Die Erfindung betrifft eine Druckentlastung s Vorrichtung für einen Druckbehälter, wobei die Druckentlastungs Vorrichtung eingerichtet ist, den Massenstrom eines aus dem Druckbehälter austretenden Fluids zu verändern.

Ein Straßenkraftfahrzeug kann eine Brennstoffzelle aufweisen, die auf Basis eines Brennstoffs wie z.B. Wasserstoff elektrische Energie für den Betrieb,

insbesondere für den Antrieb, des Fahrzeugs generiert. Der Brennstoff kann in einem oder mehreren Druckbehältern bzw. Drucktanks des Fahrzeugs gespeichert werden, wobei ein Druckbehälter ein oder mehrere Druckbehälter-Wände aufweist, die einen Hohlraum zur Aufnahme des Brennstoffs umschließen. Der Brennstoff kann über ein Ventil aus dem Druckbehälter zu der Brennstoffzelle des Fahrzeugs geführt werden. Ein Druckbehälter kann am Unterboden bzw. in der Bodengruppe eines Fahrzeugs angeordnet sein.

Ein Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff weist typischerweise zumindest eine Druckentlastungs Vorrichtung auf, durch die Brennstoff aus dem Druckbehälter abgelassen werden kann, wenn ein Risiko für eine Schädigung (insbesondere für das Bersten) des Druckbehälters detektiert wurde. So kann das Schädigungs-Risiko des Druckbehälters reduziert werden. Andererseits kann der ausströmende Brennstoff ggf. ein Risiko für ein direktes Umfeld des

Druckbehälters darstellen. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine

Druckentlastungsvorrichtung für einen Druckbehälter bereitzustellen, durch die die Sicherheit für den Druckbehälter und für ein Umfeld des Druckbehälters erhöht werden kann. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte

Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem

unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs

unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.

Gemäß einem Aspekt wird eine Druckentlastungs Vorrichtung (z.B. ein

Temperature Pressure Relief Device, TPRD) für einen Druckbehälter beschrieben. Der Druckbehälter kann zur Speicherung eines bei Umgebungsdruck gasförmigen Brennstoffs (insbesondere H ₂ ) ausgelegt sein. Die Druckentlastungsvorrichtung kann ein Ventil umfassen. Die Druckentlastungs Vorrichtung kann über ein Druckbehälter- Anschlusselement mit einer Öffnung eines Druckbehälters verbunden sein, so dass die Öffnung in einem verschlossenen Zustand der Druckentlastungsvorrichtung verschlossen ist. Beispielsweise kann das

Druckbehälter- Anschlusselement auf die Öffnung des Druckbehälters

aufgeschraubt sein. Die Druckentlastungsvorrichtung ist eingerichtet, bei Erfüllung einer

Auslösebedingung (z.B. bei Erreichen und/oder Überschreiten eines Temperatur- Schwellenwerts) einen Kanal zwischen dem Druckbehälter- Anschlusselement der Druckentlastungsvorrichtung und einer Austrittsöffnung der

Druckentlastungsvorrichtung zu öffnen. Durch Öffnen des Kanals kann das in dem Druckbehälter gespeicherte Fluid, z.B. Brennstoff, über den Kanal aus dem an dem Druckbehälter- Anschlusselement angeschlossenen Druckbehälter in eine Umgebung des Druckbehälters abfließen, um den Innendruck im Innenraum des Druckbehälters zu reduzieren. Durch die Reduzierung des Innendrucks des Druckbehälters kann z.B. bei einem Brand in der Umgebung des Druckbehälters das Risiko dafür, dass der Druckbehälter schlagartig versagt, reduziert werden. Zum Öffnen des Kanals können ein oder mehrere Verschlussteile der

Druckentlastungsvorrichtung bewegt werden, um ein oder mehrere Teilkanäle durch die Druckentlastungsvorrichtung freizugeben.

Die Druckentlastungsvorrichtung kann ferner eingerichtet sein, den Querschnitt des Kanals mit sinkendem Innendruck des an dem Druckbehälter- Anschlusselement angeschlossenen Druckbehälters zu reduzieren. Insbesondere kann dabei der für den Massenstrom des durch den Kanal fließenden Fluids relevante Querschnitt des Kanals reduziert werden, um den Massenstrom zu reduzieren. Der Querschnitt des Kanals kann insbesondere reduziert werden, wenn der Betrag der Differenz des Drucks an dem Druckbehälter- Anschlusselement und des Drucks an der Auslassöffnung sinkt.

