AT9291U1 - Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas mit einer entnahmevorrichtung - Google Patents

Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas mit einer entnahmevorrichtung Download PDF

Info

Publication number
AT9291U1
AT9291U1 AT0046805U AT4682005U AT9291U1 AT 9291 U1 AT9291 U1 AT 9291U1 AT 0046805 U AT0046805 U AT 0046805U AT 4682005 U AT4682005 U AT 4682005U AT 9291 U1 AT9291 U1 AT 9291U1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
storage container
gas
removal device
container
liquid
Prior art date
Application number
AT0046805U
Other languages
English (en)
Inventor
Maximilian Dr Emans
Original Assignee
Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag filed Critical Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag
Priority to AT0046805U priority Critical patent/AT9291U1/de
Priority to DE102006031860A priority patent/DE102006031860A1/de
Publication of AT9291U1 publication Critical patent/AT9291U1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/002Automated filling apparatus
    • F17C5/007Automated filling apparatus for individual gas tanks or containers, e.g. in vehicles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0221Fuel storage reservoirs, e.g. cryogenic tanks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0287Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers characterised by the transition from liquid to gaseous phase ; Injection in liquid phase; Cooling and low temperature storage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/02Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/06Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with compressed gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0352Pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01Pure fluids
    • F17C2221/012Hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146Two-phase
    • F17C2223/0153Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/04Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by other properties of handled fluid before transfer
    • F17C2223/042Localisation of the removal point
    • F17C2223/046Localisation of the removal point in the liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/01Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0107Single phase
    • F17C2225/0123Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2225/033Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/04Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by other properties of handled fluid after transfer
    • F17C2225/042Localisation of the filling point
    • F17C2225/046Localisation of the filling point in the liquid
    • F17C2225/047Localisation of the filling point in the liquid with a dip tube
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0309Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0388Localisation of heat exchange separate
    • F17C2227/0393Localisation of heat exchange separate using a vaporiser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06Fluid distribution
    • F17C2265/066Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00Applications
    • F17C2270/01Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Ein Speicherbehälter für tiefkaltes Flüssiggas mit Entnahmevorrichtung, die aus einem Entnahmezweig und einem Rückführzweig besteht, wobei der Entnahmezweig von einer in den Behälter eintauchenden Entnahmeleitung (10) gebildet ist, die über einen Wärmetauscher (11) und eine Abzweige (15) zum Verbraucher führt und wobei als Rückführzweig eine Rückführleitung (16) von der Abzweige (15) über einen Kompressor (17) zu einer Einblasvorrichtung im Behälter führt, welche mit einer möglichst kleinen Rückführmenge ein Maximum an Flüssigkeit möglichst schnell verdampfen soll. Dazu weist die Einblasvorrichtung (23, 23') in der Nähe des Bodens des Speicherbehälters (1) eine Anzahl sehr kleiner Ausströmbohrungen (31, 31') auf, die so angeordnet sind, dass die austretenden kleinen Gasbläschen (32) eine erhebliche Geschwindigkeitskomponente (33, 33') in horizontaler Richtung haben.

Description

2 AT 009 291 U1
Die Erfindung betrifft Speicherbehälter für tiefkaltes Flüssiggas mit einer Entnahmevorrichtung, die aus einem Entnahmezweig und einem Rückführzweig besteht, wobei der Entnahmezweig von einer in den Behälter eintauchenden Entnahmeleitung gebildet ist, die über einen Wärmetauscher und eine Abzweige zum Verbraucher führt und wobei der Rückführzweig von der 5 Abzweige über einen Kompressor zu einer Einblasvorrichtung im Behälter führt.
Der Begriff „Gas“ wird im folgenden ohne Ansehen des Aggregatszustandes verwendet, somit als Dachbegriff für das Medium im gasförmigen und im flüssigen Aggregatszustand, im folgenden als Flüssiggas und als gasförmiges Gas bezeichnet. Dem entsprechend hat der mit Gas io gefüllte Speicherbehälter eine Flüssigkeitszone und darüber eine Gaszone.
