DE10105819A1 - Fuel supply device for vehicles operated by cryogenic fuel has cryo-tank enclosing inner fuel storage chamber and separate fuel-reserve container connected to drive assembly and designed for higher structural pressure - Google Patents

Fuel supply device for vehicles operated by cryogenic fuel has cryo-tank enclosing inner fuel storage chamber and separate fuel-reserve container connected to drive assembly and designed for higher structural pressure

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Abstract

The fuel supply device has a vacuum-insulated cryo-tank (1) mounted on the vehicle and enclosing an inner fuel storage chamber (6) which includes a separate fuel reserve container (3) which is closed from the inner chamber but is in thermal contact therewith. The reserve container can be connected to the drive assembly (13) and is designed for a structural pressure higher than that of the cryo-tank. A supply line (4) with non-return valve (5) during emergency operation prevents fuel from flowing back from the reserve tank to the cryo-tank.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung eines mit kryogenem Kraftstoff in Form von tiefkalt verflüssigtem Gas betriebenen Fahrzeugs, mit einem auf dem Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Kryotank, der einen Innenraum für die Speicherung des kryogenen Kraftstoffs umschließt, und mit einer Versorgungsleitung für die Zufuhr des Kraftstoffs zu einem Antriebsaggregat.The invention relates to a device for the fuel supply with cryogenic fuel in the form of cryogenic liquefied gas powered vehicle, with a vacuum-insulated cryogenic tank mounted on the vehicle, the one Encloses interior space for storing the cryogenic fuel, and with one Supply line for supplying the fuel to a drive unit.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Kraftstoffversorgung eines mit kryogenem Kraftstoff in Form von tiefkalt verflüssigtem Gas betriebenen Fahrzeugs, indem im Normalbetrieb einem Antriebsaggregat der kryogene Kraftstoff aus einem auf dem Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Kryotank zugeführt wird.Furthermore, the invention relates to a method for the fuel supply of a cryogenic fuel in the form of cryogenic liquefied gas powered vehicle, by the cryogenic fuel from a vacuum-insulated cryogenic tank mounted on the vehicle.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Gattung sind in der US-A 5,081,977 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs umfaßt einen auf dem Fahrzeug montierten Kraftstofftank für verflüssigtes Erdgas. Bei dem Kraftstofftank handelt es sich um einen sogenannten "Kryotank", in dem aufgrund einer Vakuumisolation flüssiges, tiefkaltes Gas (kryogener Kraftstoff) über längere Zeit bei tiefer Temperatur gespeichert werden kann. Die Hauptkomponente des flüssigen Erdgases ist Methan. Der Kraftstofftank ist über eine Versorgungsleitung mit einem Motor verbunden. Zur Versorgung des Motors mit dem kryogenen Kraftstoff im Normalbetrieb wird im Kryotank ein Überdruck erzeugt, so dass Erdgas in flüssiger Form entnommen, verdampft und dem Motor als gasförmiger Kraftstoff zugeführt wird. Anstelle von verflüssigtem Erdgas wird auch verflüssigter Wasserstoff zur Kraftstoffversorgung von Fahrzeugen eingesetzt.A method and an apparatus of this type are in US-A 5,081,977 described. The known device for the fuel supply liquid gas powered vehicle includes one mounted on the vehicle Fuel tank for liquefied natural gas. The fuel tank is a so-called "cryogenic tank" in which liquid cryogenic gas (cryogenic fuel) for a long time at low temperature can be saved. The main component of liquid natural gas is methane. The fuel tank is connected to an engine via a supply line. to The engine is supplied with the cryogenic fuel in normal operation Cryotank creates an overpressure so that natural gas is extracted in liquid form, evaporates and is supplied to the engine as a gaseous fuel. Instead of liquefied natural gas also becomes liquefied hydrogen for fuel supply used by vehicles.

