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Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffversorgungssystem zur Bereitstellung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffversorgungssystem.
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Brennstoffversorgungssysteme zur Bereitstellung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff können beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden, um diese mit gasförmigem Brennstoff zu versorgen. Typischerweise weist ein solches Brennstoffversorgungssystem einen oder auch mehrere Druckbehälter auf, in welchen der gasförmige Brennstoff gespeichert wird. Häufig weist ein solches Brennstoffversorgungssystem auch einen Druckminderer auf, welcher zwischen dem Druckbehälter und einem Verbraucher verschaltet ist und ein Hochdruckleitungssystem von einem Mitteldruckleitungssystem trennt. Für den Fall, dass der Druckminderer eine Fehlfunktion zeigt, kann der Druck im Mitteldruckleitungssystem größer werden als bei funktionierendem Druckminderer.
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Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Auswirkungen einer Fehlfunktion des Druckminderers zu verringern. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffversorgungssystem zur Bereitstellung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff. Das Brennstoffversorgungssystem weist zumindest einen Druckbehälter auf. Das Brennstoffversorgungssystem weist ein Hochdruckleitungssystem auf.Jeder Druckbehälter ist, i.d.R. über ein Tankabsperrventil, an dem Hochdruckleitungssystem angeschlossen. Das Brennstoffversorgungssystem weist einen Druckminderer auf, welcher an dem Hochdruckleitungssystem angeschlossen ist. Das Brennstoffversorgungssystem weist ein Mitteldruckleitungssystem auf, welches an dem Druckminderer angeschlossen ist.
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Das Brennstoffversorgungssystem weist einen Zusatzbehälter auf, welcher an dem Mitteldruckleitungssystem angeschlossen ist. Das Brennstoffversorgungssystem weist zweckmäßig ferner ein Steuerungselement auf, welches einen Gasfluss vom Druckbehälter in Richtung auf den Zusatzbehälter steuert.
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Bei normal funktionierendem Druckminderer kann im Hochdruckleitungssystem typischerweise ein Druck herrschen, welcher bei geöffneten Tankabsperrventilen ähnlich oder identisch zu Innendrücken der Druckbehälter ist. Dieser kann sehr hoch sein, beispielsweise einen Wert von über 700 bar haben. Das Hochdruckleitungssystem ist entsprechend dafür ausgelegt. Das Mitteldruckleitungssystem ist dagegen typischerweise für einen geringeren Druck ausgelegt, welcher vom Druckminderer eingestellt wird. Typischerweise ist der Druckminderer dazu ausgelegt, einen vorgegebenen Druck im Mitteldruckleitungssystem unabhängig vom Druck im Hochdruckleitungssystem einzustellen, solange letzterer zumindest höher als der vorgegebene Druck ist.
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Der Zusatzbehälter kann insbesondere für den Fall vorgesehen sein, dass eine Fehlfunktion des Druckminderers vorliegt. In diesem Fall ist der Druck im Mitteldruckleitungssystem typischerweise höher als er sein soll. Der Zusatzbehälter kann durch den Druckminderer zu viel strömendes Gas aufnehmen und dadurch den sich im Mitteldruckleitungssystem einstellenden Druck verringern. Das Steuerungselement kann dabei die Wirkung des Zusatzbehälters noch unterstützen bzw. auch eine eigene Wirksamkeit entfalten, da es insbesondere für den Fall eines Ausfalls bzw. einer Fehlfunktion des Druckminderers derart in den Gasstrom eingreifen kann, dass der Druck im Mitteldruckleitungssystem verringert wird. Dadurch können beispielsweise weitere Fehlfunktionen verhindert werden. Mögliche Ausführungen eines Steuerungselements sind weiter unten angegeben.
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Es kann somit einen Druckbehälter aufweisen, es kann jedoch auch eine beliebige höhere Anzahl von Druckbehältern aufweisen. Ein Druckbehälter dient insbesondere zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigem Brennstoff. Der Druckbehälter kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch „Compressed Natural Gas“ oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch „Liquid Natural Gas“ oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Der Druckbehälter kann mit mindestens einem Energiewandler fluidverbunden sein, der eingerichtet ist, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln.
