DE102004010937B4 - Cartridge for coupling to a liquid hydrogen user or filling station, and especially for an aircraft, has a tank with an insulated inner lining to hold the liquid or partially-liquid hydrogen and a release connection coupling - Google Patents

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Abstract

The change cartridge for coupling to a user or filling station, using liquid hydrogen, has a release connection coupling (39) and a tank (1) to hold the liquid hydrogen. The tank assembly has an inner tank (112) and an outer tank (114), with a super insulation (113) between them as a thermally insulating layer e.g. as a vacuum for the inner tank, when filled with liquid or partially-liquid hydrogen. A protective cap for the coupling has a space to hold a catalyst. An immersion tube (12) with a heat exchanger (13) delivers heat into the inner tank to give a supply of hydrogen gas for the user motor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselkartusche zur Anwendung in, Fahrzeugen, zur Ankopplung an einen Verbraucher oder eine Befüllstation, eine Anschlusskupplung für einen Verbraucher oder eine Befüllstation, eine Verwendung einer entsprechenden Wechselkartusche sowie ein Verfahren zum Handhaben einer Wechselkartusche.The The present invention relates to an interchangeable cartridge for use in, vehicles, for coupling to a consumer or a filling station, a connection coupling for a consumer or a filling station, a use of a corresponding removable cartridge and a Method for handling an exchangeable cartridge.

Wasserstoff wird in flüssiger Form seit einiger Zeit in Industrie und Raumfahrt angewendet. In gasförmiger Form wird Wasserstoff in Metallhybridspeichern oder Druckspeichern angeboten. Für Flüssigwasserstoff ist bisher kein entsprechendes System verfügbar.hydrogen will be in liquid Form used for some time in industry and space. In gaseous form Hydrogen is offered in metal hybrids or pressure accumulators. For liquid hydrogen So far no corresponding system is available.

DE 195 46 618 C2 betrifft eine Einrichtung zum Aufbewahren von tiefkaltem verflüssigten Gas zur Versorgung eines Motors, wobei die Verdampfung des flüssigen Wasserstoffs in einem extern im Motor angeordneten Verdampfer erfolgt. DE 195 46 618 C2 relates to a device for storing cryogenic liquefied gas for supplying a motor, wherein the evaporation of the liquid hydrogen takes place in an externally arranged in the engine evaporator.

EP 0 560 366 A1 betrifft ein Versorgungssystem zur Versorgung eines Wasserstoffmotors mit Wasserstoffgas, welches einen Behälter zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff umfasst. EP 0 560 366 A1 relates to a supply system for supplying a hydrogen engine with hydrogen gas, which comprises a container for storing gaseous hydrogen.

US 61 96 255 B1 betrifft eine Batterie von Flüssiggasflaschen zur Speicherung von brennbarem Flüssiggas und zum Anschluss an einen Küchenherd. Das Flüssiggas ist in Gaskartuschen gespeichert, welche beim Beladen der Flüssiggasflasche von einem dornartigen Fortsatz eines Ventils durchstochen und angezapft werden. US 61 96 255 B1 refers to a battery of liquefied gas cylinders for storing flammable liquefied petroleum gas and for connection to a kitchen stove. The LPG is stored in gas cartridges, which are pierced and tapped during loading of the LPG bottle by a thorn-like extension of a valve.

Die US 38 91 147 betrifft einen Behälter zur Speicherung von Gas in flüssiger Phase und zur Abgabe des Gases in seiner gasförmigen Phase.The US 38 91 147 relates to a container for storing gas in the liquid phase and for delivering the gas in its gaseous phase.

Häussinger, Peter et al., Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Hydrogen, Kapitel 7 und 9, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA., DOI: 10.1002/14356007.a13_297, 15. Juni 2000, offenbart Grundlagen der Kryotechnik, insbesondere der Lagerung von flüssigem Wasserstoff in dafür vorgesehenen isolierten Behältnissen.Häussinger, Peter et al., Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Hydrogen, chapters 7 and 9, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA., DOI: 10.1002 / 14356007.a13_297, 15 June 2000, discloses bases Cryogenics, especially the storage of liquid hydrogen in for that provided insulated containers.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handhabung von flüssigem Wasserstoff zu vereinfachen.It Object of the present invention, a handling of liquid hydrogen to simplify.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 10, 11 und 12 gelöst.These The object is achieved with the features of claims 1, 10, 11 and 12.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen genannt. advantageous Embodiments are mentioned in the subclaims.

Dabei wird eine Wechselkartusche zur Ankoppelung an einen Verbraucher oder eine Befüllstation angegeben, wobei die Wechselkartusche zumindest eine lösbare Anschlusskupplung zur Verbindung mit dem Verbraucher oder der Befüllstation aufweist. Ferner weist die Wechselkartusche einen Tank zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff auf.there is an interchangeable cartridge for coupling to a consumer or a filling station indicated, wherein the interchangeable cartridge at least one releasable connection coupling for connection to the consumer or the filling station. Further the replaceable cartridge has a tank for holding liquid hydrogen on.

Die Wechselkartusche ist beispielsweise wiederverwertbar. Vorteilhaft kann durch die Ausgestaltung der Wechselkartusche zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff eine sehr hohe Energiedichte bei vergleichsweise niedrigem Gewicht erzielt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer Speichermenge von mehr als 5 kg. Überdies wird durch das Zurverfügungstellen der Wechselkartusche eine sichere, schnelle und einfache Handhabung des Energiespeichers mit dem flüssigem Wasserstoff erzielt.The Replaceable cartridge, for example, is recyclable. Advantageous can by the design of the interchangeable cartridge for storage from liquid Hydrogen a very high energy density at comparatively low Weight can be achieved. This is particularly advantageous in one Storage capacity of more than 5 kg. Moreover, by providing the removable cartridge safe, fast and easy handling of energy storage with the liquid Achieved hydrogen.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass in der folgenden Beschreibung der Einfachheit halber lediglich flüssiger Wasserstoff erwähnt ist. Hierbei ist jedoch darauf hinzuweisen, dass sich die vorliegende Erfindung ebenso auf die Anwendung von teilverfestigtem Wasserstoff bezieht, von sog. „slush hydrogen". In anderen Worten wird die Bezeichnung flüssiger Wasserstoff hier für flüssigen Wasserstoff und teilverfestigten Wasserstoff zusammen verwendet.In In this context, it should be noted that in the following For the sake of simplicity, only liquid hydrogen is mentioned. It should be noted, however, that the present Invention also to the use of partially hydrogenated refers to so-called "slush hydrogen "in others In words, the term liquid Hydrogen here for liquid Hydrogen and partially hydrogenated hydrogen used together.

Die Ausgestaltung der Wechselkartusche zur Speicherung des flüssigen Wasserstoffs ermöglicht die Speicherung einer relativ großen Menge von Wasserstoff auf möglichst kleinem Raum und geringem Speichergewicht und somit eine Optimierung der Energiespeicherung, wenn der Wasserstoff als Energiespeicher angesehen wird.The Configuration of the interchangeable cartridge for storing the liquid hydrogen allows storing a relatively large amount of hydrogen preferably small space and low memory weight and thus an optimization of Energy storage when the hydrogen is considered energy storage becomes.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Wechselkartusche angegeben, die zur Anwendung in Flugzeugen ausgebildet ist.According to one another embodiment of the Present invention, an interchangeable cartridge is specified, the is designed for use in aircraft.

