank device is prevented.
  • the gaseous medium for example hydrogen
  • the tank device for relieving the temperature pressure of a hydrogen tank has at least two tank containers and a supply line that can be connected to the tank containers.
  • Each of the at least two tank containers has at least one shut-off valve at one end, which shut-off valve is arranged between the respective tank container and the supply line.
  • the tank containers are completely enclosed by a housing element and/or encapsulated from the environment, in particular in a pressure-tight manner, with at least one sacrificial container being arranged in the tank device.
  • the sacrificial container is fluidly connected to the tank containers by means of a pressure relief valve.
  • the pressure building up in the tank containers can be reduced via the sacrificial container. Because if the pressure in the tank containers increases due to the heat input, the overpressure valve on the sacrificial container is triggered, so that hydrogen can be drained from the tank containers into the sacrificial tank container. In this way, the pressure building up in the tank containers is reduced by means of one or more sacrificial containers. In this way, the tank device can be prevented from bursting.
  • the sacrificial container is filled exclusively with 1 bar of nitrogen. In this way, the pressure in the tank containers can be reduced in a simple manner.
  • the sacrificial container is filled exclusively with 1 bar of hydrogen. In this way, the pressure in the tank containers can be reduced in a simple manner.
  • At least one safety valve is arranged at another end of the tank container.
  • the tank device can be prevented from bursting or, depending on the heat input and pressure build-up, it may no longer be necessary to open the safety valves.
  • the safety valve has a fluid-filled glass ampoule, so that the glass ampoule is caused to burst when the temperature in the environment increases, and the safety valve can thus be unlocked.
  • the safety valve comprises a fusible medium, for example wax, with the fusible medium melting when the temperature of the environment increases and the safety valve can thus be unlocked.
  • a fusible medium for example wax
  • the tank containers can be connected to a discharge line by means of the safety valve.
  • the gaseous medium for example hydrogen
  • the tank containers can be connected to a discharge line by means of the safety valve.
  • the at least two tank containers are made of steel. The choice of material results in cost savings.
  • the at least two tank containers can be connected to an inlet area of a consumer system, preferably an anode area of a fuel cell system, via the shut-off valve.
  • the tank device described is preferably suitable in a fuel cell system for storing hydrogen for the operation of a fuel cell.
  • the tank device can be used in vehicles with a fuel cell drive.
  • the tank device can be used in vehicles with hydrogen as the drive.
  • the drawing shows exemplary embodiments of a tank device according to the invention for relieving the temperature pressure of a hydrogen tank. It shows in
  • FIG. 1 first exemplary embodiment of a tank device according to the invention in a schematic view
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a tank device according to the invention in a schematic view.
  • Fig.l shows a first embodiment of a tank device 1 according to the invention in a schematic view.
  • the tank device 1 has a plurality of tank containers 10 which are of essentially cylindrical design and are made of steel.
  • the respective ends 26, 27 of the respective tank container 10 have a conical taper and thus a typical bottleneck structure.
  • a sacrificial container 14 is arranged in the tank device 1 next to the tank containers, which is fluidically connected to the tank containers 10 by means of a pressure relief valve 13 .
  • the sacrificial container 14 is filled exclusively with 1 bar of nitrogen.
  • due to the oxyhydrogen reaction when hydrogen and oxygen are combined it should be ensured that the victim container does not contain oxygen.
  • the sacrificial container 14 is therefore at atmospheric pressure.
  • the sacrificial container 14 can also be filled exclusively with 1 bar of hydrogen.
  • any number of sacrificial containers 14 can be arranged in the tank device 1 .
  • tank container 10 and the sacrificial container 14 are completely enclosed by a housing element 12 and encapsulated in a pressure-tight manner in relation to an environment 120 .
  • One end 26 of the respective tank container 10 is connected to a supply line 4 by means of a shut-off valve 8 .
  • This feed line 4 is connected by means of a further valve 2, for example to an inflow area of a consumer system, for example an anode area of a fuel cell system.