Die Druckentlastungsvorrichtung kann somit eingerichtet sein, bei einem relativ hohen Innendruck des Druckbehälters (d.h. bei einem relativ hohen Druck an dem Druckbehälter- Anschlusselement) einen Abfluss-Kanal mit einem relativ großen Querschnitt bereitzustellen. Andererseits kann bei einem relativ niedrigen Innendruck des Druckbehälters ein Abfluss-Kanal mit einem relativ kleinen Querschnitt bereitgestellt werden. Die Reduzierung des Querschnitts kann dabei kontinuierlich oder stufenweise mit abnehmenden Innendruck des Druckbehälters erfolgen. So kann bei einem relativ hohen Innendruck des Druckbehälters ein relativ hoher Massenstrom des aus dem Druckbehälter austretenden Fluids bewirkt werden, um möglichst schnell das Berstrisiko des Druckbehälters zu reduzieren. Andererseits kann bei einem relativ niedrigen Innendruck des Druckbehälters ein relativ niedriger Massenstrom des aus dem Druckbehälter austretenden Fluids bewirkt werden, um ein, durch das austretende Fluid bewirktes, Risiko für die Umgebung des Druckbehälters (z.B. ein Brandrisiko) zu reduzieren. Die in diesem Dokument beschriebene Druckentlastungsvorrichtung ermöglicht es somit, die Sicherheit eines Druckbehälters zu erhöhen (insbesondere bei einer Brand- und/oder Unfallsituation). Die Druckentlastungsvorrichtung kann eingerichtet sein, den Querschnitt des

Kanals zu reduzieren, sobald der Innendruck einen Druck-Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. Dabei kann der Druck-Schwellenwert von einem Berstdruck des Druckbehälters abhängen. Insbesondere kann der Druck-Schwellenwert von dem Berstdruck des Druckbehälters bei Vorliegen einer bestimmten Bedingung des Umfelds des Druckbehälters (z.B. einer bestimmten Temperatur des Umfelds des Druckbehälters) abhängen.

Die Auslösebedingung für die Druckentlastungsvorrichtung kann z.B. das Erreichen und/oder Überschreiten eines Temperatur-Schwellenwertes an der Druckentlastungsvorrichtung umfassen. Insbesondere kann bei Erreichen eines Temperatur-Schwellenwerts (z.B. 110°C) ein Auslöseelement (z.B. eine Glas- Ampulle oder Eutektikum) der Druckentlastungsvorrichtung auslösen, um den Kanal durch das Druckentlastungselement freizugeben. Der Druck-Schwellenwert kann dann von dem Berstdruck des Druckbehälters bei einer Temperatur abhängen, die gleich wie oder größer als der Temperatur-Schwellenwert ist.

Durch die Berücksichtigung des Berstdrucks des Druckbehälters bei der

Auslegung der Druckentlastungsvorrichtung kann die Sicherheit des

Druckbehälters weiter erhöht werden. Die Druckentlastungsvorrichtung kann zwei oder mehr unterschiedliche Blenden umfassen, die zwei oder mehr unterschiedliche Querschnitte des Kanals ermöglichen. Die zwei oder mehr Blenden können zumindest teilweise bei unterschiedlichen Innendrücken durchlässig für Brennstoff sein. Insbesondere kann bei einem relativ hohen Innendruck zumindest eine Blende mit einem relativ großen Querschnitt durchlässig sein. Andererseits können bei einem relativ niedrigen Innendruck nur ein oder mehrere Blenden mit einem relativ kleinen Querschnitt durchlässig sein. So kann durch die Verwendung von

unterschiedlichen Blenden in effizienter und zuverlässiger Weise der Querschnitt des Kanals durch die Druckentlastungs Vorrichtung angepasst werden. Die Druckentlastungs Vorrichtung kann zumindest eine Blende umfassen, die den Querschnitt des Kanals beeinflusst, wobei die Geometrie der Blende

(insbesondere der durch die Blende bewirkte Querschnitt) von dem Innendruck des Druckbehälters abhängt. Beispielsweise kann die Blende ein flexibles Material umfassen, das sich je nach Druckunterschied zwischen Druckbehälter- Anschlusselement und Austrittsöffnung unterschiedlich stark verformt und dadurch den Querschnitt des Kanals verändert. So wird eine effiziente und zuverlässige Anpassung des Querschnitts des Kanals durch die

Druckentlastungsvorrichtung ermöglicht. Die Druckentlastungsvorrichtung umfasst typischerweise ein Gehäuse, an dem (auf einer ersten Seite) das Druckbehälter- Anschlusselement und an dem (auf einer unterschiedlichen, zweiten Seite) die Austrittsöffnung der

Druckentlastungsvorrichtung angeordnet sind. Das Gehäuse kann ausgebildet sein, den Kanal zwischen dem Druckbehälter- Anschlusselement und der

Austrittsöffnung zu umschließen. Das Gehäuse kann z.B. zylinderförmig sein.

