DE102015222777A1 - Kraftfahrzeug mit Ausströmöffnungen für Brennstoff und Verfahren zum Ablassen von Brennstoff - Google Patents

Kraftfahrzeug mit Ausströmöffnungen für Brennstoff und Verfahren zum Ablassen von Brennstoff Download PDF

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug 10 mit: mindestens einer Ausströmöffnung 3 sowie ein Verfahren zum Abblasen von Brennstoff aus einem Kraftfahrzeug 10. Das Verfahren umfasst den Schritt: Ablassen von Brennstoff in die Umgebungsluft 1 aus einem brennstoffführenden Bereich 2 des Kraftfahrzeugs 10 durch mehrere Ausströmöffnungen 3.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug mit Ausström-öffnungen für Brennstoff und ein Verfahren zum Ablassen von Brennstoff.
  • Kraftfahrzeuge mit kryogenen Druckbehältersystemen (werden auch „CcH2-Systeme” genannt) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Kryogene Druckbehältersysteme werden bspw. für Kraftfahrzeuge eingesetzt, in denen ein unter Umgebungsbedingungen gasförmiger Kraftstoff bzw. Brennstoff tiefkalt und somit im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand gespeichert wird. Ein Druckbehälter eines solchen Systems umfasst einen Innenbehälter sowie einen diesen unter Bildung eines superisolierten (z. B. evakuierten) (Zwischen)Raumes umgebenden Außenbehälter. Es sind daher hochwirksame Isolationshüllen (z. B. Vakuumhüllen) vorgesehen. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 einen solchen Druckbehälter.
  • Trotz guter thermischer Isolation erwärmt sich der gespeicherte Brennstoff langsam. Dabei steigt zeitgleich der Druck im Druckbehälter langsam an. Wird ein Grenzdruck überschritten, so muss der Brennstoff über geeignete Sicherheitseinrichtungen entweichen, um eine Schädigung des kryogenen Druckbehälters zu vermeiden, was auch als Abblasen von Blow-Off-Gas bezeichnet werden kann. Hierzu werden druckbetätigte Entlastungsventile eingesetzt, die ein schrittweises Entweichen des Mediums erlauben. Den Entlastungsventilen nachgeschaltet kann beispielsweise ein sogenanntes Blow-Off Management-System bzw. Boil-Off-Management-System (nachstehend: BMS) zum Einsatz kommen. Ein BMS kann einen katalytischen Konverter bzw. Katalysator aufweisen, der Brennstoff (beispielsweise Wasserstoff) mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft umsetzen (im Fall von Wasserstoff ist das Reaktionsprodukt Wasser).
  • Ein solches Blow-Off-Management-System ist relativ aufwendig und benötigt einen relativ teuren Katalysator mit Edelmetallen. Der Brennstoff, z. B. Wasserstoff, darf andererseits auch nicht direkt in die Umgebungsluft geleitet werden, da sonst lokal die Zündfähigkeitsgrenze (z. B. 4 Vol-% Wasserstoff in Luft) überschritten werden könnte und es dann zu ”Jetflammen” kommen könnte, also zum Brand von kontinuierlich ausströmenden Brennstoff, ähnlich wie bei einem Gasbrenner.
  • Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Der hier offenbarten Technologie liegt die Überlegung zugrunde, dass ein ausreichend vermischtes Wasserstoff-Luft-Gemisch sich unter Umgebungsbedingungen nicht wieder entmischt. Folglich kann Brennstoff ohne katalytische Umsetzung entsorgt werden, wenn für eine ausreichende und prozesssichere Vermischung von Brennstoff und Luft Sorge getragen wird.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug, bevorzugt ein mit einem Brennstoffzellensystem angetriebenes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug umfasst mindestens eine Ausströmöffnung, die ausgebildet ist, Brennstoff aus einem brennstoffführenden Bereich des Kraftfahrzeugs in die Umgebungsluft abzulassen.
  • Der brennstoffführende Bereich ist insbesondere ein Bereich, in dem sich Brennstoff ansammelt, bevorzugt ein Bereich, in dem Brennstoff geführt und/oder gespeichert wird, bevorzugt die brennstoffführenden Komponenten des Druckbehältersystems und/oder des Brennstoffzellensystems.