Grundsätzlich weist die Speicherung des Kraftstoffs in flüssiger Form einen geringen Platz- und Gewichtsbedarf auf. Ein Nachteil besteht darin, dass die Lagerung des kryogenen Kraftstoffs bei tiefer Temperatur in sogenannten "Kryotanks" erfolgen muss. Aufgrund ihrer Vakuumisolation haben Kryotanks einen hohen Platzbedarf bei vergleichsweise geringem Füllvolumen. Trotz der Vakuumisolation lässt sich ein Wärmeeinfall in einen Kryotank nicht ganz vermeiden. Ein Wärmeeinfall bewirkt eine allmähliche Verdampfung des kryogenen Kraftstoffs oder einen Druckanstieg im Kryotank oder beides. Sobald der maximal zulässige Konstruktionsdruck des Kryotanks überschritten wird, muss zur Entlastung Kraftstoff abgelassen werden. So verschwindet nach einem längeren Stillstand die Flüssigphase des Kraftstoffs vollständig und der Kryotank erwärmt sich auf Umgebungstemperatur. Die dann noch gespeicherte Menge an gasförmigem Kraftstoff reicht häufig nicht mehr aus, eine geeignete Tankvorrichtung zu erreichen oder gar den Motor zu starten. Fahrzeuge mit geleertem Kryotank müssen daher bis zur nächsten Tankvorrichtung transportiert werden.Basically, the storage of the fuel in liquid form is minimal Space and weight requirements. A disadvantage is that the storage of the cryogenic fuel at low temperature in so-called "cryogenic tanks" got to. Because of their vacuum insulation, cryogenic tanks take up a lot of space comparatively low filling volume. Despite the vacuum insulation, one can Do not completely avoid heat entering a cryogenic tank. A heat incidence causes  gradual evaporation of the cryogenic fuel or an increase in pressure in the Cryotank or both. As soon as the maximum permissible design pressure of the If the cryotanks are exceeded, fuel must be drained to relieve So the liquid phase of the fuel disappears after a long standstill completely and the cryotank warms up to ambient temperature. Then still Stored amount of gaseous fuel is often no longer sufficient, one to reach a suitable tank device or even to start the engine. vehicles with an empty cryotank must therefore be transported to the next tank device become.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Kraftstoffversorgung eines mit kryogenem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugs anzugeben, die auch bei leerem oder geleerten Kryotank einen Notbetrieb des Fahrzeugs ermöglicht.The invention is therefore based on the object of a method for Fuel supply for a vehicle powered by cryogenic fuel to indicate that emergency operation of the. even when the cryotank is empty or empty Vehicle.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für diesen Notbetrieb eine einfache und betriebssichere Vorrichtung bereitzustellen.Furthermore, the invention is based on the object for this emergency operation to provide a simple and reliable device.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Innenraum ein gegenüber diesem verschlossener oder verschließbarer Reservebehälter für die Aufnahme von kryogenem Kraftstoff vorgesehen ist, der mit dem Innenraum in thermischem Kontakt steht, mit dem Antriebsaggregat verbunden oder verbindbar ist, und der für einen Konstruktionsdruck ausgelegt ist, der höher ist als der Konstruktionsdruck des Kryotanks.With regard to the device, this task is based on the device according to the invention solved in that in the interior towards this closed or lockable reserve container for the Recording of cryogenic fuel is provided, which with the interior in there is thermal contact, is connected or can be connected to the drive unit, and that is designed for a design pressure that is higher than that Construction pressure of the cryogenic tank.

Der zulässige Konstruktionsdruck des Kryotanks begrenzt die Menge an verfügbarem Kraftstoff in der gasförmigen Phase. Die bei aufgewärmtem Kryotank noch speicherbare Kraftstoffmenge ist proportional zu diesem Konstruktionsdruck. Eine Steigerung des Konstruktionsdrucks des Kryotanks würde jedoch mit einem größeren Gewicht und höheren Herstellungs- und Materialkosten einhergehen und wäre daher unwirtschaftlich.The allowable design pressure of the cryogenic tank limits the amount of available Fuel in the gaseous phase. The one with the cryotank warmed up The amount of fuel that can be stored is proportional to this design pressure. A However, increasing the design pressure of the cryogenic tank would increase Weight and higher manufacturing and material costs go hand in hand and would therefore be uneconomical.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass innerhalb des Kryotanks ein mit dem Innenraum in thermiswchem Kontakt stehender Reservebehälter vorgesehen ist, der für einen Konstruktionsdruck ausgelegt ist, der höher ist als der Konstruktionsdruck des Kryotanks. Es ist somit lediglich erforderlich, den relativ kleinen Reservebehälter für einen hohen Konstruktionsdruck auszulegen. Dadurch ist es möglich, im Reservebehälter einen Kraftstoff (im folgenden auch als "Reserve-Kraftstoff" bezeichnet) unter höherem Druck und damit in einer ausreichenden Menge bereitzustellen. Der erforderliche Konstruktionsdruck hängt vom Fassungsvolumen des Reservebehälters und von der Kraftstoffmenge ab, die für den Notfall zur Verfügung stehen soll. Das - im Vergleich zum großen Volumen des Kryotanks - relativ kleine Fassungsvolumen des Reservebehälters kann dabei einen sehr hohen Überdruck erforderlich machen. Die Anforderungen an die Sicherheit sind möglicherweise jedoch geringer als bei frei liegenden Hochdruckbehältern, da sich der Reservebehälter innerhalb des Kryotanks befindet und außerdem nicht frei zugänglich ist. Dies würde gegebenenfalls den Material- und Kostenaufwand für die Herstellung des Reservebehälters gegenüber anderen Hochdruckbehältern verringern. Wesentlich ist, dass durch den Reservebehälter ein Reservevolumen innerhalb des Kryotanks bereitgestellt wird, das in thermischem Kontakt mit dem Innenraum des Kryotanks steht. Der Kraftstofff innerhalb des Reservebehälters hat im Normalbetrieb daher im wesentlichen die gleiche Temperatur wie der verflüssigte Kraftstoff im Kryotank. Bei einer Temperaturerhöhung im Kryotank steigt der Druck im Reservebehälter. Der Maximaldruck innerhalb des Reservebehälters stellt sich nur dann ein, wenn der Kryotank auf seine Umgebungstemperatur erwärmt ist und auch der im Reservebehälter enthaltene Reserve-Kraftstoff diese Temperatur angenommen hat. Um den Druckanstieg innerhalb des Reservebehälters zu erreichen, ist dieser entweder gegenüber dem Innenraum des Kryotanks abgeschlossen oder im Bedarfsfall verschließbar, so dass keine fluidische Verbindung zwischen Reservebehälter und Kryotank besteht.An essential feature of the device according to the invention is that inside the cryotank is in thermal contact with the interior  Reserve tank is provided, which is designed for a design pressure, the is higher than the design pressure of the cryogenic tank. It is therefore only necessary to design the relatively small reserve tank for a high construction pressure. This makes it possible to put a fuel in the reserve tank (hereinafter also called "Reserve fuel") under higher pressure and thus in one to provide sufficient quantity. The required design pressure depends on the capacity of the reserve tank and the amount of fuel that should be available for emergencies. That - compared to the large volume of the cryogenic tank - relatively small volume of the reserve container can be used require a very high overpressure. The requirements for However, security may be lower than with exposed ones High-pressure containers, since the reserve container is located inside the cryogenic tank and is also not freely accessible. This would, if necessary, the material and Cost of manufacturing the reserve container compared to others Reduce high pressure tanks. It is essential that through the reserve container Reserve volume is provided within the cryogenic tank that is in thermal Contact with the interior of the cryogenic tank. The fuel inside the Reserve container therefore has essentially the same in normal operation Temperature like the liquefied fuel in the cryogenic tank. At a An increase in temperature in the cryotank increases the pressure in the reserve container. The Maximum pressure within the reserve tank is only set if the Cryogenic tank is warmed to its ambient temperature and also in the Reserve fuel contained reserve fuel has reached this temperature. In order to achieve the pressure increase inside the reserve tank, this is either closed off from the interior of the cryogenic tank or in the Lockable if necessary, so that no fluid connection between Reserve container and cryogenic tank exist.

