WO2023117403A1 - Kraftstoffsystem mit druckbehältersystem und leitungssystem - Google Patents

Kraftstoffsystem mit druckbehältersystem und leitungssystem Download PDF

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Axel Jaeger
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the present invention relates to a fuel system according to the preamble of claim 1, a fuel cell system according to the preamble of claim 14 and a motor vehicle according to the preamble of claim 15.
  • Fuel cell units as galvanic cells convert continuously supplied fuel and oxidizing agent into electrical energy by means of redox reactions at an anode and cathode.
  • Fuel cells are used in a wide variety of stationary and mobile applications, for example in houses without a connection to a power grid or in motor vehicles, in rail transport, in aviation, in space travel and in shipping.
  • a large number of fuel cells are stacked into the fuel cell stack as a fuel cell stack.
  • Channels for passing fuel, channels for passing oxidant and channels for passing coolant are integrated in the fuel cell stack.
  • the fuel is stored in a compressed gas storage tank.
  • several pressurized gas accumulators are often combined as pressure vessels to form a pressure vessel system.
  • the pressure vessel system thus comprises at least one pressure vessel.
  • the fuel is, for example, hydrogen in the pressure vessels.
  • the fuel is conducted through a piping system to the fuel cell unit for conversion of chemical energy into electrical energy.
  • the hydrogen is stored in the pressure vessels at high pressure, for example 800 bar.
  • in the fuel lines of the Line system installed at least one pressure reducing element.
  • the pressure-reducing element reduces the pressure from the pressure vessels from 800 bar to a lower pressure of, for example, 10 to 20 bar in a medium-pressure line or to an injection pressure of 1 to 3 bar for the fuel cell unit.
  • the pressure-reducing element notionally divides the fuel line into a first section and a second section.
  • the first section is formed in the flow direction of the fuel in the fuel line before the pressure-reducing element and the second section is formed in the flow direction of the fuel in the fuel line after the pressure-reducing element.
  • the pressure reducing member as a pressure reducer or an injector may be damaged or fail.
  • a pressure relief element is designed as a pressure relief valve in the second section of the fuel line.
  • the pressure relief element as a pressure relief valve diverts fuel to the environment when a predetermined maximum pressure is exceeded in the second section of the fuel line. This avoids that in the event of damage or a defect in the pressure-reducing element, a greater pressure than the specified pressure occurs in the second section
  • the pressure relief element as the pressure relief valve has to be dimensioned very large and thus disadvantageously has a large mass and requires a large amount of space.
  • the pressure relief element is complex and expensive to manufacture.
  • DE 102015219 766 A1 shows a pressure vessel system for a fuel gas-powered motor vehicle, comprising: at least one pressure vessel for storing fuel gas; at least one pressure vessel valve; and at least one controller, wherein the controller is designed to at least reduce the rate of change over time in the fuel gas density in the pressure vessel if a rate-of-change limit value for the rate of change over time in the fuel gas density in the pressure vessel is exceeded.
  • Fuel system for conducting and storing fuel for a motor vehicle, comprising a pressure tank system with at least one pressure tank for filling with a fluid as fuel, a fuel line for conducting the fuel from the at least one pressure tank to a conversion unit, a pressure-reducing element for reducing the pressure of the fuel in the fuel line, so that in the flow direction of the fuel in a second section of the fuel line after the pressure-reducing element, the pressure of the fuel is lower than in a first section of the fuel line in the flow direction of the fuel before the pressure-reducing element, with a closing element in the first section of the fuel line is installed and with the closing element the first section of the fuel line can be closed at least partially as a function of the pressure of the fuel in the second section of the fuel line.
  • the pressure of the fuel in the second section of the fuel line is too high, the volume flow of the fuel, which flows through a particularly defective or damaged pressure-reducing element, can be reduced by means of the at least partial closing of the closing element in the fuel line in the first section, so that a pressure-relief element can be dimensioned much smaller as a pressure relief valve or no pressure relief device is necessary.
  • the pressure relief element thus advantageously has a small mass and requires little installation space.
  • the first section of the fuel line can be completely closed with the closing element.
  • the closing element can be closed at least partially, in particular completely, once a predetermined maximum pressure in the second section of the fuel line has been exceeded.
  • the fuel system includes a pressure relief device for discharging fuel into the environment once a predetermined maximum pressure in the second section of the fuel line has been exceeded.
  • the specified maximum pressure of the pressure relief element preferably corresponds essentially, in particular with a deviation of less than 30%, 10% or 5%, to the specified maximum pressure of the closing element.
  • the predetermined maximum pressure of the closing element is the pressure of the fuel in the second section of the fuel line, once this pressure is exceeded, the closing element can be closed at least partially, in particular completely.
  • the pressure of the fuel in the second section of the fuel line for controlling and/or regulating the closing element can preferably be detected using a pressure sensor.
  • the operating position of the pressure relief element can be changed from a closed operating position to an open operating position once the specified maximum pressure in the second section of the fuel line has been exceeded, and in the open operating position of the pressure relief element, fuel can be released from the second section of the fuel line into the environment by means of the pressure relief element is derivable.
  • the pressure relief element is preferably in a closed operating position and in the closed operating position until the predetermined maximum pressure is reached in the second section of the fuel line of the pressure relief element no fuel can be derived from the second section of the fuel line into the environment by means of the pressure relief element.
  • the closing element can be controlled and/or regulated as a function of the operating position of the pressure relief element.
  • the closing element can be controlled and/or regulated, for example as a function of the operating position of the pressure relief element, in that a direct or indirect control and/or regulation connection is formed between the pressure relief element and the closing element.
  • a direct control and/or regulation connection there is, for example, a mechanical, hydraulic or pneumatic control and/or regulation connection directly between the pressure relief element and the closing element, so that opening the pressure relief element causes the closing element to close and vice versa.
  • the mechanical control and/or regulation connection is designed, for example, as a movable rod, so that, due to an additional mechanism, the opening of the pressure relief element causes the closing element to close and vice versa.
  • the necessary forces for controlling and/or regulating the closing element depending on the operating position of the pressure relief element are thus transmitted mechanically and with a hydraulic or pneumatic control and/or regulating connection the necessary forces are transmitted hydraulically or pneumatically.
  • a pressure sensor is installed in the second section of the fuel line. When the predetermined maximum pressure in the second section is exceeded, the closing element is automatically closed with a control and/or regulating unit, and when the predetermined maximum pressure in the second section is undershot, the closing element is automatically opened with the control and/or regulating unit.
  • the control and/or regulating unit is thus connected to the pressure sensor on the second section of the fuel line by means of a corresponding data line and when the predetermined maximum pressure in the second section of the fuel line is exceeded, the closing element, in particular a closing valve, is at least partially, in particular completely closed and vice versa.
  • the closing element is thus dependent on the operating position of the pressure relief element controlled and / or regulated and depending on the pressure of the fuel in the second section of the fuel line.
  • the closing element is open when the pressure relief element is in the closed operating position.
  • the closing element is completely open when the pressure relief element is in the closed operating position.
  • the closing element is at least partially, in particular completely, closed in the open operating position of the pressure relief element.
  • the closing element can be controlled and/or regulated as a function of the operating position of the pressure relief element, so that the further the pressure relief element is open, the further the closing element is closed and vice versa.
  • the closing element can be controlled and/or regulated depending on the operating position of the pressure relief element by means of an electrical and/or pneumatic and/or hydraulic and/or mechanical control and/or regulation connection between the closing element and the pressure relief element.
  • the pressure-reducing element functions to partially or completely reduce the pressure between the pressure of the fuel in the at least one pressure container and the operating pressure of the fuel for the conversion unit.
  • Fuel cell system in particular for a motor vehicle, comprising a fuel cell unit, a fuel system for conducting and storing fuel with a pressure vessel system and a line system, a gas delivery device for delivering a gaseous oxidizing agent to the cathodes of the fuel cells, the fuel system as a described fuel system is formed.
  • Motor vehicle comprising a body, several wheels, a fuel system for conducting and storing fuel with a pressure tank system and a line system, at least one conversion unit as a fuel cell unit and/or an internal combustion engine, which can be operated with the combustible fluid from the fuel system, for conversion electrochemical energy of the combustible fluid into electrical and / or mechanical energy, wherein the fuel system is designed as a fuel system described in this patent application.
  • the specified maximum pressure of the fuel in the second section of the fuel line is preferably greater, in particular by at least 1%, 5%, 10%, 20% or 30% greater than the setpoint pressure of the fuel in the second section of the fuel line and the setpoint pressure of the fuel in the second section of the fuel line can be controlled and/or regulated by the pressure-reducing element as an element for controlling and/or regulating the pressure of the fuel in the second section of the fuel line.