  • Die Umgebungsluft ist dabei die Luft, die das Kraftfahrzeug umgibt. Nicht zur Umgebungsluft zählt dabei die im Innenraum bzw. im brennstoffführenden Bereich eventuell vorhandene Luft. Als Umgebungsluft wird also insbesondere nicht die Abluft aus der Kathode und/oder Anode der Brennstoffzelle angesehen. Zweckmäßig wird die mindestens eine Ausströmöffnung von aus der externen Fahrzeugumgebung angesaugter Umgebungsluft umströmt.
  • Bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug mehrere Ausströmöffnungen, die ausgebildet sind, Brennstoff aus einem brennstoffführenden Bereich des Kraftfahrzeugs in die Umgebungsluft abzulassen.
  • Die mindestens eine, bevorzugt mehreren, Ausströmöffnung(en) können derart ausgebildet sein, dass sie den Brennstoffmassenstrom limitieren, der aus jeder der Ausströmöffnungen entweichen kann. Der maximale Brennstoffmassenstrom kann insbesondere so gewählt sein, dass der maximale Brennstoffmassenstrom in die Umgebungsluft unterhalb des Brennstoffmassenstromgrenzwertes liegt, der eine Brennstoffflamme erhalten und/oder entstehen lassen kann. Der Brennstoffmassenstromgrenzwert gibt also den minimalen Massenstrom an, der für den Erhalt oder für das Entstehen einer Brennstoffflamme notwendig ist („fame quenching limit”). Falls Wasserstoff als Brennstoff eingesetzt wird, kann die mindestens eine Ausströmöffnung derart ausgebildet sein, dass ein maximaler Wasserstoffmassenstrom von weniger als 0,028 mg/s, bevorzugt weniger als 0,005 mg/s und besonders bevorzugt weniger als 0,003 mg/s aus jeder der mindestens einen Ausströmöffnung entweichen kann. Liegt der Massenstrom an Wasserstoff in die Umgebungsluft unter diesen Wert, so kann auch unter idealen Bedingungen keine Wasserstoffflamme mehr erhalten werden bzw. entstehen. Dies ist in der wissenschaftlichen Literatur bekannt und beispielsweise im folgenden Artikel beschrieben:
    Butler, M., Axelbaum, R., Moran, C., and Sunderland, P., "Flame Quenching Limits of Hydrogen Leaks," SAE Int. J. Passeng. Cars-Mech. Syst. 1(1): 605–612, 2009, doi: 10.4271/2008-01-0726. Die einzelnen Ausströmöffnungen können jeweils derart beabstandet voneinander angeordnet sein, dass der Brennstoff aus benachbarten Ausströmöffnungen keine gemeinsame Brennstoffflamme ausbildet.
  • Die mindestens eine Ausströmöffnung kann von mindestens einer wasserstoffpermeablen Membran ausgebildet werden. Bevorzugt ist die Membran wasserstoffpermeabel und wasserdicht. Beispielsweise kann ein Stoffmaterial eingesetzt werden, das wasserdicht und wasserstoffdurchlässig ist.
  • An der mindestens einen Ausströmöffnung kann ein Ventil vorgesehen sein. Das mindestens eine Ventil kann ausgebildet sein, das Ausströmen von Brennstoff zu steuern oder zu regeln. Bevorzugt ist das Ventil ein passives Ventil, insbesondere rein mechanisches Ventil. Das mindestens eine Ventil kann den Brennstoff zweckmäßig in die Umgebung ablassen, wenn ein Druckgrenzwert im brennstoffführenden Bereich überschritten wird. Das mindestens eine Ventil kann insbesondere als Rückschlagventil ausgebildet sein, das einen Rückstrom von Brennstoff und das Eindringen von Umgebungsluft in einen brennstoffführenden Bereich unterbindet. Das Ventil kann beispielsweise eine elastische Schicht umfassen. Die elastische Schicht kann ausgebildet sein, die mindestens eine Ausströmöffnung freizugeben, wenn der Druck im brennstoffführenden Bereich den Druckgrenzwert übersteigt. Beispielsweise können in der elastischen Schicht Perforationen bzw. Löcher vorgesehen sein, die bei Atmosphärendruck verschlossen sind, und die sich ab dem Druckgrenzwert, z. B. 1,5 barü (also 1,5 bar Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), bevorzugt 0,5 barü und besonders bevorzugt 0,1 barü, öffnen.