Die Druckentlastungsvorrichtung kann eingerichtet sein, in Abhängigkeit von dem Innendruck einen Hauptkanal und/oder einen Nebenkanal des (Gesamt-) Kanals zu der Austrittsöffnung zu öffnen, um den Querschnitt des (Gesamt-) Kanals zu verändern. Mit anderen Worten, innerhalb des Gehäuses der

Druckentlastungsvorrichtung können mehrere unterschiedliche Teilkanäle (z.B. ein Hauptkanal und ein Nebenkanal) bereitgestellt werden, die zusammen einen (Gesamt-) Kanal mit einem bestimmten Querschnitt bilden. Die Teilkanäle können zumindest teilweise selektiv in Abhängigkeit von dem Innendruck des Druckbehälters geöffnet werden, um den Querschnitt des (Gesamt-) Kanals durch die Druckentlastungsvorrichtung anzupassen. Durch die Bereitstellung von unterschiedlichen Teilkanälen, die selektiv je nach Druckbedingungen geöffnet bzw. verschlossen werden können, kann der Querschnitt des (Gesamt-) Kanals durch die Druckentlastungsvorrichtung in zuverlässiger Weise stufenweise angepasst werden.

Insbesondere kann die Druckentlastungsvorrichtung ausgebildet sein, bei

Erfüllung der Auslösebedingung sowohl den Hauptkanal als auch den Nebenkanal zu der Austrittsöffnung zu öffnen, wenn der Innendruck größer als der Druck- Schwellenwert ist. Der Querschnitt des (Gesamt-) Kanals umfasst dann den Querschnitt des Hauptkanals und den Querschnitt des Nebenkanals. Des Weiteren kann die Druckentlastungsvorrichtung ausgebildet sein, den Hauptkanal wieder zu verschließen während der Nebenkanal weiter geöffnet bleibt, wenn der

Innendruck den Druck-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Der Querschnitt des (Gesamt-) Kanals umfasst dann den Querschnitt des Nebenkanals aber nicht mehr den Querschnitt des Hauptkanals.

Die Druckentlastungsvorrichtung kann ein von dem Gehäuse umschlossenes Hauptverschlussteil (z.B. einen Hauptkegel) umfassen, das in einem

verschlossenen Zustand der Druckentlastungsvorrichtung an einem Hauptsitz des Gehäuses anliegt, und so den Hauptkanal verschließt. Das Hauptverschlussteil kann innerhalb des Gehäuses von dem Hauptsitz wegbewegt werden, um den Hauptkanal zu öffnen oder zu dem Hauptsitz hinbewegt werden, um den

Hauptkanal zu verschließen. Des Weiteren kann die Druckentlastungsvorrichtung ein von dem

Hauptverschlussteil umschlossenes Neben verschlus steil (z.B. einen Nebenkegel) umfassen, das in einem verschlossenen Zustand der Druckentlastung s Vorrichtung an einem Nebensitz des Hauptverschlussteils anliegt, und so den Nebenkanal verschließt. Dabei verläuft der Nebenkanal zumindest teilweise durch das Hauptverschlussteil. Das Nebenverschlussteil kann innerhalb des

Neben verschlussteils von dem Nebensitz wegbewegt werden, um den Nebenkanal zu öffnen oder zu dem Nebensitz hinbewegt werden, um den Nebenkanal zu verschließen. So können in effizienter Weise unterschiedliche Teilkanäle innerhalb der Druckentlastungsvorrichtung bereitgestellt werden. Die Druckentlastungsvorrichtung kann eine Feder umfassen, die eingerichtet ist, das Hauptverschlussteil gegen den Hauptsitz zu drücken. Die Feder kann ausgebildet sein (durch eine entsprechende Rückstellkraft), das

Hauptverschlussteil zurück auf den Hauptsitz zu drücken, um den Hauptkanal wieder zu schließen, wenn der Innendruck den Druck- Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. So kann der Hauptkanal bei Erreichen des Druck-Schwellenwerts wieder verschlossen werden, um den Querschnitt des (Gesamt-) Kanals zu reduzieren.