  • the target pressure in a medium-pressure line downstream of the pressure reducer is between 10 and 20 bar, for example, and the target pressure in a supply line for fuel downstream of an injector is between one bar and 3 bar, for example.
  • the fuel system includes a number of pressure-reducing elements.
  • the pressure-reducing elements divide the fuel line notionally into a number of first sections and a number of second sections, with a pressure-reducing element being assigned to each of the first and second sections of the fuel line.
  • the fuel system expediently comprises at least one pressure-reducing element, in particular a plurality of pressure-reducing elements.
  • the fuel system includes a pressure sensor for detecting the pressure of the fuel in the second section of the fuel line and the first section of the fuel line can be closed and/or opened at least partially, in particular completely depending on the pressure of the fuel in the second section of the fuel line in that the pressure of the fuel in the second section of the fuel line can be detected with the pressure sensor and with the data of the pressure of the fuel in the second section of the fuel line detected by the pressure sensor by means of a controller - and/or the control unit, the closing element can be closed and/or opened at least partially, in particular completely.
  • the control and/or regulation unit is connected to the pressure sensor and the closing element by a data and/or control line.
  • the closing element is designed as a closing valve with a movable closing element for opening and closing a flow opening in the closing valve.
  • the movable closing element of the closing valve can preferably be moved by means of the open-loop and/or closed-loop control connection and/or by means of an actuator.
  • the actuator of the closing valve is designed as an electromagnet or an electric motor, in particular a servo electric motor, and/or a hydraulic motor.
  • the closing element can be opened at least partially, in particular completely, once the pressure in the second section of the fuel line falls below the predetermined maximum.
  • the operating position of the pressure relief element can be changed from an open operating position to a closed operating position once the predetermined maximum pressure in the second section of the fuel line has been undershot, and in the closed operating position of the pressure relief element no fuel can be pumped out of the second section of the fuel line into the fuel line by means of the pressure relief element environment can be derived.
  • a pressure vessel closing element is formed in the fuel line in the flow direction of the fuel between the pressure reducing element and the at least one pressure vessel.
  • the pressure vessels in particular all of the pressure vessels, are connected to one another in a fluid-conducting manner with a connecting line, in particular a fuel line rail, and the connecting line delimits a flow space.
  • the fuel line opens into an operating valve as a closing element for conducting the fluid to a conversion unit, in particular a fuel cell unit.
  • the pressure vessels are preferably each designed with a fluid opening for introducing and discharging the fluid into and out of the pressure vessels through the fluid openings and the fluid openings of the pressure vessels, in particular all pressure vessels, can each be opened and closed with a pressure vessel closing element.
  • the pressure vessels each have only one fluid opening and when the pressure vessel closing element is closed, no fluid can be fed in or out of the pressure vessel.
  • the pressure vessels are each designed with only one fluid opening for the introduction and discharge of the fluid into and out of the pressure vessels through the fluid openings.
  • the fuel system includes an operating closing element, in particular an operating valve.
  • the operating closing element in particular the operating valve, can preferably be actively closed and opened, in particular by means of an actuator, in particular an electromagnet, and preferably depending on the operating state of the fuel cell unit.
  • an actuator in particular an electromagnet
  • the operational closing element is therefore open and when the conversion unit, in particular the fuel cell unit, is in a switched-off operating state, the operational closing element is closed.
  • the fuel cell unit comprises a housing and/or a connection plate.
  • the fuel cells each comprise a proton exchange membrane, an anode, a cathode, at least one gas diffusion layer and at least one bipolar plate.
  • the gas conveying device is designed as a blower or a compressor.
  • the fuel is preferably hydrogen, hydrogen-rich gas, reformate gas or natural gas, in particular CNG (compressed natural gas as compressed natural gas).
  • the fuel cells and/or components are expediently designed to be essentially flat and/or disc-shaped.
  • the oxidizing agent is air with oxygen or pure oxygen.
  • the fuel cell unit is preferably a PEM fuel cell unit with PEM fuel cells.
  • FIG. 1 shows a cross section of a pressure vessel system with three pressure vessels
  • Fig. 2 shows a longitudinal section of a pressure vessel according to Fig. 1,
  • FIG. 3 shows a greatly simplified illustration of a fuel cell system with a fuel system in a first exemplary embodiment
  • Fig. 4 is a highly simplified representation of a fuel cell system with a fuel system in a second embodiment and 5 is a perspective view of a motor vehicle.
  • a pressure vessel system 21 is shown in FIG. 1 and a longitudinal section of a pressure vessel 19 as a pressurized gas reservoir 20 is shown in FIG.
  • a fluid namely the gas hydrogen as a fuel, is stored in a compressed gas reservoir 20 under a pressure of approximately 400 to 800 bar in an interior space 27 of the pressure vessel 19 .
  • the interior 27 is delimited by a container side wall 23 in the shape of a cylinder jacket, a rear wall 24 that is essentially disk-shaped and a front wall 25 that is also essentially disk-shaped.
  • the container side wall 23, the rear wall 24 and the front wall 25 are made of metal, in particular steel, or a fiber-reinforced plastic.
  • a fluid opening 26 is formed in the front wall 25 .
  • a drain valve 28 is fastened as a TPRD 29 (temperature pressure relief device).
  • the drain valve 28 has an inlet opening 30 and the fluid opening 26 of the front wall 25 opens into the inlet opening 30. Furthermore, the drain valve 28 is connected to the front wall 25 in a fluid-tight manner.
  • the drain valve 28 is connected to the front wall 25 of the pressure vessel 19 with good thermal conductivity, so that the temperature of the fluid in the interior 27 essentially corresponds to the temperature of the drain valve 28 .
  • the specified temperature of the discharge parameter is, for example, 120° C. or 200° C. and the specified pressure of the discharge parameter at a maximum permissible operating pressure of the pressure vessel 19 of 800 bar is 850 bar. This means that when the maximum permissible operating pressure of the pressure vessel 19 is exceeded by 50 bar, the drain valve 28 is opened.
  • 3 pressure vessels 19 are arranged and one of them is essentially cuboid Housing 22 enclosed.
  • the housing 22 is fluid-tight.
  • the pressure vessels 19 thus form the pressure vessel system 21.
  • the inner space 27 of the pressure vessel 19 is connected to a pressure line 10 as a fuel line 11 for discharging the fluid from the pressure vessel 19 for normal operation of a fuel cell unit 1 (Fig. 3).
  • a fuel cell system 5 with a fuel system 47 and the fuel cell unit 1 is shown.
  • the fuel cell unit 1 comprises a fuel cell stack 2 as a fuel cell stack 2 and the fuel cell stack 2 is surrounded by a housing (not shown) and preferably a connection plate (not shown).
  • a large number of fuel cells 3, namely PEM fuel cells 4 are arranged in a stacked manner in the fuel cell stack 2. Due to the large number of stacked fuel cells 3 of approximately 300 to 400 fuel cells 3, not all of them are shown in FIG. 3 for reasons of simplification.
  • Channels for conducting the fuel hydrogen, channels for conducting the oxidizing agent air and channels for conducting coolant are formed in the fuel cell stack 2 .
  • the fuel hydrogen is fed to anodes and the oxidizing agent air is fed to cathodes of the fuel cells 3 .
  • the oxidizing agent, air is introduced into the fuel cell stack 2 from the ambient air using a supply line 9 and a gas conveying device 6 , for example a blower 7 or a compressor 8 .
  • the hydrogen fuel is introduced into the fuel cell stack 2 from the pressure vessel system 21 through a supply line 17 .
  • a pressure vessel closing element 34 is arranged on each pressure vessel 19 in the area of the discharge valve 28.
  • the pressure vessel closing element 34 as a pressure vessel closing valve 34 serves to separately close and open the individual pressure vessels 19.
  • the pressure vessel closing element 34 is designed, for example, as a closing valve which can be actuated with an electromagnet as an actuator .
  • To supply the fuel from the pressure vessels 19 to the fuel cell stack 2 depending on the closed state of the pressure vessel closing element 34 , only individual pressure vessels 19 or only one pressure vessel 19 can be used to discharge the fuel to the fuel cell stack 2 .
  • At least one pressure vessel 19 can be selected selectively for discharging the fuel to the fuel cell stack 2, so that after the at least one selectively selected pressure vessel 19 has been completely emptied, the at least one pressure vessel closing element 34 is closed on the emptied pressure vessel 19 and the at least one other pressure vessel on at least one other pressure vessel 19 Pressure vessel closing element 34 is opened to empty these other pressure vessels 19. Deviating from this, all pressure vessel closing elements 34 can also be opened simultaneously to empty pressure vessel system 21, so that all pressure vessels 19 are emptied simultaneously during operation of fuel cell stack 2.