Damit der Reserve-Kraftstoff zum Antriebsaggregat gelangen kann ist eine fluidische Verbindung von Reservebehälter und Antriebsaggregat erforderlich. Für diese Verbindung kann die Versorgungsleitung vom Kryotank zum Antriebsaggregat genutzt werden oder eine eigene Notversorgunsleitung vom Reservebehälter zum Antriebsaggregat. Bei dem Antriebsaggregat handelt es sich beispielsweise um einen Motor oder um eine Brennstoffzelle. So that the reserve fuel can get to the drive unit is a fluid one Connection of reserve tank and drive unit required. For this The supply line can connect the cryotank to the drive unit be used or a separate emergency supply line from the reserve container to the Drive unit. The drive unit is, for example, a Engine or around a fuel cell.  

Vorzugsweise weist der Reservebehälter eine gegenüber dem Innenraum des Kryotanks verschließbare Zufuhrleitung für den kryogenen Kraftstoff auf. Die Zufuhrleitung beginnt im Dampfraum (oberhalb des Flüssigkeitsspiegels) oder im Flüssigkeitsraum. Im Normalbetrieb gelangt flüssiger oder gasförmiger Kraftstoff über diese Zufuhrleitung vom Kryotank in den Reservebehälter. Dies hat den Vorteil, dass das Fassungsvolumen des Reservebehälters zur Aufnahme und Abgabe des kryogenen Kraftstoffs beim normalen Füll- und Verbrauchsbetrieb zur Verfügung steht. Dadurch, dass die Zufuhrleitung verschließbar ist, kann der Reservebehälter im Bedarfsfall gegenüber dem Kryotank jedoch abgeschlossen werden, so dass dann keine fluidische Verbindung mehr zwischen dem Reservebehälter und dem Kryotank besteht. Dies kann beispielsweise dann geschehen, wenn der Füllstand des kryogenen, flüssigen Kraftstoffs eine vorgegebene Untergrenze unterschritten hat, oder wenn im Kryotank kein kaltverflüssigtes Gas mehr enthalten ist. Mit dem allmählichen Anstieg der Temperatur innerhalb des Kryotanks nimmt auch der Innendruck innerhalb des verschlossenen Reservebehälters zu. Der maximale Innendruck wird erreicht, sobald innerhalb des Kryotanks und innerhalb des Reservebehälters Umgebungstemperatur herrscht. Für diesen maximalen Innendruck muss der Reservebehälter ausgelegt sein.The reserve container preferably has one opposite the interior of the Cryogenic tanks lockable supply line for the cryogenic fuel. The Supply line begins in the steam room (above the liquid level) or in Liquid space. Liquid or gaseous fuel spills over during normal operation this supply line from the cryogenic tank to the reserve container. This has the advantage that the volume of the reserve container to hold and deliver the cryogenic fuel is available in normal filling and consumption mode stands. The fact that the supply line is closable, the reserve container can If necessary, however, be completed against the cryotank, so that no more fluid connection between the reserve container and the cryogenic tank consists. This can happen, for example, when the fill level of the cryogenic, liquid fuel has fallen below a predetermined lower limit, or if there is no more cold liquefied gas in the cryotank. With the The gradual increase in temperature inside the cryogenic tank also decreases Internal pressure inside the sealed reserve container too. The maximum Internal pressure is reached as soon as inside the cryotank and inside the Reserve tank ambient temperature prevails. For this maximum internal pressure the reserve container must be designed.