  • Die mindestens eine Ausströmöffnung und/oder das mindestens eine Ventil können zumindest bereichsweise an der Fahrzeugaußenhaut bzw. an der Außenkontur des Kraftfahrzeuges vorgesehen sein, insbesondere in einem Bereich der Außenkontur, der in vertikaler Richtung nicht oder nur in einem geringem Maß von einer weiteren Komponente verdeckt wird. Besonders bevorzugt sind die mindestens eine Ausströmöffnung und/oder das mindestens eine Ventil am Fahrzeugdach, an der Motorhaube, an der Kofferraumabdeckung, an einem Heckspoiler, und/oder an einem Front- bzw. Heckflügel vorgesehen. Vorteilhaft kann somit der Brennstoff schnell und sicher aus dem Kraftfahrzeug entweichen, ohne dass sich an weiteren Fahrzeugkomponenten Brenngas ansammelt. Die mindestens eine Ausströmöffnung und/oder das mindestens eine Ventil können zur Fahrzeugumgebung hin freiliegend ausgebildet sein. Ferner kann eine Abdeckung zum Sichtschutz und/oder Witterungsschutz vorgesehen sein, wobei dann bevorzugt die hier offenbarte Vorrichtung zur Steigerung der Strömungsrate der Umgebungsluft an der mindestens einen Ausströmöffnung ebenfalls vorhanden sein kann.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Steigerung der Strömungsrate der Umgebungsluft an der mindestens einen Ausströmöffnung. Die Vorrichtung zur Steigerung der Strömungsrate kann insbesondere ausgebildet sein, an der mindestens einen Ausströmöffnung während einer inaktiven Phase des Kraftfahrzeuges eine Strömung der Umgebungsluft zu erzeugen, bevorzugt eine turbulente Strömung. Unter dem Begriff „inaktive Phase des Kraftfahrzeuges” ist eine Phase der Nichtbenutzung anzusehen, insbesondere ein längeres Zeitintervall, während dessen das Kraftfahrzeug vom Fahrzeugführer aktiv keine Anweisung erhält, die das Betreiben der Brennstoffzelle erfordert. Eine inaktive Phase des Kraftfahrzeuges ist beispielsweise das Parken des Kraftfahrzeuges, insbesondere über einen längeren Zeitraum. Mit anderen Worten ist eine inaktive Phase des Kraftfahrzeuges eine Phase, in der keine Fahrzeugkomponente – außer den Komponenten des Brennstoffzellensystems einschließlich des kryogenen Druckbehältersystems – Energie von der Brennstoffzelle aktiv anfordert.
  • Anders ausgedrückt handelt es dabei um Phasen, in denen das Brennstoffzellensystem mit Blick auf andere elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeuges ausgeschaltet bleiben könnte, wenn nicht abzulassender Brennstoff zu entsorgen wäre. Gemeint sind insbesondere nicht-fahrende Betriebszustände des Kraftfahrzeuges. Das hier offenbarte Kraftfahrzeug umfasst ferner eine Steuerung, die ausgebildet ist, die Vorrichtung im inaktiven Zustand des Kraftfahrzeuges zu betreiben. Die Steuerung kann ausgebildet sein, die Vorrichtung zu aktivieren, wenn der Druck im kryogenen Druckbehälter größer ist als ein Abblasegrenzdruck. Der Abblasegrenzdruck ist der Druck, ab dem Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter abgelassen werden soll. Der Abblasegrenzdruck kann beispielsweise ca. 5% oder ca. 10% über dem maximalen Betriebsdruck des Druckbehälters liegen. Gerade in der inaktiven Phase des Kraftfahrzeuges fällt Blow-Off Gas an, das abzublasen ist. Mit der hier offenbarten Vorrichtung kann an der Außenkontur das Blow-Off Gas mit der Umgebungsluft sicher vermischt werden, ohne dass dabei ein zündfähiges Gemisch entsteht. Die Vorrichtung kann mindestens einen Umgebungsluftdruckspeicher, mindestens einen Ventilator eines Kühlsystems, und/oder mindestens einen Oxidationsmittelförderer eines Brennstoffzellensystems umfassen. Ein Umgebungsluftdruckspeicher ist beispielsweise in der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldung DE 2014 10 2015 209621.1 offenbart, deren Inhalt bezüglich des Druckgasspeichers (dort Bezugszeichen 20) per Verweis mit zum Gegenstand dieser Patentanmeldung gemacht wird. Insbesondere der Ventilator und der Oxidationsmittelförderer sind i. d. R. ohnehin in den Kraftfahrzeugen vorgesehen. Erzeugen diese Komponenten die Umgebungsluftströmung, lassen sich Kosten, Bauraum und Gewicht reduzieren. Auf das eingangs erwähnte BMS kann dann vorteilhaft verzichtet werden. Ferner ist vorstellbar, dass eine wasserstoffdurchlässige Katalysatorschicht (z. B. eine perforierte Schicht oder ein Gitter) an den Öffnungen, insbesondere an der elastischen Schicht und/oder an der Membran, vorgesehen ist. Wie bei einem herkömmlichen Kraftfahrzeug könnte an der Katalysatorschicht dann auch die katalytische Reaktion stattfinden.
