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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Derartige Vorrichtungen, welche typischerweise einen oder mehrere Druckgasbehälter umfassen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die Druckgasbehälter dienen dabei zur Bevorratung von Gasen unter hohem Druck. Insbesondere können sie zur Speicherung von komprimiertem Erdgas als Treibstoff für Kraftfahrzeuge oder auch zum Speichern von Wasserstoff, beispielsweise als Brennstoff für mit Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen angetriebene Fahrzeuge, eingesetzt werden. Insbesondere bei der Speicherung von Wasserstoff sind dabei Nenndrücke in der Größenordnung von 370 bzw. 700 bar üblich, um die vergleichsweise geringe Energiedichte über einen hohen Druck und damit eine Erhöhung der Speicherdichte entsprechend auszugleichen.
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Beispielsweise für den Fall eines Unfalls oder eines Brandes in einem mit einer solchen Vorrichtung mit Druckgasspeichern versehenen Fahrzeug, prinzipiell jedoch auch für außerhalb von Fahrzeugen eingesetzte Vorrichtungen, ist es dabei allgemein bekannt und üblich, dass die Vorrichtungen wenigstens ein Sicherheitsventil aufweisen, über welches im Bedarfsfall das unter hohem Druck gespeicherte Gas abgeblasen werden kann.
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So beschreibt beispielsweise die
DE 199 11 530 A1 ein Sicherheitsventil für eine derartige Vorrichtung mit einem Druckgasbehälter. Das dort beschriebene Sicherheitsventil ist mittlerweile allgemein bekannt und üblich. Es besteht im Wesentlichen aus einem Berstkörper, welcher beispielsweise in Form einer Glasampulle ausgebildet sein kann. Diese Glasampulle ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Der Berstkörper hält dabei ein Verschlusselement dichtend in einer ersten Position in einer Öffnung des Sicherheitsventils zur Druckentlastung des Druckgasbehälters. Kommt es nun zu einer thermischen Überhitzung im Bereich des Sicherheitsventils bzw. des Berstkörpers, so wird dieser durch den in seinem Inneren schnell ansteigenden Innendruck zerstört. Er gibt dann den von ihm gehaltenen Verschlusskörper frei, welcher von dem Innendruck in dem Druckgasbehälter aus der Leitung, welche er verschlossen hatte, bewegt wird. Das in dem Druckgasbehälter gespeicherte Gas kann dann über das Sicherheitsventil zur Druckentlastung abströmen, bevor die Vorrichtung eine potenzielle Explosionsgefahr darstellt.
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Um der Problematik entgegenzuwirken, dass eine Erwärmung beispielsweise am anderen Ende der Vorrichtung auftritt, als der Berstkörper angeordnet ist, gibt es verschiedene Möglichkeiten für eine Art „Fernauslösung” des Sicherheitsventils. Beispielhaft soll dazu auf die
DE 10 2006 009 537 B3 verwiesen werden. In diesem Fall enthält ein Druckgasbehälter ein Sicherheitsventil, welches mit einem entsprechenden Druck vorgespannt ist, um es geschlossen zu halten. Der Druck liegt dann an einem Leitungselement, insbesondere einem Hochdruckschlauch an, welcher diesen Druck durch ein darin eingeschlossenes Medium hält. Im Bereich des Hochdruckschlauchs können dann mehrere thermische Auslöseeinheiten angeordnet werden, welche ihrerseits beispielsweise wiederum einen Berstkörper aufweisen. Kommt es nun im Bereich dieser Auslöseeinheiten zu einem Temperaturanstieg, welcher für die Vorrichtung kritisch ist, so wird derjenige Berstkörper zerspringen und in der oben genannten Art das Medium aus dem Hochdruckschlauch freigeben. Dieses strömt an die Umgebung und gibt damit durch die Entlastung des Sicherheitsventils dieses frei, sodass das in dem Druckgasbehälter gespeicherte Gas an die Umgebung abgeblasen wird. Weitere Aufbauten dieser Art über andere Auslösemechanismen wie beispielsweise durch Sensoren oder eine aktive Elektronik angesteuerte Auslösemechanismen für Sicherheitsventile an Vorrichtungen zum Speichern von Gas unter hohem Druck sind aus dem weiteren Stand der Technik allgemein bekannt.
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Hinsichtlich des weiteren allgemeinen Standes der Technik soll außerdem auf die
DE 10 2010 048 349 A1 verwiesen werden. In dieser Schrift ist beschrieben, dass ein Airbag in einem Fahrzeug eine für das jeweilige Fahrzeug spezifische Farbgebung aufweisen kann.