Beispielsweise kann die Wechselkartusche gemäß dieser Ausführungsform für ein On-Bord-Water-Generation-System (OBOWAGS) verwendet werden, das auf dem Betrieb einer Brennstoffzelle basiert. In vorteilhafter Art und Weise kann hierbei unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff eine immer gleichbleibende höchste Wasserqualität realisiert werden, da reinstes Wasser direkt produziert werden kann. Das so gewonnene Wasser kann beispielsweise direkt für eine Toilettenspülung und/oder eine Kabinenbefeuchtung verwendet werden. Durch ein Zusetzen zu Mineralien kann man Trinkwasser erzielen. Dies ermöglicht beispielsweise das Zurverfügungstellen von Wasser in einem Flugzeug, ohne das Wasser am Boden getankt werden muss. Überdies fällt bei diesem Prozess so viel elektrische Energie an, dass beispielsweise ein Teil des Bordnetzes damit versorgt werden kann. Eine bei diesem Prozess anfallende thermische Leistung kann ferner genutzt werden, um einen Bedarf elektrischer Wärme zu mindern. Dazu kann beispielsweise die thermische Leistung zur Heizung der Passagierkabine verwendet werden. Insgesamt führt die Verwendung eines solchen Systems in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Wechselkartusche zu einer deutlichen Gewichtsminderung und damit auch zu Kostenvorteilen.For example, the interchangeable cartridge according to this embodiment can be used for an on-board water generation system (OBOWAGS) based on the operation of a fuel cell. In an advantageous manner can be realized using hydrogen and oxygen always consistent highest water quality, since pure water can be produced directly. The water thus obtained can for example be used directly for toilet flushing and / or cabin humidification. By adding to minerals you can achieve drinking water. This allows, for example, the provision of water in an aircraft, without the water must be refueled at the bottom. about In this process, this generates so much electrical energy that, for example, a part of the electrical system can be supplied with it. Further, a thermal power associated with this process may be utilized to alleviate a need for electrical heat. For this purpose, for example, the thermal power for heating the passenger cabin can be used. Overall, the use of such a system in conjunction with the interchangeable cartridge according to the invention leads to a significant reduction in weight and thus also to cost advantages.

Überdies wird durch die erfindungsgemäße Wechselkartusche die Erzeugung von Wasser an Bord eines Flugzeugs in der Regel erst ermöglicht, da bisher weder an Bord eines Flugzeugs noch an Flughäfen der benötigte Wasserstoff zur Verfügung gestellt worden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann nun ein Wechselkartuschensystem realisiert werden, bei dem die Wechselkartuschen bei Bedarf ausgetauscht werden können. Solche Wechselkartuschen können einfach und unproblematisch auch auf einem Flughafen gelagert werden. Überdies ist bei flüssigem Wasserstoff bei einem Notfall keine direkte Knallgasexplosion zu erwarten, was erhöhte Sicherheit zur Verfügung stellt.moreover is due to the interchangeable cartridge according to the invention the generation of water on board an aircraft usually only allows, there so far neither on board an airplane nor at airports of the needed Hydrogen provided has been. According to the present Invention can now be realized an exchange cartridge system, where the removable cartridges can be replaced if necessary. Such Removable cartridges can easy and unproblematic to be stored at an airport. Moreover, it is in liquid Hydrogen in an emergency no direct blast gas explosion too expect what increased security to disposal provides.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Tank der Wechselkartusche zur Aufnahme von flüssigem oder teilverflüssigtem Wasserstoff ausgebildet. Um einem Verbraucher dann gasförmigen Wasserstoff zur Verfügung zu stellen, wird dem flüssigen oder teilverflüssigten Wasserstoff in dem Tank Wärme zugeführt, so dass dieser in einen gasförmigen Aggregatzustand übergeht. Dann wird der gasförmige Wasserstoff beispielsweise über die Anschlusskupplungen an einen Verbraucher weitergegeben.According to one another embodiment of the present invention is the tank of the interchangeable cartridge for receiving from liquid or partially liquefied Hydrogen formed. To a consumer then gaseous hydrogen to disposal to make, is the liquid or partially liquefied Hydrogen in the tank heat supplied so that this in a gaseous State of aggregation passes. Then the gaseous Hydrogen, for example, over the connection couplings passed on to a consumer.

In vorteilhafter Art und Weise ermöglicht die Wechselkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung, dass eine Wechselkartusche bei Bedarf an Bord eines Flugzeugs gebracht wird und dann an das Wasserstoffbordnetz des Flugzeugs unkompliziert angeschlossen werden kann. Falls die Kartusche leer ist, d. h. falls der Wasserstoff aufgebraucht ist oder ein gewisser Schwellwert unterschritten wird, kann die Wechselkartusche in praktischer Art und Weise gegen eine volle Wechselkartusche ausgetauscht werden. Die leere Wechselkartusche kann dann an einer entsprechenden Befüllstation wiederbefüllt werden und in den Kreislauf eingebracht werden.In advantageous manner allows the interchangeable cartridge according to the present Invention that an interchangeable cartridge when needed on board an aircraft is brought and then to the hydrogen electrical system of the aircraft can be connected easily. If the cartridge is empty is, d. H. if the hydrogen is used up or some Threshold falls below, the removable cartridge in practical Way exchanged for a full removable cartridge. The empty interchangeable cartridge can then at a corresponding filling station refilled be introduced into the circulation.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Tank einen Innentank und einen Außentank auf. Zwischen dem Innentank und dem Außentank ist eine Superisolierung vorgesehen, die den Innentank und den Außentank thermisch derart entkoppelt, dass der Innentank zur Lagerung von flüssigem oder teilverflüssigtem Wasserstoff geeignet ist.According to one another embodiment of the Present invention, the tank has an inner tank and a external tank on. Between the inner tank and the outer tank a super insulation is provided, thermally the inner tank and the outer tank decoupled so that the inner tank for storage of liquid or teilverflüssigtem Hydrogen is suitable.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Superisolierung unter Berücksichtigung einer Temperatur der Umgebung und einem Bedarf, d. h. einem Wasserstoffbedarf des Verbrauchers, derart ausgestaltet werden, dass ein Wärmeübergang von der Umgebung mit der Umgebungstemperatur zum Innentank über die Superisolierung beim Betrieb ausreichend ist, den Bedarf des Verbrauchers an gasförmigem Wasserstoff zu decken. In einfacher Art und Weise kann damit eine Wechselkartusche angegeben werden, die „automatisch" genügend gasförmigen Wasserstoff aus dem flüssigen Wasserstoff bildet, um den Bedarf des Verbrauchers zu decken. Dies ermöglicht das Angeben einer Wechselkartusche, die keine Regelungseinrichtungen zur Steuerung der Abgabemenge des Wasserstoffs benötigt. Auf diese Art und Weise kann eine einfache und kostengünstige Wechselkartusche angegeben werden. Auch dadurch, dass ein Versagen eines Regelsystems bei diesem Ausführungsbeispiel nicht möglich ist, kann eine sehr sichere Wechselkartusche angegeben werden.According to one another embodiment of the According to the present invention, the superinsulation can be considered a temperature of the environment and a need, d. H. a hydrogen requirement of the consumer, be designed such that a heat transfer from the environment with the ambient temperature to the inner tank over the Super insulation in the operation is sufficient, the needs of the consumer at gaseous To cover hydrogen. In a simple way can thus one Reciprocating cartridge specified, the "automatically" enough gaseous hydrogen from the liquid Hydrogen forms to meet the needs of the consumer. This allows specifying an interchangeable cartridge that does not have control devices needed to control the output of the hydrogen. On This way, a simple and inexpensive removable cartridge specified become. Also by the fact that a failure of a control system in this embodiment not possible is, a very safe removable cartridge can be specified.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist zumindest eine Schutzkappe auf jede zumindest eine lösbare Anschlusskupplung vorgesehen. Beispielsweise kann diese Schutzkappe die Anschlusskupplungen vor mechanischen Beschädigungen schützen, wobei die Schutzkappe neben dem mechanischen Schutz auch eine „Auslaufsicherung" zur Verfügung stellen kann. Dafür kann in einem durch die Schutzkappe definierten Raum ein Katalysator vorgesehen werden, durch den in den Raum aus der Anschlusskupplung ausdampfender Wasserstoff katalytisch verwertet wird.According to one another embodiment of the present invention is at least one protective cap on each at least a detachable one Connection coupling provided. For example, this protective cap Protect the connection couplings from mechanical damage the protective cap also provide a "leakage protection" in addition to the mechanical protection can. Therefore can be a catalyst in a space defined by the protective cap be provided by the in the room from the connection coupling evaporating hydrogen is catalytically utilized.