  • the tank device 1 can provide hydrogen for a fuel cell arranged in a fuel cell system.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a tank device 1 according to the invention in a schematic view.
  • the second exemplary embodiment largely corresponds to the first exemplary embodiment in terms of function and structure.
  • the respective tank container 10 is connected here at the other end 27 to a discharge line 70 via a tank discharge line 71 .
  • a safety valve 7 is arranged for each tank container 10 in the tank discharge line 71 .
  • the safety valves 7 have a fluid-filled glass ampoule, so that if the temperature of the environment 120 increases, the glass ampoule will burst and the safety valve 7 will be unlocked and opened.
  • the safety valve 7 has a fusible medium, for example wax, so that this melts when the temperature of the environment 120 increases and the safety valve 7 can thus be unlocked.
  • the sacrificial container 14 it is also possible for the sacrificial container 14 to be fluidically connected to the individual tank containers 10 via a pressure relief valve 13 in each case.
  • the functioning of the tank device 1 is as follows: When the fuel cell system is functioning properly, the fuel cell is supplied with hydrogen from the tank containers 10 .
  • the shut-off valves 8 are designed in such a way that a reliable supply to the fuel cell is ensured.
  • the pressure building up in the tank container 10 should be reduced as quickly as possible in the first exemplary embodiment, for example to prevent the tank container 10 from exploding.
  • the power supply to the shut-off valves 8 is also interrupted, so that no more hydrogen can escape from the tank containers 10 .
  • the sacrificial container 14 is here by means of the pressure relief valve
  • the sacrificial container 14 is at atmospheric pressure and contains only nitrogen or hydrogen, so that the excess pressure in the tank containers 10 caused by the heat input can be discharged into the sacrificial container 14 .
  • the safety valves 7 should be closed as quickly as possible after the heat input occurs trigger, so that the hydrogen can be routed from the tank containers 10 via the tank discharge line 71 into the discharge line 70 in order, for example, to prevent the tank container 10 from exploding.
  • the power supply to the shut-off valves 8 is also interrupted, so that no more hydrogen can escape from the tank containers 10 .
  • the sacrificial container 14 is fluidly connected to the tank containers 10 by means of the pressure relief valve 13 or by means of a respective pressure relief valve 13 for each tank container 10 .
  • the sacrificial container 14 is in a vacuum state, so that the excess pressure in the tank containers 10 caused by the heat input can be discharged into the sacrificial container 14 .
  • the resulting pressure on the tank containers 10 can be released at least partially via the sacrificial container 14 and the pressure in the tank containers 10 can be reduced.
  • the pressure for opening the pressure relief valve 13 is slightly higher than the maximum permissible pressure in the tank containers 10, but lower than the bursting pressure of the tank containers 10, i.e. the tank containers 10 are not caused to burst due to the heat input. This is therefore within the safety range of the tank container 10. In this way, just enough pressure is reduced so that the respective tank container 10 is not damaged.
  • the safety valves 7 trigger and gaseous medium, hydrogen, flows out of the tank containers 10 in the direction of the discharge line 12 and is safely emptied into the environment 120 .
  • the opening of the safety valve 7 is irreversible, since in the event of a fire the tank containers 10 are emptied quickly and efficiently and the safety valve 7 should remain in the open state to ensure complete emptying.
  • the tank device 1 for storing a gaseous medium can also be used, for example, for storing hydrogen in vehicles with a hydrogen combustion engine as the drive, in addition to vehicles powered by fuel cells.