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So kann beispielsweise über eine geeignete Farbe des Airbags angezeigt werden, ob es sich bei dem Fahrzeug um ein Fahrzeug mit herkömmlichem Antrieb über einen Verbrennungsmotor handelt, oder ab das Fahrzeug als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Auch die Möglichkeit über eine weitere Farbe ein mit Wasserstoff betanktes Fahrzeug bzw. ein Brennstoffzellenfahrzeug mit Wasserstofftank anzuzeigen, ist im Prinzip gemäß dieser Schrift denkbar. Der Vorteil liegt darin, dass für Rettungskräfte bei ausgelöstem Airbag durch die Farbe des Airbags sofort ersichtlich ist, welche Antriebsart in dem Fahrzeug verbaut ist, sodass eventuelle Risiken und Gefahren, wie beispielsweise elektrische Gefahren aufgrund von stromführenden Leitungen und Bauelementen, sehr viel besser eingeschätzt werden können, wodurch eine Rettung von Verletzten bei gleichzeitiger hoher Sicherheit für die Rettungskräfte ermöglicht wird.
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Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik in Form der
JP 2007 155 027 A ist es außerdem bekannt, dass bei einem Wasserstofftank im Bereich einer Abblasleitung des Sicherheitsventils ein Element eingesetzt wird, welches beim Abblasen von Gas aus der ein akustisches Signal ertönen lässt. Über ein solches akustisches Signal, beispielsweise ein schrilles Pfeifen oder dergleichen, kann Rettungskräfte dann vor der Gefahr des gerade abströmenden Gases gewarnt werden.
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Die Problematik besteht nun insbesondere darin, dass es für Rettungskräfte im Falle eines Unfalls bei einem Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck, ebenso wie bei derartigen Vorrichtungen, welche im stationären Bereich angeordnet sind, nicht unbedingt ersichtlich ist, ob das Gas aus der Vorrichtung bereits abgeblasen worden ist, ob also das Sicherheitsventil angesprochen hat. Der in der JP-Schrift beschriebene Aufbau versucht hier eine Verbesserung zu erzielen, diese ist jedoch nur im Augenblick des Abblasens selbst wirksam, sodass beispielsweise über eine Befragung von Zeugen zu einem späteren Zeitpunkt zuerst festgestellt werden müsste, ob das Signal ertönt ist oder nicht. Erst dann kann, die Zuverlässigkeit der Zeugen vorausgesetzt, festgestellt werden, ob noch Druck in der Vorrichtung vorhanden ist und von dieser weiterhin eine potenzielle Explosionsgefahr für die Rettungskräfte ausgeht.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Speichern von Gas unter hohem Druck anzugeben, welche diese Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung im Anspruch 10 angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nun so, dass ein Signalstoff in der Vorrichtung angeordnet ist, welcher sich beim Abblasen von Gas in die Umgebung des Sicherheitsventils verteilt. Ein solcher Signalstoff kann beispielsweise ein Farbstoff oder eine Ansammlung von Partikeln, Plättchen oder Flitter sein. Dieser Signalstoff verteilt sich beim Ansprechen des Sicherheitsventils bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Umgebung. Bei einem Fahrzeug liegt der Signalstoff dann beispielsweise in der Umgebung des Fahrzeugs vor. Wird ein Farbstoff eingesetzt, ähnlich dem roten Farbstoff, welcher zum Schutz von Geldkassetten verwendet wird, dann tritt eine intensive Rotfärbung des Unfallfahrzeugs und seiner Umgebung auf. Beim Eintreffen von Rettungskräften ist dann sofort anhand der Rotfärbung ersichtlich, dass die Vorrichtung zum Speichern von Gasen unter hohem Druck nicht mehr unter Druck steht, da das Sicherheitsventil angesprochen hat. Dies erlaubt den Rettungskräften eine sehr gute Einschätzung ihrer eigenen Gefährdung und ermöglicht dadurch sehr schnelle und effiziente Rettungsmaßnahmen.
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In einer sehr einfachen und günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es dabei vorgesehen sein, dass der Signalstoff durch das abgeblasene Gas in der Umgebung verteilt wird. Dies ist besonders einfach. Über das ohnehin abgeblasene Gas wird der Signalstoff effizient in die Umgebung verteilt wird.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Signalstoff über einen Treibsatz in der Umgebung verteilt wird. Ein solcher Treibsatz kann beispielsweise ein Druckgasspeicher oder eine Pyroladung sein, welche nach dem Auslösen des Sicherheitsventils den Signalstoff verteilt.