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Ein Druckbehälter kann beispielsweise als Composite Overwrapped Pressure Vessel ausgebildet sein. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein. Hochdruckgasbehälter sind typischerweise ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch „Nominal Working Pressure“ oder NWP genannt) von 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist typischerweise geeignet, den Brennstoff bei den vorgegebenen Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeugs liegen.
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Das Brennstoffversorgungssystem weist zumindest ein Tankabsperrventil auf. In einer typischen Ausführung kann jedem Druckbehälter ein jeweiliges Tankabsperrventil zugeordnet sein. Das Tankabsperrventil kann beispielsweise unmittelbar am jeweiligen Druckbehälter angebracht oder in diesen integriert sein. Ein Tankabsperrventil ist typischerweise ein Ventil, dessen Eingangsdruck, zumindest im Wesentlichen, dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Das Tankabsperrventil ist in der Regel in ein On-Tank-Valve integriert. Das On-Tank-Valve ist die direkt an einem Ende des Druckbehälters montierte und mit dem Inneren des Druckbehälters direkt fluidverbundene Ventileinheit. In der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26. April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Typengenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen wird ein solches Tankabsperrventil auch als erstes Ventil bezeichnet.
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Für jeden Druckbehälter ist typischerweise ein Tankabsperrventil vorgesehen. Das Tankabsperrventil ist eingerichtet, die Fluidverbindung zwischen dem Hochdruckleitungssystem und dem Druckbehälter zu unterbinden.
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Bei einem Druckminderer kann es sich in einer besonders einfachen Ausführung um eine Drossel handeln. In der Regel umfasst ein Druckminderer ein Druckminderungsventil, das trotz unterschiedlicher Eingangsdrücke dafür sorgt, dass auf der Ausgangsseite ein bestimmter Ausgangsdruck nicht überschritten wird. Im Druckminderer expandiert der Brennstoff.
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Der Druck im Hochdruckleitungssystem ist im funktionsgemäßen Normalbetrieb höher als der Druck im Mitteldruckleitungssystem. Je nach Ausgestaltung des Brennstoffversorgungssystems (insbesondere der Anzahl an Druckstufen) kann der Druck im Mitteldruckleitungssystem dem Druck in einem angeschlossenen Energiewandler entsprechen oder der Druck im Mitteldruckleitungssystem kann höher sein als in einem nachgelagerten Niederdruckbereich. Ein solcher Niederdruckbereich muss aber nicht vorgesehen sein.
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Das Innenvolumen des Mitteldruckleitungssystems kann beispielsweise um den Faktor 5 bis 105 oder um den Faktor 10 bis 75 oder um den Faktor 20 bis 45 größer sein als das Innenvolumen des Hochdruckleitungssystems. Für gängige Druckbehälter, welche für 700 bar ausgelegt sind, und gängige Mitteldruckwertebereiche ergeben sich nach einem Druckausgleich somit vorteilhafte resultierende Drücke, die außerhalb des im funktionsgemäßen Normalbetrieb auftretenden Druckwertebereichs liegen und gleichzeitig nicht zu hohe Absolutwerte darstellen.
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Das Steuerungselement kann gemäß einer Ausführung ein Überströmventil sein. Das Überströmventil kann insbesondere dazu ausgebildet sein, für den Fall eines durchfließenden Gasstroms, welcher größer ist als ein Schwellenwert, den Gasstrom bei maximal dem Schwellenwert zu halten oder auch zu verringern, beispielsweise auch ihn zu blockieren. Dadurch kann spezifisch auf Situationen reagiert werden, in welchen der Gasstrom zu groß ist, was beispielsweise an einer Fehlfunktion des Druckminderers liegen kann.
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Das Überströmventil kann insbesondere zwischen Tankabsperrventil bzw. Tankabsperrventilen und Druckminderer angeordnet sein. Somit ist das Überströmventil in diesem Fall im Hochdruckleitungssystem angeordnet.