  • the fuel line 11 connected to the drain valve 28 as a pressure line 10 on each of the pressure vessels 19 first opens into a fuel line rail 12 as a connecting line 12 , which also forms a pressure line 10 .
  • the fuel from the 3 pressure containers 19 is fed through a high-pressure line 14 with a pressure of approximately 800 bar to a pressure reducer 18 as a pressure-reducing element 31.
  • An operating valve 15 as an operating closing element 35 in the flow direction of the fuel just before the fuel cell unit 1 as the conversion unit 40 opens only during operation of the fuel cell unit 1 and when the fuel cell unit 1 is switched off, the operating valve 15 is closed.
  • the pressure reducer 18 the pressure of the fuel in a medium-pressure line 13 is reduced by approximately 10 bar to 20 bar.
  • the fuel is routed from the medium-pressure line 13 to an injector 16 or a metering valve 16 as a further second pressure-reducing element 31 .
  • the pressure of the fuel is reduced to an injection pressure of between 1 bar and 3 bar.
  • the fuel is supplied to the supply line 17 for fuel (Fig. 3) and from the supply line 17 to the channels for fuel of the fuel cell stack 2.
  • the fuel lines 11 and the organs, for example the pressure reduction element 31, the pressure relief element 33 and the closing element 42 form a line system 41.
  • the pressure vessel system 21 and the line system 41 form the fuel system 47 for storing and conducting fuel. In the first exemplary embodiment of the fuel system 47 shown in Fig.
  • the fuel line 11 is fictitious for each pressure-reducing element 31 in a first section 45 in the direction of flow of the fuel in the fuel line 11 before the pressure-reducing element 31 and divided into a second notional section 46 in the flow direction of the fuel in the fuel line 11 after the pressure-reducing element 31 .
  • the medium-pressure line 13 thus forms the second section 46 of the fuel line 11 and, for example, the fuel line rail 12 forms the first section 45 of the fuel line 11 Pressure relief valve 36 installed.
  • the pressure relief element 33 is designed as a pressure relief valve which, when a predetermined maximum pressure is exceeded in the respective second section 46 of the fuel line 11, discharges fuel from the second section 46 of the fuel line 11 through a discharge line 48 into the environment.
  • the pressure relief element 33 for discharging fuel from the second section 46 as the medium-pressure line 13 discharges fuel into the environment from a pressure of 25 bar, for example.
  • the pressure in the medium-pressure line 13 is normally 10 to 20 bar, so that in the event of damage to the pressure reducer 18 as the pressure-reducing element 31 in the medium-pressure line 13, a pressure of 25 bar as the maximum pressure is not exceeded.
  • a further pressure relief element 33 is installed in the second section 46 of the fuel line 11 in the flow direction of the fuel after the injector 16, which discharges fuel into the environment from a maximum pressure of 5 bar.
  • the normal pressure in the fuel line 11 in the flow direction of the fuel after the injector 16 is approximately 1 to 3 bar, so that if the injector 16 is damaged in the fuel line 11 in the flow direction of the fuel after the injector 16 no greater pressure than 5 bar can occur. As a result, no damage can occur on the fuel line 11 in the flow direction of the fuel after the injector 16 or in the fuel cell unit 1, in particular in the channels for fuel of the fuel cell unit 1, due to an excessive pressure of more than 5 bar.
  • a closing member 42 is installed in the respective first section 45 of the fuel line 11 with respect to the pressure reducer 18 and injector 16 as two pressure reducing elements 31, i. H. a total of two first sections 45.
  • the closing element 42 as a closing valve 42
  • the first section 45 of the fuel line 11 can be closed and/or opened at least partially, in particular completely, depending on the pressure of the fuel in the second section of the fuel line 11.
  • the pressure relief element 33 as the pressure relief valve 36 in the second section 46 of the fuel line 11 with respect to the pressure reducer 18 is connected to the closing element 42 with a mechanical open-loop and/or closed-loop control connection 43 .
  • the mechanical control and/or regulation connection 43 is designed, for example, as a rod or is formed by 2 cable pulls.
  • the closing element 42 in the first section 45 of the fuel line 11 is connected to the pressure-relief element 33 in the second section 46 of the fuel line 11 downstream of the injector 16 in the flow direction of the fuel with respect to the injector 16 as the pressure-reducing element 31 .
  • the closing element 42 for the injector 16 is thus opened and closed depending on the operating position of the pressure relief element 33 downstream of the injector 16 in the flow direction of the fuel.
  • a second embodiment of the fuel system 47 is shown.
  • the fuel system 47 includes only one pressure reducing member 31, ie the pressure reducer 18.
  • the pressure reducer 18 reduces the pressure in the high-pressure line 14 by about max. 800 bar to the injection pressure of 1 to 3 bar for the fuel cell unit 1.
  • a pressure sensor 32 is installed in the supply line 17 for fuel in the flow direction of the fuel after the pressure reducer 18, which forms the second section 46 of the fuel line 11.
  • the pressure sensor 32 is connected to a control and/or regulating unit 44 via a data line (not shown).
  • the pressure sensor 32 constantly records the pressure of the fuel in the second section 46 of the fuel line 11 and when the predetermined maximum pressure in the second section 46 of the fuel line 11 is exceeded, namely the pressure of 5 bar, the closing element 42 is completely closed. When the pressure falls below the specified maximum pressure of 5 bar, the closing element 42 is fully opened. Closing element 42 is opened and closed in that closing element 42 is connected to control and/or regulating unit 44 via a data line, not shown, and control signals from control and/or regulating unit 44 to closing element 42 are connected to this data line, not shown are transmitted depending on the pressure in the second section 46 of the fuel line 11.
  • the predetermined maximum pressure in the second section 46 of the fuel line 11 namely the pressure of 5 bar
  • Fuel system 47 there is therefore an indirect electrical control and/or regulation connection 43 between the pressure relief element 33 and the closing element 42, because the pressure relief element 43 is opened from the specified maximum pressure of 5 bar, with or without the control and/or regulation unit 44 and from the identical specified maximum pressure of 5 bar, which is detected by the pressure sensor 32, the closing element 42 is closed by means of the control and/or regulating unit 44.
  • a motor vehicle 37 shown in Fig. 5, for example a passenger car or truck, comprises a body 39 and 4 wheels 38.
  • the motor vehicle 37 contains the fuel system 47 shown in Fig. 3 with the fuel cell system 5 with the fuel cell unit 1 and the fuel system 47 installed.
  • the fuel cell unit 1 converts the electrochemical energy present in the hydrogen fuel into electrical energy.
  • the electrical energy as electrical current, which is generated by the fuel cell unit 1, is used in the motor vehicle 37, in particular to power a drive motor as a traction electric motor for traction and for driving the motor vehicle 37 to supply with electrical energy.
  • the pressure vessel system 21 is fastened under the body 39 of the motor vehicle 37 on the underside.
  • a closing element 42 for at least partially closing the second section 46 of the fuel line 11 is installed in the first section 45 of the fuel line 11 upstream of the pressure-reducing element 31 in the flow direction of the fuel.
  • closing element 42 is at least partially, in particular completely, closed, so that the volume flow of fuel that enters second section 46 of fuel line 11 through pressure-reduction element 31 is significant when pressure relief element 33 is open , in particular completely, is reduced.
  • the pressure relief element 33 can be dimensioned correspondingly small because the pressure relief element 33 only has to discharge a very small volume flow of fuel into the environment so that the pressure in the second section 46 of the fuel line 11 does not exceed the specified maximum pressure.
  • the pressure relief element 33 can also be dispensed with in the fuel system 47, because once the predetermined maximum pressure in the second section 46 of the fuel line 11 is exceeded, for example when the closing element 42 is controlled and/or regulated by means of the control and/or Control unit 44 with the indirect control and/or regulation connection 43, the closing element 42 is closed accordingly, in particular completely automatically and independently, and this can also be carried out with a direct control and/or regulation connection 43.