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Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass der Treibsatz ab einem vorgegebenen Druck in dem wenigstens einen Druckgasspeicher auslöst. Der Treibsatz kann beispielsweise druckgesteuert durch direkte Kopplung – typischerweise über federbelastete Zwischenelemente – oder auch über eine geeignete Sensorik ausgelöst werden. Hierdurch kann als besonderer Vorteil erreicht werden, dass der Signalstoff lediglich dann in der Umgebung verteilt wird, wenn ein vorgegebener Druck in der Vorrichtung bzw. ihrem wenigstens einen Druckgasbehälter unterschritten ist. Hierdurch kann sehr sicher und zuverlässig garantiert werden, dass der Druck in der Vorrichtung abgebaut ist, während bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform im Prinzip noch die Restgefahr besteht, dass beispielsweise nach dem Abblasen eines Teils des Gases die Vorrichtung beispielsweise durch Crasheinwirkung oder dergleichen so verformt wird, dass Restgase unter hohem Druck in ihr gespeichert blieben.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dabei ferner vorgesehen, dass der Signalstoff feuerfest ist. Ein solcher feuerfester Signalstoff, also ein Signalstoff, welcher seine Signalisierungswirkung auch bei der Einwirkung von Feuer nicht verliert, ist von besonderem Vorteil, um beispielsweise bei einem Unfall mit Feuerentwicklung auch während oder nach dem Feuer sicher und zuverlässig erkennbar zu machen, dass der Druck in der Vorrichtung abgebaut ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Speichern von Gasen unter hohem Druck ermöglicht insbesondere im Falle eines Unfalls oder eines sonstigen Schad-Ereignisses eine höhere Sicherheit für herbeieilender Rettungskräfte, welche sich aufgrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst einer weitaus geringeren Gefahr bei der Rettung beispielsweise von Verletzten aussetzen müssen, als bei herkömmlichen Anwendungen. Die besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt deshalb im Bereich eines Fahrzeugs, in welchem die Vorrichtung zum Speichern von Gas als Treibstoff eingesetzt wird. Insbesondere bei Fahrzeugen ist die Gefahr eines Unfalls grundsätzlich nicht auszuschließen und für herbeieilende Rettungskräfte besteht eine vergleichsweise hohe Gefährdung, da für diese einerseits nicht klar ist, um welchen Fahrzeugtyp es sich handelt und andererseits unklar ist, ob von der Vorrichtung weiterhin eine Gefahr ausgeht, weil diese das in ihr enthaltene Gas noch nicht abgeblasen ist.
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In einer besonders günstigen Weiterbildung dieser Verwendung ist es dabei ferner vorgesehen, dass der Signalstoff eine die Antriebsart des Fahrzeugs und/oder die Art des gespeicherten Gases signalisierende Farbgebung aufweist. Eine solche Farbgebung, welche beispielsweise anzeigt, dass es sich um ein Brennstoffzellenfahrzeug mit Wasserstoff, welcher in der Vorrichtung gespeichert ist, handelt, kann für die herbeieilenden Rettungskräfte von besonderem Wert sein. Insbesondere in Kombination mit dem eingangs geschilderten Stand der Technik, bei welchem die Airbags entsprechend der Antriebsart des Fahrzeugs eingefärbt werden, kann so ein schlüssiges Sicherheitskonzept bereitgestellt werden, bei welchem insbesondere die Farbe der ausgelösten Airbags und die Farbe des Farbstoffs oder der Partikel, Flitter oder Plättchen, welche als Signalstoff dienen, entsprechend aufeinander abgestimmt ist, sodass aus dem Signalstoff an sich zu ersehen ist, dass die Vorrichtung das in ihr befindliche Gas abgeblasen hat und zusätzlich aus der Farbgebung zu erkennen ist, ob es sich um ein Brennstoffzellenfahrzeug mit den entsprechenden elektrischen Einrichtungen, oder beispielsweise um ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor für komprimiertes Erdgas oder Wasserstoff handelt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie der Verwendung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 ein beispielhaft angedeutetes Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Speichern von Wasserstoff unter hohem Druck;
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2 eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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3 eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Fahrzeug 1 angedeutet, welches über eine Brennstoffzelle 2 mit elektrischer Antriebsleistung versorgt wird. Die Brennstoffzelle 2 umfasst dabei einen Kathodenbereich 3, welchem Luft als Sauerstofflieferant zugeführt wird, sowie einen Anodenbereich 4, welchem Wasserstoff aus einer Vorrichtung 5 zum Speichern von Wasserstoff unter hohem Druck zugeführt wird. Beispielhaft für die gesamte Vorrichtung 5, welche typischerweise aus diversen Verrohrungen, Ventileinrichtungen, einem Tankanschluss sowie einem oder mehreren Druckgasbehältern ausgebildet ist, ist in der Darstellung der 1 lediglich einer der Druckgasbehälter 6 angedeutet. Dieser ist über eine Wasserstoffleitung 7 mit dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 2 verbunden, wobei hier in typischerweise Druckregel- und Dosiereinheiten und dergleichen angeordnet sind. Die Brennstoffzelle 2 liefert dabei elektrische Leistung, welche über eine Leistungselektronik 8 entsprechend aufbereitet und an einen prinzipmäßig angedeuteten Fahrmotor 9 weitergegeben wird, welcher dann zum Antrieb des Fahrzeugs 1 dient.