  • Das Kraftfahrzeug kann mindestens einen kryogenen Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff aufweisen, wobei der brennstoffführende Bereich mit dem kryogenen Druckbehälter fluidverbunden ist. Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegen, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i. d. R. ca. –40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas” = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas betrieben wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für max. Betriebsdrücke (MOPs) bis ca. 350 barü, bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum mit einem Absolutdruck im Bereich von 10–9 mbar bis 10–1 mbar, ferner bevorzugt von 10–7 mbar bis 10–3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10–5 mbar. Die Speicherung bei Temperaturen (knapp) oberhalb des kritischen Punktes hat gegenüber der Speicherung bei Temperaturen unterhalb des kritischen Punktes den Vorteil, dass das Speichermedium einphasig vorliegt. Es gibt also beispielsweise keine Grenzfläche zwischen flüssig und gasförmig.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Verfahren zum Abblasen von Brennstoff aus einem Kraftfahrzeug 10. Es umfasst den Schritt: Ablassen von Brennstoff in die Umgebungsluft 1 aus einem brennstoffführenden Bereich 2 des Kraftfahrzeugs 10 durch mindestens eine Ausströmöffnung. Ein maximaler Brennstoffmassenstrom, mit dem der Brennstoff abgelassen werden kann, kann limitiert sein. Der maximale Brennstoffmassenstrom der mindestens einen Ausströmöffnung 3 kann insbesondere unterhalb eines Brennstoffmassenstromgrenzwertes liegen, der eine Brennstoffflamme erhalten und/oder entstehen lassen kann. Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen: Steigern der Strömungsrate der Umgebungsluft 1 an der mindestens einen Ausströmöffnung 3, insbesondere während einer inaktiven Phase des Kraftfahrzeuges. Ferner kann das hier offenbarte Verfahren auch Verfahrensschritte umfassen, die hier im Zusammenhang mit den strukturellen Merkmalen des Kraftfahrzeugs offenbart sind.
  • Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein System, das eine ausreichende Durchmischung des Wasserstoffs mit der Umgebungsluft erzielt. Durch Gasförderer zur Steigerung der Strömungsrate und die kontrollierte Zugabe von Wasserstoff in eine idealerweise turbulente Strömung lässt sich ebenfalls eine gute Vermischung von viel Luft und wenig Wasserstoff erreichen. Durch eine Vielzahl an Ausströmoffnungen zur Umgebungsluft, die einen ausreichenden Abstand voneinander haben können, lässt sich der Abblaswasserstoff in die Umgebungsluft abgeben, ohne dass es zu einem Überschreiten bzw. Erreichen der Zündfähigkeitsgrenze kommt. Die Ausströmöffnungen können sich dabei bevorzugt auf der Fahrzeugaußenhaut befinden. Bevorzugt befindet sich jeweils eine Einrichtung an den Ausströmöffnungen, die eine Ventilfunktion ausüben kann und/oder ein Rückströmen von Luft in den wasserstoffführenden Bereich ausschließen kann. Bevorzugt wird dies durch eine starre Außenhaut mit einer entsprechend perforierten elastischen Unterschicht erreicht. Maßnahmen zur Steigerung der Luftaustauschrate in geschlossenen Räumen (z. B. Garagen), sind beispielsweise in der auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldung DE 2014 10 2015 209621.1 offenbart, deren Inhalt bezüglich der Steigerung der Luftaustauschrate per Verweis mit zum Gegenstand dieser Patentanmeldung gemacht wird. Zweckmäßig kann ein BMS kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen. Vorteilhaft kann auf den vergleichsweise teuren Katalysator ganz verzichtet werden. In Kombination mit den Maßnahmen zur Steigerung der Luftaustauschrate in geschlossenen Räumen ermöglicht die hier offenbarte Technologie ein sichereres Parken in einer Garage, bei der die Freisetzung explosiver Gemische vermieden werden kann. Die oben erwähnten Luftförderer könnten auch bereits im Fahrzeug vorhandene Lüfter sein (für die Klimatisierung, für die Brennstoffzelle etc.), so dass die Hardware-Kosten vergleichsweise gering sind.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht des hier offenbarten Kraftfahrzeuges 10;