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Es kann jedoch beispielsweise auch im Mitteldruckleitungssystem angeordnet sein. Es kann vorgesehen sein, dass lediglich ein Überströmventil vorhanden ist, und zwar auch für den Fall, dass mehrere Druckbehälter vorhanden sind. Diese können beispielsweise über jeweilige Verbindungsleitungen mit einem Knotenpunkt des Hochdruckleitungssystems verbunden sein, wobei das Überströmventil zwischen dem Knotenpunkt und dem Druckminderer angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführung sind mehrere Druckbehälter über jeweilige Verbindungsleitungen mit einem Knotenpunkt des Hochdruckleitungssystems verbunden, und in jeder Verbindungsleitung ist ein Überströmventil angeordnet. Dadurch kann jedem Druckbehälter ein eigenes Überströmventil zugeordnet sein, so dass die aus jeweiligen Druckbehältern fließenden Gasströme separat kontrolliert und gegebenenfalls auch korrigiert werden können.
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Gemäß einer Ausführung ist das Steuerungselement ein Berstelement. Dieses kann beispielsweise einen Gasfluss verhindern, solange eine darüber anliegende Druckdifferenz unter einem Druckdifferenzschwellenwert bleibt, und es kann insbesondere den Gasfluss freigeben, nachdem die darüber anliegende Druckdifferenz den Druckdifferenzschwellenwert übersteigt. Dadurch kann spezifisch für den Fall eines zu hohen Drucks das Berstelement den Gasfluss freigeben und so insbesondere für einen Abfluss des Drucks oder zumindest für einen partiellen Abfluss des Drucks bzw. eines überschüssigen Gases in den Zusatzbehälter sorgen. Dadurch kann der Zusatzbehälter für den Fall einer normalen Funktionalität des Druckminderers und/oder anderer Komponenten durch das Berstelement beispielsweise vom Mitteldrucksystem und den sonstigen Komponenten fluidisch getrennt bleiben und nur dann aktiviert werden, wenn tatsächlich eine auszugleichende Fehlfunktion vorliegt. Das Berstelement kann beispielsweise als Berstscheibe ausgeführt sein. Das Berstelement kann beispielsweise zwischen dem Mitteldruckleitungssystem und dem Zusatzbehälter angeordnet sein, so dass es spezifisch den Zusatzbehälter mit dem Mitteldruckleitungssystem verbinden kann, wenn das Zusatzvolumen auch tatsächlich gebraucht wird.
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Das Berstelement ist typischerweise so ausgeführt, dass es nur einmal betätigt werden kann. Soll die entsprechende Verbindung wieder geschlossen werden, wird das Berstelement dann ausgewechselt.
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Gemäß einer möglichen Ausführung weist das Brennstoffversorgungssystem lediglich ein Steuerungselement auf. Dieses kann beispielsweise als Überströmventil oder als Berstelement wie eben beschrieben ausgeführt sein.
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Gemäß einer Ausführung weist das Brennstoffversorgungssystem ein erstes Steuerungselement und ein zweites Steuerungselement auf. Das erste Steuerungselement kann ein Überströmventil sein, welches zwischen Tankabsperrventil und Druckminderer angeordnet ist, beispielsweise gemäß einer der bereits beschriebenen Ausführungen. Das zweite Steuerungselement kann ein Berstelement sein, welches einen Gasfluss verhindert, solange eine darüber anliegende Druckdifferenz unter einem Druckdifferenzschwellenwert bleibt, und den Gasfluss freigibt, nachdem die darüber anliegende Druckdifferenz den Druckdifferenzschwellenwert übersteigt. Dadurch können die bereits erwähnten Vorteile der beiden Ausführungen sogar kombiniert werden, was die Reaktionsmöglichkeiten auf eine Fehlfunktion des Druckminderers noch weiter verbessert.
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Das Berstelement kann insbesondere eine Berstscheibe sein. Diese kann beispielsweise eine bestimmte Dicke und/oder ein bestimmtes Material aufweisen, so dass die Dichtigkeit und Integrität bis zu einer bestimmten Druckdifferenz gewährleistet ist, jedoch ab der bestimmten Druckdifferenz, d.h. über dem Druckdifferenzschwellenwert, ein Bersten erfolgt, so dass Gas schließlich durchfließen kann.
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Das Berstelement kann insbesondere zwischen Mitteldruckleitungssystem und Zusatzbehälter angeordnet sein. Dort trennt es spezifisch den Zusatzbehälter vom Mitteldruckleitungssystem und sonstigen Komponenten des Brennstoffversorgungssystems ab und gibt die entsprechende Verbindung nur dann frei, wenn der Zusatzbehälter auch tatsächlich zum gezielten Druckabbau benötigt wird.