Wie bereits oben dargelegt, kann die Druckentlastungsvorrichtung ein

Auslöseelement umfassen (z.B. in Form einer Ampulle, die bei Vorliegen der Auslösebedingung bricht). Das Auslöseelement kann eingerichtet sein, das Neben verschlus steil gegen den Nebensitz zu drücken (und damit den Nebenkanal und ggf. auch den Hauptkanal zu verschließen). Des Weiteren kann das

Auslöseelement eingerichtet sein, das Neben verschlus steil freizugeben, um den Nebenkanal, der durch das Hauptverschlussteil zu der Austrittsöffnung verläuft, zu öffnen, wenn die Auslösebedingung erfüllt ist. Durch das Freigeben des Nebenschlussteils kann ggf. auch das Hauptverschlussteil freigegeben werden, so dass auch der Hauptkanal geöffnet wird. Beispielsweise kann das relativ zu dem Druckbehälter- Anschlusselement hinter dem Nebenschlussteil liegende

Auslöseelement zerstört werden, wenn die Auslösebedingung erfüllt ist, so dass das Nebenschlussteil durch den auf das Nebenverschlussteil wirkenden

Innendruck von dem Nebensitz weggedrückt wird, um den Nebenkanal zu öffnen. Außerdem kann auch das Hauptverschlussteil durch den auf das

Hauptverschlussteil wirkenden Innendruck von dem Hauptsitz weggedrückt werden, um den Hauptkanal zu öffnen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer

Druckentlastungsvorrichtung für einen Druckbehälter beschrieben. Das Verfahren kann z.B. durch eine elektronische Steuereinheit einer elektronisch steuerbaren Druckentlastungsvorrichtung, ggf. mit einem Drucksensor zur Bestimmung des Behälterdrucks, ausgeführt werden. Der Druckbehälter kann zur Speicherung eines bei Umgebungsdruck gasförmigen Fluids, insbesondere eines Brennstoffs, ausgelegt sein. Das Verfahren umfasst das Öffnen zumindest eines Kanals zwischen einem Druckbehälter-Anschlusselement der

Druckentlastungsvorrichtung und einer Austrittsöffnung der

Druckentlastungsvorrichtung, wenn eine Auslösebedingung der

Druckentlastungsvorrichtung erfüllt ist. Dabei kann über den geschaffenen Kanal Brennstoff von dem Druckbehälter-Anschlusselement in eine Umgebung der Druckentlastungsvorrichtung abfließen, um den Innendruck im Innenraum eines mit dem Druckbehälter- Anschlusselement verbundenen Druckbehälters zu reduzieren. Das Verfahren umfasst ferner das Reduzieren eines Querschnitts des Kanals, wenn der Druck an dem Druckbehälter- Anschlusselement sinkt.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Druckbehälter zur Speicherung eines Brennstoffs beschrieben, wobei der Druckbehälter die in diesem Dokument beschriebene Druckentlastungs Vorrichtung umfasst.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein

Straßenkraftfahrzeug z.B. ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen) beschrieben, das den in diesem Dokument beschriebenen Druckbehälter umfasst.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur la eine beispielhafte Druckbehälter- Anordnung in einem Fahrzeug;

Figur lb eine beispielhafte Druckentlastungsvorrichtung;

Figuren 2a, 2b und 2c unterschiedliche Zustände einer beispielhaften

Druckentlastung s Vorrichtung ;

Figur 2d einen beispielhaften Druck / Massenstrom - Verlauf der

Druckentlastungsvorrichtung aus Figur 2a;

Figuren 3a, 3b unterschiedliche Zustände einer beispielhaften

Druckentlastungsvorrichtung; und

Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Anpassung des Massenstroms durch eine Druckentlastungsvorrichtung.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der

Bereitstellung einer Druckentlastungsvorrichtung für einen Druckbehälter, durch die die Sicherheit des Druckbehälters erhöht werden kann. Dabei befasst sich das vorliegende Dokument insbesondere mit einem Druckbehälter für ein

Druckbehältersystem (insbesondere ein compressed hydrogen storage System (=CHS-System)) für ein Kraftfahrzeug. Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Kraftstoff bzw. Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas" = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird.

Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter bzw. Drucktank. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei

Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen

Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr, zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bzw. Kraftstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen. Fig. la zeigt eine beispielhafte Druckbehälter-Anordnung bzw. ein beispielhaftes Druckbehältersystem 100 mit einem Drucktank bzw. Druckbehälter 110, der dazu verwendet werden kann, Brennstoff (insbesondere Wasserstoff) für einen

Brennstoff- Verbraucher (z.B. eine Brennstoffzelle) 101 eines Fahrzeugs bereitzustellen. Der Druckbehälter 110 ist über eine Leitung 112 mit dem

Brennstoff- Verbraucher 101 verbunden.

Der Druckbehälter 110 kann an den Stirnseiten Endstücke 111, 114 aufweisen, die bei der Herstellung des Druckbehälters 110 zum Halten und ggf. zum Drehen des Druckbehälters 110 verwendet werden können. Des Weiteren kann an einem Endstück 111 eine Öffnung bereitgestellt werden, durch die Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 geführt werden kann (z.B. über ein Ventil 115 zu der Leitung 112). An einer Öffnung des Druckbehälters 110 (ggf. an Öffnungen an beiden Endstücken 111, 114) ist typischerweise eine Druckentlastung s Vorrichtung 113 angeordnet, die bei Vorliegen einer bestimmten Auslösebedingung (z.B. bei Vorliegen einer bestimmten Temperatur, etwa 110°C) auslösen kann, um

Brennstoff aus dem Druckbehälter 110 in die Umgebung des Druckbehälters 110 abzulassen, und um so den Druck in dem Druckbehälter 110 zu reduzieren.

Ein Druckbehälter 110 umfasst typischerweise mindestens eine faserverstärkte Schicht. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) zum Einsatz, bspw. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK). Eine faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern.

Fig. lb zeigt ein beispielhafte Druckentlastungsvorrichtung 113. In einem geschlossenen Zustand wird eine Austrittsöffnung 124 der

Druckentlastungsvorrichtung 113 durch einen Pfropf bzw. durch ein

Verschlussteil 122 verschlossen, wobei der Pfropf 122 durch eine Ampulle 123 derart gehalten wird, dass die Austrittsöffnung 124 verschlossen bleibt. Die Ampulle 123 enthält typischerweise eine Flüssigkeit, die sich bei Erwärmung ausdehnt, so dass die Ampulle 123 zerbricht, wenn die Auslösebedingung erfüllt ist. Der Pfropf 122 gibt dann die Austrittsöffnung 124 frei, so dass Brennstoff 125 über die Austrittsöffnung 124 aus dem Druckbehälter 110 (siehe Pfeil 121) strömen kann. Die Ampulle 123 stellt ein beispielhaftes Auslöseelement dar, das eingerichtet ist, zu ermitteln, ob die Auslösebedingung für die

Druckentlastungsvorrichtung 113 erfüllt ist. Durch das Ablassen von Brennstoff 125 kann der Druck innerhalb eines

Druckbehälters 110 reduziert werden, so dass das Berstrisiko des Druckbehälters 110 reduziert wird. Andererseits kann sich der ausströmende Brennstoff 125 ggf. in einem bestimmten Abstand zu der Austrittsöffnung 124 entzünden, und ggf. einen Brand entfachen. Dabei steigen typischerweise das Entzündungsrisiko und/oder die mit einem Brand verbundene Hitzeeinwirkung und/oder der Gefährdungsradius durch den ausströmenden Brennstoff 125 mit dem

Massenstrom des austretenden Brennstoffs 125 an. Des Weiteren kann durch den austretenden Brennstoff 125 Luftsauerstoff verdrängt werden (insbesondere in einem Tunnel und/oder in einer Garage), wobei dieser Verdrängungseffekt mit steigendem Massenstrom ansteigt. Durch das Ablassen von Brennstoff 125 kann somit einerseits das Berstrisiko eines Druckbehälters 110 reduziert werden. Andererseits kann ein relativ hoher Massenstrom von austretendem Brennstoff 125 ein Risiko für eine direkte Umgebung des Druckbehälters 110 darstellen.

Das Versagen eines Druckbehälters 110, z.B. bei einem Brand, hängt

typischerweise primär vom Behälterinnendruck ab. Für höhere Drücke kommt es zum Bersten des Druckbehälters 110 (z.B. durch Versagen der CFK- Armierung). Für niedrigere Drücke kann es zu einer Leckage des Druckbehälters 110 kommen (z.B. durch Schmelzen des Liners). Der Massenstrom des Brennstoffs 125 bei der Entlastung sollte daher abhängig vom Druck im Druckbehälter 110 sein. Bei einem größeren Druck im Druckbehälter 110 sollte der Massenstrom relativ groß sein und bei einem kleineren Druck im Druckbehälter 110 sollte der Massenstrom geringer sein. Insbesondere sollte die Entlastung des Druckbehälters 110 möglichst schnell erfolgen und der Massenstrom relativ groß sein, solange der Druck im Druckbehälter 110 noch zu einem Bersten des Druckbehälters 110 führen könnte.