  • 2 eine schematische Ansicht des Details A der 1;
  • 3 eine weitere schematische Ansicht des Details A der 1;
  • 4 schematisch eine perspektivische Ansicht von mehreren Ausströmöffnungen 3;
  • 5 schematisch eine weitere Ansicht des hier offenbarten Kraftfahrzeuges 10; und
  • 6 schematisch eine weitere Ansicht des hier offenbarten Kraftfahrzeuges 10.
  • Die 1 zeigt das hier offenbarte Kraftfahrzeug 10 schematisch. Im Mitteltunnel des Kraftfahrzeuges ist hier ein kryogener Druckbehälter 100 angeordnet. Der Druckbehälter 100 ist über eine Abblaseleitung 120 mit der Abblasekammer 130 verbunden. Behälternah ist hier ein Abblaseventil (ABV) 110 vorgesehen. Das Abblaseventil 110 öffnet, sobald der Innenbehälterdruck des kryogenen Druckbehälters 100 einen Abblasegrenzdruck überschreitet. Sowohl die Abblaseleitung 120 als auch die Abblasekammer 130 zählen hier zu den brennstoffführenden Bereichen 2 des Kraftfahrzeuges.
  • Die 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details A, wenn kein Brennstoff durch die Ausströmöffnungen 3 ausströmen soll. Beispielsweise während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeuges oder wenn der Druckbehälterinnendruck geringer ist als der Abblasegrenzdruck. Die Ausströmöffnung 3 ist hier ausgebildet an bzw. in einer Fahrzeugaußenkontur 31 des Kraftfahrzeuges, insbesondere in der Motorhaube. Ferner ist an den Ausströmöffnungen 3 eine elastomeren Schicht 32 vorgesehen. In der elastomeren Schicht 32 sind Löcher bzw. Perforationen ausgebildet, die in diesem Betriebszustand verschlossen sind und die also hier geschlossenen Ventile 33 bilden. Der Brennstoff gelangt also nicht vom brennstoffführenden Bereich 2 in die Fahrzeugumgebung 1. Weitere Komponenten des Druckbehältersystems sowie des Brennstoffzellensystems sind vereinfachend weggelassen worden.
  • Die 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details A, wenn der Brennstoff durch die Ausströmöffnungen 3 ausströmen soll. In dieser Phase ist das Abblaseventil 120 geöffnet. Es entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem brennstoffführenden Bereich 2, hier also der Abblasekammer 130, und der Umgebung 1. Diese Druckdifferenz bewirkt, dass sich die verschlossenen Löcher bzw. Perforationen, also die Ventile 33, öffnen und der Brennstoff durch die Ausströmöffnungen 3 entweichen kann. Die Ausströmöffnung 3 wird hierbei durch das Elastomermaterial und der Ausstanzung in der Motorhaube ausgebildet, die eine starre Außenhaut darstellt. Die Ausströmöffnungen 3 können derart ausgebildet sein, dass aus jeder der Ausströmöffnungen ein maximaler Brennstoffmassenstrom entweichen kann. Der maximale Brennstoffmassenstrom kann unterhalb eines Brennstoffmassenstromgrenzwertes liegen, der eine Brennstoffflamme erhalten und/oder entstehen lassen kann. Mit anderen Worten: kommt es durch den Anfall von Abblaswasserstoff zum Druckanstieg auf der Wasserstoffseite 2, dann wird durch den Druckunterschied die elastische Unterschicht so verformt, dass die Ausströmöffnungen 3 frei gegeben werden. Die starre Außenhaut stützt und stabilisiert dabei Unterschicht.