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Abstract

Kraftstoffsystem (47) zur Leitung und Speicherung von Kraftstoff für ein Kraftahrzeug, umfassend ein Druckbehältersystem (21) mit wenigstens einem Druckbehälter (19) zur Befüllung mit einem Fluid als Kraftstoff, eine Brennstoffleitung (11) zur Leitung des Kraftstoffes von dem wenigstens einen Druckbehälter (19) zu einer Umwandlungseinheit (40), ein Druckreduzierungsorgan (16, 18, 31) zur Reduzierung des Druckes des Kraftstoffes in der Brennstoffleitung (11), so dass in Strömungsrichtung des Kraftstoffes in einem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11) nach dem Druckreduzierungsorgan (16, 18, 31) der Druck des Kraftstoffes kleiner ist als in einem ersten Abschnitt (45) der Brennstoffleitung (11) in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem Druckreduzierungsorgan (16, 18, 31), wobei in den ersten Abschnitt (45) der Brennstoffleitung (11) ein Schließorgan (42) eingebaut ist und mit dem Schließorgan (42) der erste Abschnitt (45) der Brennstoffleitung (11) wenigstens teilweise schließbar ist in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11).

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoffsystem mit Druckbehältersystem und Leitungssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoff system gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 und ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.
Stand der Technik
Brennstoffzelleneinheiten als galvanische Zellen wandeln mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittels in elektrische Energie um. Brennstoffzellen werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt, beispielweise in Häusern ohne Anschluss an ein Stromnetz oder in Kraftfahrzeugen, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, in der Raumfahrt und in der Schifffahrt. In der Brennstoffzelleneinheit sind eine große Anzahl an Brennstoffzellen zu dem Brennstoffzellenstapel als Brennstoffzellenstack gestapelt. In dem Brennstoffzellenstapel sind Kanäle zum Durchleiten von Brennstoff, Kanäle zum Durchleiten von Oxidationsmittel und Kanäle zum Durchleiten von Kühlmittel integriert. Der Brennstoff wird in einem Druckgasspeicher gespeichert. Dabei sind häufig mehrere Druckgasspeicher als Druckbehälter zu einem Druckbehältersystem zusammengefasst. Das Druckbehältersystem umfasst somit wenigstens einen Druckbehälter. Der Brennstoff ist beispielsweise Wasserstoff in den Druckbehältern. Der Brennstoff wird durch ein Leitungssystem zu der Brennstoffzelleneinheit geleitet zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. In den Druckbehältern ist der Wasserstoff mit einem großen Druck, beispielsweise von 800 bar, gespeichert. Aus diesem Grund ist in den Brennstoffleitungen des Leitungssystems wenigstens ein Druckreduzierungsorgan eingebaut. Das Druckreduzierungsorgan reduziert den Druck aus den Druckbehältern von 800 bar auf einen kleineren Druck von beispielsweise 10 bis 20 bar in einer Mitteldruckleitung oder auf einen Einblasdruck von 1 bis 3 bar für die Brennstoffzelleneinheit. Das Druckreduzierungsorgan unterteilt die Brennstoffleitung fiktiv in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt ist in Strömungsrichtung des Brennstoffes in der Brennstoffleitung vor dem Druckreduzierungsorgan ausgebildet und der zweite Abschnitt ist in Strömungsrichtung des Brennstoffes in der Brennstoffleitung nach dem Druckreduzierungsorgan ausgebildet. Das Druckreduzierungsorgan als ein Druckminderer oder ein Injektor kann jedoch beschädigt sein oder ausfallen. Aus diesem Grund ist in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung ein Druckentlastungsorgan als ein Druckentlastungsventil ausgebildet. Das Druckentlastungsorgan als ein Überdruckventil leitet Kraftstoff ab dem Überschreiten eines vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung in die Umgebung ab. Dadurch wird vermieden, dass bei einem Schaden oder einem Defekt des Druckreduzierungsorganes in dem zweiten Abschnitt ein größerer Druck auftritt als der vorgegebene
Maximaldruckes auf welcher der zweite Abschnitt der Brennstoffleitung ausgelegt ist. Dadurch können Schäden an dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung und auch an der Brennstoffzelleneinheit vermieden werden, weil bei einem Schaden des Druckreduzierungsorgan in dem zweiten Abschnitt nicht der Druck des Kraftstoffes in dem ersten Abschnitt der Kraftstoffleitung auftritt. Aufgrund des großen Druckes des Kraftstoffes in den Druckbehältern ist es notwendig, dass bei einem vollständigen Ausfall des Druckreduzierungsorgan ein sehr großer Volumenstrom an Kraftstoff mittels des Druckentlastungsorganes in die Umgebung abgeleitet werden kann. Aufgrund dieser Notwendigkeit und Fähigkeit des Druckentlastungsorganes auch einen sehr großen Volumenstrom an Kraftstoff in die Umgebung ableiten zu können, ist das Druckentlastungsorgan als das Überdruckventil sehr groß zu dimensionieren und weist dadurch in nachteiliger Weise eine große Masse auf und benötigt einen großen Bauraum. Darüber hinaus ist als Folge hiervon das Druckentlastungsorgan in der Herstellung aufwendig und teuer.
Die DE 102015219 766 A1 zeigt ein Druckbehältersystem für ein brenngasbetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend: mindestens einen Druckbehälter zur Speicherung von Brenngas; mindestens ein Druckbehälterventil; und mindestens eine Steuerung, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die zeitliche Veränderungsrate der Brenngasdichte im Druckbehälter zumindest zu reduzieren, wenn ein Veränderungsratengrenzwert für die zeitliche Veränderungsrate der Brenngasdichte im Druckbehälter überschritten wird.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäßes Kraftstoff system zur Leitung und Speicherung von Kraftstoff für ein Kraftahrzeug, umfassend ein Druckbehältersystem mit wenigstens einem Druckbehälter zur Befüllung mit einem Fluid als Kraftstoff, eine Brennstoffleitung zur Leitung des Kraftstoffes von dem wenigstens einen Druckbehälter zu einer Umwandlungseinheit, ein Druckreduzierungsorgan zur Reduzierung des Druckes des Kraftstoffes in der Brennstoffleitung, so dass in Strömungsrichtung des Kraftstoffes in einem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung nach dem Druckreduzierungsorgan der Druck des Kraftstoffes kleiner ist als in einem ersten Abschnitt der Brennstoffleitung in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem Druckreduzierungsorgan, wobei in den ersten Abschnitt der Brennstoffleitung ein Schließorgan eingebaut ist und mit dem Schließorgan der erste Abschnitt der Brennstoffleitung wenigstens teilweise schließbar ist in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung. Bei einem zu großen Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung kann somit mittels des wenigstens teilweisen Schließens des Schließorganes in der Brennstoffleitung in dem ersten Abschnitt der Volumenstrom des Kraftstoffes, welcher durch ein insbesondere defektes oder schadhaftes Druckreduzierungsorgan strömt, reduziert werden, sodass ein Druckentlastungsorgan als Überdruckventil wesentlich kleiner dimensioniert werden kann oder kein Druckentlastungsorgan notwendig ist. Das Druckentlastungsorgan weist damit in vorteilhafter Weise eine kleine Masse auf und benötigt einen geringen Bauraum.
In einer weiteren Ausführungsform ist mit dem Schließorgan der erste Abschnitt der Brennstoffleitung vollständig schließbar. In einer ergänzenden Variante ist das Schließorgan ab dem Überschreiten eines vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, schließbar. Bei einem vollständig geöffneten Schließorgan ist die Strömungsquerschnittsfläche für den Brennstoff in dem Schließorgan maximal und bei einem vollständig geschlossenen Schließorgan ist die Strömungsquerschnittsfläche für den Brennstoff in dem Schließorgan null und bei einem teilweise geöffneten oder teilweise geschlossenen Schließorgan ist die Strömungsquerschnittsfläche für den Brennstoff in dem Schließorgan zwischen der maximalen Strömungsquerschnittsfläche und einer Strömungsquerschnittsfläche von null.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das Kraftstoff system ein Druckentlastungorgan zur Ableitung von Kraftstoff ab dem Überschreiten eines vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung in die Umgebung. Vorzugsweise entspricht der vorgegebenen Maximaldruck des Druckentlastungorganes im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 10% oder 5%, dem vorgegebenen Maximaldruck des Schließorganes. Der vorgegebene Maximaldruck des Schließorganes ist der Druck des Brennstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung ab dessen Überschreiten das Schließorgan wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, schließbar ist. Der Druck des Brennstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung zur Steuerung und/oder Regelung des Schließorganes ist vorzugsweise mit einem Drucksensor erfassbar.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Betriebsstellung des Druckentlastungorgans ab dem Überschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung von einer geschlossenen Betriebsstellung in eine geöffnete Betriebsstellung veränderbar und in der geöffneten Betriebsstellung des Druckentlastungorgans Kraftstoff mittels des Druckentlastungorgans aus dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung in die Umgebung ableitbar ist.
Vorzugsweise befindet sich das Druckentlastungorgan bis zum Erreichen des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung in einer geschlossenen Betriebsstellung und in der geschlossenen Betriebsstellung des Druckentlastungorgans kein Kraftstoff mittels des Druckentlastungorgans aus dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung in die Umgebung ableitbar ist.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist das Schließorgan in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Druckentlastungorgans steuerbar und/oder regelbar.