In vorteilhafter Art und Weise wird dadurch eine Ansammlung von ausdampfendem Wasserstoff, beispielsweise in Hohlräumen in der Umgebung der Wechselkartusche, vermieden.In Advantageously, this is an accumulation of evaporating Hydrogen, for example in cavities in the vicinity of the interchangeable cartridge, avoided.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Zuführen von Wärme zu dem Innentank vorgesehen. Durch Steuerung der zugeführten Wärme kann eine Abgabemenge von gasförmigem Wasserstoff gesteuert werden, die an den Verbraucher abgegeben werden kann. In vorteilhafter Art und Weise kann damit die Wechselkartusche auf verschiedenste Anwendungsbereiche und auf verschiedenste Verbraucher angepasst werden.According to one another embodiment of the The present invention is a device for feeding Heat too provided to the inner tank. By controlling the supplied heat can a discharge of gaseous Be controlled hydrogen, which are delivered to the consumer can. In an advantageous manner, so that the removable cartridge on a wide variety of applications and on a wide variety of consumers be adjusted.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Wechselkartusche eine Codierung auf.According to one further advantageous embodiment According to the present invention, the interchangeable cartridge has an encoding on.

Durch die Codierung kann beispielsweise ein Anwender, ein Verbraucher oder auch die Befüllstation erkennen, beispielsweise automatisch erkennen, um welche Art von Wechselkartusche es sich handelt. Beispielsweise kann dies eine Art der Füllung, eine Temperatur des aufbewahrten Wasserstoffs, eine mittlere Abgabemenge von gasförmigem Wasserstoff an einen Verbraucher, einen Befüllungsdruck, eine Form, eine Tankgröße, eine max. Entnahmemenge, eine Anwendung, einen max. Wärmeeintrag und/oder einen max. Betriebsdruck betreffen. Auch kann beispielsweise ein Nennvolumen codiert werden.By the coding can be, for example, a user, a consumer or the filling station recognize, for example, automatically detect what kind of Replacement cartridge is it. For example, this can be one Kind of stuffing, one Temperature of stored hydrogen, an average output of gaseous Hydrogen to a consumer, a filling pressure, a form, a Tank size, one Max. Withdrawal quantity, one application, one max. Heat input and / or a max. Operating pressure. Also, for example, a nominal volume be coded.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Codierung mittels der lösbaren Anschlusskupplungen ausgestaltet. Beispielsweise kann dies durch die Form und/oder Dimensionierung der Anschlusskupplungen ausgestaltet werden. Vorteilhaft ist die Codierung derart, dass entsprechende Anschlusskupplungen nur an dazugehörigen oder passenden Verbrauchern oder Befüllstationen angebracht werden können. Auf diese Art und Weise kann eine sichere Handhabung der Wechselkartuschen sichergestellt werden.According to one another embodiment of the The present invention is the coding by means of the detachable connection couplings designed. For example, this may be due to the shape and / or dimensioning the connection couplings are designed. Advantageous is the Coding such that corresponding connection couplings only to associated or suitable consumers or filling stations can be attached. In this way, safe handling of the removable cartridges be ensured.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Anschlusskupplung für einen Verbraucher oder eine Befüllstation angegeben, wobei die Anschlusskupplung zum Zusammenwirken mit einer Wechselkartusche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.According to one another embodiment of the The present invention is a connection coupling for a Consumer or a filling station specified, wherein the connection coupling for cooperation with a Interchangeable cartridge according to one embodiment of the present invention.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer Wechselkartusche in einem Flugzugs angegeben.Further is in accordance with the present Invention, the use of an interchangeable cartridge in a Flugzugs specified.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Handhaben einer erfindungsgemäßen Wechselkartusche, wobei die Wechselkartusche in einem Fahrzeug angeordnet wird und bei Unterschreiten einer gewissen Füllmenge die Wechselkartusche aus dem Fahrzeug entnommen wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Fahrzeug ein Flugzeug.Further The present invention relates to a method for handling a interchangeable cartridge according to the invention, wherein the interchangeable cartridge is disposed in a vehicle and when falling below a certain capacity, the removable cartridge is removed from the vehicle. According to a further embodiment In the present invention, the vehicle is an aircraft.

In anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wechselkartuschensystem angegeben, das zur Speicherung von flüssigem oder teilverflüssigtem Wasserstoff ausgestaltet ist. Insbesondere kann das Kartuschensystem mit einem codierten Anschlusskupplungssystem versehen werden, das jeweils nur mit entsprechenden Anschlusskupplungen verbunden werden kann. Auf diese Art und Weise kann eine einfache und sichere Handhabung von Speichern für flüssigen Wasserstoff angegeben werden, die überdies eine hohe Benutzerfreundlichkeit aufweist. Insbesondere bei einer Verwendung in Flugzeugen ermöglicht die vorliegende Erfindung eine einfache und sichere Handhabung. Auch eine Wasserstoffinfrastruktur am Flughafen kann durch die vorliegende Erfindung auf einen entsprechenden Lagerort reduziert werden, der je nach Bedarf von einer zentralen Füll- und Wartungsstation für die Wechselkartuschen beliefert wird.In In other words, according to the present Invention, a removable cartridge system specified for storage from liquid or partially liquefied Hydrogen is configured. In particular, the cartridge system be provided with a coded connection coupling system, the in each case only be connected with appropriate connection couplings can. In this way, a simple and safe handling from save for liquid Hydrogen are given, which also has a high level of user-friendliness having. Especially when used in aircraft allows the present invention a simple and safe handling. Also A hydrogen infrastructure at the airport can be provided by the present Invention are reduced to a corresponding storage location, the as needed from a central filling and maintenance station for the removable cartridges is supplied.

Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.in the The following will be advantageous embodiments with reference to the figures of the present invention.

1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Wechselkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 shows a sectional view of an embodiment of an interchangeable cartridge according to the present invention.

2 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Wechselkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Lagerzustand. 2 shows a sectional view of an embodiment of an interchangeable cartridge according to the present invention in a storage state.

3 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Wechselkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Wasserstoffentnahme. 3 shows a sectional view of an embodiment of an interchangeable cartridge according to the present invention in a hydrogen extraction.

4 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Wechselkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Wasserstoffbetankung. 4 shows a sectional view of an embodiment of an interchangeable cartridge according to the present invention for a hydrogen refueling.

Es ist darauf hinzuweisen, dass in den 1 und 4 zur Vereinfachung der Darstellung für verschiedene Elemente Blockschaltbilder verwendet worden sind. In der folgenden Beschreibung der 1 bis 4 werden für gleiche oder sich entsprechende Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.It should be noted that in the 1 and 4 Block diagrams have been used to simplify the illustration for various elements. In the following description of the 1 to 4 the same reference numbers are used for identical or corresponding elements.