  • Die 4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht von mehreren Ausströmöffnungen 3, wie sie beispielsweise in den Fahrzeugen der 1, 5 und 6 verbaut sein können. Die einzelnen Ausströmöffnungen 3 sind jeweils beabstandet zueinander angeordnet. Jede einzelne Ausströmöffnung 3 kann in ihrem Massenstrom begrenzt sein.
  • Die 5 zeigt das hier offenbarte Kraftfahrzeug 10 schematisch. Alternativ oder zusätzlich zur Anordnung an der Motorhaube kann die hier offenbarte Technologie auch im Fahrzeugdach angeordnet sein. Dazu kann beispielsweise die Abblaseleitung 120 durch einen Seitenholm verlaufend angeordnet sein.
  • Auch die 6 zeigt das hier offenbarte Kraftfahrzeug 10 schematisch. Abweichend zu den vorherigen Ausgestaltungen ist hier eine Vorrichtung 20 zur Steigerung der Strömungsrate der Umgebungsluft 1 gezeigt. Die Vorrichtung 20 ist hier über eine Umgebungsluftzuleitung 22 mit der Abblasekammer 130 fluidverbunden. Die Abblasekammer 130 kann hier beispielsweise nicht in die Motorhaube integriert sein und nach außen weisen, sondern darunter angeordnet sein. Somit sind die Ausströmöffnungen 3 vor Verwitterung und sonstige Eingriffe geschützt und gegebenenfalls kann auch eine bessere Aerodynamik erzielt werden. In der Abblasekammer 130 sind hier die Ausströmöffnungen 3 und/oder die Ventile 33 vorgesehen, die so ausgebildet sein können, wie es zuvor beschrieben wurde. Die Abblasekammer 130 ist hier zweigeteilt in einen brennstoffführenden Bereich 2 und einen umgebungsluftführenden Bereich 1, der über die Umgebungsluftzuleitung 22 mit der Umgebung 1 verbunden ist. Vorteilhaft kann das Brennstoff-Umgebungsluft-Gemisch aus der Abblasekammer 130 direkt oder indirekt, insbesondere siphonfrei, in die Umgebung 1 entweichen.
  • Anstatt einer flächigen Ausgestaltung der mindestens einen Ausströmöffnung 3 können auch andere Formen vorgesehen sein. Beispielsweise kann in der Abblasekammer 130 eine Strahlpumpe angeordnet sein, aus der der Brennstoff austritt und die von Umgebungsluft umströmt wird. Ebenfalls ist es nicht erforderlich, das mindestens eine Ventil vorzusehen. Die Ausströmöffnungen 3 können ferner in einem Gewebe vorgesehen sein, das zweckmäßig wasserdicht und brennstoffdurchlässig ist. Die Vorrichtung 20 zur Steigerung der Strömungsrate kann ebenfalls in den Ausführungen gemäß den anderen Figuren vorgesehen sein.
  • Die voranstehende Beschreibung und die Patentansprüche führen die Elemente teilweise in der Einzahl an. Gleichzeitig soll dann aber auch deren Mehrzahl umfasst sein. Ist beispielsweise die Rede von dem brennstoffführenden Bereich 2, der Vorrichtung 20 zur Steigerung der Strömungsrate, der Umgebungsluftzuleitung 22, dem Ventil 33, dem Druckbehälter 100, dem Abblaseventil 110, der Abblaseleitung 120 und/oder der Abblasekammer 130, so soll gleichzeitig der mindestens eine brennstoffführende Bereich 2, die mindestens eine Vorrichtung 20 zur Steigerung der Strömungsrate, die mindestens eine Umgebungsluftzuleitung 22, das mindestens eine Ventil 33, der mindestens eine Druckbehälter 100, das mindestens eine Abblaseventil 110, die mindestens eine Abblaseleitung 120 und/oder die mindestens eine Abblasekammer 130 mit offenbart sein.