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Nun ist es so, dass insbesondere bei der Speicherung von Wasserstoff in der Vorrichtung 5 bzw. ihrem wenigstens einen Druckgasbehälter 6 Nenndrücke in der Größenordnung von 700 bar mittlerweile allgemein bekannt und üblich sind, wobei auch höhere Druckniveaus bereits angedacht sind. Im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs 1 geht nun von einer solchen Vorrichtung 5 bzw. ihren Druckgasbehältern 6 eine erhebliche Gefahr aus, beispielsweise wenn die Vorrichtung 5 beschädigt und/oder über einen Brand sehr stark erwärmt wird. Im schlimmsten Fall kann es zu einer Explosion kommen. Dies stellt sowohl für die Insassen des Fahrzeugs, insbesondere jedoch auch für Rettungskräfte, welche im Falle eines Unfalls des Fahrzeugs 1 herbeieilen, um den gegebenenfalls verletzten Insassen zu helfen, eine erhebliche Gefahr dar.
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Um dieser prinzipiellen Gefahr entgegenzuwirken ist es allgemein bekannt und üblich, dass in der Vorrichtung 5 bzw. im Bereich der Druckgasbehälter 6 Sicherheitsventile 10 angeordnet sind. In der Darstellung eines einzelnen Druckgasbehälters 6 in 2 weist dieser an seinem einen Ende einen Anschlussstutzen 11 auf, welcher mit der Wasserstoffleitung 7 in Verbindung steht. Im Bereich dieses Anschlussstutzens 11 ist in an sich bekannter Art und Weise das angesprochene Sicherheitsventil 10 angeordnet. Dieses ist mit einer Abblasleitung 12 verbunden, welche dafür sorgt, dass im Falle des Ansprechens des Sicherheitsventils der Wasserstoff gezielt abgeblasen wird, beispielsweise in einen Dachbereich des Fahrzeugs 1, um von hier schnellstmöglich aus der Zone zu gelangen, in welcher die Passagiere sind, um so die Brandgefahr bzw. Explosionsgefahr, falls sich zündfähige Gemische bilden sollten, zu verringern. Die Abblasleitung 12 kann dabei mit einem oder falls vorhanden mit mehreren Druckgasspeichern 6 der Vorrichtung 5 in Verbindung stehen.