1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Wechselkartusche mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Ankopplung an einen Verbraucher oder an eine Befüllstation. Die Wechselkartusche umfasst eine Vielzahl von lösbaren Anschlusskupplungen, die im Folgenden detaillierter beschrieben werden, zur Verbindung mit dem Verbraucher oder der Befüllstation sowie einen Tank 1 zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff. Der Tank 1 umfasst einen Außentank 114 sowie einen Innentank 112. Der Außentank 114 und der Innentank 112 sind thermisch mittels einer Isolation, wie beispielsweise einer Superisolation 113, entkoppelt. Die Superisolation 113 kann beispielsweise mittels eines Vakuums ausgestaltet werden. Vorzugsweise ist diese Entkoppelung derart ausgestaltet, dass bei einer Umgebungstemperatur an einem Einsatzort und einem vordefinierten Verbrauch oder Bedarf des Verbrauchers an gasförmigem Wasserstoff ein Wärmeübergang von der Umgebung mit der Umgebungstemperatur zum Innentank 112 ausreichend ist, um eine Wasserstoffmenge von dem flüssigem oder teilflüssigem Zustand in einen gasförmigen Zustand zu bringen, die dem Bedarf des Verbrauchers entspricht. Auf diese Art und Weise kann ein autarkes System zur Verfügung gestellt werden, das bei einer konstanten Umgebungstemperatur eine konstante Menge an gasförmigem Wasserstoff automatisch an einen Verbraucher abgibt. Auch kann beispielsweise eine Abgabe von gasförmigem Wasserstoff an den Verbraucher mittels Steuerung der Umgebungstemperatur gesteuert werden. Auch kann eine Wechselkartusche zur Verfügung gestellt werden, die kein Regelsystem aufweisen muss. Insbesondere kann dadurch eine sehr sichere Wechselkartusche angegeben werden, da kein Ausfall eines Regelsystems auftreten kann und die Abgabemenge an gasförmigem Wasserstoff immer anhand der Umgebungstemperatur vorhersehbar ist. 1 shows a sectional view through an interchangeable cartridge with an embodiment of the present invention for coupling to a consumer or to a filling station. The interchangeable cartridge includes a plurality of releasable couplings, which are described in more detail below, for connection to the consumer or the filling station and a tank 1 for receiving liquid hydrogen. The Tank 1 includes an external tank 114 as well as an inner tank 112 , The outer tank 114 and the inner tank 112 are thermally by means of an insulation, such as a superinsulation 113 , decoupled. The super insulation 113 can be configured for example by means of a vacuum. Preferably, this decoupling is designed such that at an ambient temperature at a site and a predefined consumption or demand of the consumer of gaseous hydrogen, a heat transfer from the environment with the ambient temperature to the inner tank 112 is sufficient to get a water Substance from the liquid or semi-liquid state to bring into a gaseous state, which corresponds to the needs of the consumer. In this way, a self-sufficient system can be made available, which automatically emits a constant amount of gaseous hydrogen to a consumer at a constant ambient temperature. Also, for example, a delivery of gaseous hydrogen to the consumer can be controlled by controlling the ambient temperature. Also, an interchangeable cartridge can be provided, which does not have to have a control system. In particular, this makes it possible to specify a very safe replaceable cartridge since no failure of a control system can occur and the discharge quantity of gaseous hydrogen can always be predicted on the basis of the ambient temperature.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch ein Tauchrohr 12 mit einem Wärmetauscher 13 zur Verfügung gestellt werden, um gezielt und gesteuert dem Innentank 112 Wärme zuzuführen und um die Abgabemenge an gasförmigem Wasserstoff zu steuern.However, according to the present invention, a dip tube may also be used twelve with a heat exchanger 13 be made available to targeted and controlled the inner tank 112 Add heat and to control the discharge of gaseous hydrogen.

Die Wechselkartusche weist ferner ein Absperrventil 2 auf, das beispielsweise zur Steuerung einer Wärmezufuhr zu dem Innentank 112 über das Tauchrohr 12 und den Wärmetauscher 13 dient. Ferner kann ein weiteres Absperrventil 3 vorgesehen werden, welches an ein Entnahmerohr 7 gekoppelt ist, das von einer Außenseite des Tanks 1 durch den Außentank 114 und die Isolierung 113 in den Innentank 112 reicht. Über die Ventile 2 und 3 kann eine Wasserstoffentnahme und Befüllung durchgeführt werden. Das Entnahmerohr 7 ist ferner mit Überdruckventilen 4 und 5 gekoppelt, die beispielsweise beim Auftreten von Überdruck in dem Innentank 112 Druck an eine Umgebung ablassen können. Die Überdruckventile 4 und 5 können jedoch auch in Verbindung mit Abgasrohren 9 zur Ableitung von Abgasen aus dem Innentank 112 angeordnet sein. Ein Abgas kann beispielsweise gasförmiger Wasserstoff (GH2) sein.The interchangeable cartridge also has a shut-off valve 2 on, for example, to control a heat supply to the inner tank 112 over the dip tube twelve and the heat exchanger 13 serves. Furthermore, another shut-off valve 3 be provided, which to a sampling tube 7 coupled to that from an outside of the tank 1 through the outer tank 114 and the insulation 113 in the inner tank 112 enough. About the valves 2 and 3 a hydrogen extraction and filling can be carried out. The sampling tube 7 is also with pressure relief valves 4 and 5 coupled, for example, the occurrence of overpressure in the inner tank 112 Can release pressure to an environment. The pressure relief valves 4 and 5 but also in connection with exhaust pipes 9 for the discharge of exhaust gases from the inner tank 112 be arranged. An exhaust gas may for example be gaseous hydrogen (GH 2 ).

Überdies weist die Wechselkartusche gemäß dieses Ausführungsbeispiels ein Entlastungsrohr 8 auf, das von einer Außenseite der Wechselkartusche in den Innentank 112 hineinreicht. Auf dem Entlastungsrohr 8 ist ein Überdruckventil 6 angeordnet.Moreover, the interchangeable cartridge according to this embodiment has a relief tube 8th from the outside of the interchangeable cartridge into the inner tank 112 extends. On the discharge pipe 8th is a pressure relief valve 6 arranged.

Die Bezugsziffer 14 bezeichnet ein Absperrventil, das mit einer Kupplung 15 und einer Verschlusskappe versehen ist. Die Verschlusskappe kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass sie die Kupplung vor mechanischen Einwirkungen schützt. Aber überdies kann die Verschlusskappe ausgestaltet sein, einen Raum derart um die Kupplung 15 auszubilden, dass ausdampfender Wasserstoff in diesem Raum gesammelt wird. In vorteilhafter Art und Weise ist dann in diesem Raum ein Katalysator vorgesehen, der automatisch den ausdampfenden Wasserstoff weiter verwertet und beispielsweise zu unproblematisch zu handhabendem Wasser umwandelt.The reference number 14 denotes a shut-off valve, which with a clutch 15 and a closure cap is provided. The closure cap can for example be designed such that it protects the coupling from mechanical effects. But moreover, the cap can be configured, a space such around the clutch 15 form that evaporating hydrogen is collected in this room. In an advantageous manner, a catalyst is then provided in this space, which automatically further utilizes the evaporating hydrogen and, for example, converts it into water that can be handled without any problems.