Im einfachsten Fall wird der Reservebehälter gegenüber dem Kryotank verschlossen, indem die Zufuhrleitung ein Rückschlagventil enthält, das im Notbetrieb ein Rückströmen vom Reservetank in den Kryotank verhindert.In the simplest case, the reserve container is closed off from the cryogenic tank, in that the supply line contains a check valve that turns on in emergency mode Backflow from the reserve tank into the cryotank prevented.

Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Versorgungsleitung im Reservebehälter endet. Bei dieser Ausführungsform gelangt der Kraftstoff im Normalbetrieb vom Kryotank über die Zufuhrleitung in den Reservebehälter, und vorn dort über die Versorgungsleitung zum Antriebsaggregat. Im Notbetrieb gelangt der noch im Reservebehälter - unter hohem Druck - enthaltene Reserve-Kraftstoff über die Versorgungsleitung zum Antriebsaggregat. Eine separate Notversorgungsleitung zwischen Reservebehälter und Antriebsaggregat ist so nicht erforderlich.An embodiment of the invention is particularly preferred Device in which the supply line ends in the reserve container. at In this embodiment, the fuel passes from the cryotank in normal operation the supply line into the reserve container, and at the front there via the supply line to the drive unit. In emergency operation, it is still in the reserve container - below high pressure - contained reserve fuel via the supply line to the Drive unit. A separate emergency supply line between the reserve container and drive unit is not necessary.

In einer einfachen Ausführungsform handelt es sich bei dem Reservebehälter um einen Teil der Versorgunsgleitung, die - falls erforderlich verlängert und verdickt ausgebildet - ein Reservevolumen innerhalb des Kryotanks bereitstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Reservebehälter im wesentlichen Kugelform auf. Ein Behälter mit Kugelgeometrie zeichnet sich durch hohe Druckstabilität bei gleichzeitig minimalem Material- und Gewichtsaufwand aus.In a simple embodiment, the reserve container is part of the supply line, which - if necessary, lengthens and thickens  trained - provides a reserve volume within the cryogenic tank. In a preferred embodiment, the reserve container has an essentially spherical shape on. A container with spherical geometry is characterized by high pressure stability at the same time from minimal material and weight expenditure.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat sich insbesondere für einen Einsatz bewährt, bei dem der kryogene Kraftstoff kaltverflüssigter Wasserstoff ist. Dementsprechend ist der Reserve-Kraftstoff im Notbetrieb kaltverflüssigter oder gasförmiger Wasserstoff.The device according to the invention has proven particularly useful for use, where the cryogenic fuel is liquefied hydrogen. Accordingly the reserve fuel is cold liquefied or gaseous in emergency operation Hydrogen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Antriebsaggregat im Notbetrieb der kryogene Kraftstoff aus einem innerhalb des Kryotanks angeordneten Reservebehälter, in welchem der kryogene Kraftstoff unter einem gegenüber dem maximal zulässigen Druck im Kryotank erhöhten Innendruck bereitgestellt wird, zugeführt wird.With regard to the method, the task specified above is based on the The above-mentioned method according to the invention is achieved in that the Drive unit in emergency operation of the cryogenic fuel from within the Cryogenic tanks arranged reserve containers in which the cryogenic fuel is stored an increased internal pressure compared to the maximum permissible pressure in the cryogenic tank is provided, is supplied.

Wie oben anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits erläutert, begrenzt der maximal zulässige Druck innerhalb des Kryotanks die Menge des darin aufnehmbaren Kraftstoffs in der gasförmigen Phase. Die bei einem auf Umgebungstemperatur aufgewärmtem Kryotank noch speicherbare Kraftstoffmenge ist proportional zu diesem maximalen zulässigen Druck (Konstruktionsdruck).As already explained above with reference to the device according to the invention, the maximum allowable pressure inside the cryogenic tank is the amount of it absorbable fuel in the gaseous phase. The one at Amount of warmed-up cryotank still storable amount of fuel is proportional to this maximum allowable pressure (design pressure).

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass innerhalb des Kryotanks ein Reservebehälter angeordnet wird, in welchem ein der kryogene Kraftstoff unter einem gegenüber dem maximal zulässigen Druck im Kryotank erhöhten Innendruck im Bedarfsfall bereitgestellt werden kann. Im Reservebehälter kann so ein Reserve-Kraftstoff unter höherem Druck und damit in einer größeren Menge bereitgestellt werden, als in einem auf Umgebungstemperatur erwärmten Kryotank.An essential feature of the method according to the invention is that a reserve container is arranged within the cryogenic tank, in which one of the cryogenic fuel under a compared to the maximum allowable pressure in the Cryogenic tank increased internal pressure can be provided if necessary. in the Reserve tank can be a reserve fuel under higher pressure and thus in be provided in a larger amount than in an ambient temperature warmed cryotank.