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Abstract

Tankvorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Wasserstofftanks Tankvorrichtung (1) zur Temperaturdruckentlastung eines Wasserstofftanks, wobei die Tankvorrichtung (1) mindestens zwei Tankbehälter (10) und eine mit den Tankbehältern (10) verbindbare Zuführleitung (4) umfasst. Jeder der mindestens zwei Tankbehälter (10) weist an einem Ende (26) mindestens ein Absperrventil (8) auf, welches Absperrventil (8) zwischen dem jeweiligen Tankbehälter (10) und der Zufuhrleitung (4) angeordnet ist. Darüber hinaus sind die Tankbehälter (10) von einem Gehäuseelement (12) vollständig umschlossen und/oder zu einer Umgebung (120), insbesondere druckdicht, gekapselt, wobei mindestens ein Opfer-Behälter (14) in der Tankvorrichtung (1) angeordnet ist, welcher Opfer-Behälter (14) mittels eines Überdruckventils (13) mit den Tankbehältern (10) fluidisch verbunden ist.

Description

Beschreibung
Tankvorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Wasserstofftanks
Die Erfindung betrifft eine Tankvorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Wasserstofftanks, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb oder in Fahrzeugen mit Wasserstoff-Antrieb.
Stand der Technik
Die DE 10 2017 212 485 Al beschreibt eine Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden, die als Kraftstoff für ein Fahrzeug dienen, wobei die Einrichtung mindestens zwei rohrförmige Tankmodule und mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler mit mindestens einer integrierten Regel- und Sicherheitstechnik umfasst. Außerdem bestehen die mindestens zwei rohrförmigen Tankmodule aus Metall und sind mit dem mindestens einen Hochdruckkraftstoffzuteiler mit der mindestens einen integrierten Regel- und Sicherheitstechnik modular zu einem Modul in flexibler Geometrie verbunden.
So kann das Überströmventil beispielsweise bei einem Unfall mit der Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden oder bei einem Bruch einer Leitung innerhalb der Einrichtung verschließen, so dass kein Gas aus der Speichereinheit austreten kann. Weiterhin soll das Sicherungsventil beispielsweise bei einem Brand oder einer Temperaturerhöhung über einen vorbestimmten Schwellwert hinaus sicherstellen, dass beispielsweise der Wasserstoff aus dem Tankmodul hinausgeleitet werden kann, um einer Explosion des Tankmoduls oder sogar der gesamten Einrichtung zur Speicherung von verdichteten Fluiden vorzubeugen.
Für diese Sicherheitsvorkehrungen ist eine Vielzahl von Ventilen notwendig, wodurch die Komplexität des gesamten Gasspeichersystems sowie dessen Kosten erhöht werden. Weiterhin muss je nach Position des Sicherungsventils sichergestellt sein, dass dieses auch auslöst, wenn sich der Brandherd nicht in der Nähe des Sicherungsventils befindet, um einer möglichen Explosion des Gasspeichersystems vorzubeugen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Tankvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass in konstruktiv einfacher Weise bei Hitzeeinwirkungen auf die Tankvorrichtung in einfacher und schneller Weise die Tankvorrichtung entleert wird, wobei durch gezieltes Ablassen des gasförmigen Mediums, beispielsweise Wasserstoff, ein Bersten der Tankvorrichtung verhindert wird.
Dabei weist die Tankvorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Wasserstofftanks mindestens zwei Tankbehälter und eine mit den Tankbehältern verbindbare Zuführleitung auf. Jeder der mindestens zwei Tankbehälter weist an einem Ende mindestens ein Absperrventil auf, welches Absperrventil zwischen dem jeweiligen Tankbehälter und der Zufuhrleitung angeordnet ist. Darüber hinaus sind die Tankbehälter von einem Gehäuseelement vollständig umschlossen und/oder zu einer Umgebung, insbesondere druckdicht, gekapselt, wobei mindestens ein Opfer- Behälter in der Tankvorrichtung angeordnet ist. Der Opfer-Behälter ist mittels eines Überdruckventils mit den Tankbehältern fluidisch verbunden.