Die Bezugsziffern 30 und 31 bezeichnen Manometer, die beispielsweise mit einer Schleppzeigerfunktion ausgestaltet sein können. Die Manometer zeigen einen Druck im Innentank 112 an. Die Bezugsziffer 32 bezeichnet ein Thermometer, das ebenfalls eine Schleppzeigerfunktion aufweisen kann und eine Temperatur im Innentank 112 der Wechselkartusche anzeigt. In Verbindung mit den Manometern 30 und 31 und dem Thermometer 32 sind Kupplungen 33, 34 und 35 vorgesehen, die zur Verbindung der Wechselkartusche mit dem Verbraucher dienen. Diese Kupplungen ermöglichen dem Verbraucher beispielsweise einen Druck oder eine Druckentwicklung im Innentank der Wechselkartusche 112 zu erfassen bzw. eine Temperatur im Innentank 112 aufzunehmen.The reference numbers 30 and 31 Designate pressure gauges, which may be configured for example with a slave pointer function. The pressure gauges show a pressure in the inner tank 112 at. The reference number 32 denotes a thermometer, which may also have a drag pointer function and a temperature in the inner tank 112 the removable cartridge indicates. In conjunction with the manometers 30 and 31 and the thermometer 32 are couplings 33 . 34 and 35 provided, which serve to connect the removable cartridge with the consumer. These couplings allow the consumer, for example, a pressure or a pressure development in the inner tank of the interchangeable cartridge 112 to capture or a temperature in the inner tank 112 take.

Die Bezugsziffer 37 bezeichnet einen Füllstandsmessgeber im Innentank 112, der mit einer entsprechenden Füllstandsmessanzeige 38, die an einer Außenseite der Wechselkartusche angeordnet ist, zusammenwirkt und den Füllzustand des Innentanks 112 mit flüssigem Wasserstoff außen anzeigt. Der Füllstand kann von einem Verbraucher auch beispielsweise mittels einer Kupplung 39 abgegriffen werden.The reference number 37 denotes a level transmitter in the inner tank 112 , with a corresponding level indicator 38 , which is arranged on an outer side of the interchangeable cartridge, cooperating and the filling state of the inner tank 112 indicates with liquid hydrogen outside. The level can also be from a consumer, for example by means of a clutch 39 be tapped.

Die Bezugsziffern 110 und 111 bezeichnen Kupplungen mit Verschlusskappen, die über den Absperrventilen 2 und 3 vorgesehen sind. Vorzugsweise wird der Verbraucher an den Kupplungen 110 und 111 angeschlossen. Die Absperrventile 2 und 3 verhindern ein Ausströmen von Wasserstoff, wenn der Tank nicht abgeschlossen ist. Vorteilhaft sind die Kupplungen 110 und 111 koaxial angeordnet und die Ventile 2 und 3 schließen bzw. öffnen sich automatisch beim Anschlussvorgang bzw. beim Entkoppeln.The reference numbers 110 and 111 denote clutches with caps over the shut-off valves 2 and 3 are provided. Preferably, the load on the couplings 110 and 111 connected. The shut-off valves 2 and 3 Prevent leakage of hydrogen when the tank is not completed. The couplings are advantageous 110 and 111 coaxially arranged and the valves 2 and 3 Close or open automatically during the connection process or during decoupling.

Die Kupplungen 110 und 111 können mit entsprechenden Verschlusskappen versehen sein, die die Ventile 2 und 3 mechanisch schützen. Außerdem können die Verschlusskappen der Kupplungen 110 und 111, ähnlich wie die Verschlusskappe der Kupplung 15, derart ausgebildet sein, dass sie einen Raum definieren, in dem beispielsweise ein Katalysator vorgesehen ist. Mittels des Katalysators kann ausdampfender Wasserstoff in dem Raum katalytisch verwertet werden, wodurch ein Austreten von gasförmigem Wasserstoff, das unbeabsichtigt geschieht, verhindert werden kann bzw. solcher Wasserstoff gebunden werden kann.The couplings 110 and 111 can be provided with appropriate caps, which are the valves 2 and 3 protect mechanically. In addition, the caps of the couplings can 110 and 111 , similar to the cap of the coupling 15 , be designed such that they define a space in which, for example, a catalyst is provided. By means of the catalyst evaporating hydrogen can be catalytically utilized in the space, whereby leakage of gaseous hydrogen, which happens unintentionally, can be prevented or such hydrogen can be bound.

Die Bezugsziffer 120 bezeichnet ein Überwachungssystem, das mit den entsprechenden Kupplungen 39, 35, 34, 33 verbunden ist. Der Übersicht halber sind diese Verbindungen in 1 nicht dargestellt. Ferner kann das Überwachungssystem 120 auch ausgestaltet sein, eine Funktion bzw. eine Betätigung der Ventile 2, 3, 4, 5, 6 und 14 zu steuern bzw. zu kontrollieren.The reference number 120 refers to a monitoring system with the appropriate couplings 39 . 35 . 34 . 33 connected is. For clarity, these compounds are in 1 not shown. Furthermore, the monitoring system 120 be configured, a function or an actuation of the valves 2 . 3 . 4 . 5 . 6 and 14 to control or to control.

Auch kann das Überwachungssystem 120 ausgestaltet sein, eine Wärmezufuhr über den Wärmetauscher 13 und damit auch eine Abgabemenge an gasförmigem Wasserstoff zu steuern.Also, the monitoring system can 120 be configured, a heat supply via the heat exchanger 13 and thus to control a discharge amount of gaseous hydrogen.

Das Überwachungssystem 120 ist vorzugsweise mit dem Füllstandsgeber 37 und der Füllstandsmessanzeige 38 gekoppelt, dem Temperaturgeber und -anzeiger 32, dem Innendruckgeber und -anzeiger 31 und einem Messsystem 30 (dem Manometer) zur Überwachung des Unterdrucks zwischen Innentank 112 und Außentank 114. Die entsprechenden Verbindungen zwischen dem Überwachungssystem 120 sind der Übersicht halber in 1 nicht dargestellt. Beispielsweise kann jedoch eine Verbindung zwischen den entsprechenden Messaufnehmern und Ventilen und dem Überwachungssystem 120 mittels entsprechenden elektrischen Verbindungen ausgestaltet werden. Bei Anschluss der Wechselkartusche an den Verbraucher können diese Signale an Bord des Verbrauchers, wie beispielsweise an entsprechenden Anzeigeeinrichtungen in einem Flugzeug, angezeigt bzw. verarbeitet werden.The monitoring system 120 is preferably with the level sensor 37 and the level gauge 38 coupled, the temperature sensor and indicator 32 , the internal pressure transmitter and indicator 31 and a measuring system 30 (the manometer) to monitor the negative pressure between the inner tank 112 and external tank 114 , The appropriate connections between the monitoring system 120 are in for clarity 1 not shown. For example, however, there may be a connection between the corresponding sensors and valves and the monitoring system 120 be designed by means of appropriate electrical connections. Upon connection of the interchangeable cartridge to the consumer, these signals can be displayed on-board the consumer, such as at corresponding display devices in an aircraft.

Wie zuvor schon angesprochen, sind die Ventile 4, 5 und 6 als Überdruckventile ausgestaltet. Ventil 5 spricht an, wenn beispielsweise das Druckniveau p2 erreicht ist und der Ausgasungsprozess infolge „Überlagerung" einsetzt. Das Ventil 4 spricht an, wenn das Druckniveau p3 (p3 > p2) erreicht wird, d. h. der Druck durch das Ventil 5 nicht mehr abgebaut werden kann. In einem Fall, in dem der Innendruck p3 überschritten wird oder die Leitung 7 oder/und im Flussverlauf nachfolgende Leitungen versperrt sind, öffnet das Überdruckventil 6 bei einem Druck von p4.As previously mentioned, the valves are 4 . 5 and 6 designed as pressure relief valves. Valve 5 responds, for example, when the pressure level p 2 is reached and the outgassing process starts due to "overlapping" 4 It responds when the pressure level p 3 (p 3 > p 2 ) is reached, ie the pressure through the valve 5 can not be dismantled. In a case where the internal pressure p 3 is exceeded or the line 7 or / and subsequent lines are blocked in the flow, opens the pressure relief valve 6 at a pressure of p 4 .