Hierzu ist es lediglich erforderlich, in einem relativ kleinen Reservebehälter den "Reserve-Kraftstoff" unter vergleichsweise hohem Druck bereitzustellen. Der erforderliche Druck hängt vom Fassungsvolumen des Reservebehälters und von der Kraftstoffmenge ab, die für den Notfall zur Verfügung stehen soll. Es hat sich gezeigt, dass die Betriebsbereitschaft des Fahrzeugs mittels dem aus dem Reservebehälter zugeführten Reserve-Kraftstoff ohne weiteres hergestellt werden kann. Der Innendruck kann beispielsweise im Bereich von 1 bar bis 300 bar liegen.It is only necessary to do this in a relatively small reserve container To provide "reserve fuel" under comparatively high pressure. The The pressure required depends on the volume of the reserve tank and the Amount of fuel that should be available for an emergency. It has shown,  that the operational readiness of the vehicle by means of that from the reserve container supplied reserve fuel can be easily produced. The Internal pressure can range, for example, from 1 bar to 300 bar.

Der Reservebehälter ist entweder gegenüber dem Kryotank abgeschlossen oder er wird im Bedarfsfall verschlossen. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, einen Reservebehälter einzusetzen, der im Normalbetrieb mit dem Innenraum des Kryotanks fluidisch verbunden und im Notbetrieb gegenüber dem Innenraum verschlossen wird. Bei Normalbetrieb gelangt der Kraftstoff vom Kryotank über den Reservebehälter zum Antriebsaggregat. Dabei handelt es sich zum Beispiel um einen Motor oder um eine Brennstoffzelle. Der gegenüber dem Kryotank höhere Innendruck innerhalb des Reservebehälters wird erst im Notbetrieb erzeugt wird, indem der Reservebehälter verschlossen und der Reserve-Kraftstoff erwärmt wird. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass das Fassungsvolumen des Reservebehälters zur Aufnahme und Abgabe des kryogenen Kraftstoffs beim normalen Füll- und Verbrauchsbetrieb zur Verfügung steht. Der Reservebehälter wird beispielsweise gegenüber dem Kryotank abgeschlossen, wenn der Füllstand des kryogenen, flüssigen Kraftstoffs einer vorgegebene Untergrenze unterschritten hat, oder wenn im Kryotank kein kaltverflüssigtes Gas mehr enthalten ist. Mit dem allmählichen Anstieg der Temperatur innerhalb des Kryotanks erwärmt sich auch der Reservebehälter, so dass der Druck innerhalb des verschlossenen Reservebehälter zunimmt. Der maximale Innendruck wird erreicht, sobald innerhalb des Reservebehälters Umgebungstemperatur (üblicherweise Raumtemperatur) herrscht.The reserve container is either sealed off from the cryotank or it is is closed if necessary. It has proven to be particularly useful to use a reserve container that is in normal operation with the interior of the Cryogenic tanks fluidly connected and in emergency operation in relation to the interior is closed. In normal operation, the fuel passes from the cryogenic tank through the Reserve container for the drive unit. For example, it is one Engine or around a fuel cell. The higher internal pressure compared to the cryotank is generated within the reserve container only in emergency mode by the The reserve container is closed and the reserve fuel is heated. This The procedure has the advantage that the capacity of the reserve container for receiving and dispensing the cryogenic fuel in normal filling and Consumption mode is available. The reserve container is, for example compared to the cryotank when the level of the cryogenic, liquid fuel has fallen below a predetermined lower limit, or if in Cryogenic tank no longer contains cold liquefied gas. With the gradual increase the temperature inside the cryogenic tank also warms up the reserve container that the pressure inside the sealed reserve container increases. The maximum internal pressure is reached as soon as inside the reserve tank Ambient temperature (usually room temperature) prevails.

Als besonders einfach und betriebssicher hat sich eine Verfahrenswiese erwiesen, bei der der erhöhte Innendruck erzeugt wird, indem der Reservebehälter gegenüber dem Innenraum verschlossen und der im Reservebehälter enthaltene Kraftstoff auf die Temperatur des Innenraums erwärmt wird.A process law has proven to be particularly simple and reliable, at which the increased internal pressure is generated by the reserve container opposite closed the interior and the fuel contained in the reserve tank the temperature of the interior is heated.

Vorzugsweise wird als kryogener Kraftstoff kaltverflüssigter Wasserstoff eingesetzt, der Reserve-Kraftstoff liegt somit in gasförmiger oder in flüssiger Form vor. Beim langsamen Aufwärmen des Reservebehälters kommt es im Wasserstoff zu einer para-ortho-Umwandlung. Dabei "wird Kälte frei", so dass der Reservebehälter und der Kryotank länger kalt bleiben. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nachgetankt werden soll. Darüberhinaus ist die Entnahme von Wasserstoff aus dem Reservebehälter mit einem Kühleffekt verbunden, der zu einer Abkühlung des Kryotanks beiträgt, so dass Abkühlverluste beim Nachtanken vermieden oder verringert werden können.Cold-liquefied hydrogen is preferably used as the cryogenic fuel, the reserve fuel is therefore in gaseous or liquid form. At the A slow warm-up of the reserve tank results in a hydrogen para-ortho conversion. This "freezes cold" so that the reserve container and the cryotank stays cold longer. This is particularly advantageous if  should be refueled. In addition, the removal of hydrogen from the Reserve container associated with a cooling effect, which leads to a cooling of the Cryogenic tanks contributes so that cooling losses are avoided when refueling or can be reduced.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Als einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer DarstellungIn the following the invention based on an embodiment and a Drawing explained in more detail. As the only figure of the drawing shows in schematic presentation

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung eines flüssiggasbetriebenen Fahrzeugs. Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the invention for the fuel supply of a liquid gas-powered vehicle.