So kann in einfacher Weise sichergestellt werden, dass im Falle eines Notfalls, beispielsweise mit ausgebrochenem Feuer, der sich aufbauende Druck in den Tankbehältern über den Opfer- Behälter reduziert werden kann. Denn steigt der Druck in den Tankbehältern aufgrund des Wärmeeintrags an, so löst das Überdruckventil an dem Opfer- Behälter aus, so dass Wasserstoff aus den Tankbehältern in den Opfer-Tankbehälter abgelassen werden kann. Auf diese Weise wird der sich aufbauende Druck in den Tankbehältern mittels einer oder mehrerer Opfer-Behältern reduziert. So kann ein Bersten der Tankvorrichtung verhindert werden. ln erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Opfer- Behälter ausschließlich mit 1 bar Stickstoff gefüllt ist. So kann in einfacher Weise ein Druckabbau der Tankbehälter realisiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass der Opfer- Behälter ausschließlich mit 1 bar Wasserstoff gefüllt ist. So kann in einfacher Weise ein Druckabbau der Tankbehälter realisiert werden.
Weiterhin sollte aufgrund der Knallgas- Reaktion bei einer Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff sichergestellt sein, dass der Opfer- Behälter keinen Sauerstoff enthält.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass an einem anderen Ende des Tankbehälters mindestens ein Sicherungsventil angeordnet ist.
So kann in einfacher Weise sichergestellt werden, dass im Falle eines Notfalls, beispielsweise mit ausgebrochenem Feuer, genügend Zeit vorhanden ist, damit das Sicherungsventil sicher öffnen kann, um den gespeicherten Wasserstoff abzulassen. Denn je nach Wärmeeintrag auf die Tankvorrichtung, d.h. je nach dem wie weit der Wärmeeintrag von der Umgebung der Sicherungsventile entfernt ist, verzögert sich die Auslösung dieser. Steigt jedoch nun der Druck in den Tankbehältern aufgrund des Wärmeeintrags an, so löst das Überdruckventil an dem Opfer-Behälter aus, so dass Wasserstoff aus den Tankbehältern in den Opfer-Tank- behälter abgelassen werden kann. Auf diese Weise wird der sich aufbauende Druck in den Tankbehältern mittels einer oder mehrerer Opfer- Behältern reduziert. So kann auch mit möglicherweise verzögertem Auslösen der Sicherungsventile ein Bersten der Tankvorrichtung verhindert werden bzw. je nach Wärmeeintrag und Druckaufbau kann eine Öffnung der Sicherungsventile nicht mehr notwendig sein. ln weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Sicherungsventil eine fluidgefüllte Glasampulle aufweist, so dass bei einer Temperaturerhöhung der Umgebung die Glasampulle zum Bersten gebracht wird und so das Sicherungsventil entsperrbar ist.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Sicherungsventil ein schmelzbares Medium, beispielsweise Wachs, umfasst, wobei das schmelzbare Medium bei einer Temperaturerhöhung der Umgebung schmilzt und so das Sicherungsventil entsperrbar ist.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Sicherungsventil in einem Notfall zuverlässig einmal geöffnet werden kann und der Wasserstoff aus den Tankbehältern abgeführt wird, um ein Bersten der Tankvorrichtung zu verhindern.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Tankbehälter mittels des Sicherungsventils mit einer Abführleitung verbindbar sind. So kann in einfacher Weise im Falle eines Notfalls das gasförmige Medium, beispielsweise Wasserstoff, aus den Tankbehältern abgeführt und beispielsweise in die Umgebung abgegeben werden.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die mindestens zwei Tankbehälter aus Stahl gefertigt sind. Durch die Wahl des Materials wird so eine Kostenersparnis erzielt.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die mindestens zwei Tankbehälter über das Absperrventil mit einem Zulaufbereich eines Verbrauchersystems verbindbar sind, vorzugsweise einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems.
Die beschriebene Tankvorrichtung eignet sich vorzugsweise in einem Brennstoffzellensystem zur Speicherung von Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle. In vorteilhaften Verwendungen kann die Tankvorrichtung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb verwendet werden.
In vorteilhaften Verwendungen kann die Tankvorrichtung in Fahrzeugen mit Wasserstoff als Antrieb verwendet werden.