Das Schließorgan ist beispielsweise in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Druckentlastungsorganes steuerbar und/oder regelbar indem zwischen dem Druckentlastungsorgan und dem Schließorgan eine direkte oder eine indirekte Steuerungs- und/oder Regelverbindung ausgebildet ist. Bei einer direkten Steuerungs- und/oder Regelverbindung besteht beispielsweise eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Steuerungs- und/oder Regelverbindung direkt zwischen dem Druckentlastungsorgan und dem Schließorgan, sodass ein Öffnen des Druckentlastungsorganes ein Schließen des Schließorganes bewirkt und umgekehrt. Die mechanische Steuerungs- und/oder Regelverbindung ist beispielsweise als ein beweglicher Stab ausgebildet, sodass aufgrund eines zusätzlichen Mechanismus das Öffnen des Druckentlastungsorganes das Schließen des Schließorganes bewirkt und umgekehrt. Die notwendigen Kräfte zur Steuerung und/oder Regelung des Schließorganes in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Druckentlastungsorganes werden somit mechanisch übertragen und bei einer hydraulischen oder pneumatischen Steuerungs- und/oder Regelverbindung werden die notwendigen Kräfte hydraulisch oder pneumatisch übertragen. Bei einer indirekten elektrischen Steuerungs- und/oder Regelverbindung ist in den zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung ein Drucksensor eingebaut. Ab dem Überschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt wird selbsttätig mit einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit das Schließorgan geschlossen und ab dem Unterschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt wird selbsttätig mit der Steuerungs- und/oder Regeleinheit das Schließorgan geöffnet. Die Steuerungs- und/oder Regeleinheit ist somit mittels einer entsprechenden Datenleitung mit dem Drucksensor an dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung verbunden und ab dem Überschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung wird das Schließorgan, insbesondere ein Schließventil, wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, geschlossen und umgekehrt. Das Schließorgan wird somit in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Druckentlastungsorganes gesteuert und/oder geregelt und in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung.
In einer weiteren Variante ist in der geschlossenen Betriebsstellung des Druckentlastungorgans das Schließorgan geöffnet.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist in der geschlossenen Betriebsstellung des Druckentlastungorgans das Schließorgan vollständig geöffnet.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist in der geöffneten Betriebsstellung des Druckentlastungorgans das Schließorgan wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, geschlossen.
Zweckmäßig ist das Schließorgan in Abhängigkeit von der Betriebsstellung Druckentlastungsorganes steuerbar und/oder regelbar, so dass je weiter das Druckentlastungorgan geöffnet ist, desto weiter das Schließorgan geschlossen ist und umgekehrt.
In einer ergänzenden Variante ist das Schließorgan in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Druckentlastungorgans steuerbar und/oder regelbar mittels einer elektrischen und/oder pneumatischen und/oder hydraulischen und/oder mechanischen Steuerungs- und/oder Regelverbindung zwischen dem Schließorgan und dem Druckentlastungorgan.
In einer weiteren Ausführungsform fungiert das Druckreduzierungsorgan zur teilweisen oder vollständigen Reduzierung des Druckes zwischen dem Druck des Kraftstoffes in dem wenigstens einen Druckbehälter und dem Betriebsdruck des Kraftstoffes für die Umwandlungseinheit.
Erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzelleneinheit, einen Kraftstoff system zur Leitung und Speicherung von Brennstoff mit einem Druckbehältersystem und einem Leitungssystem, eine Gasfördervorrichtung zur Förderung eines gasförmigen Oxidationsmittels zu den Kathoden der Brennstoffzellen, wobei das Kraftstoff system als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Kraftstoff system ausgebildet ist. Erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, umfassend eine Karosserie, mehrere Räder, ein Kraftstoffsystem zur Leitung und Speicherung von Kraftstoff mit einem Druckbehältersystem und einem Leitungssystem, wenigstens eine Umwandlungseinheit als eine Brennstoffzelleneinheit und/oder einen Verbrennungsmotor, welcher mit dem brennbaren Fluid aus dem Kraftstoffsystem betreibbar ist, zur Umwandlung elektrochemischer Energie des brennbaren Fluides in elektrische und/oder mechanische Energie, wobei das Kraftstoff system als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Kraftstoff system ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist der vorgegebene Maximaldruck des Brennstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung größer, insbesondere um wenigstens 1 %, 5 %, 10 %, 20 % oder 30 % größer, als der Solldruck des Brennstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung und der Solldruck des Brennstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung ist von dem Druckreduzierungsorgan als einem Organ zur Steuerung und/oder Regelung des Druckes des Brennstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung steuerbar und/oder regelbar. Der Solldruck in einer Mitteldruckleitung nach dem Druckminderer beträgt beispielsweise zwischen 10 und 20 bar und der Solldruck in einer Zufuhrleitung für Brennstoff nach einem Injektor beträgt beispielsweise zwischen einem bar und 3 bar.
In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst das Kraftstoffsystem mehrere Druckreduzierungsorgane. Die Druckreduzierungsorgane unterteilen die Brennstoffleitung fiktiv in mehrere erste Abschnitte und mehrere zweite Abschnitte, wobei je einem ersten und zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung ein Druckreduzierungsorgan zugeordnet ist.
Zweckmäßig umfasst das Kraftstoff system wenigstens ein Druckreduzierungsorgan, insbesondere mehrere Druckreduzierungsorgane.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kraftstoff system einen Drucksensor zur Erfassung des Druckes des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung und der erste Abschnitt der Brennstoffleitung wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, schließbar und/oder öffenbar ist in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung indem mit dem Drucksensor der Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung erfassbar ist und mit den von dem Drucksensor erfassten Daten des Druckes des Kraftstoffe in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung mittels einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit das Schließorgan wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, schließbar und/oder öffenbar ist. Die Steuerungs- und/oder Regeleinheit ist mit einer Daten- und/oder Steuerleitung mit dem Drucksensor und dem Schließorgan verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Schließorgan als ein Schließventil ausgebildet mit einem beweglichen Schließelement zum Öffnen und Schließen einer Strömungsöffnung in dem Schließventil.
Vorzugsweise ist das bewegliche Schließelement des Schließventils mittels der Steuerungs- und/oder Regelverbindung bewegbar und/oder mittels eines Aktuators.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der Aktuator des Schließventils als ein Elektromagnet oder ein Elektromotor, insbesondere Servoelektromotor, und/oder Hydraulikmotor ausgebildet.
In einer ergänzenden Variante ist das Schließorgan ab dem Unterschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, öffenbar.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Betriebsstellung des Druckentlastungorgans ab dem Unterschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung von einer geöffneten Betriebsstellung in eine geschlossene Betriebsstellung veränderbar und in der geschlossenen Betriebsstellung des Druckentlastungorgans kein Kraftstoff mittels des Druckentlastungorgans aus dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung in die Umgebung ableitbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist in der Brennstoffleitung in Strömungsrichtung des Brennstoffes zwischen dem Druckreduzierungsorgan und dem wenigstens einen Druckbehälter ein Druckbehälterschließorgan ausgebildet. In einer ergänzenden Variante sind die Druckbehälter, insbesondere sämtliche Druckbehälter, mit einer Verbindungsleitung, insbesondere einem Brennstoffleitungsrail, fluidleitend miteinander verbunden und die Verbindungsleitung einen Strömungsraum begrenzt.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung mündet die Brennstoffleitung in ein Betriebsventil als Schließorgan zur Leitung des Fluides zu einer Umwandlungseinheit, insbesondere einer Brennstoffzelleneinheit.
Vorzugsweise sind die Druckbehälter mit je einer Fluidöffnung ausgebildet zur Ein- und Ausleitung des Fluides in und aus den Druckbehältern durch die Fluidöffnungen und die Fluidöffnungen der Druckbehälter, insbesondere sämtlicher Druckbehälter, mit je einem Druckbehälterschließorgan öffenbar und schließbar sind. Vorzugsweise weisen die Druckbehälter nur je eine Fluidöffnung auf und bei dem geschlossenen Druckbehälterschließorgan ist keine Fluid aus dem Druckbehälter ein- und ausleitbar.
In einer weiteren Variante sind die Druckbehälter mit nur je einer Fluidöffnung ausgebildet sind zur Ein- und Ausleitung des Fluides in und aus den Druckbehältern durch die Fluidöffnungen.
In einer zusätzlichen Variante umfasst das Kraftstoffsystem ein Betriebsschließorgan, insbesondere ein Betriebsventil.