Beispielsweise kann das Absperrventil 14 und die Kupplung 15 als Anschlusselement an eine Vakuumpumpe ausgestaltet sein.For example, the shut-off valve 14 and the clutch 15 be designed as a connection element to a vacuum pump.

2 zeigt die in 1 dargestellte Wechselkartusche im Lagerzustand. Im Lagerzustand und/oder Transportzustand ist kein Verbraucher an die Wechselkartusche angeschlossen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Ventile 2 und 3 geschlossen. Wie zuvor beschrieben, können Schutzkappen 110 und 111 vorgesehen werden, die die entsprechenden Anschlusskupplungen schützen. Solche Schutzkappen können beispielsweise auch mittels Blindkappen ausgestaltet werden. 2 shows the in 1 illustrated interchangeable cartridge in storage condition. In the storage condition and / or transport condition no consumer is connected to the interchangeable cartridge. According to the present invention, the valves are 2 and 3 closed. As previously described, protective caps can 110 and 111 be provided, which protect the corresponding connection couplings. Such protective caps can for example also be designed by means of blind caps.

An den Ventilen 4, 5 und 6 können Kupplungen 50, 51 und 52 vorgesehen werden. Über die Kupplung 52 kann das Ventil 6 mit einer Abgasleitung 55 verbunden werden.At the valves 4 . 5 and 6 can couplings 50 . 51 and 52 be provided. About the clutch 52 can the valve 6 with an exhaust pipe 55 get connected.

Über die Kupplung 51 kann das Ventil 5 mit einem Rekombinator 54 verbunden werden, der wiederum mit einer Abgasleitung 56 verbunden ist, über die beispielsweise Wasser abgegeben werden kann. Über die Kupplung 50 kann ferner das Ventil 4 mit einer weiteren Abgasleitung 53 verbunden werden, über die ein Abgas, wie beispielsweise GH2, abgegeben werden kann.About the clutch 51 can the valve 5 with a recombinator 54 be connected, in turn, with an exhaust pipe 56 is connected, via the example, water can be dispensed. About the clutch 50 can also the valve 4 with another exhaust pipe 53 be connected via which an exhaust gas, such as GH 2 , can be discharged.

Bei „normalem" Wärmeeintrag und einer längeren Lagerung kann beispielsweise ein Druckniveau p2 überschritten werden. In solch einem Fall öffnet sich das Ventil 5 und entlastet den Tank über einen Rekombinator (optional) oder über eine Abgasstrecke (Rohr ins Freie – nicht dargestellt). Wird der Wärmeeintrag durch vollständigen Verlust der Isolierung, wie beispielsweise durch einen Verlust des Vakuums der Superisolierung 113, zu hoch, findet eine Entlastung über das Ventil 4 statt. Insbesondere findet eine Entlastung über Ventil 4 statt, wenn ein Druck p3 überschritten wird und/oder eine Temperatur T3 überschritten wird.With "normal" heat input and a longer storage, for example, a pressure level p 2 can be exceeded In such a case, the valve opens 5 and relieves the tank via a recombiner (optional) or via an exhaust gas line (pipe to the outside - not shown). If the heat input by complete loss of insulation, such as by a loss of vacuum of superinsulation 113 , too high, takes a discharge over the valve 4 instead of. In particular, there is a relief valve 4 instead of when a pressure p 3 is exceeded and / or a temperature T 3 is exceeded.

Vor diesem Hintergrund ist es vorteilhaft, eine Lagerstätte für solche Wechselkartuschen so einzurichten, dass beispielsweise eine Wasserstoffsonde in einem Abgaskamin vorgesehen ist, die bei Erfassung von Wasserstoff in dem Abgaskamin einen Alarm auslöst.In front In this background, it is advantageous to have a deposit for such Change cartridges so that, for example, a hydrogen probe is provided in an exhaust stack, the detection of hydrogen in the exhaust chimney triggers an alarm.

Sollte während der Lagerung oder des Transports ein Schaden auftreten, beispielsweise durch einen Unfall bzw. sich ein noch höherer Wärmeeintrag ergeben, dann öffnet das Ventil 6 und verhindert dadurch das Bersten des Tanks bzw. der Wechselkartusche.If damage occurs during storage or transport, for example as a result of an accident or even higher heat input, the valve opens 6 and thereby prevents the bursting of the tank or the removable cartridge.

3 zeigt die in 1 dargestellte Wechselkartusche bei der Wasserstoffentnahme. 3 shows the in 1 illustrated interchangeable cartridge in the hydrogen extraction.

In der in 3 dargestellten Anordnung sind der Übersicht halber keine Entlastungsventile vorgesehen, kein Sprühsystem, keine Druckminderer oder -regler, keine Fahrventile und keine Rückschlagventile. Solche Systeme können jedoch, wie in bekannten Anordnungen, vorgesehen werden.In the in 3 arrangement shown, no relief valves are provided for clarity, no spray system, no pressure reducer or regulator, no driving valves and no check valves. However, such systems may be provided as in known arrangements.

Die Bezugsziffern 70 und 71 bezeichnen Ventile, die über die Kupplungen 110 und 111 mit den Ventilen 2 und 3 verbindbar bzw. verbunden sind. Das Ventil 71 ist mittels einer Entnahmeleitung 73 mit einem Wärmetauscher 77 verbunden, der wiederum über Zuflussleitungen 74, Rückflussleitungen 75 sowie ein Ventil 76 mit einem Verbraucher verbunden ist. Eine mit dem Wärmetauscher 77 verbundene Rückflussleitung 72 ist mit dem Ventil 70 verbunden.The reference numbers 70 and 71 denote valves that are above the couplings 110 and 111 with the valves 2 and 3 connectable or connected. The valve 71 is by means of a sampling line 73 with a heat exchanger 77 connected, in turn, via inflow pipes 74 , Return lines 75 as well as a valve 76 connected to a consumer. One with the heat exchanger 77 related Return line 72 is with the valve 70 connected.

Der Verbraucher, wie beispielsweise eine On-Bord-Wassererzeugungseinrichtung für ein Flugzeug oder auch ein Verbrennungsmotor erhält Luft über den Luftzulass 79. Abgase des Verbrauchers können über eine entsprechende Auspuffanlage abgeführt werden. Ein Abgas des Verbrauchers kann beispielsweise Wasser sein.The consumer, such as an on-board water generator for an aircraft or an internal combustion engine gets air over the air admission 79 , Exhaust gases from the consumer can be removed via a corresponding exhaust system. An exhaust gas of the consumer may be, for example, water.

Das Ventil 6 kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass GH2 bei Überschreiten eines Drucks p5 bzw. einer Temperatur T5 an die Abgasleitung 55 abgegeben wird.The valve 6 For example, it may be configured such that GH 2, when a pressure p 5 or a temperature T 5 is exceeded, is transferred to the exhaust gas line 55 is delivered.

Die Bezugsziffern 90, 91, 92 und 93 bezeichnen Anzeigeinstrumente mittels denen die entsprechenden Betriebszustände einem Anwender angezeigt werden können.The reference numbers 90 . 91 . 92 and 93 denote indicating instruments by means of which the corresponding operating states can be displayed to a user.