Zeichnungen
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung zur Temperaturdruckentlastung eines Wasserstofftanks dargestellt. Es zeigt in
Fig. lein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung in schematischer Ansicht,
Fig. 2ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung in schematischer Ansicht.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig.l zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 in schematischer Ansicht. Die Tankvorrichtung 1 weist mehrere Tankbehälter 10 auf, welche im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und aus Stahl gefertigt sind. Die jeweiligen Enden 26, 27 des jeweiligen Tankbehälters 10 weisen eine konische Verjüngung und somit eine typische Flaschenhalsstruktur auf. Außerdem ist in der Tankvorrichtung 1 neben den Tankbehältern ein Opfer- Behälter 14 angeordnet, welcher mittels eines Überdruckventils 13 mit den Tankbehältern 10 fluidisch verbunden ist. Der Opfer- Behälter 14 ist ausschließlich mit 1 bar Stickstoff gefüllt. Weiterhin sollte aufgrund der Knallgas- Reaktion bei einer Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff sichergestellt sein, dass der Opfer- Behälter keinen Sauerstoff enthält. Der Opfer- Behälter 14 ist daher auf Atmosphärendruck. In einer alternativen Ausführung kann der Opfer- Behälter 14 auch ausschließlich mit 1 bar Wasserstoff gefüllt sein.
In weiteren Ausführungen kann eine beliebige Anzahl an Opfer- Behältern 14 in der Tankvorrichtung 1 angeordnet sein.
Weiterhin sind die Tankbehälter 10 und der Opfer- Behälter 14 von einem Gehäuseelement 12 vollständig umschlossen und zu einer Umgebung 120 druckdicht gekapselt.
Mit dem einen Ende 26 ist der jeweilige Tankbehälter 10 mittels eines Absperrventils 8 mit einer Zuführleitung 4 verbunden. Diese Zuführleitung 4 ist mittels eines weiteren Ventils 2 beispielsweise mit einem Zulaufbereich eines Verbrauchersystems, beispielsweise einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems, verbunden. So kann die Tankvorrichtung 1 beispielsweise Wasserstoff für eine in einem Brennstoffzellensystem angeordnete Brennstoffzelle bereitstellen.
Fig.2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tankvorrichtung 1 in schematischer Ansicht. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht in Funktion und Aufbau weitestgehend dem ersten Ausführungsbeispiel.
Zusätzlich ist hier der jeweilige Tankbehälter 10 mit dem anderen Ende 27 über eine Tankausführleitung 71 mit einer Abführleitung 70 verbunden. In der Tankausführleitung 71 ist jeweils für jeden Tankbehälter 10 ein Sicherungsventil 7 angeordnet.
Die Sicherungsventile 7 weisen eine fluidgefüllte Glasampulle auf, so dass bei einer Temperaturerhöhung der Umgebung 120 die Glasampulle zum Bersten gebracht wird und so das Sicherungsventil 7 entsperrt und geöffnet wird.
In alternativen Ausführungen weist das Sicherungsventil 7 ein schmelzbares Medium, beispielsweise Wachs, auf, so dass dieses bei einer Temperaturerhöhung der Umgebung 120 schmilzt und so das Sicherungsventil 7 entsperrbar ist. In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass der Opfer- Behälter 14 mit den einzelnen Tankbehältern 10 über jeweils ein Überdruckventil 13 fluidisch verbunden ist.
Die Funktionsweise der Tankvorrichtung 1 ist die folgende: Bei einer ordentlichen Funktionsweise des Brennstoffzellensystems wird die Brennstoffzelle mit Wasserstoff aus den Tankbehältern 10 versorgt. Dabei werden die Absperrventile 8 so ausgelegt, dass eine sichere Zufuhr zu der Brennstoffzelle gewährleistet ist.