In Fig. 1 ist die Bezugsziffer 1 einem auf einem Fahrzeug montierten Kryotank insgesamt zugeordnet. Der Kryotank 1 dient zur Speicherung von kaltverflüssigtem Wasserstoff 2, der als Kraftstoff für eine Brennstoffzelle 13 dient. Zur Kälteisolation ist der Kryotank 1 von einer Vakuumhülle 3 umgeben. Der Kryotank 1 hat ein Speichervolumen von ca. 100 Liter und er ist für einen Konstruktionsdruck von 6 bar (0,6 MPa) ausgelegt.In Fig. 1, reference numeral 1 is assigned as a whole to a cryogenic tank mounted on a vehicle. The cryogenic tank 1 serves to store cold-liquefied hydrogen 2 , which serves as fuel for a fuel cell 13 . For cold insulation, the cryogenic tank 1 is surrounded by a vacuum envelope 3 . The cryotank 1 has a storage volume of approx. 100 liters and it is designed for a construction pressure of 6 bar (0.6 MPa).

Am Boden des Kryotanks 1 ist ein kugelförmiger, metallischer Reservetank 3 mit einem Innenvolumen von 20 Liter fixiert, der für einen maximalen Innendruck von 300 bar (30 MPa) ausgelegt ist. Der Reservetank 3 steht über eine Verbindungsleitung 4, in der ein Rückschlagventil 5 eingesetzt ist, mit dem Innenraum 6 des Kryotanks 1 in fluidischer Verbindung. Das Rückschlagventil 5 verhindert ein Zurückströmen von Wasserstoff aus dem Reservetank 3 in den Kryotank 1. Es ist federbelastet derart, dass erst ab einem vorgegebenen Differenzdruck zwischen Reservetank 3 und Kryotank 1 Wasserstoff in den Reservetank 3 fließt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beginnt die Verbindungsleitung 4 im Flüssigkeitsraum 7; alternativ dazu beginnt sie im Gasraum 8 des Kryotanks 1.At the bottom of the cryogenic tank 1 , a spherical, metallic reserve tank 3 with an internal volume of 20 liters is fixed, which is designed for a maximum internal pressure of 300 bar (30 MPa). The reserve tank 3 is in fluid communication with the interior 6 of the cryotank 1 via a connecting line 4 , in which a check valve 5 is inserted. The check valve 5 prevents hydrogen from flowing back from the reserve tank 3 into the cryogenic tank 1 . It is spring-loaded in such a way that hydrogen only flows into the reserve tank 3 from a predetermined differential pressure between the reserve tank 3 and the cryotank 1 . In the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 1, the connecting line 4 begins in the liquid space 7 ; alternatively, it begins in the gas space 8 of the cryogenic tank 1 .

In den Reservetank 3 ragt eine Entnahmeleitung 9, die aus dem Kryotank 1 zu einem Verdampfer 10, und von dort über ein Rückschlagventil 11 und ein Absperrventil 12 zu der Brennstoffzelle 13 führt. Die einzelnen Leitungsabschnitte beginnend mit der in den Reservetank 1 hineinragenden Entnahmeleitung 9 bis zur Brennstoffzelle 13 werden im folgenden insgesamt auch als "Versorgungsleitung" 14 bezeichnet.Extending into the reserve tank 3 is an extraction line 9 , which leads from the cryotank 1 to an evaporator 10 , and from there via a check valve 11 and a shut-off valve 12 to the fuel cell 13 . The individual line sections, beginning with the extraction line 9 projecting into the reserve tank 1 to the fuel cell 13, are also referred to below as a "supply line" 14 .

In der Füllleitung 15 ist ein Druckablassventil 16 vorgesehen, das sich öffnet, sobald der Innendruck innerhalb des Kryotanks 1 den Konstruktionsdruck von 6 bar überschreitet.A pressure relief valve 16 is provided in the filling line 15 and opens as soon as the internal pressure inside the cryogenic tank 1 exceeds the design pressure of 6 bar.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren anhand Fig. 1 näher erläutert:
Beim normalen Betrieb des Fahrzeugs wird die Brennstoffzelle 13 mit Kraftstoff in Form von flüssigem Wasserstoff 2 versorgt. Hierbei gelangt flüssiger Wasserstoff 2 vom Kryotank 1 über die Verbindungsleitung 4 in den Reservetank 3 und von dort über die Entnahmeleitung 4 zum Verdampfer 5. Dort wird der flüssige Wasserstoff 2 verdampft und der Brennstoffzelle 13 über die Versorgungsleitung 8 zugeführt. Im Normalbetrieb steht somit das Fassungsvolumen des Reservetanks 3 für den normalen Füll- und Verbrauchsbetrieb zur Verfügung. Infolge des Abzugs von Kraftstoff aus dem Reservetank 3 herrscht darin ein etwas geringerer Druck als im Kryotank 1.An exemplary embodiment of the method according to the invention is explained in more detail below with reference to FIG. 1:
During normal operation of the vehicle, the fuel cell 13 is supplied with fuel in the form of liquid hydrogen 2 . Here, liquid hydrogen 2 passes from the cryogenic tank 1 via the connecting line 4 into the reserve tank 3 and from there via the extraction line 4 to the evaporator 5 . There, the liquid hydrogen 2 is evaporated and fed to the fuel cell 13 via the supply line 8 . In normal operation, the volume of the reserve tank 3 is thus available for normal filling and consumption operation. As a result of the withdrawal of fuel from the reserve tank 3 , there is a slightly lower pressure in it than in the cryotank 1 .