Vorzugsweise ist das Betriebsschließorgan, insbesondere Betriebsventil, aktiv schließbar und öffenbar, insbesondere mittels eines Aktuators, insbesondere eines Elektromagneten, und vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennstoffzelleneinheit. Während des Betriebes der Umwandlungseinheit, insbesondere Brennstoffzelleneinheit, ist somit das Betriebsschließorgan geöffnet und in einem abgeschalteten Betriebszustand der Umwandlungseinheit, insbesondere der Brennstoffzelleneinheit, ist das Betriebsschließorgan geschlossen.
In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst die Brennstoffzelleneinheit ein Gehäuse und/oder eine Anschlussplatte. In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Brennstoffzellen jeweils eine Protonenaustauschermembran, eine Anode, eine Kathode, wenigstens eine Gasdiffusionsschicht und wenigstens eine Bipolarplatte.
In einer weiteren Variante ist die Gasfördervorrichtung als ein Gebläse oder ein Kompressor ausgebildet.
Vorzugsweise ist der Brennstoff Wasserstoff, wasserstoffreiches Gas, Reformatgas oder Erdgas, insbesondere CNG (compressed natural gas als komprimiertes Erdgas).
Zweckmäßig sind die Brennstoffzellen und/oder Komponenten im Wesentlichen eben und/oder scheibenförmig ausgebildet.
In einer ergänzenden Variante ist das Oxidationsmittel Luft mit Sauerstoff oder reiner Sauerstoff.
Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit eine PEM-Brennstoffzelleneinheit mit PEM-Brennstoffzellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Druckbehältersystems mit drei Druckbehältern,
Fig. 2 einen Längsschnitt eines Druckbehälters gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine stark vereinfachte Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einem Kraftstoff system in einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine stark vereinfachte Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einem Kraftstoff system in einem zweiten Ausführungsbeispiel und Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
In Fig. 1 ist ein Druckbehältersystem 21 und in Fig. 2 ein Längsschnitt eines Druckbehälters 19 als ein Druckgasspeicher 20 abgebildet. In einem Druckgasspeicher 20 ist ein Fluid, nämlich das Gas Wasserstoff als Brennstoff, unter einem Druck von ungefähr 400 bis 800 bar in einem Innenraum 27 des Druckbehälters 19 gelagert. Der Innenraum 27 ist von einer zylindermantelförmige Behälterseitenwandung 23, einer im Wesentlichen scheibenförmigen Rückwandung 24 und einer ebenfalls im Wesentlichen scheibenförmigen Vorderwandung 25 begrenzt. Die Behälterseitenwandung 23, die Rückwandung 24 und die Vorderwandung 25 ist dabei aus Metall, insbesondere Stahl, oder einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet. In der Vorderwandung 25 ist eine Fluidöffnung 26 ausgebildet. Im Bereich der Fluidöffnung 26 der Vorderwandung 25 ist ein Ablassventil 28 als ein TPRD 29 (temperatur pressure relief device) befestigt. Das Ablassventil 28 weist eine Einleitungsöffnung 30 auf und die Fluidöffnung 26 der Vorderwandung 25 mündet in die Einleitungsöffnung 30. Ferner ist das Ablassventil 28 fluiddicht mit der Vorderwandung 25 verbunden. Ab dem Überschreiten nur eines vorgegebenen Grenzwertes eines Ausleitungsparameters des Ablassventil 28, nämlich dem Ableitungsparameter eines vorgegebenen Druckes des Fluides in dem Innenraum 27 und einer vorgegebenen Temperatur des Ablassventils 28, öffnet das Ablassventil 28 und leitet das Fluid von dem Innenraum 27 des Druckbehälters 19 in die Umgebung aus Sicherheitsgründen ab, um einen gefährlichen Überdruck zur Vermeidung einer Explosion zu verhindern. Das Ablassventil 28 ist thermisch gut leitend mit der Vorderwandung 25 des Druckbehälters 19 verbunden, sodass die Temperatur des Fluides in dem Innenraum 27 im Wesentlichen der Temperatur des Ablassventils 28 entspricht. Die vorgegebene Temperatur des Ausleitungsparameters ist beispielsweise 120° C oder 200°C und der vorgegebene Druck des Ausleitungsparameters bei einem maximal zulässigen Betriebsdruck des Druckbehälters 19 von 800 bar beträgt 850 bar. Dies bedeutet, dass bei einem Überschreiten des maximal zulässigen Betriebsdruck des Druckbehälters 19 um 50 bar das Ablassventil 28 geöffnet wird. In dem in Fig. 1 dargestellten Druckbehältersystem 21 sind 3 Druckbehälter 19 angeordnet und von einem im Wesentlichen quaderförmig Gehäuse 22 umschlossen. Das Gehäuse 22 ist fluiddicht ausgebildet. Die Druckbehälter 19 bilden somit das Druckbehältersystem 21.
Der Innenraum 27 des Druckbehälters 19 ist mit einer Druckleitung 10 als einer Brennstoffleitung 11 verbunden zum Ausleiten des Fluides aus dem Druckbehälter 19 für einen normalen Betrieb einer Brennstoffzelleneinheit 1 (Fig. 3). In Fig. 3 ist ein Brennstoffzellensystem 5 mit einem Kraftstoff system 47 und der Brennstoffzelleneinheit 1 dargestellt. Die Brennstoffzelleneinheit 1 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 2 als einen Brennstoffzellenstack 2 und der Brennstoffzellenstack 2 ist von einem nicht dargestellten Gehäuse und vorzugsweise einer nicht dargestellten Anschlussplatte umschlossen. In dem Brennstoffzellenstack 2 sind eine große Anzahl an Brennstoffzellen 3, nämlich PEM-Brennstoffzellen 4, gestapelt angeordnet. Aufgrund der großen Anzahl der gestapelten Brennstoffzellen 3 von ungefähr 300 bis 400 Brennstoffzellen 3 sind diese in Fig. 3 aus Vereinfachungsgründen nicht alle dargestellt. In dem Brennstoffzellenstack 2 sind Kanäle zum Durchleiten des Brennstoffes Wasserstoff, Kanäle zum Durchleiten des Oxidationsmittel Luft und Kanäle zum Durchleiten von Kühlmittel ausgebildet (nicht dargestellt). Der Brennstoff Wasserstoff wird zu Anoden und das Oxidationsmittel Luft wird zu Kathoden der Brennstoffzellen 3 geleitet. Das Oxidationsmittel Luft wird mit einer Zufuhrleitung 9 und einer Gasfördereinrichtung 6, beispielsweise einem Gebläse 7 oder einem Kompressor 8, aus der Luft der Umgebung in den Brennstoffzellenstack 2 eingeleitet.
Der Brennstoff Wasserstoff wird aus dem Druckbehältersystem 21 durch eine Zufuhrleitung 17 in den Brennstoffzellenstack 2 eingeleitet. An jeden Druckbehälter 19 ist ein Druckbehälterschließorgan 34 angeordnet im Bereich des Ablassventils 28. Das Druckbehälterschließorgan 34 als Druckbehälterschließventil 34 dient zum getrennten Schließen und Öffnen der einzelnen Druckbehälter 19. Das Druckbehälterschließorgan 34 ist beispielsweise als ein Schließventil ausgebildet, welches mit einem Elektromagneten als Aktuator betätigbar ist. Zur Zuführung des Brennstoffes von den Druckbehältern 19 zu dem Brennstoffzellenstack 2 können somit in Abhängigkeit von dem Schließzustand des Druckbehälterschließorgan 34 auch nur einzelne Druckbehälter 19 oder nur ein Druckbehälter 19 zur Ausleitung des Brennstoffes zu dem Brennstoffzellenstack 2 genutzt werden. Damit kann wenigstens ein Druckbehälter 19 selektiv ausgewählt werden zum Ausleiten des Brennstoffes zu dem Brennstoffzellenstack 2, sodass nach dem vollständigen Entleeren des wenigstens einen selektiv ausgewählten Druckbehälters 19 das wenigstens eine Druckbehälterschließorgan 34 an den entleerten Druckbehälter 19 geschlossen und an wenigstens einem anderen Druckbehälter 19 das wenigstens eine andere Druckbehälterschließorgan 34 geöffnet wird zum Entleeren dieser anderen Druckbehälter 19. Abweichend hiervon können zum Entleeren des Druckbehältersystems 21 auch simultan sämtliche Druckbehälterschließorgane 34 geöffnet werden, sodass während des Betriebes des Brennstoffzellenstacks 2 sämtliche Druckbehälter 19 simultan entleert werden.