Erfolgt, beispielsweise verursacht durch Feuer, ein Wärmeeintrag auf die Tankvorrichtung 1 bzw. die Tankbehälter 10, so soll im ersten Ausführungsbeispiel der sich aufbauende Druck in den Tankbehältern 10 möglichst schnell reduziert werden, um beispielsweise einer Explosion der Tankbehälter 10 vorzubeugen. Dabei wird in der Regel auch der Stromzufuhr zu den Absperrventilen 8 unterbrochen, so dass kein Wasserstoff mehr aus den Tankbehältern 10 entweichen kann.
Der Druck in dem jeweiligen Tankbehälter 10 steigt bereits mit Einwirken des Wärmeeintrags auf die Tankbehälter 1 an. Um ein Bersten der Tankbehälter 10 zu verhindern, ist daher hier der Opfer- Behälter 14 mittels des Überdruckventils
13 mit den Tankbehältern 10 fluidisch verbunden. Bei zu hohem vorgegebenem Druck in den Tankbehältern 10 wird das Überdruckventil geöffnet und Wasserstoff kann nun zum Druckabbau von den Tankbehältern 10 in den Opfer- Behälter
14 strömen. Der Opfer- Behälter 14 ist auf Atmosphärendruck und enthält ausschließlich Stickstoff oder Wasserstoff, so dass der aufgrund des Wärmeeintrags entstandene überschüssige Druck in den Tankbehältern 10 in den Opfer- Behälter 14 abgegeben werden kann.
Erfolgt, beispielsweise verursacht durch Feuer, ein Wärmeeintrag auf die Tankvorrichtung 1 bzw. die Tankbehälter 10, so sollen im zweiten Ausführungsbeispiel die Sicherungsventile 7 möglichst schnell nach Auftreten des Wärmeeintrags auslösen, so dass der Wasserstoff aus den Tankbehältern 10 über die Tankausführleitung 71 in die Abführleitung 70 geleitet werden kann, um beispielsweise einer Explosion der Tankbehälter 10 vorzubeugen. Dabei wird in der Regel auch der Stromzufuhr zu den Absperrventilen 8 unterbrochen, so dass kein Wasserstoff mehr aus den Tankbehältern 10 entweichen kann.
Je nach dem in welchem Bereich der Tankvorrichtung der Wärmeeintrag erfolgt, kann zu einer gewissen Verzögerungszeit führen, bis die Sicherungsventile 7 aufgrund des Wärmeeintrags und der entsprechenden Wärmeleitung öffnen. Der Druck in dem jeweiligen Tankbehälter 10 steigt jedoch bereits mit Einwirken des Wärmeeintrags auf die Tankbehälter 1 an. Um ein Bersten der Tankbehälter 10 zu verhindern, ist daher hier der Opfer- Behälter 14 mittels des Überdruckventils 13 bzw. mittels jeweils eines Überdruckventils 13 für jeden Tankbehälter 10 mit den Tankbehältern 10 fluidisch verbunden. Der Opfer- Behälter 14 ist in einem Vakuum-Zustand, so dass der aufgrund des Wärmeeintrags entstandene überschüssige Druck in den Tankbehältern 10 in den Opfer- Behälter 14 abgegeben werden kann.
So kann der entstehende Druck im Überhitzungsfall auf die Tankbehälter 10 über den Opfer- Behälter 14 zumindest teilweise abgegeben werden und der Druck in den Tankbehältern 10 verringert werden. So wird mehr Zeit für den Wärmetransport zu den Sicherungsventilen 7 und ein sicheres Auslösen des Sicherungsventils 7 ermöglicht. Der Druck zum Öffnen des Überdruckventils 13 ist dabei etwas größer als der maximale zulässige Druck in den Tankbehältern 10, jedoch kleiner als der Berstdruck der Tankbehälter 10, d.h. dass die Tankbehälter 10 aufgrund des Wärmeeintrags nicht zum Bersten gebracht werden. Dies liegt somit in dem Sicherheitsbereich der Tankbehälter 10. Damit wird gerade so viel Druck abgebaut, so dass der jeweilige Tankbehälter 10 nicht beschädigt wird.