Erst bei längerem Stillstand, wenn über längere Zeit kein Kraftstoff abgezogen wurde und der Druck im Kryotank 1 über 6 bar ansteigt, so dass sich das Druckablassventil 16 öffnet und aller flüssige Wasserstoff 2 aus dem Kryotank 1 ausgeströmt ist, steigt der Druck im Reservetank 3 über denjenigen im Kryotank 1 an. Ein Rückströmen in den Kryotank 1 wird durch das Rückschlagventil 5 verhindert. Es kommt dann zu einem allmählichen Temperaturanstieg im Innenraum 6 des Kryotanks 1, der mit einem Druckanstieg innerhalb des Reservetanks 3 einhergeht. Der Druckanstieg ist beendet, wenn im Innenraum 6 und im Reservetank 3 Umgebungstemperatur erreicht ist. Bei einer Umgebungstemperatur von 300 K (27°C) stellt sich innerhalb des Reservetanks 3 ein Druck von 18 MPa (180 bar) ein (die Dichte von Wasserstoff bei 0,6 MPa und 27 K ist identisch mit der Dichte bei 18 MPa und 300 K). Daraus ergibt sich eine Menge an gasförmigem Wasserstoff von etwa 3600 Litern gasförmigem Wasserstoff, bzw. etwa 300 g. Only after a long standstill, when no fuel has been drawn off for a long time and the pressure in the cryotank 1 rises above 6 bar, so that the pressure relief valve 16 opens and all liquid hydrogen 2 has flowed out of the cryotank 1 , does the pressure in the reserve tank 3 exceed the one in cryotank 1 . A backflow into the cryogenic tank 1 is prevented by the check valve 5 . There is then a gradual rise in temperature in the interior 6 of the cryogenic tank 1 , which is accompanied by an increase in pressure within the reserve tank 3 . The pressure rise is complete when the ambient temperature in the interior 6 and in the reserve tank 3 has been reached. At an ambient temperature of 300 K (27 ° C), a pressure of 18 MPa (180 bar) is established within the reserve tank 3 (the density of hydrogen at 0.6 MPa and 27 K is identical to the density at 18 MPa and 300 K). This results in a quantity of gaseous hydrogen of approximately 3600 liters of gaseous hydrogen, or approximately 300 g.

Der Verbrauch an Wasserstoffgas beträgt je nach Belastung der Brennstoffzelle 13 etwa 1 kg/100 km. Daraus ergibt sich, dass eine Reservemenge von etwa 300 g für eine Fahrstrecke von etwa 30 km genügt, was zum Erreichen einer geeigneten Flüssiggas-Tankeinrichtung im allgemeinen ausreichend ist. Dabei wird gasförmiger Wasserstoff aus dem Reservetank 3 abgezogen, was mit einem Kühleffekt im Reservetank 3 verbunden ist, der sich auch auf den Kryotank 1 auswirkt und der das Wiederbefüllen des Kryotanks 1 mit flüssigem Wasserstoff erleichtert. Beim Betanken wird die Temperatur im Reservetank 3 wieder auf die Temperatur des flüssigen Wasserstoffs 2 abgesenkt, so dass sich im Reservetank 3 wieder der gleiche Druck wie im Kryotank 1 einstellt.Depending on the load on the fuel cell 13, the consumption of hydrogen gas is approximately 1 kg / 100 km. It follows from this that a reserve quantity of approximately 300 g is sufficient for a distance of approximately 30 km, which is generally sufficient to achieve a suitable liquid gas tank device. In this case, gaseous hydrogen is withdrawn from the reserve tank 3 , which is associated with a cooling effect in the reserve tank 3 , which also has an effect on the cryogenic tank 1 and which facilitates the refilling of the cryogenic tank 1 with liquid hydrogen. When refueling, the temperature in the reserve tank 3 is lowered again to the temperature of the liquid hydrogen 2 , so that the same pressure as in the cryotank 1 is restored in the reserve tank 3 .

Die beschriebene Funktion des Reservetanks 3 stellt sich aufgrund der im Kryotank 1 herrschenden Druck- und Temperaturverhältnisse von selbst ein. Zusätzliche Eingriffe oder Messungen zur Einleitung dieser Funktion sind nicht erforderlich, so dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch hohe Betriebssicherheit auszeichnet.The described function of the reserve tank 3 arises automatically due to the pressure and temperature conditions prevailing in the cryotank 1 . Additional interventions or measurements to initiate this function are not necessary, so that the device according to the invention is also characterized by high operational reliability.