Die Speicherung von Gasen, insbesondere von Wasserstoff, im tiefkalten Zustand scheint hinsichtlich Energiedichte besonders geeignet für den mobilen Einsatz, insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Erzielen großer Reichweiten. 15
Die Umsetzung in Antriebsenergie erfolgt dann entweder in einer Verbrennungskraftmaschine oder mittels Brennstoffzellen und Elektromotor.
Nebst den allgemein mit der Speicherung und Handhabung kryogener Medien verbundenen 20 Problemen stellen sich speziell für den mobilen Einsatz noch weitere: Die im Fährbetrieb laufend, und oft sehr schnell, nötige Änderung der entnommenen Gasmenge und die Konstanthaltung des im Speicherbehälter herrschenden Druckes, insbesondere wenn dieser für die Aufrechterhaltung des Fährbetriebes einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf. 25 Zur Entnahme aus dem Speicherbehälter wird der Druck in dessen Innerem erhöht, was üblicherweise durch Beheizung des Behälterinhaltes, entweder mit Fremdenergie oder durch einen im Speicherbehälter angeordneten Wärmetauscher erfolgt, der von bereits verdampftem Gas durchströmt ist. Die dazu erforderlichen Rohrleitungen müssen durch die Behälterwände hindurch geführt sein, was die Herstellung verteuert und den bei Stillstand des Fahrzeuges uner-30 wünschten Wärmeeinfall (die „Kälteverluste“) erhöht. Ausserdem ist ein Druckaufbau im Behälter nur bei gleichzeitiger Entnahme für den Verbraucher möglich. Das bedeutet in der Praxis, dass nach dem Betanken - das bei einem unter dem Betriebsdruck liegenden Druck erfolgt -dem Verbraucher zunächst nur sehr kleine Mengen zugeführt werden können. 35 In dem AT Gebrauchsmuster 6266 ist eine Entnahmevorrichtung beschrieben, die diese Nachteile dadurch teilweise behebt, dass gasförmiges Gas in den Speicherbehälter eingeblasen wird. Dabei wird das Gas von einer Pumpe rückgeführt und in der unteren Region eines vertikalen Rohres aufwärts eingeblasen. Dabei findet zwischen dem eingeblasenen Gas und dem flüssigen Gas ein direkter Wärmeaustausch statt. Dabei tritt das Problem auf, dass sich im 40 Verlauf der Entnahme eine der nicht abgegebenen Wärmemenge entsprechende Menge gasförmigen Gases im oberen Bereich des Speicherbehälters sammelt, ohne zur Verdampfung des flüssigen Gases etwas beigetragen zu haben. Dadurch sinkt der Flüssigkeitsspiegel im Speicherbehälter ab, wodurch das eingeblasene Gas immer weniger Wärme an die Flüssigkeit abgibt. Ein derart schädliches Absinken des Flüssigkeitsspiegels kann aber bei einem Spei-45 cherbehälter großer horizontaler Erstreckung in einem Kraftfahrzeug auch örtlich stattfinden, wenn der Flüssigkeitsspiegel seine Lage verändert. Das passiert, wenn das Fahrzeug geneigt ist oder durch die Fliehkraft bei Kurvenfahrt. Weiters ist wegen der bei niederem Füllstand zu erwartenden Ansammlung von warmem Gas im oberen Bereich des Behälters ein zusätzlicher externer Druckspeicher erforderlich, um nach dem Betanken gleich die volle Motorleistung so abrufen zu können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Entnahmevorrichtung eines Speicherbehälters so zu gestalten, dass diese Nachteile nicht auftreten. Es soll mit einer möglichst kleinen Rückführmenge ein Maximum an Flüssigkeit möglichst schnell verdampft werden, bei möglichst gerin-55 gern apparativen Aufwand. 3 AT 009 291 U1