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Der Zusatzbehälter kann beispielsweise ein Volumen zwischen 0,3 I und 3 I oder zwischen 1 I und 1,5 I haben. Derartige Werte haben sich für typische Brennstoffversorgungssysteme als vorteilhaft erwiesen, um für den Fall einer Fehlfunktion des Druckminderers für einen wirkungsvollen Druckabbau zu sorgen.
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Der Zusatzbehälter kann beispielsweise eine Ausgangsfüllung aufweisen. Dies kann eine Füllung sein, welche beispielsweise werkseitig in den Zusatzbehälter eingefüllt wird und/oder bei einer normalen Funktionalität des Druckminderers bzw. anderer Komponenten im Zusatzbehälter vorrätig ist. Die Ausgangsfüllung kann beispielsweise durch das bereits erwähnte Berstelement im Zusatzbehälter gehalten werden, solange der Zusatzbehälter nicht zum gezielten Druckabbau benötigt wird.
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Die Ausgangsfüllung kann beispielsweise Atmosphärendruck, also insbesondere 1,013 bar absolut, aufweisen. Sie kann auch einen Druck aus einem Intervall zwischen 0,6 bar und 1,2 bar aufweisen. Dies kann als ein Druck bei Atmosphärendruck verstanden werden.
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Der Zusatzbehälter kann beispielsweise eine Ausgangsfüllung aus Stickstoff oder aus einem anderen Inertgas aufweisen. Dadurch kann verhindert werden, dass sich beim Einströmen eines brennbaren Gases ein zündfähiges Gemisch bildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung weisen das Mitteldruckleitungssystem und der Zusatzbehälter einen Berstdruck auf, welcher höher ist als ein bei geschlossenem Tankabsperrventil durch Druckausgleich zwischen Hochdruckleitungssystem und Mitteldruckleitungssystem maximal erreichbarer Druck. Ein solcher maximal erreichbarer Druck kann sich beispielsweise ergeben, wenn die Tankabsperrventile geschlossen sind, das Hochdruckleitungssystem seinen maximalen oder vorgesehenen Druck hat und die entsprechende Gasmenge durch eine Fehlfunktion des Druckminderers in das Mitteldruckleitungssystem überströmt, wobei dann typischerweise auch der Zusatzbehälter zur Aufnahme des Gases zur Verfügung steht, was den Druck verringert. Durch die beschriebene Ausführung wird ein Bersten verhindert.
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Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffversorgungssystem wie hierin beschrieben und mit einem Energiewandler, welcher mit dem Brennstoffversorgungssystem zur Versorgung mit gasförmigem Brennstoff verbunden ist. Bezüglich des Brennstoffversorgungssystems kann auf alle hierin beschriebenen Varianten zurückgegriffen werden. Die bereits beschriebenen Vorteile können erreicht werden. Bei dem Energiewandler kann es sich beispielsweise um eine Brennstoffzelle, einen Brennstoffzellenstapel, um einen gasbetriebenen Verbrennungsmotor oder eine andere Brennkraftmaschine handeln.
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Der mindestens eine Energiewandler ist eingerichtet, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln, beispielsweise in elektrische Energie und/oder in Bewegungsenergie.
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Mit anderen Worten kann beispielsweise ein Zusatzbehälter vorgesehen sein, welcher beispielsweise über eine Berstscheibe mit dem Mitteldruckleitungssystem verbunden ist. Wenn ein Druckminderer versagt, dann fängt der Druck im Mitteldruckleitungssystem an, anzusteigen. Bei einem Grenzwert kann die Berstscheibe öffnen und das Volumen des Mitteldruckleitungssystem bzw. Mitteldruckbereichs wird schlagartig vergrößert. Dadurch strömt Gas in den Zusatzbehälter und der Druck im Mitteldruckleitungssystem sinkt. Dadurch wird die Zeit für Erkennung und Reaktion auf den Fehler erhöht. Es wird kein Gas an die Umgebung abgegeben. Das Volumen des Zusatzbehälters kann besser genutzt werden, weil es vom Umgebungsdruck bis zum maximal zulässigen Druck Gas aufnehmen kann. Ein maximal zulässiger Druck kann beispielsweise zwischen 20 barü und 30 barü liegen.