  • 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Umgebungsluft
    2
    brennstoffführender Bereich
    10
    Kraftfahrzeug
    20
    Vorrichtung
    22
    Umgebungsluftzuleitung
    31
    Fahrzeugaußenkontur
    32
    Elastomer
    33
    Ventil
    100
    Druckbehälter
    110
    Abblaseventil
    120
    Abblaseleitung
    130
    Abblasekammer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1546601 B1 [0002]
    • DE 2014102015209621 [0016, 0019]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Butler, M., Axelbaum, R., Moran, C., and Sunderland, P., ”Flame Quenching Limits of Hydrogen Leaks,” SAE Int. J. Passeng. Cars-Mech. Syst. 1(1): 605–612, 2009, doi: 10.4271/2008-01-0726 [0011]

Claims (13)

  1. Kraftfahrzeug (10) mit mehreren Ausströmöffnungen (3), die ausgebildet sind, Brennstoff aus einem brennstoffführenden Bereich (2) des Kraftfahrzeugs (10) in die Umgebungsluft (1) abzulassen, wobei die Ausströmöffnungen (3) derart ausgebildet sind, dass aus jeder der Ausströmöffnungen ein maximaler Brennstoffmassenstrom entweichen kann, wobei der maximale Brennstoffmassenstrom unterhalb eines Brennstoffmassenstromgrenzwertes liegt, der eine Brennstoffflamme erhalten und/oder entstehen lassen kann.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die einzelnen Ausströmöffnungen (3) jeweils derart beabstandet voneinander angeordnet sind, dass der Brennstoff aus benachbarten Ausströmöffnungen (3) keine gemeinsame Brennstoffflamme ausbildet.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Ausströmöffnungen (3) von mindestens einer wasserstoffpermeablen Membran ausgebildet werden.
  4. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei an den Ausströmöffnungen (3) Ventile (33) vorgesehen sind, und wobei die Ventile (32) ausgebildet sind, das Ausströmen von Brennstoff zu steuern oder zu regeln.
  5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Ventile (33) als Rückschlagventile (33) ausgebildet sind, die einen Rückstrom in den brennstoffführenden Bereich (2) unterbinden.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ventile (33) in einer elastische Schicht (32) vorgesehen sind, die ausgebildet ist, die Ausströmöffnungen (3) freizugeben, wenn der Druck im brennstoffführenden Bereich einen Grenzwert übersteigt.
  7. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug (10) mindestens einen kryogenen Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff aufweist, und wobei der brennstoffführende Bereich (2) mit dem kryogenen Druckbehälter (100) fluidverbunden ist.
  8. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Ausströmöffnung (3) und/oder das mindestens eine Ventil (33) zumindest bereichsweise an der Fahrzeugaußenkontur, insbesondere am Fahrzeugdach, an einer Motorhaube, an einer Kofferraumabdeckung, an einem Heckspoiler, und/oder an einem Flügel vorgesehen sind.
  9. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Vorrichtung (20) zur Steigerung der Strömungsrate der Umgebungsluft (1) an den Ausströmöffnungen (3), wobei die Vorrichtung (20) zur Steigerung der Strömungsrate ausgebildet ist, an den Ausströmöffnungen (3) während einer inaktiven Phase des Kraftfahrzeuges die Strömung der Umgebungsluft zu erzeugen.
  10. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (20) mindestens einen Umgebungsluftdruckspeicher, mindestens einen Ventilator eines Kühlsystems, und/oder mindestens einen Oxidationsmittelförderer eines Brennstoffzellensystems umfasst.
  11. Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Steuerung ausgebildet ist, die Vorrichtung (20) während einer inaktiven Phase des Kraftfahrzeuges zu betreiben.
  12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die Vorrichtung (20) zur Steigerung der Strömungsrate der Umgebungsluft (1) zu aktivieren, wenn der Druck im kryogenen Druckbehälter (100) größer ist als ein Abblasegrenzdruck.
  13. Verfahren zum Abblasen von Brennstoff aus einem Kraftfahrzeug (10), umfassend den Schritt: – Ablassen von Brennstoff in die Umgebungsluft (1) aus einem brennstoffführenden Bereich (2) des Kraftfahrzeugs (10) durch mehrere Ausströmöffnungen (3), – wobei ein maximaler Brennstoffmassenstrom, mit dem der Brennstoff abgelassen werden kann, limitiert ist, und – wobei der maximale Brennstoffmassenstrom unterhalb eines Brennstoffmassenstromgrenzwertes liegt, der eine Brennstoffflamme erhalten und/oder entstehen lassen kann.
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