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass die Einblasvorrichtung in der Nähe des Bodens des Speicherbehälters eine Anzahl sehr kleiner Ausströmbohrungen aufweist, die so angeordnet sind, dass die austretenden kleinen Gasbläschen eine erhebliche Geschwindigkeitskomponente in horizontaler Richtung haben. Wenn die Gasbläschen klein genug sind und 5 nicht aufwärts ausgestoßen werden, reicht ihre Verweilzeit in der Flüssigkeit, um ihren ganzen Wärmeinhalt an diese abzugeben und auf Siedetemperatur abgekühlt die Oberfläche der Flüssigkeit zu erreichen. Dazu kommt, dass viele kleine Blasen eine größere Wärmeübergangsfläche mit der sie umgebenden Flüssigkeit haben, wodurch der Wärmeübergang beschleunigt ist. io Dieser beschleunigte Wärmeübergang erlaubt es auch, das gasförmige Gas mit höherer Temperatur einzublasen. Als willkommener Nebeneffekt der kleinen Ausströmbohrungen ist der in ihnen auftretende Druckverlust so groß, dass der Einfluss der Höhe des Flüssigkeitsspiegels über den Ausströmbohrungen nicht ins Gewicht fällt. 15 Die Verweilzeit kann dadurch verlängert werden, dass die vertikale Geschwindigkeitskomponente nicht positiv ist (Anspruch 2). Das heisst, sie ist gleich Null oder negativ, mit anderen Worten, das Gas wird leicht abwärts eingeblasen.
Eine weitere Konsequenz des schnelleren und vollständigen Wärmeüberganges von den Blä-20 sehen ist, dass der Wärmetauscher so ausgelegt sein kann, dass das entnommene flüssige Gas in ihm zur Gänze verdampft und im Wesentlichen auf Umgebungstemperatur erwärmt wird (Anspruch 3). Bei der relativ hohen Temperatur ist der vom Kompressor zu fördernde Mengenstrom nur klein und dessen Leistungsbedarf daher minimal. Es darf daran erinnert werden dass bei Wasserstoff und ähnlich leichten Gasen die Stoffwerte sich erheblich von denen von Was-25 ser/Dampf unterscheiden und diese Unterschiede zwischen den beiden Phasen flüssig und gasförmig wesentlich weniger unterscheiden.
Vorteilhafterweise führt der Wärmetauscher als Primärmedium erwärmtes Wasser und ist von einer Wärmeisolation umgeben (Anspruch 4). Wasser - bei einem Kraftfahrzeug mit Verbren-3o nungskraftmaschine ist es deren Kühlwasser - als Primärmedium heisst, dass es den Wärmetauscher füllt und vom Gas durchströmte Rohre umgibt. So ist die Wärmekapazität des Wassers ausreichend, um nach dem Betanken ohne Behinderung, ohne irgendwelche Hilfsmittel (zum Beispiel einen zusätzlichen Druckspeicher) die volle Motorleistung abrufen zu können. 35 Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung erlauben es auch, unter Vermeidung eines eigenen Steuerventiles den Kompressor einfach in Abhängigkeit vom im Speicherbehälter herrschenden Druck aus- beziehungsweise einzuschalten (Anspruch 5). Bei Abfall des Druckes im Speicherbehälter wird der Kompressor eingeschaltet und bei Erreichen eines Maximaldruckes wird er wieder ausgeschaltet. 40
In Weiterbildung der Erfindung sind im Speicherbehälter mindestens zwei Einblasvorrichtungen in einigem Abstand vorgesehen (Anspruch 6). In Speicherbehältern großer horizontaler Erstreckung kann eine Lageänderung des Flüssigkeitsspiegels (bei Neigung des Fahrzeuges oder durch Trägheitskräfte) dazu führen, dass die Einblasvorrichtung nicht mehr in das flüssige Gas 45 eintaucht. Dann würde sich das warme Gas oben im Speicherbehälter sammeln, mit den oben beschriebenen Folgen. Um das zu verhindern, wird eine weitere Einblasvorrichtung in großer Entfernung von der ersten vorgesehen. Diese taucht dann bei geeigneter Anordnung bestimmt und sogar noch tiefer in das flüssige Gas ein. Bei einer Einblasvorrichtung üblicher Bauart hätte das zur Folge, dass der ganze Gasstrom den Weg des geringsten Widerstandes geht und so durch die über dem Spiegel befindliche Einblasvorrichtung strömt. In der anderen Einblasvorrichtung müsste das Gas ja den Druck der darüber liegenden Flüssigkeitssäule überwinden. Dank der Erfindung jedoch setzen die kleinen Ausströmbohrungen der Strömung einen Widerstand entgegen, der wesentlich größer als der Widerstand beim Einblasen in das flüssige Gas ist. Dadurch wird die Verteilung des ausströmenden Gases von der Höhe das Flüssigkeitsspie-55 gels nur wenig beeinflusst. 4 AT 009 291 U1