Claims (10)

1. Vorrichtung für die Kraftstoffversorgung eines mit kryogenem Kraftstoff in Form von tiefkalt verflüssigtem Gas betriebenen Fahrzeugs, mit einem auf dem Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Kryotank, der einen Innenraum für die Speicherung des kryogenen Kraftstoffs umschließt, und mit einer Versorgungsleitung für die Zufuhr des Kraftstoffs zu einem Antriebsaggregat, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (6) ein gegenüber diesem verschlossener oder verschließbarer Reservebehälter (3) für die Aufnahme von kryogenem Kraftstoff (2) vorgesehen ist, der mit dem Innenraum (6) in thermischem Kontakt steht, mit dem Antriebsaggregat (13) verbunden oder verbindbar ist, und der für einen Konstruktionsdruck ausgelegt ist, der höher ist als der Konstruktionsdruck des Kryotanks (1).1. Device for the fuel supply of a vehicle operated with cryogenic fuel in the form of cryogenic liquefied gas, with a vacuum-insulated cryotank mounted on the vehicle, which encloses an interior for storing the cryogenic fuel, and with a supply line for the supply of the fuel A drive unit, characterized in that in the interior ( 6 ) there is a reserve container ( 3 ) which is closed or closable with respect to the latter, for receiving cryogenic fuel ( 2 ) and which is in thermal contact with the interior ( 6 ), with the drive unit ( 13 ) is connected or connectable, and is designed for a design pressure which is higher than the design pressure of the cryogenic tank ( 1 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reservebehälter (3) eine gegenüber dem Innenraum (6) des Kryotanks (1) verschließbare Zufuhrleitung (4) für den kryogenen Kraftstoff (2) aufweist.2. Device according to claim 1, characterized in that the reserve container ( 3 ) with respect to the interior ( 6 ) of the cryogenic tank ( 1 ) closable supply line ( 4 ) for the cryogenic fuel ( 2 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung (4) ein Rückschlagventil (5) enthält, das im Notbetrieb einen Rückfluss vom Reservetank (3) in den Kryotank (1) verhindert.3. Device according to claim 2, characterized in that the supply line ( 4 ) contains a check valve ( 5 ) which prevents a backflow from the reserve tank ( 3 ) into the cryogenic tank ( 1 ) in emergency operation. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (9) im Reservebehälter (3) endet.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the supply line ( 9 ) ends in the reserve container ( 3 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reservebehälter (3) im wesentlichen Kugelform aufweist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reserve container ( 3 ) has a substantially spherical shape. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kryogene Kraftstoff Wasserstoff ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cryogenic fuel is hydrogen. 7. Verfahren für die Kraftstoffversorgung eines mit kryogenem Kraftstoff in Form von tiefkalt verflüssigtem Gas betriebenen Fahrzeugs, indem im Normalbetrieb einem Antriebsaggregat der kryogene Kraftstoff aus einem auf dem Fahrzeug montierten, vakuumisolierten Kryotank zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebsaggregat im Notbetrieb der kryogene Kraftstoff aus einem innerhalb des Kryotanks (1) angeordneten Reservebehälter (3), in welchem der kryogene Kraftstoff unter einem gegenüber dem maximal zulässigen Druck im Kryotank erhöhten Innendruck bereitgestellt wird, zugeführt wird.7. A method for supplying fuel to a vehicle operated with cryogenic fuel in the form of cryogenic liquefied gas, in that the cryogenic fuel is supplied to a drive unit from a vacuum-insulated cryogenic tank mounted on the vehicle in normal operation, characterized in that the drive unit is in emergency operation of the cryogenic fuel from a reserve container ( 3 ) arranged inside the cryotank ( 1 ), in which the cryogenic fuel is provided under an internal pressure which is higher than the maximum permissible pressure in the cryotank. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reservebehälter (3) eingesetzt wird, der im Normalbetrieb mit dem Innenraum (6) des Kryotanks (1) fluidisch verbunden und im Notbetrieb gegenüber dem Innenraum (6) verschlossen wird.8. The method according to claim 7, characterized in that a reserve container ( 3 ) is used, which is connected in normal operation with the interior ( 6 ) of the cryogenic tank ( 1 ) and is closed in emergency operation with respect to the interior ( 6 ). 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Innendruck erzeugt wird, indem der Reservebehälter (3) gegenüber dem Innenraum (6) verschlossen und der im Reservebehälter (3) enthaltene Kraftstoff auf die Temperatur des Innenraums (17) erwärmt wird.9. The method according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the increased internal pressure is generated by the reserve container ( 3 ) closed to the interior ( 6 ) and the fuel contained in the reserve container ( 3 ) to the temperature of the interior ( 17th ) is heated. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als kryogener Kraftstoff (2) kaltverflüssigter Wasserstoff eingesetzt wird.10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that cold-liquefied hydrogen is used as the cryogenic fuel ( 2 ).
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