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Um nun insbesondere die Gefahr für Rettungskräfte, welche zu einem Unfall kommen, zu verringern, ist es in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass im Bereich der Abblasleitung 12 ein Signalstoff 13 angeordnet ist. Kommt es zu einem Ansprechen des Sicherheitsventils 10, dann strömt Wasserstoff unter hohem Druck durch die Abblasleitung 12 in die Umgebung, wie es in 2 durch die am Ende der Abblasleitung 12 angeordneten Pfeile angedeutet ist. Der unter hohem Druck in die Umgebung abgeblasene Wasserstoff reißt dabei den Signalstoff 13 mit und verteilt diesen in der Umgebung des Fahrzeugs 1, insbesondere in der Umgebung des Endes der Abblasleitung. Bei dem Signalstoff 13 kann es sich beispielsweise um ein Farbpulver handeln, welches vorzugsweise auf der Basis von keramischen oder oxidischen Materialien ausgebildet ist. Ergänzend oder alternativ dazu können auch Partikel, Flitter, Plättchen oder dergleichen vorgesehen sein, welche vorzugsweise aus metallischen Werkstoffen ausgebildet sind. Der Signalstoff 13 sollte dabei ungiftig sein, um eine Gefährdung von Personen und Umwelt durch den Signalstoff auszuschließen. Gleichzeitig sollte er so dauerhaft sein, dass er auch bei widrigen Bedingungen wie beispielsweise Wind oder Regen in der Umgebung des Fahrzeugs verbleibt, sodass herbeieilende Rettungskräfte sofort sehen können, dass der Druck in der Vorrichtung 5 bereits abgebaut ist, und sie sich dem Fahrzeug 1 ohne Gefahr für sich selbst nähern können. Da häufig eine Erwärmung der Vorrichtung 5, welche zu einem Auslösen des Sicherheitsventils 10 führt, mit einem Brand einhergeht, sollte der Signalstoff außerdem feuerfest sein, sodass die Signalisierungswirkung durch das Feuer nicht verloren geht, sondern auch während und nach einem Brand weiterhin beispielsweise aufgrund der Farbe oder der in der Umgebung des Fahrzeugs 1 verstreut liegenden Metallflitter, Plättchen oder Teilchen sofort zu erkennen ist, dass der Druck in der Vorrichtung 5 abgebaut ist. Außerdem sollte der Signalstoff 13 selbstverständlich so ausgebildet sein, dass er auch bei starkem Wind nicht gänzlich fortgerissen wird und hierdurch eindeutig dem Fahrzeug 1, in welchem er die Auslösung der Vorrichtung 5 anzeigt, zuordenbar ist. Dies ist insbesondere bei einem Unfall mit mehreren derartigen Fahrzeugen 1 entscheidend, sodass der Signalstoff nicht versehentlich dem falschen Fahrzeug zugeordnet wird und hierdurch wieder eine Gefährdung der Rettungskräfte entsteht.
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Neben der hier beschriebenen sehr einfachen Variante, bei welcher der Signalstoff 13 in der Abblasleitung 12 angeordnet ist und durch den abströmenden Wasserstoff in die Umgebung verteilt wird, ist es im Prinzip auch denkbar, dies über einen Treibsatz 14 vorzunehmen, welcher in der Darstellung der 3 prinzipmäßig angedeutet ist. Der Treibsatz 14 ist dabei in einem Rohrende 15 wiederum unterhalb des Signalstoffs 13 angeordnet. Wird der Treibsatz 14 ausgelöst, dann schießt er den Signalstoff 13 aus dem Rohrende 15 und verteilt diesen ähnlich in der Umgebung, wie der Wasserstoff, welcher durch die Abblasleitung 12 abgeblasen wird. Die Auslösung des Treibsatzes 14 lässt sich nun in verschiedenen Arten realisieren. Der Treibsatz 14 kann beispielsweise ein Druckgasspeicher sein, welcher so ausgestaltet ist und/oder so mit dem Sicherheitsventil 10 in Verbindung steht, dass er ausgelöst wird, sobald ein Druckwert im Bereich des Druckgasbehälters 6 der Vorrichtung 5 unterschritten wird, sodass eine Auslösung lediglich dann erfolgt, wenn der Druck in der Vorrichtung 5 auch sicher und zuverlässig abgebaut ist. Vergleichbares lässt sich beispielsweise auch über einen Drucksensor 16, wie er in der Darstellung der 3 angedeutet ist, erzielen. Neben der Ausgestaltung des Treibsatzes 14 als Druckgasspeicher wäre auch die Ausgestaltung als Pyroladung denkbar, welche beispielsweise durch den Drucksensor 16 entsprechend ausgelöst wird.
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Alles in allem ermöglicht der Einsatz des Signalmittels 13 in der Vorrichtung 5 dabei eine erhöhte Sicherheit insbesondere für Rettungskräfte. Hierdurch wird die medizinische Versorgung von Verletzten oder ihre Bergung typischerweise verbessert, da die Rettungskräfte agieren können, ohne auf eine eigene Gefährdung zu achten, was beispielsweise bei Fahrzeugen 1, welche mit herkömmlichen Vorrichtungen 5 zur Speicherung von Gas unter hohem Druck ausgestattet sind, der Fall wäre. Hierdurch müssten nachteilige Verzögerungen in Kauf genommen werden, da die Sicherheit der Rettungskräfte in jedem Fall gewährleistet bleiben muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19911530 A1 [0004]
- DE 102006009537 B3 [0005]
- DE 102010048349 A1 [0006]
- JP 2007155027 A [0008]