Die an dem Ablassventil 28 angeschlossene Brennstoffleitung 11 als Druckleitung 10 jeweils an den Druckbehältern 19 münden zunächst in ein Brennstoffleitungsrail 12 als Verbindungsleitung 12, welche auch eine Druckleitung 10 bildet. Von dem Brennstoffleitungsrail 12 wird der Brennstoff aus den 3 Druckbehältern 19 durch eine Hochdruckleitung 14 mit dem Druck von ungefähr 800 bar einem Druckminderer 18 als einem Druckreduzierungsorgan 31 zugeführt. Ein Betriebsventil 15 als ein Betriebsschließorgan 35 in Strömungsrichtung des Brennstoffes kurz vor der Brennstoffzelleneinheit 1 als der Umwandlungseinheit 40 öffnet nur während eines Betriebes der Brennstoffzelleneinheit 1 und bei einer abgeschalteten Brennstoffzelleneinheit 1 ist das Betriebsventil 15 geschlossen. In dem Druckminderer 18 erfolgt eine Reduzierung des Druckes des Brennstoffes in eine Mitteldruckleitung 13 von ungefähr 10 bar bis 20 bar. Aus der Mitteldruckleitung 13 wird der Brennstoff zu einem Injektor 16 oder einem Dosierventil 16 als einem weiteren zweiten Druckreduzierungsorgan 31 geleitet. An dem Injektor 16 wird der Druck des Brennstoffes auf einen Einblasdruck zwischen 1 bar und 3 bar reduziert. Von dem Injektor 16 wird der Brennstoff der Zufuhrleitung 17 für Brennstoff (Fig. 3) zugeführt und von der Zufuhrleitung 17 den Kanälen für Brennstoff des Brennstoffzellenstacks 2. Die Brennstoffleitungen 11 und die Organe, beispielsweise das Druckreduzierungsorgan 31 , das Druckentlastungsorgan 33 und das Schließorgan 42, bilden ein Leitungssystem 41. Das Druckbehältersystem 21 und das Leitungssystem 41 bilden das Kraftstoff system 47 zur Speicherung und Leitung von Kraftstoff. In dem in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffsystem 47 weist dieses zwei Druckreduzierungsorgane 31 auf, nämlich den Druckminderer 18 und den Injektor 16. Die Brennstoffleitung 11 ist für jedes Druckreduzierungsorgan 31 fiktiv in einen ersten Abschnitt 45 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Brennstoffleitung 11 vor dem Druckreduzierungsorgan 31 unterteilt und in einen zweiten fiktiven Abschnitt 46 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes in der Brennstoffleitung 11 nach dem Druckreduzierungsorgan 31 unterteilt. Bezüglich des Druckminderer 18 bildet somit die Mitteldruckleitung 13 den zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 und beispielsweise das Brennstoffleitungsrail 12 den ersten Abschnitt 45 der Brennstoffleitung 11. In jeden der zwei zweiten Abschnitte 46 bezüglich der zwei Druckreduzierungsorgane 31 der Brennstoffleitung 11 ist ein Druckentlastungsorgan 33 als ein Druckentlastungsventil 36 eingebaut. Diese Integration des Druckentlastungsorganes 33 in den zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 wird ausgeführt indem entweder das Druckentlastungsorgan 33 unmittelbar in die Brennstoffleitung 11 eingebaut ist oder gleichbedeutend damit das Druckentlastungsorgan 33 mit einer Brennstoffleitung 11 mit der Brennstoffleitung 11 zur Durchleitung des Brennstoffes zu der Brennstoffzelleneinheit 1 fluidleitend verbunden ist. Das Druckentlastungsorgan 33 ist als ein Überdruckventil ausgebildet, welches ab dem Überschreiten eines vorgegebenen Maximaldruckes in dem jeweils zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 Brennstoff aus dem zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 durch eine Ableitungsleitung 48 in die Umgebung abgeleitet. Das Druckentlastungsorgan 33 zur Ableitung von Brennstoff aus dem zweiten Abschnitt 46 als der Mitteldruckleitung 13 leitet beispielsweise ab einem Druck von 25 bar Brennstoff in die Umgebung ab. In der Mitteldruckleitung 13 beträgt der Druck normalerweise 10 bis 20 bar, sodass bei einem Schaden an dem Druckminderer 18 als dem Druckreduzierungsorgan 31 in der Mitteldruckleitung 13 ein Druck von 25 bar als Maximaldruckes nicht überschritten wird. In analoger Weise ist in den zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Injektor 16 ein weiteres Druckentlastungsorgan 33 eingebaut, welches ab einem Maximaldruck von 5 bar Kraftstoff in die Umgebung abgeleitet. Der normale Druck in der Brennstoffleitung 11 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Injektor 16 beträgt ungefähr 1 bis 3 bar, sodass bei einem Schaden des Injektors 16 in der Brennstoffleitung 11 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Injektor 16 kein größerer Druck als 5 bar auftreten kann. Dadurch kann an der Brennstoffleitung 11 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Injektor 16 als auch in der Brennstoffzelleneinheit 1 , insbesondere in den Kanälen für Brennstoff der Brennstoffzelleneinheit 1 , kein Schaden aufgrund eines zu großen Druckes über 5 bar entstehen.
In den jeweils ersten Abschnitt 45 der Brennstoffleitung 11 bezüglich des Druckminderers 18 und Injektors 16 als zwei Druckreduzierungsorganen 31 , d. h. insgesamt zwei erste Abschnitte 45, ist je ein Schließorgan 42 eingebaut. Mit dem Schließorgan 42 als ein Schließventil 42 kann der erste Abschnitt 45 der Brennstoffleitung 11 wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt der Brennstoffleitung 11 geschlossen und/oder geöffnet werden. Hierzu ist das Druckentlastungsorgan 33 als das Druckentlastungsventil 36 in dem zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 bezüglich des Druckminderers 18 mit einer mechanischen Steuerungs- und/oder Regelverbindung 43 mit dem Schließorgan 42 verbunden. Bei einem Öffnen des Druckentlastungsorganes 33 werden die notwendigen Kräfte zum Schließen des Schließorganes 42 mit der mechanischen Steuerungs- und/oder Regelverbindung 43 übertragen. Dies gilt auch umgekehrt für das Öffnen des Schließorganes 42 bei einem Schließen des Druckentlastungsorganes 33. Die mechanische Steuerungs- und/oder Regelverbindung 43 ist beispielsweise als ein Stab ausgebildet oder von 2 Seilzügen gebildet. In analoger Weise ist das Schließorgan 42 in dem ersten Abschnitt 45 der Brennstoffleitung 11 bezüglich des Injektor 16 als dem Druckreduzierungsorgan 31 mit dem Druckentlastungsorgan 33 in dem zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Injektor 16 verbunden. In analoger Weise wird somit das Schließorgan 42 für den Injektor 16 in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Druckentlastungsorganes 33 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Injektor 16 geöffnet und geschlossen.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Kraftstoffsystem 47 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 beschrieben. Das Kraftstoff system 47 umfasst nur ein Druckreduzierungsorgan 31 , d. h. den Druckminderer 18. Der Druckminderer 18 reduziert den Druck in der Hochdruckleitung 14 von ungefähr max. 800 bar auf den Einblasdruck von 1 bis 3 bar für die Brennstoffzelleneinheit 1. In der Zufuhrleitung 17 für Brennstoff in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nach dem Druckminderer 18, welcher den zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 bildet, ist ein Drucksensor 32 eingebaut. Der Drucksensor 32 ist mit einer nicht dargestellten Datenleitung mit einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit 44 verbunden. Der Drucksensor 32 erfasst ständig den Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 und ab dem Überschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 , nämlich den Druck von 5 bar, wird das Schließorgan 42 vollständig geschlossen. Ab dem Unterschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes von 5 bar wird das Schließorgan 42 vollständig geöffnet. Das Öffnen und Schließen des Schließorganes 42 wird ausgeführt, indem das Schließorgan 42 mit einer nicht dargestellten Datenleitung mit der Steuerungs- und/oder Regeleinheit 44 verbunden ist und mit dieser nicht dargestellten Datenleitung Steuersignale von der Steuerungs- und/oder Regeleinheit 44 zu dem Schließorgan 42 übermittelt werden in Abhängigkeit von dem Druck in dem zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11. In dem zweiten Ausführungsbeispiel des
Kraftstoff system 47 liegt somit eine indirekte elektrische Steuerungs- und/oder Regelverbindung 43 zwischen dem Druckentlastungsorgan 33 und dem Schließorgan 42 vor, weil ab dem vorgegebenen Maximaldruck von 5 bar das Druckentlastungsorgan 43 geöffnet wird mit oder ohne der Steuerungs- und/oder Regeleinheit 44 und ab dem identischen vorgegebenen Maximaldruck von 5 bar, welcher von dem Drucksensor 32 erfasst wird, mittels der Steuerungs- und/oder Regeleinheit 44 das Schließorgan 42 geschlossen wird.