Ist der Druck im Druckbehälter 110 dagegen kleiner (ggf. unter Berücksichtigung einer Sicherheitsmarge) als der Druck, bei dem es zu einem Bersten des

Druckbehälters 110 kommen kann, so sollte die Entlastung langsamer erfolgen und der Massenstrom geringer sein.

Um das Berstrisiko des Druckbehälters 110 zu reduzieren, sollte somit der Druck im Druckbehälter 110 möglichst schnell zumindest auf einen bestimmten Druck- Schwellenwert reduziert werden. Dies kann durch einen möglichst hohen Massenstrom von austretendem Brennstoff 125 erreicht werden. Andererseits sollte der Massenstrom von austretendem Brennstoff 125 möglichst gering gehalten werden (zumindest sobald der bestimmte Druck-Schwellenwert erreicht bzw. unterschritten wurde), um Risiken für die Umgebung des Druckbehälters 110 zu reduzieren. Im Grundsatz haben Öffnungen 124, aus denen ein Fluid von einem höheren Druck zu einem niedrigeren Druck strömt, bereits die Eigenschaft, dass der Massenstrom des Fluids um so höher ist, je höher der Druck im Druckbehälter 110 ist. In diesem Dokument wird jedoch vorgeschlagen, diesen Effekt durch Anpassung der Geometrie der Druckentlastungsvorrichtung 113 zu verstärken und den Massenstrom des Brennstoffs 125 entsprechend zu steuern bzw. zu regeln. Typischerweise kann allein aufgrund der Strömungsgesetze mit einer festen Geometrie einer Druckentlastungsvorrichtung 113 kein ausreichend hoher Massenstrom oberhalb eines kritischen Druck-Schwellenwerts und/oder kein ausreichend kleiner Massenstrom unterhalb des kritischen Druck-Schwellenwerts erreicht werden.

Die Druckentlastungs Vorrichtung 113 kann beispielsweise mehrere

unterschiedliche Blenden aufweisen, durch die der Querschnitt der

Auslassöffnung 124 und/oder der Querschnitt eines Kanals zu der Auslassöffnung 124 der Druckentlastungsvorrichtung 113 definiert wird. Die unterschiedlichen Blenden können zumindest teilweise bei unterschiedlichem Behälterinnendruck durchlässig sein, und so den Querschnitt der Auslassöffnung 124 und/oder des Kanals in Abhängigkeit vom Behälterinnendruck verändern. So kann der

Massenstrom des austretenden Brennstoffs 125 in Abhängigkeit von dem

Behälterinnendruck verändert werden. Alternativ oder ergänzend kann sich die Geometrie von ein oder mehreren Blenden einer Druckentlastungsvorrichtung 113 in Abhängigkeit von dem Behälterinnendruck verändern, und so den Querschnitt der Auslassöffnung 124 und/oder des Kanals verändern.

Die Druckentlastungs Vorrichtung 113 eines Druckbehälters 110 kann somit eingerichtet sein, den Öffnungsgrad eines Kanals durch die

Druckentlastungsvorrichtung 113 mit sinkendem Druck des Mediums innerhalb des Druckbehälters 110 zu reduzieren. So kann bei einem relativ hohen

Behälterinnendruck ein Kanal mit einem relativ hohen Öffnungsgrad bereitgestellt werden, um durch einen relativ hohen Massenstrom den Behälterinnendruck möglichst schnell auf einen bestimmten Druck-Schwellenwert zu reduzieren (um das Berstrisiko des Druckbehälters 110 zu reduzieren). Andererseits kann bei einem relativ niedrigen Behälterinnendruck (z.B. ab dem Druck-Schwellenwert) der Öffnungsgrad des Kanals reduziert werden, um durch einen relativ niedrigen Massenstrom Risiken für die direkte Umgebung des Druckbehälters 110 zu reduzieren. Insbesondere kann so bei einem relativ kleinen Behälterinnendruck ein unnötig großer Massenstrom vermieden werden. So kann die Sicherheit eines Druckbehälters 110 (z.B. bei einem Brand) erhöht werden. Fig. 2a zeigt eine beispielhafte Druckentlastungsvorrichtung 113 für einen