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Ein Zusatzbehälter kann insbesondere mit einer Berstscheibe und zusätzlich mit einem Überstromventil (auch als „Excessive Flow Valve“, EFV, bezeichnet) vor dem Druckminderer kombiniert werden. Das Überströmventil hilft insbesondere für den Fall „Druckregler versagt während des Fahrens“. In diesem Fall wird das Überstromventil nach dem Druckmindererausfall aktiviert und reduziert dann den Massenstrom, der vom Hochdruckleitungssystem in das Mitteldruckleitungssystem strömt. Dadurch wird die Gasmasse verringert, welche aus den Druckbehältern ausströmt, während die Tankventile noch offen sind. Dies führt dazu, dass das nötige Volumen des Zusatzbehälters kleiner wird.
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Eine initiale Befüllung des Zusatzbehälters kann beispielsweise mit Stickstoff bei Umgebungsdruck erfolgen. Dadurch wird die Gefahr eines zündfähigen Gemisches beim Öffnen der Berstscheibe eliminiert.
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Wenn ein Druckminderer versagt, dann kann der durchströmende Gasstrom bzw. Massenstrom beispielsweise bei Wasserstoff auf einen relativ großen Wert steigen, der beispielsweise größer ist als derjenige, welcher für den Betrieb spezifiziert ist, welcher beispielsweise bei 10 kg/h liegen kann. Beispielsweise kann er auf einen Wert von 20 kg/h steigen. Durch diese schlagartige Änderung wird das Überströmventil aktiviert. Dadurch limitiert es den Gasstrom beispielsweise auf einen relativ kleinen Wert von beispielsweise 0,5 g/s = 1,8 kg/h. Ein Steuergerät kann den Druckreglerdefekt am Drucksensorvorlauf im Hochdruck erkennen, beispielsweise im Hochdruckleitungssystem (Druckabfall) oder im Mitteldruckleitungssystem (Druckanstieg), und die Tankabsperrventile schließen. Dafür kann es beispielsweise 100 ms benötigen. Die Tankabsperrventile schließen beispielsweise innerhalb von maximal 0,5 s. Ab jetzt strömt kein weiteres Gas mehr aus den Druckbehältern in das Hochdruckleitungssystem. Es strömt jetzt nur noch eine kleine Gasmasse aus dem Hochdruckleitungssystem in das Mitteldruckleitungssystem, bis die Drücke denselben Wert erreicht haben.
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Ein Hauptvorteil der Kombination mit dem Überstromventil bzw. der Verwendung des Überstromventils ergibt sich durch die Verringerung des Massenstroms von beispielsweise 20 kg/h auf 1,8 kg/h, der über einen Zeitraum von zum Beispiel 0,6 s aus den Druckbehältern ausströmt.
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Das Zusatzvolumen kann beispielsweise so bemessen sein, dass der Enddruck im Mitteldruckleitungssystem - nach dem Ablauf des oben beschriebenen Vorgangs - nicht größer als der Berstdruck ist. Beispielsweise kann dieser zwischen 20 barü und 30 barü liegen.
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Während des gesamten Vorgangs kann noch eine gewisse Masse an Gas zu einem angeschlossenen Verbraucher hin strömen, solange dort ein primäres Absperrventil nicht geschlossen wurde. Diese Masse muss nicht in dem Zusatzbehälter aufgenommen werden. Aber auch wenn man annimmt, dass keine Gasmasse mehr zum Verbraucher abfließt, ergibt sich in typischen Situationen ein relativ kleines Volumen des Zusatzbehälters von beispielsweise 4 I.
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Das Überströmventil kann auch andere Positionen haben, zum Beispiel nach jedem Tankabsperrventil oder nach einem T-Stück, in dem jeweilige Massenströme vereint werden, bevor sie in einer Leitung gemeinsam weiterströmen.
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Durch die hier beschriebene Ausführung kann auch auf die Verwendung von Sicherheitsventilen verzichtet werden, welche typischerweise nur für wenige Schaltzyklen ausgelegt sind und somit hohe Kosten verursachen können. Auch sonst kann die Verwendung bewegter Teile vermieden bzw. verringert werden.