Dazu besteht der Rückführzweig vorzugsweise aus einem einzigen in den Speicherbehälter eingeführten Rohr, das sich im Inneren des Speicherbehälters in mindestens zwei Rohre verzweigt, an deren Enden die Einblasvorrichtungen ausgebildet oder befestigt sind (Anspruch 7). So ist die Anzahl der immer kritischen Durchführung eines Rohres durch die äussere Behälter-5 wand und die Superisolation hindurch minimiert.
Im Sinne des zu Anspruch 6 gesagten herrschen in den mindestens zwei Rohren gleiche Strömungswiderstände (Anspruch 8). Wenn sich bei der strömungstechnischen und thermischen Auslegung der Zufuhrrohre und der Einblasvorrichtung ein zu geringer Strömungswiderstand io ergibt, kann dieser in einem oder beiden Zufuhrrohren mit minimalem Aufwand durch zusätzliche Drosselstellen künstlich erhöht und wenn nötig auch ausgeglichen werden (Anspruch 9).
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar: 15 20
Fig. 1: Schematisch den erfindungsgemäßen Speicherbehälter mit der Entnahmevorrichtung, Fig. 2: Detail II in Fig. 1, vergrößert,
Fig. 3: Detail II in Fig. 1 in einer Variante,
Fig. 4: Ein Diagramm zur Erläuterung,
Fig. 5: Skizze eines geneigten Behälters, zur Erläuterung.
In Fig. 1 ist der Speicherbehälter insgesamt mit 1 bezeichnet. Er besteht aus einem Außenbehälter 2 und einem Innenbehälter 3, wobei der Zwischenraum 4 eine Superisolation enthält. In dem Innenbehälter 3 befindet sich ein tiefkaltes Gas, beispielsweise Wasserstoff, in einer unte-25 ren Zone 6 in flüssigem Aggregatzustand und darüber (5) in gasförmigem Aggregatszustand. Die Grenzfläche zwischen beiden ist der mit dem üblichen auf der Spitze stehenden Dreieck bezeichnete Flüssigkeitsspiegel. Der Flüssigkeitsspiegel ist horizontal, wenn nur die Schwerkraft auf die Flüssigkeit einwirkt. Durch die Einwirkung von in horizontaler Richtung wirkenden Trägheitskräften nimmt er eine geneigte Lage ein. Eine Betankungsleitung 7 ist nur angedeutet. 30
Die Entnahmevorrichtung besteht aus einem Entnahmezweig und einem Rückführzweig. Erste-rer wird gebildet von einer aus dem Flüssigkeitsraum 6 des Innenbehälters 3 herausführenden Entnahmeleitung 10, einem Wärmetauscher 11, einem Ventil 12 und einer Leitung 13 zu einem nicht dargestellten Verbraucher. Der Verbraucher kann eine Verbrennungskraftmaschine oder 35 eine Brennstoffzelleneinheit sein. Zwischen dem Wärmetauscher 11 und dem Ventil 12 ist eine Abzweige 15, von der eine Rückführleitung 16 über einen Kompressor 17 in das Innere des Behälters 1 hinein reicht, im Behälter eine innere Rückführleitung 20 bildet zu einer Verteilleitung 22 führt. In der inneren Rückführleitung 20 ist ein Rückschlagventil 21 vorgesehen, um bei Überdruck im Behälter eine Rückströmung von flüssigem Gas zum Kompressor 17 zu verhin-40 dern. Im einfachsten Fall endet die innere Rückführleitung 20 mit einer Einblasvorrichtung 23. Im gezeigten Ausführungsbeispiel stellt die Verteilleitung 22 die Verbindung zu zwei in horizontaler Richtung weit voneinander entfernten Einblasvorrichtungen 23, 23' her.