Druckbehälter 110. Die Druckentlastungsvorrichtung 113 ist in dem dargestellten Beispiel über ein Druckbehälter- Anschlusselement 214 (z.B. mit einem Gewinde) mit dem Druckbehälter 110, z.B. mit einem Endstück 111 des Druckbehälters 110, fluiddicht gekoppelt. Der Behälterinnendruck wird in Fig. 2a mit pi, der Umgebungsdruck (z.B. der Atmosphärendruck) wird mit p ₃ und ein Hinterdruck am Hauptkegel 205 der Druckentlastungs Vorrichtung 113 wird mit p ₂ bezeichnet. Die Druckentlastungsvorrichtung 113 umfasst, wie bereits in Fig. lb dargestellt, ein Auslöseelement 201, z.B. eine Ampulle 123, die bei Vorliegen einer

Auslösebedingung, insbesondere bei Vorliegen einer bestimmten Temperatur, auslöst, und damit den Hauptkegel 205 und den Nebenkegel 208 der

Druckentlastungsvorrichtung 113 freigibt. Durch den Hauptkegel 205 kann, wie in Fig. 2b dargestellt, ein Hauptkanal 211 (ggf. mit einem relativ großen

Querschnitt) frei gegen werden, um einen relativ hohen Massenstrom zu ermöglichen. Andererseits kann durch den Nebenkegel 208 ein Nebenkanal 212 (ggf. mit einem relativ kleinen Querschnitt) freigegeben werden, um einen relativ niedrigen Massenstrom zu ermöglichen.

Der Hauptkegel 205 und der Nebenkegel 208 sind in einem Gehäuse 202 der Druckentlastungsvorrichtung 113 angeordnet. Fig. 2a stellt die

Druckentlastungsvorrichtung 113 in einem geschlossenen Zustand dar. Der Hauptkegel 205 sitzt dabei an einem Hauptsitz 207 der Druckentlastungsvorrichtung 113, wobei der Hauptsitz 207 fest mit dem Gehäuse 202 verbunden ist. Der Hauptkegel 205 verschließt somit den Hauptkanal 211. Der Hauptkegel 205 wird durch eine Feder 203 gegen den Hauptsitz 207 gepresst. Der Nebensitz 208 ist von dem Hauptkegel 205 umgeben und liegt im geschlossen Zustand an einem an dem Hauptkegel 205 angeordneten Nebensitz 210 an, um den durch den Hauptkegel 205 verlaufenden Nebenkanal 212 zu verschließen. Der Nebenkegel 208 wird durch das Auslöseelement 201 gegen den Nebensitz 210 gedrückt. Fig. 2a zeigt auch einen Dichtungsring 206 des Hauptkegels 205 und einen Dichtungsring 209 des Nebenkegels 208.

Bei Vorliegen der Auslösebedingung löst das Auslöseelement 201 aus. Wenn der Behälterinnendruck pi ausreichend groß ist, um die Rückstellkraft der Feder 203 zu überwinden, werden, wie in Fig. 2b dargestellt, sowohl der Hauptkanal 211 als auch der Nebenkanal 212 freigegeben, so dass bei einem relativ hohen

Behälterinnendruck pi ein relativ hoher Massenstrom von austretendem

Brennstoff 125 ermöglicht wird. Die Feder 203 wirkt typischerweise nicht auf den Nebenkegel 208, so dass auch bei einem relativ niedrigen Behälterinnendruck pi der Nebenkanal 212 geöffnet (auch wenn der Hauptkanal 211 nicht geöffnet werden sollte) und/oder ein komplettes Wiederverschließen der

Druckentlastungsvorrichtung 113 verhindert werden.

Wenn der Behälterinnendruck pi sinkt, so bewirkt die Rückstellkraft der Feder 203, dass der Hauptkegel 205 (ggf. wieder) gegen den Hauptsitz 207 gepresst wird, und dabei den Hauptkanal 211 verschließt. Andererseits verbleibt der Nebenkanal 212 weiterhin geöffnet. Es wird somit bei einem reduzierten

Behälterinnendruck pi ein reduzierter Massenstrom von austretendem Brennstoff 125 ermöglicht. Der Brennstoff 125 tritt über die Austrittsöffnung 124 der Druckentlastungsvorrichtung 113 aus. Die Figuren 2a, 2b, 2c zeigen weiter eine Konvektionsöffnung 204 der Entlastungs Vorrichtung 113. Fig. 2d zeigt einen beispielhaften Druck-Massenstrom- Verlauf der in den Figuren 2a, 2b und 2c dargestellten Druckentlastungs Vorrichtung 113. Es ist ersichtlich, dass bei Erreichung und/oder Unterschreiten eines bestimmten Druck- Schwellenwerts der Massenstrom des austretenden Brennstoffs 125 sprunghaft reduziert wird (durch Verschließen des Hauptkanals 211).