Bei der Wasserstoffentnahme, d. h. im angeschlossenen betriebsbereiten Zustand, steht der Tank üblicherweise unter einem Betriebsdruck von p1 bis p2 bei etwa 20 Kelvin. Der Verbraucher entnimmt Wasserstoff aus der Gasphase des Innentanks 112 und nötigenfalls im Überschuss. Das entnommene Gas strömt über die Leitung 7, das Ventil 3, die Kupplung 111, das Ventil 71 und die Leitung 73 zu dem Wärmetauscher 77 zum Verbraucher 78 hin. Dieser Wärmetauscher erwärmt das Gas auf eine Temperatur, die über der vom Verbraucher geforderten Mindesttemperatur liegt. Der Entnahmedruck p1 bis p2 liegt über dem vom Verbraucher geforderten Druck. Wird mehr gasförmiger Wasserstoff vom Verbraucher verlangt, so kann das Ventil 20 geöffnet werden. Gasförmiger Wasserstoff wird durch den Wärmetauscher geleitet, erhitzt und kann dann wieder in den Tank zurückgeführt werden. Auf diese Weise erfolgt ein Wärmeeintrag in den Tank und führt zu einer Verdampfung des flüssigen Wasserstoffs.When the hydrogen is removed, ie in the connected operational state, the tank is usually under an operating pressure of p 1 to p 2 at about 20 Kelvin. The consumer removes hydrogen from the gas phase of the inner tank 112 and if necessary in surplus. The extracted gas flows over the pipe 7 , the valve 3 , the coupling 111 , the valve 71 and the line 73 to the heat exchanger 77 to the consumer 78 out. This heat exchanger heats the gas to a temperature which is above the minimum temperature required by the consumer. The withdrawal pressure p 1 to p 2 is above the pressure required by the consumer. If more gaseous hydrogen is required by the consumer, the valve can 20 be opened. Gaseous hydrogen is passed through the heat exchanger, heated and then returned to the tank. In this way, a heat input into the tank and leads to an evaporation of the liquid hydrogen.

Im angeschlossenen Ruhezustand wird kein Wasserstoff entnommen. Die tankseitigen Ventile 2 und 3 bleiben dann geöffnet. Die verbraucherseitigen Ventile sind geschlossen und unterbrechen die Wasserstoffverbindung zwischen Tank und Verbraucher. Alle Anschlüsse bleiben erhalten. Insbesondere bleibt vorteilhaft die Funktion der Sicherheitsventile 4, 5 und 6 erhalten.In the connected idle state, no hydrogen is withdrawn. The tank side valves 2 and 3 stay open. The consumer-side valves are closed and interrupt the hydrogen connection between tank and consumer. All connections are retained. In particular, the function of the safety valves remains advantageous 4 . 5 and 6 receive.

4 zeigt die Wechselkartusche von 1 bei der Wasserstoffbetankung. Zur Befüllung werden Kupplungen der Befüllungsanlage beispielsweise an die Kupplungen 110 und 111 angeschlossen. Bei diesem Anschlussvorgang werden die Ventile 2 und 3 geöffnet. Über die Kupplungen 110 und 111 sind die Ventile 2 und 3 mit Absperrventilen 100 und 101 verbunden, die mit einer Zuflussleitung 102 und einer Ausgleichsleitung 103 verbunden sind. Für das Befüllen werden die Absperrventile 100 und 101 geöffnet. Durch die Leitung 102 fließt dann flüssiger Wasserstoff von der Befüllstation in den Innentank 112. Ein Volumenausgleich erfolgt dann über die Leitung 103. 4 shows the interchangeable cartridge of 1 in hydrogen refueling. For filling couplings of the filling system, for example, to the couplings 110 and 111 connected. In this connection process, the valves 2 and 3 open. About the couplings 110 and 111 are the valves 2 and 3 with shut-off valves 100 and 101 connected to an inflow pipe 102 and a compensation line 103 are connected. For filling the shut-off valves 100 and 101 open. Through the line 102 then liquid hydrogen flows from the filling station into the inner tank 112 , A volume compensation then takes place via the line 103 ,

Vorteilhaft ist das Wechselkartuschensystem in verschiedenen Formen entsprechend dem Anwendungsgebiet ausgestaltet. Beispielsweise kann die Wechselkartusche in Zylinderform ausgestaltet werden zur Anordnung in eine Ersatzradmulde eines Fahrzeugs oder beispielsweise in Würfelform. Mögliche Tankgrößen sind beispielsweise 5001, 10001 oder 15001. Eine max. Entnahmemenge kann beispielsweise 250 kW oder 500 kW betragen. Die Wechselkartuschen können beispielsweise stationär betrieben werden, aber auch in Automobilen, Flugzeugen, Flurfahrzeugen oder Schiffen. Ein max. Wärmeeintrag kann in der Größenordnung von 6 bis 72 Stunden bis zum Ausdampfen betragen. Ein max. Betriebsdruck p1 bis p2 kann in der Größenordnung von 1 bis 6 Bar liegen. Die max. Entnahmemengen richten sich natürlich nach den Verbrauchern. Beispielsweise würde eine Entnahmemenge von 250 kW für einen Verbraucher ca. 100 kW elektrische Leistung betragen.Advantageously, the removable cartridge system is configured in various forms according to the field of application. For example, the replaceable cartridge may be configured in a cylindrical shape for placement in a spare wheel well of a vehicle or, for example, in cube form. Possible tank sizes are for example 5001, 10001 or 15001. A max. Removal amount can be, for example, 250 kW or 500 kW. The exchangeable cartridges can be operated for example stationary, but also in automobiles, aircraft, ground vehicles or ships. A max. Heat input can be on the order of 6 to 72 hours to evaporate. A max. Operating pressure p 1 to p 2 may be on the order of 1 to 6 bar. The max. Withdrawal quantities depend of course on the consumers. For example, a withdrawal amount of 250 kW for a consumer would amount to approximately 100 kW electrical power.

Claims (13)