Der Wärmetauscher 11 wird von einem Behälter 27 gebildet, der die mit einem Wärme zufüh-45 renden Primärmedium gefüllten Primärraum bildet. Das Primärmedium, beispielsweise das von einer Umlaufpumpe zirkulierte Kühlwasser einer Verbrennungskraftmaschine (beide nicht dargestellt), wird dem Primärraum 24 über eine Leitung 25 zu- und von einer Leitung 25’ abgeführt. Die Sekundärseite 26 ist von dem zunächst flüssigen Gas durchströmt. Durch diese Anordnung können erhebliche Wärmemengen auf das zu verflüssigende Gas übertragen werden, so dass so dieses nicht nur verdampft, sondern auch bis in die Nähe der Umgebungstemperatur, und sogar darüber hinaus, erwärmt werden kann. Dank der großen zuführbaren Wärmemenge ist der Kompressor keinen extremen Temperaturbedingungen ausgesetzt. Wie noch zu erläutern, ist auch seine Leistungsaufnahme klein. Daher kann er von einfacher Bauart sein, etwa ein Membrankompressor, oder dergleichen. Er wird von einem Elektromotor 18 angetrieben, der in Ab-55 hängigkeit von dem im Speicherbehälter 1 herrschenden Druck aus- beziehungsweise einge- 5 AT 009 291 U1 schaltet wird. Eine darüber hinausgehende Regelung ist nur zu seinem Schutz nötig.
Fig. 2 zeigt die Einblasvorrichtung 23. Sie ist ein an ihrem Ende geschlossenes Rohr mit seitlichen Ausströmbohrungen 31 kleinen bis sehr kleinen Durchmessers. Dadurch ist der Druckver-5 lust erheblich und es entstehen Gasbläschen sehr kleinen Durchmessers. Die Ausströmrichtung ist hier mit einem Pfeil 33 bezeichnet. Dadurch, dass die Gasbläschen 32 in horizontaler Richtung mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen werden, steigen sie nicht gleich auf, sondern durchlaufen eine sich erst allmählich aufwärts neigende lange Bahn in der Flüssigkeit. Dadurch verlängert sich ihre Verweilzeit in der Flüssigkeit und sie können ihren gesamten Wärmeinhalt io an die Flüssigkeit abgeben, so dass sie den Flüssigkeitsspiegel auf Siedetemperatur abgekühlt erreichen. In Fig. 2 ist die Austrittsrichtung 33 der Gasbläschen horizontal. Sie kann aber gemäß Fig. 3 auch leicht abwärts geneigt sein, was der Pfeil 33' andeutet. Dadurch wird die Verweilzeit der Gasblässchen in der Flüssigkeit weiter verlängert. Bei dieser Anordnung ist die Vertikalkomponente der Ausblasausrichtung 33' negativ, weil sie abwärts gerichtet ist. Eine 15 aufwärts gerichtete Ausblasrichtung würde die Verweilzeit der Gasblässchen in der Flüssigkeit verkürzen.