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Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1: ein Brennstoffversorgungssystem gemäß einem ersten Ausfüh ru ngsbeispiel,
- 2: ein Brennstoffversorgungssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 3: ein Brennstoffversorgungssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
- 4: ein Brennstoffversorgungssystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
- 5: ein Kraftfahrzeug.
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1 zeigt ein Brennstoffversorgungssystem 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Brennstoffversorgungssystem weist ein Hochdruckleitungssystem 12 und ein Mitteldruckleitungssystem 14 auf. Das Hochdruckleitungssystem 12 ist vom Mitteldruckleitungssystem 14 über einen Druckminderer 40 verbunden, welcher für einen konstanten bzw. maximalen Druck im Mitteldruckleitungssystem 14 sorgt. Das Mitteldruckleitungssystem 14 kann an einen Verbraucher angeschlossen werden, welchen es mit gasförmigem Brennstoff versorgen soll. Dies ist durch den nach rechts gerichteten Pfeil angezeigt.
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Das Brennstoffversorgungssystem 10 weist einen ersten Druckbehälter 20 und einen zweiten Druckbehälter 30 auf. In diesen kann gasförmiger Brennstoff unter hohem Druck, beispielsweise 700 bar oder mehr, gespeichert werden.
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Der erste Druckbehälter 20 ist über ein Tankabsperrventil 22 und eine erste Verbindungsleitung 24 mit einem Knotenpunkt 13 des Hochdruckleitungssystems 12 verbunden. Ebenso ist der zweite Druckbehälter 30 über ein zweites Tankabsperrventil 32 und eine zweite Verbindungsleitung 34 mit dem Verbindungsknoten 13 verbunden.
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Zwischen dem Verbindungsknoten 13 und dem Druckminderer 40 ist ein Steuerungselement in Form eines Überstromventils 60 verschaltet. Dieses begrenzt einen aus den Druckbehältern 20 zum Druckminderer 40 fließenden Gasstrom, wobei ein Schwellenwert vorgesehen ist, bei dessen Überschreiten das Überstromventil 60 auslöst und den danach noch zulässigen Gasstrom deutlich unter den sonst zulässigen Wert begrenzt.
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An dem Mitteldruckleitungssystem 14 ist ein Zusatzbehälter 50 angeschlossen. Dieser erweitert das insgesamt im Mitteldruckleitungssystem 14 zur Verfügung stehende Volumen.
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Durch die vorgesehenen Maßnahmen kann auf eine mögliche Fehlfunktion des Druckminderers 40 in vorteilhafter Weise reagiert werden. Sollte aufgrund einer solchen Fehlfunktion des Druckminderers 40 ein zu hoher Gasstrom von dem Hochdruckleitungssystem 12 in das Mitteldruckleitungssystem 14 strömen, so wird das Überstromventil 60 ausgelöst und der weitere Gasstrom wird deutlich begrenzt. Gleichzeitig steht der Zusatzbehälter 50 zur Verfügung, um eine etwaige Druckerhöhung abzumildern und somit dafür zu sorgen, dass das Mitteldruckleitungssystem 14 länger bzw. überhaupt unter einem Berstdruck bleibt. Die Fehlfunktion kann beispielsweise von einer nicht gezeigten Steuerungsvorrichtung erkannt werden und es kann vorgesehen sein, dass in diesem Fall die Tankabsperrventile 22, 32 geschlossen werden. Somit kann ein weiteres Ausströmen von Gas aus den Druckbehältern 20, 30 verhindert werden. Durch die vorgesehenen Maßnahmen, also insbesondere den Zusatzbehälter 50 und das Überstromventil 60, kann somit mehr Zeit zur Reaktion zur Verfügung gestellt werden und es kann insbesondere auch verhindert werden, dass der Druck im Mitteldruckleitungssystem 14 zu hoch wird bzw. zu schnell ansteigt.