Ein in Fig. 5 dargestelltes Kraftfahrzeug 37, beispielsweise ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, umfasst eine Karosserie 39 und 4 Räder 38. In das Kraftfahrzeug 37 ist das in Fig. 3 dargestellte Kraftstoff system 47 mit dem Brennstoffzellensystem 5 mit der Brennstoffzelleneinheit 1 und dem Kraftstoff system 47 eingebaut. Die Brennstoffzelleneinheit 1 wandelt die in dem Brennstoff Wasserstoff vorhandene elektrochemische Energie in elektrische Energie um. Die elektrische Energie als elektrischer Strom, welcher von der Brennstoffzelleneinheit 1 erzeugt wird, wird in dem Kraftfahrzeug 37 insbesondere dazu verwendet, um einen Antriebsmotor als Traktionselektromotor zur Traktion und zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 37 mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Druckbehältersystem 21 ist untenseitig unter der Karosserie 39 des Kraftfahrzeuges 37 befestigt.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffsystem 47, dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem 5 und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 37 wesentliche Vorteile verbunden. In den ersten Abschnitt 45 der Brennstoffleitung 11 in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem Druckreduzierungsorgan 31 ist ein Schließorgan 42 zum wenigstens teilweisen Schließen des zweiten Abschnittes 46 der Brennstoffleitung 11 eingebaut. Bei einem Öffnen des Druckentlastungsorganes 33 ab dem Überschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes wird das Schließorgan 42 wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, geschlossen, sodass der Volumenstrom an Kraftstoff, welcher durch das Druckreduzierungsorgan 31 in den zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 eintritt bei dem geöffneten Druckentlastungsorgan 33 wesentlich, insbesondere vollständig, reduziert ist. Bei einem Schaden an dem Druckreduzierungsorgan 31 und dem hieraus im Allgemeinen resultierenden ungehinderten Durchströmen von Kraftstoff durch das Druckreduzierungsorgan 31 wird somit der Volumenstrom des Kraftstoffes, welcher durch das Druckreduzierungsorgan 31 in den zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 eintritt, mittels des Schließorganes 42 wesentlich reduziert. In vorteilhafter Weise kann dadurch das Druckentlastungsorgan 33 entsprechend klein dimensioniert werden, weil das Druckentlastungsorgan 33 nur einen sehr kleinen Volumenstrom an Kraftstoff in die Umgebung abzuleiten hat, damit der Druck in dem zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 nicht den vorgegebenen Maximaldruck überschreitet. Darüber hinaus kann in dem Kraftstoff system 47 gegebenenfalls auch auf das Druckentlastungsorgan 33 verzichtet werden, weil ab dem Überschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt 46 der Brennstoffleitung 11 beispielsweise bei der Steuerung und/oder Regelung des Schließorganes 42 mittels der Steuerungs- und/oder Regeleinheit 44 mit der indirekten Steuerungs- und/oder Regelverbindung 43 das Schließorgan 42 entsprechend insbesondere vollständig automatisch und selbstständig geschlossen wird und dies ist auch bei einer direkten Steuerungs- und/oder Regelverbindung 43 ausführbar.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff system (47) zur Leitung und Speicherung von Kraftstoff für ein Kraftahrzeug (37), umfassend ein Druckbehältersystem (21) mit wenigstens einem Druckbehälter (19) zur Befüllung mit einem Fluid als Kraftstoff, eine Brennstoffleitung (11) zur Leitung des Kraftstoffes von dem wenigstens einen Druckbehälter (19) zu einer Umwandlungseinheit (40), ein Druckreduzierungsorgan (16, 18, 31) zur Reduzierung des Druckes des Kraftstoffes in der Brennstoffleitung (11), so dass in Strömungsrichtung des Kraftstoffes in einem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11) nach dem Druckreduzierungsorgan (16, 18, 31) der Druck des Kraftstoffes kleiner ist als in einem ersten Abschnitt (45) der Brennstoffleitung (11) in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor dem Druckreduzierungsorgan (16, 18, 31), dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten Abschnitt (45) der Brennstoffleitung (11) ein Schließorgan (42) eingebaut ist und mit dem Schließorgan (42) der erste Abschnitt (45) der Brennstoffleitung (11) wenigstens teilweise schließbar ist in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11).
2. Kraftstoff system nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schließorgan (42) der erste Abschnitt (45) der Brennstoffleitung (11) vollständig schließbar ist. Kraftstoff system nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließorgan (42) ab dem Überschreiten eines vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, schließbar ist. Kraftstoff system nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffsystem (47) ein Druckentlastungorgan (33, 36) zur Ableitung von Kraftstoff ab dem Überschreiten eines vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11) in die Umgebung umfasst. Kraftstoff system nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsstellung des Druckentlastungorgans (33, 36) ab dem Überschreiten des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11) von einer geschlossenen Betriebsstellung in eine geöffnete Betriebsstellung veränderbar ist und in der geöffneten Betriebsstellung des Druckentlastungorgans (33, 36) Kraftstoff mittels des Druckentlastungorgans (33, 36) aus dem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11) in die Umgebung ableitbar ist. Kraftstoff system nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckentlastungorgan (33, 36) bis zum Erreichen des vorgegebenen Maximaldruckes in dem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11) sich in einer geschlossenen Betriebsstellung befindet und in der geschlossenen Betriebsstellung des Druckentlastungorgans (33, 36) kein Kraftstoff mittels des Druckentlastungorgans (33, 36) aus dem zweiten Abschnitt (46) der Brennstoffleitung (11) in die Umgebung ableitbar ist. Kraftstoff system nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließorgan (42) in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Druckentlastungorgans (33, 36) steuerbar und/oder regelbar ist. Kraftstoffsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der geschlossenen Betriebsstellung des Druckentlastungorgans (33, 36) das Schließorgan (42) geöffnet ist. Kraftstoff system nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der geschlossenen Betriebsstellung des Druckentlastungorgans (33, 36) das Schließorgan (42) vollständig geöffnet ist. Kraftstoff system nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der geöffneten Betriebsstellung des Druckentlastungorgans (33, 36) das Schließorgan (42) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, geschlossen ist. Kraftstoff system nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, - 21 - dadurch gekennzeichnet, dass das Schließorgan (42) in Abhängigkeit von der Betriebsstellung Druckentlastungsorganes (33, 36) steuerbar und/oder regelbar ist, so dass je weiter das Druckentlastungorgan (33, 36) geöffnet ist, desto weiter das Schließorgan (42) geschlossen ist und umgekehrt. Kraftstoff system nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schließorgan (42) in Abhängigkeit von der Betriebsstellung des Druckentlastungorgans (33, 36) steuerbar und/oder regelbar ist mittels einer elektrischen und/oder pneumatischen und/oder hydraulischen und/oder mechanischen Steuerungs- und/oder Regelverbindung (43) zwischen dem Schließorgan (42) und dem Druckentlastungorgan 33, 36). Kraftstoff system nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckreduzierungsorgan (16, 18, 31) zur teilweisen oder vollständigen Reduzierung des Druckes zwischen dem Druck des Kraftstoffes in dem wenigstens einen Druckbehälter (19) und dem Betriebsdruck des Kraftstoffes für die Umwandlungseinheit (40) fungiert. Brennstoffzellensystem (5), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (37), umfassend
- eine Brennstoffzelleneinheit (1),
- einen Kraftstoffsystem (47) zur Leitung und Speicherung von Brennstoff mit einem Druckbehältersystem (21) und einem Leitungssystem (41),
- eine Gasfördervorrichtung (6) zur Förderung eines gasförmigen Oxidationsmittels zu den Kathoden der Brennstoffzellen (3), - 22 - dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffsystem (47) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist. Kraftfahrzeug (37), umfassend eine Karosserie (39), mehrere Räder (38), ein Kraftstoffsystem (47) zur Leitung und Speicherung von Kraftstoff mit einem Druckbehältersystem (21) und einem Leitungssystem (41), wenigstens eine Umwandlungseinheit (40) als eine Brennstoffzelleneinheit (1) und/oder einen Verbrennungsmotor, welcher mit dem brennbaren Fluid aus dem Kraftstoffsystem (47) betreibbar ist, zur Umwandlung elektrochemischer Energie des brennbaren Fluides in elektrische und/oder mechanische Energie, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffsystem (47) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
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