Wenn das auf Umgebungstemperatur (ungefähr 300 Kelvin) erwärmte Gas seinen gesamten Wärmeinhalt an die Flüssigkeit abgibt, wobei es selbst wieder auf 30 Kelvin heruntergekühlt 20 wird, muss nur wenig Gas eingeblasen werden und der Kompressor braucht nur für eine kleine Fördermenge ausgelegt sein. Entsprechend gering ist seine Leistungsaufnahme und sein Raumbedarf. Dank der Erfindung wird auch das Anlaufverhalten nach dem Betanken erheblich verbessert. Nach dem Betanken herrscht im Behälter in der Regel ein tieferer Druck als im Betrieb nötig, um das Gas mit ausreichendem Druck durch den Wärmetauscher 11 hindurch 25 dem Verbraucher zuzuführen. Ein Druckaufbausystem sollte in der Lage sein, den Druck ohne Entnahme entsprechend zu erhöhen. Durch den Wärmeinhalt des auf der Primärseite 24 des Wärmetauschers 11 befindlichen Kühlwassers kann der Kompressor nach einem kürzeren Tankstop Gas von ausreichender Temperatur ansaugen und der Einblasvorrichtung 23 zuführen. Dadurch kommt die Verdampfung der Flüssigkeit im Behälter schnell in Gang und es kann 30 nach dem Betanken mit voller Motorleistung weggefahren werden.
Das Diagramm der Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Temperatur des eingeblasenen Gases und der Verweilzeit der Gasblässchen in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Austrittsbohrungen 31. Auf der Ordinate ist die Verweilzeit und auf der Abszisse die Temperatur 35 in Grad Kelvin aufgetragen. Die Kurven 40, 41, 42 zeigen den Temperaturverlauf als Funktion der Verweilzeit. Die Gasblässchen treten mit einer Temperatur von 300 Kelvin (im Diagramm links oben) aus den Austrittsbohrungen 31 aus und erreichen nach einer bestimmten Zeit die Temperatur des flüssigen Gases (30 Kelvin). Die Kurve 40 entspricht einem Durchmesser der Ausströmbohrungen von 5 mm, die Kurve 41 einem Durchmesser von 2 mm und die Kurve 42 40 einem Durchmesser von einem Millimeter. Man erkennt, dass die Kurve 42 bereits nach 0,04 Sekunden (Punkt 43) die 30 Kelvin erreicht und so seine gesamte Wärme abgegeben hat. Bei noch weiter verkleinerten Durchmesser ist das noch früher der Fall.
Fig. 5 dient der Erläuterung eines weiteren Vorteiles der Erfindung, wenn - wie in Fig. 1 zu 45 sehen - zwei Einblasvorrichtungen 23, 23’ in einigem horizontalem Abstand voneinander ange ordnet sind. Dazu wird angenommen, dass der Behälter 1, von dem nur der Innenbehälter 3 angedeutet ist, geneigt wird. Dieselbe Wirkung tritt auf, wenn der Behälter nicht geneigt ist, sich jedoch der Flüssigkeitsspiegel durch Trägheitskräfte (wenn das Fahrzeug eine Kurve zieht oder abgebremst wird) neigt. Unter diesen Bedingungen taucht die Einblasvorrichtung 23' tiefer in die so Flüssigkeit 6 ein, die andere Einblasvorrichtung 23 kommt dabei aber in dem Gasraum 5 zu liegen.