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2 zeigt ein Brennstoffversorgungssystem 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist dabei nicht nur ein Überstromventil 60 vorgesehen, sondern es sind vielmehr zwei Überstromventile 60 vorgesehen, welche jeweils zwischen einem der Tankabsperrventile 22, 32 und dem Verbindungsknoten 13 angeordnet sind. Somit ist letztlich jedem der Druckbehälter 20, 30 ein eigenes Überstromventil 60 zugeordnet. Bezüglich der damit erreichbaren Funktionalität und der sonstigen Komponenten sei auf die Beschreibung von 1 verwiesen, welche hier entsprechend gilt.
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3 zeigt ein Brennstoffversorgungssystem 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Dabei ist kein Überstromventil vorhanden, sondern es ist vielmehr ein Berstelement in Form einer Berstscheibe 70 zwischen dem Mitteldruckleitungssystem 14 und dem Zusatzbehälter 50 vorhanden. Die Berstscheibe 70 bildet hier das Steuerungselement. Der Zusatzbehälter 50 ist dabei vorliegend mit einer Ausgangsfüllung in Form von unter Atmosphärendruck stehendem Stickstoff gefüllt. Dies führt dazu, dass die vom Zusatzbehälter 50 aufnehmbare Gasmenge größer wird, ohne dass das Volumen des Zusatzbehälters 50 vergrößert werden muss, da der Zusatzbehälter für den Fall einer Fehlfunktion nicht schon den im Mitteldruckleitungssystem 14 vorherrschenden Druck, sondern einen deutlich geringeren Druck hat. Durch die Verwendung von Stickstoff oder einem anderen Inertgas kann der Ausbildung eines zündfähigen Gemisches vorgebeugt werden.
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4 zeigt ein Brennstoffversorgungssystem 10 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Dabei sind sowohl ein Überströmventil 60 wie auch eine Berstscheibe 70 vorgesehen, d.h. es werden die Ausführungen des ersten Ausführungsbeispiels und des dritten Ausführungsbeispiels kombiniert. Die jeweiligen vorteilhaften Effekte könnten dabei auch kombiniert werden, so dass eine besonders vorteilhafte Reaktion auf eine Fehlfunktion des Druckminderers 40 erfolgen kann. Beispielsweise kann durch das Vorsehen des Überströmventils 60 im Vergleich zum dritten Ausführungsbeispiel das im Zusatzbehälter 50 notwendige Volumen weiter verkleinert werden.
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Es sei erwähnt, dass beispielsweise auch die Ausführungen der zweiten und dritten Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, dass also in Abwandlung zur Ausführung gemäß 4 auch jedem Druckbehälter 20, 30 ein eigenes Überströmventil 60 zugeordnet sein kann.
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5 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer rein schematischen Darstellung. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Brennstoffversorgungssystem 10 gemäß einem der gezeigten Ausführungsbeispiele auf. Es weist ferner einen Energiewandler 5 auf, welcher vorliegend in Form einer Brennstoffzelle ausgebildet ist. Das Brennstoffversorgungssystem 10 ist mit dem Energiewandler 5 fluidisch verbunden, so dass der Energiewandler 5 von dem Brennstoffversorgungssystem 10 mit gasförmigem Brennstoff versorgt werden kann. Dabei können die bereits beschriebenen Vorteile erreicht werden.
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Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter, die/eine Berstscheibe etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter, die mindestens eine Berstscheibe, etc.).
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Der Begriff „im Wesentlichen“ umfasst im Kontext der hier offenbarten Technologie jeweils die genaue Eigenschaft bzw. den genauen Wert (z.B. „Behälterdruck“) sowie jeweils für die Funktion der Eigenschaft des Wertes unerhebliche Abweichungen (z.B. „tolerierbare Abweichung vom Behälterdruck“).
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Kraftfahrzeug
- 5:
- Energiewandler
- 10:
- Brennstoffversorgungssystem
- 12:
- Hochdruckleitungssystem
- 13:
- Knotenpunkt
- 14:
- Mitteldruckleitungssystem
- 20:
- erster Druckbehälter
- 22:
- erstes Tankabsperrventil
- 24:
- erste Verbindungsleitung
- 30:
- zweiter Druckbehälter
- 32:
- zweites Tankabsperrventil
- 34:
- zweite Verbindungsleitung
- 40:
- Druckminderer
- 50:
- Zusatzbehälter
- 60:
- Überstromventil
- 70:
- Berstscheibe