Wechselkartusche zur Anwendung in Fahrzeugen, zur Ankopplung an einen Verbraucher oder an eine Befüllstation, wobei die Wechselkartusche umfasst: zumindest eine lösbare Anschlusskupplung (33, 34, 35, 39, 50, 51) zur Verbindung mit dem Verbraucher oder der Befüllstation; und einen Innentank (112) zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff; einer Superisolierung (113) zwischen Innentank (112) und einem Außentank (114); wobei die Wechselkartusche mittels der zumindest einen lösbaren Anschlusskupplung (33, 34, 35, 39, 50, 51) an dem Verbraucher ankoppelbar ist, um dem Verbraucher gasförmigen Wasserstoff zur Verfügung zu stellen; und wobei die Superisolierung (113) der Wechselkartusche entsprechend einer Umgebungstemperatur und einem Bedarf des Verbrauchers an gasförmigen Wasserstoff derart ausgestaltet, ist, dass der Wärmeübergang von der Umgebung mit der Umgebungstemperatur zum Innentank bei Betrieb ausreichend ist, um den Bedarf des Verbrauchers zu decken.Interchangeable cartridge for use in vehicles, for coupling to a consumer or to a filling station, the interchangeable cartridge comprising: at least one detachable connection coupling ( 33 . 34 . 35 . 39 . 50 . 51 ) for connection to the consumer or the filling station; and an inner tank ( 112 ) for receiving liquid hydrogen; a super insulation ( 113 ) between inner tank ( 112 ) and an external tank ( 114 ); wherein the interchangeable cartridge by means of the at least one detachable connection coupling ( 33 . 34 . 35 . 39 . 50 . 51 ) is connectable to the consumer to provide gaseous hydrogen to the consumer; and where the superinsulation ( 113 ) of the interchangeable cartridge in accordance with an ambient temperature and a demand of the user for gaseous hydrogen is such that the heat transfer from the ambient environment to the inner tank during operation is sufficient to meet the needs of the consumer. Wechselkartusche nach Anspruch 1, wobei der Innentank (112) zur Aufnahme von flüssigen oder teilverflüssigten Wasserstoff ausgebildet ist.An interchangeable cartridge according to claim 1, wherein the inner tank ( 112 ) is designed for receiving liquid or partially liquefied hydrogen. Wechselkartusche nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Wechselkartusche mittels der zumindest einen lösbaren Anschlusskupplung (33, 34, 35, 39, 50, 51) zur Befüllung des Innentanks (112) an der Befüllstation ankoppelbar ist; wobei die Wechselkartusche mittels der zumindest einen lösbaren Anschlusskupplung (33, 34, 35, 39, 50, 51) an dem Verbraucher ankoppelbar ist um dem Verbraucher flüssigem Wasserstoff zur Verfügung zu stellen; und wobei die Wechselkartusche bei Bedarf einfach mittels der zumindest einen lösbaren Anschlusskupplung (33, 34, 35, 39, 50, 51) von dem Verbraucher lösbar ist und gegen eine andere Wechselkartusche austauschbar ist.An interchangeable cartridge according to one of claims 1 or 2, wherein the interchangeable cartridge by means of the at least one detachable connection coupling ( 33 . 34 . 35 . 39 . 50 . 51 ) for filling the inner tank ( 112 ) can be coupled to the filling station; wherein the interchangeable cartridge by means of the at least one detachable connection coupling ( 33 . 34 . 35 . 39 . 50 . 51 ) can be coupled to the consumer in order to provide the consumer with liquid hydrogen; and wherein the interchangeable cartridge, if necessary, simply by means of at least one detachable connection coupling ( 33 . 34 . 35 . 39 . 50 . 51 ) Is detachable from the consumer and is interchangeable with another removable cartridge. Wechselkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Tank den Innentank (112) und den Außentank (114) aufweist; und wobei der Innentank (112) und der Außentank (114) durch eine Superisolierung (113) thermisch zur Lagerung von flüssigen oder teilverflüssigten Wasserstoff entkoppelt sind.An interchangeable cartridge according to any one of claims 1 to 3, wherein a tank is the inner tank ( 112 ) and the outer tank ( 114 ) having; and wherein the inner tank ( 112 ) and the outer tank ( 114 ) by superinsulation ( 113 ) are thermally decoupled for the storage of liquid or partially liquefied hydrogen. Wechselkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest eine Schutzkappe für die zumindest eine lösbare Anschlusskupplung (33, 34, 35, 39, 50, 51) vorgesehen ist; wobei die zumindest eine Schutzkappe zur Lagerung oder Transport der Wechselkartusche über der zumindest einen lösbare Anschlusskupplung angeordnet werden kann.Interchangeable cartridge according to one of claims 1 to 4, wherein at least one protective cap for the at least one detachable connection coupling ( 33 . 34 . 35 . 39 . 50 . 51 ) is provided; wherein the at least one protective cap for storing or transporting the replaceable cartridge can be arranged above the at least one detachable connection coupling. Wechselkartusche nach Anspruch 5, wobei die Schutzkappe einen Raum definiert; wobei in dem Raum ein Katalysator vorgesehen ist; und wobei mittels des Katalysators von der zumindest einen Anschlusskupplung ausdampfender Wasserstoff in dem Raum katalytisch verwertet wird.Interchangeable cartridge according to claim 5, the Protective cap defines a space; wherein in the space a catalyst is provided; and wherein by means of the catalyst of the at least one connection coupling evaporating hydrogen in the Space is catalytically recycled. Wechselkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Einrichtung (12, 13) zum Zuführen von Wärme zu dem Innentank (112) vorgesehen ist; wobei die Einrichtung zum Zuführen von Wärme zu dem Innentank die zugeführte Wärme steuert; und wobei durch Steuerung der dem Innentank zugeführten Wärme eine Abgabemenge von gasförmigen Wasserstoff an den Verbraucher steuerbar ist.An interchangeable cartridge according to any one of claims 1 to 6, wherein a device ( twelve . 13 ) for supplying heat to the inner tank ( 112 ) is provided; wherein the means for supplying heat to the inner tank controls the supplied heat; and wherein by controlling the heat supplied to the inner tank, a discharge amount of gaseous hydrogen to the consumer is controllable. Wechselkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Wechselkartusche eine Codierung aufweist, die zumindest eine Art der Wechselkartusche bezeichnet.Interchangeable cartridge according to one of claims 1 to 7, wherein the interchangeable cartridge has an encoding, at least a type of removable cartridge called. Wechselkartusche nach Anspruch 8, wobei die Codierung mittels der zumindest einen lösbare Anschlusskupplung ausgestaltet derart ist, dass nur eine Verbindung zu einem der Codierung entsprechenden Verbraucher oder zu einer der Codierung entsprechenden Befüllstation möglich ist.An interchangeable cartridge according to claim 8, wherein the coding by means of the at least one detachable Connection coupling designed such is that only one connection to a consumer corresponding to the coding or to one of the coding the coding corresponding filling station possible is. Anschlusskupplung für einen Verbraucher oder eine Befüllstation, wobei die Anschlusskupplung zum Zusammenwirken mit einer Anschlusskupplung einer Wechselkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgestaltet ist; wobei die Anschlusskupplung eine erste Kodierung aufweist; und wobei die erste Codierung mit einer zweiten Codierung der Anschlusskupplung der Wechselkartusche korrespondiert, so dass die Anschlusskupplung mit der Anschlusskupplung der Wechselkartusche verbindbar ist.Connection coupling for a consumer or a filling station, in which the connection coupling for interaction with a connection coupling an interchangeable cartridge according to one of claims 1 to 11 is configured; in which the connection coupling has a first coding; and in which the first coding with a second coding of the connection coupling the interchangeable cartridge corresponds, so that the connection coupling with the connection coupling of the interchangeable cartridge is connectable. Verwendung einer Wechselkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Flugzeug mit einem Verbraucher, wobei die Wechselkartusche an den Verbraucher angekoppelt ist, um dem Verbraucher gasförmigen Wasserstoff zur Verfügung zu stellen.Use of an interchangeable cartridge according to one of claims 1 to 9 in an airplane with a consumer, the interchangeable cartridge Coupled to the consumer is to give the consumer gaseous hydrogen to disposal to deliver. Verfahren zum Handhaben einer Wechselkartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte: Anordnen einer befüllten Wechselkartusche in einem Fahrzeug; Ankoppeln der Wechselkartusche mittels der lösbaren Anschlusskupplung (33, 34, 35, 39, 50, 51) an einen Verbraucher im Fahrzeug, so dass die Wechselkartusche dem Verbraucher gasförmigen Wasserstoff bereitstellt; und Abkoppeln der lösbaren Anschlusskupplung (33, 34, 35, 39, 50, 51) und Entnehmen der Wechselkartusche wenn festgestellt wird, dass eine Füllung der Wechselkartusche einen voreingestellten Wert unterschreitet.A method of handling an interchangeable cartridge according to any one of claims 1 to 9, comprising the steps of: placing a filled interchangeable cartridge in a vehicle; Coupling of the interchangeable cartridge by means of the detachable connection coupling ( 33 . 34 . 35 . 39 . 50 . 51 ) to a consumer in the vehicle such that the interchangeable cartridge provides gaseous hydrogen to the consumer; and uncoupling the detachable connection coupling ( 33 . 34 . 35 . 39 . 50 . 51 ) and removing the interchangeable cartridge when it detects that a filling of the interchangeable cartridge is below a preset value. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Fahrzeug ein Flugzeug ist.The method of claim 12, wherein the vehicle is a Plane is.
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