Bei Verwendung von zwei Einblasvorrichtungen nach dem Stand der Technik würde die über der Einblasvorrichtung 23' befindliche Flüssigkeitssäule 50 ein Austreten von Gas aus der Eines blasvorrichtung 23' verhindern und das Gas würde im Wesentlichen aus der anderen Einblas-

Claims (8)

  1. 6 AT 009 291 U1 Vorrichtung 23 in den Gasraum 5 strömen. Dann aber kommt kaum ein Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit zustande und eine Entnahme aus dem Behälter wäre nicht möglich. Durch den hohen Druckabfall der erfindungsgemäßen Einblasvorrichtungen 23, 23' jedoch tritt die Wirkung des hydrostatischen Druckes der Flüssigkeitssäule 50 gegenüber dem Druckverlust in den 5 Einblasvorrichtungen zurück. So verteilt sich die eingeblasene Gasmenge ungefähr gleich auf die beiden Einblasvorrichtungen 23, 23'. Berechnungen haben für Wasserstoff ergeben, dass bei einem Einblasüberdruck von nur wenigen Millibar bereits eine annähernd gleiche Verteilung des eingeblasenen Gasstromes auf io beide Einblasvorrichtungen erreicht wird. Sollte der Druckabfall durch die Ausströmbohrungen 31 nicht ausreichen, kann in beiden Einblasvorrichtungen 23 eine zusätzliche Drosselung vorgesehen sein. Das ist in Fig. 3 durch eine einfache Drosselblende 37 angedeutet. Diese überraschende Wirkung erklärt sich aus den Stoffeigenschaften von Gasen, die erst bei sehr tiefen Temperaturen flüssig sind, besonders bei Wasserstoff. 15 Ansprüche: 1. Speicherbehälter für tiefkaltes Flüssiggas mit Entnahmevorrichtung, die aus einem Ent- 20 nahmezweig und einem Rückführzweig besteht, wobei der Entnahmezweig von einer in den Behälter eintauchenden Entnahmeleitung (10) gebildet ist, die über einen Wärmetauscher (11) und eine Abzweige (15) zum Verbraucher führt und wobei als Rückführzweig eine Rückführleitung (16) von der Abzweige (15) über einen Kompressor (17) zu einer Einblasvorrichtung im Behälter führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasvorrichtung 25 (23, 23') in der Nähe des Bodens des Speicherbehälters (1) eine Anzahl sehr kleiner Aus strömbohrungen (31, 31') aufweist, die so angeordnet sind, dass die austretenden kleinen Gasbläschen (32) eine erhebliche Geschwindigkeitskomponente (33, 33') in horizontaler Richtung haben.
  2. 2. Speicherbehälter mit Entnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Geschwindigkeitskomponente nicht positiv ist.
  3. 3. Speicherbehälter mit Entnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) so ausgelegt ist, dass das in flüssigem Aggregatszustand 35 entnommene Gas im Wärmetauscher (11) zur Gänze verdampft und im wesentlichen auf Umgebungstemperatur erwärmt wird.
  4. 4. Speicherbehälter mit Entnahmevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) als Primärmedium erwärmtes Wasser führt und von einer 40 Wärmeisolation umgeben ist.
  5. 5. Speicherbehälter mit Entnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (17) in Abhängigkeit vom im Speicherbehälter (1) herrschenden Druck geregelt wird. 45
  6. 6. Speicherbehälter mit Entnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicherbehälter (1) mindestens zwei Einblasvorrichtungen (23, 23') in einigem Abstand vorgesehen sind. so 7. Speicherbehälter mit Entnahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführzweig (16) aus einem in den Speicherbehälter eingeführten Rohr (20) besteht, das sich im Inneren des Speicherbehälters in einer Verteilleitung (22) auf zwei Einblasvorrichtungen (23, 23') verteilt.
  7. 8. Speicherbehälter mit Entnahmevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, 7 AT 009 291 U1 dass in den mindestens zwei Zweigen der Verteilleitung (22) und in den Einblasvorrichtungen (23, 23’) jeweils gleiche Strömungswiderstände herrschen, so dass der Druck, mit dem das Gas aus den beiden Einblasvorrichtungen (23, 23’) austritt, gleich ist.