Die Figuren 3a und 3b zeigen eine beispielhafte Druckentlastungsvorrichtung 113 mit einer flexiblen Blende 302. Bei einem relativ hohen Behälterinnendruck kann die Blende 302, wie in Fig. 3b dargestellt, gebogen sein, so dass der Querschnitt 301 des (Gesamt-) Kanals 303 durch die Druckentlastungs Vorrichtung 113 relativ groß ist und somit einen relativ großen Massenstrom ermöglicht. Andererseits erfolgt bei einem relativ niedrigen Behälterinnendruck keine bzw. eine reduzierte Biegung der Blende 302, so dass der Querschnitt des (Gesamt-) Kanals 303 und damit der Massenstrom reduziert werden.

Fig. 4 zeigt ein Ablauf diagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Steuerung einer Druckentlastungsvorrichtung 113 für einen Druckbehälter 110, wobei der Druckbehälter 110 z.B. zur Speicherung eines bei Umgebungsdruck gasförmigen Brennstoffs 125 dient. Das Verfahren 400 kann durch eine

Steuereinheit 117 der Druckentlastungs Vorrichtung 113 ausgeführt werden (z.B. bei einer elektronisch gesteuerten Druckentlastungsvorrichtung 113). Dies ist beispielhaft in Fig. la dargestellt. Insbesondere zeigt Fig. la eine optionale Steuereinheit 117 und einen optionalen Drucksensor 116. Der Drucksensor 116 kann eingerichtet sein, Sensordaten in Bezug auf den Behälterinnendruck des Druckbehälters 110 zu erfassen. Die Steuereinheit 117 kann eingerichtet sein, ein oder mehrere Aktuatoren der Druckentlastungs Vorrichtung 113 in Abhängigkeit von den Sensordaten anzusteuern, um das Verfahren 400 auszuführen.

Andererseits kann das Verfahren 400 durch eine entsprechende mechanische Auslegung der Druckentlastungsvorrichtung 113 ausgeführt werden. Das Verfahren 400 umfasst das Öffnen 401 eines Kanals 303 zwischen einem Druckbehälter- Anschlusselement 214 der Druckentlastungsvorrichtung 113 und einer Austrittsöffnung 124 der Druckentlastungsvorrichtung 113, wenn eine Auslösebedingung der Druckentlastungsvorrichtung 113 erfüllt ist. Durch das Öffnen 401 des Kanals 303 wird ermöglicht, dass über den Kanal 303 Brennstoff 125 aus einem mit dem Druckbehälter-Anschlusselement 214 verbundenen Druckbehälter 110 von dem Druckbehälter- Anschlusselement 214 über die Austrittsöffnung 124 in eine Umgebung der Druckentlastungsvorrichtung 113 abfließen kann, um den Innendruck im Innenraum des Druckbehälters 110 zu reduzieren.

Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Reduzieren 402 eines Querschnitts 301 des Kanals 303, wenn der Druck an dem Druckbehälter-Anschlusselement 214 sinkt. Durch die Reduzierung des Querschnitts 301 des Kanals 303 kann der Massenstrom des durch die Druckentlastungsvorrichtung 113 fließenden

Brennstoffs 125 reduziert werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Bezugszeichenliste

100 Druckbehälter- Anordnung

101 Brennstoff- Verbraucher

110 Druckbehälter

111, 114 Endstück

112 Leitung

113 Druckentlastungsvorrichtung

115 Ventil

116 Drucksensor

117 Steuereinheit

121 Strömungsrichtung

122 Verschlussteil (Pfropf)

123 Ampulle

124 Auslassöffnung

125 Brennstoff

201 Auslöseelement

202 Gehäuse

203 Feder

204 Konvektionsöffnung

205 Hauptverschlussteil (Hauptkegel)

206 Dichtung des Hauptverschlussteils

207 Hauptsitz

208 Nebenverschlus steil (Nebenkegel)

209 Dichtung des Nebenverschlussteils

210 Neben sitz

211 Hauptkanal

212 Nebenkanal

214 Druckbehälter- Anschlusselement

301 Querschnitt

302 Blende Kanal

Verfahren zur Steuemng einer Dmckentlastungsvornchtung Verfahrensschritte