Wird der Wärmeeintrag auf die Tankbehälter 10 beendet bzw. ist der Wärmeeintrag auf die Tankbehälter 10 nicht so stark, dass es zu einem so hohen Überdruck kommt, dass die Sicherungsventile 7 öffnen, so ist eine Abführung des Wasserstoffs aus den Tankbehältern 10 in den Opfer- Behälter 14 ausreichend und die Sicherungsventile 7 bleiben weiterhin geschlossen. Es wird somit kein Wasserstoff in die Umgebung 120 abgegeben. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das mit Wasserstoff betriebene Fahrzeug in einem geschlossenen Raum, wie beispielsweise einer Garage abgestellt wird. So wird einer möglichen Gefahrenlage in dem geschlossenen Raum aufgrund von austretendem Wasserstoff vorgebeugt.
Ist der Wärmeeintrag auf die Tankbehälter 10 jedoch zu hoch, so lösen die Sicherungsventile 7 aus und gasförmiges Medium, Wasserstoff, strömt aus den Tankbehältern 10 in Richtung der Abführleitung 12 und werden sicher in die Umgebung 120 entleert.
Die Öffnung des Sicherungsventils 7 ist irreversibel, da im Brandfall die Tankbehälter 10 schnell und effizient entleert werden und für die Sicherstellung einer vollständigen Entleerung das Sicherungsventil 7 im geöffneten Zustand bleiben soll.
Die Tankvorrichtung 1 zur Speicherung eines gasförmigen Mediums kann jedoch neben brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen beispielsweise auch zur Wasserstoff-Speicherung in Fahrzeugen mit einem Wasserstoff-Verbrenner als Antrieb verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Tankvorrichtung (1) zur Temperaturdruckentlastung eines Wasserstofftanks, wobei die Tankvorrichtung (1) mindestens zwei Tankbehälter (10) und eine mit den Tankbehältern (10) verbindbare Zuführleitung (4) umfasst, wobei jeder der mindestens zwei Tankbehälter (10) an einem Ende (26) mindestens ein Absperrventil (8) aufweist, welches Absperrventil (8) zwischen dem jeweiligen Tankbehälter (10) und der Zufuhrleitung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankbehälter (10) von einem Gehäuseelement (12) vollständig umschlossen und/oder zu einer Umgebung (120), insbesondere druckdicht, gekapselt sind, wobei mindestens ein Opfer- Behälter (14) in der Tankvorrichtung (1) angeordnet ist, welcher Opfer- Behälter (14) mittels eines Überdruckventils (13) mit den Tankbehältern (10) fluidisch verbunden ist.
2. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Opfer- Behälter (14) ausschließlich mit 1 bar Stickstoff gefüllt ist.
3. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Opfer- Behälter (14) ausschließlich mit 1 bar Wasserstoff gefüllt ist.
4. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem anderen Ende (27) des Tankbehälters (10) mindestens ein Sicherungsventil (7) angeordnet ist.
5. Tankvorrrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsventil (7) eine fluidgefüllte Glasampulle aufweist, so dass bei einer Temperaturerhöhung der Umgebung (120) die Glasampulle zum Bersten gebracht wird und so das Sicherungsventil (7) entsperrbar ist.
6. Tankvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsventil (7) ein schmelzbares Medium, beispielsweise Wachs, umfasst, wobei das schmelzbare Medium bei einer Temperaturerhöhung der Umgebung (120) schmilzt und so das Sicherungsventil (7) entsperrbar ist.
7. Tankvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankbehälter (10) mittels des Sicherungsventils (7) mit einer Abführleitung (70) verbindbar sind.
8. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Tankbehälter (2) aus Stahl gefertigt sind.
9. Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Tankbehälter (2) über das Absperrventil (8) und der Zuführleitung (4) mit einem Zulaufbereich eines Verbrauchersystems verbindbar sind, vorzugsweise einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems.
10. Brennstoffzellensystem mit einer Tankvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug mit einer Tankvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
12. Wasserstoffbetriebenes Fahrzeug mit einer Tankvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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