  8. 9. Speicherbehälter mit Entnahmevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verteilleitung oder in den Einblasvorrichtungen (23, 23') ein zusätzlicher Strömungswiderstand vorgesehen ist. io Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 15 20 25 30 35 40 45 50 55
AT0046805U 2005-07-08 2005-07-08 Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas mit einer entnahmevorrichtung AT9291U1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0046805U AT9291U1 (de) 2005-07-08 2005-07-08 Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas mit einer entnahmevorrichtung
DE102006031860A DE102006031860A1 (de) 2005-07-08 2006-07-10 Speicherbehälter für tiefkaltes Flüssiggas mit einer Entnahmevorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0046805U AT9291U1 (de) 2005-07-08 2005-07-08 Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas mit einer entnahmevorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
AT9291U1 true AT9291U1 (de) 2007-07-15

Family

ID=37591521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
AT0046805U AT9291U1 (de) 2005-07-08 2005-07-08 Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas mit einer entnahmevorrichtung

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT9291U1 (de)
DE (1) DE102006031860A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103712056B (zh) 2012-10-02 2017-11-14 查特股份有限公司 具有主动式增压能力的深冷液体输送及增压系统和方法
FR3081967B1 (fr) * 2018-05-30 2020-12-25 Gaztransport Et Technigaz Dispositif de stockage de gaz liquefie
EP3722652B1 (de) 2019-04-09 2022-09-14 MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik AG & Co KG Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas
FR3100055B1 (fr) * 2019-08-19 2021-07-23 Gaztransport Et Technigaz Système de traitement de gaz contenu dans une cuve de stockage et/ou de transport de gaz à l’état liquide et à l’état gazeux équipant un navire
DE102023200257B3 (de) 2023-01-13 2024-05-29 Magna Energy Storage Systems Gesmbh Kryotank umfassend eine Entnahmevorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006031860A1 (de) 2007-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006025656B4 (de) Vorrichtung zur Kraftstoffspeicherung und -förderung von kryogenem Kraftstoff
DE1149032B (de) Vorrichtung zum Umfuellen tiefsiedender verfluessigter Gase aus einem Transportbehaelter niedrigeren Druckes in einen Lagerbehaelter hoeheren Druckes
AT9291U1 (de) Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas mit einer entnahmevorrichtung
DE102016010396B4 (de) Solaranlage
DE102011050956B4 (de) Kühleinrichtung
EP2713130A2 (de) Thermischer Speicher für Kälteanlagen
EP0733192B1 (de) Latentwärmespeicher
DE102012100423B3 (de) Schichtenspeicher
DE202015101978U1 (de) Speichertank mit Strömungsleitelement
EP2118557B1 (de) Speicherbehälter für tiefkaltes flüssiggas mit einer entnahmevorrichtung
DE10321213B4 (de) Speicherbehälter für tiefkaltes Flüssiggas mit Entnahmevorrichtung
EP4174426A1 (de) Vorrichtung zum kühlen von flüssigkeiten
AT412998B (de) Solaranlage
DE3507798A1 (de) Verfahren zum transport von waerme in gebaeuden
WO2008098758A1 (de) Erdwärmesonde und verfahren zum betreiben einer erdwärmesonde
EP1936314B1 (de) Warmwasser-Schichtspeicher
CH689025A5 (de) Druckhaltevorrichtung fuer geschlossene Heizungs- oder Kuehlkreislaeufe.
DE10123305A1 (de) Schichtspeicher mit einem Speicherbehälter zum Speichern von Wärmeenergie
DE102017215897A1 (de) Wärmetauscher, Speicher und Verfahren zu dessen Betrieb
DE1601197C3 (de) Dampfbeaufschlagter Wärmeaustauscher
EP4173788A1 (de) Vorrichtung zum kühlen von zugabewasser für die herstellung von frischbeton
DE3840024C2 (de)
EP4311586A1 (de) Abscheideeinrichtung, insbesondere luft-und/oder kältemittelabscheideeinrichtung für eine wärmepumpenanlage
DE102015106132A1 (de) Speichertank mit Strömungsleitelement
DE102022000076A1 (de) Anordnung zum Erwärmen einer Flüssigkeit

Legal Events

Date Code Title Description
MK07 Expiry

Effective date: 20150731