DE102004043079A1 - Entnahmeeinrichtung für kondensiertes Gas aus einem druckfesten Behälter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entnahmeeinrichtung für einen druckfesten Behälter mit kondensiertem Gas, insbesondere für einen Kryotank, insbesondere zur Versorgung einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine. Die Entnahmeeinrichtung für das kondensierte Gas besteht mindestens aus einer Entnahmeleitung, aus einer mindestens zur Brennkraftmaschine führenden Vorlaufleitung, die mit der Entnahmeleitung in Verbindung steht, und aus einem im druckfesten Behälter angeordneten weiteren Behälter, der mit dem druckfesten Behälter so in Verbindung steht, dass er kondensiertes Gas mindestens auf gleichem Niveau enthält wie der druckfeste Behälter. Die Entnahmeeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den weiteren Behälter eine Pumpe eingebracht ist, an deren Druckseite die Entnahmeleitung angeschlossen ist und deren Ansaugöffnung in den unteren Bereich des weiteren Behälters hineinreicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Entnahmeeinrichtung für einen druckfesten Behälter mit kondensiertem Gas, insbesondere für einen Kryotank, insbesondere zur Versorgung einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
  • Es ist bereits bekannt, Kraftfahrzeuge zum Beispiel mit Wasserstoff oder Erdgas anzutreiben und diesen Treibstoff als kondensiertes Gas in einem druckfesten Behälter im Kraftfahrzeug zu speichern. Zu dieser verflüssigten Speicherung sind spezielle druckfeste Behälter notwendig, die aufgrund der tiefen Speichertemperaturen eine sehr gute Isolation besitzen sollten. Dabei ist bekannt, zur Vermeidung von Wärmeeintrag aus der Umgebung doppelwandige, vakuumisolierte Behälter zu verwenden.
  • So erfolgt die Speicherung von zum Beispiel Wasserstoff in mobilen Fahrzeugen häufig in Form von tiefkaltem, verflüssigtem Wasserstoff, als kondensiertes Gas. Da in diesem Zustand infolge der hohen Energiedichte (gegenüber einer Speicherung von warmem, komprimiertem Wasserstoff-Gas) eine für Fahrzeuge vorteilhafte hohe Reichweite erzielt werden kann.
  • Der tiefkalte, flüssige Wasserstoffvorrat wird im Fahrzeug im siedenden Zustand in einem thermisch sehr gut isolierten, druckdichten Behälter gespeichert. Die Energiedichte des siedenden Wasserstoffs wird dabei durch Lagerung bei einer Temperatur wenig über der Siedetemperatur bei Umgebungsdruck, ca. 20 K, maximal. In den heute technisch umgesetzten Vorratsbehältern liegt der Wasserstoff typischerweise bei Temperaturen von ca. 21 K bis ca. 27 K und den damit korrespondierenden Siededrücken von ca. 2 bar (abs.) bis ca. 5 bar (abs.) vor.
  • Im unteren Teil des Vorratsbehälters liegt der siedende Wasserstoff als massedichtere flüssige Phase (wird im folgenden auch LH2 genannt) und darüber liegend als gasförmige Phase (wird im folgenden auch GH2 genannt) vor.
  • Die unmittelbare Förderung des Wasserstoffs (wird im folgenden auch H2 genannt) aus dem Vorratsbehälter in eine Vorlaufleitung hin zu einem Konditionierer oder Verbraucher erfolgt im einfachsten Fall über das zwischen Tankinnerem und der Umgebung anliegenden statischen Druckgefälle oder durch eine gezielte Bedruckung des Vorratsbehälters. Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit durch die geometrische Gestaltung der im Tankinneren beginnenden Vorlaufleitung, vorrangig LH2 oder nur GH2 zu fördern.
  • Aus einem solchen Kryotank wird siedend gespeichertes H2 im allgemeinen aus der Gasphase als GH2 entnommen. Sofern H2 als LH2 aus der Flüssigphase entnommen wird, sind bei einer mobilen Anwendung die nachfolgenden Konditionierer, z.B. Druckerhöher, oder die Betriebsart eines Verbrauchers dennoch für die Förderung von GH2 ausgelegt. Dies ist erforderlich, da infolge der möglichen Abweichungen von der Normallage des mobilen Behälters oder dynamischer, beschleunigter Zustände die Zulauföffnung einer Entnahmeleitung für LH2 systematisch auch bei hohen Füllständen von Gasphase zeitweilig umspült sein kann. Dies ist im zeitlichen Verlauf der Entleerung des mobilen Behälters insbesondere lange vor dem Zeitpunkt möglich, vor dem die Gasphase in einem identischen immobilen Behälter die Zulauföffnung der LH2-Entnahmeleitung durch reine Entnahme erreicht. Aus diesem Grund wird bei mobilen Anwendungen H2 vorwiegend aus der Gasphase entnommen.
  • Dem Vorratsbehälter wird während der H2-Entnahme Wärme zugeführt, die zum Abdampfen von LH2 im Behälter und damit zur Aufrechterhaltung eines für die Förderung erforderlichen Behälterdruckes führt, der sonst durch die Entnahme soweit sinken würde, dass eine Förderung nicht mehr möglich wäre. Diese zur Druckhaltung benötigte Wärmezufuhr erfolgt über eine separate Heizung, die z. B. als elektrisch betriebenes Heizelement ausgeführt sein kann oder z.B. direkt durch Zufuhr von erwärmtem, gasförmigem H2, das einem erwärmten Vorlaufstrom gezielt abgezweigt und in den Innenbehälter (zurück-) geleitet wird.
  • Bei mobilen Vorratsbehältern ist nach derzeitigem Stand eine stabile, kontinuierliche Entnahme von LH2 nicht möglich. Der kryogen gelagerte Wasserstoff wird als GH2 entnommen.
  • Die Förderung von LH2 und von GH2 unterscheidet sich wesentlich durch die Leistung, die bei einer nachfolgenden Verdichtung oder Druckerhöhung aufgewendet wer den muss, etwa wenn ein bestimmter Zieldruck zur Versorgung eines Verbrennungsmotors erzeugt werden soll. Die Verdichtung bzw. die Druckerhöhung von LH2 erfordert wesentlich geringere Verdichtungsleistung als die von GH2.
  • Durch die Entnahme von LH2 oder GH2 aus dem Vorratsbehälter sinkt sein Innendruck. Die Förderung aus dem Behälter heraus, hin zu der Eingangs- oder Saugöffnung einer Druckerhöhungseinrichtung wird daher verlangsamt und kann schließlich zum Stillstand kommen. Aus diesem Grund wird dem Vorratsbehälter während der H2-Entnahme über eine separate Heizung, die z.B. elektrisch betrieben sein kann oder z.B. durch Zufuhr von erwärmtem, gasförmigem H2, Wärme zugeführt, die zum Abdampfen von LH2 im Behälter und damit zur Aufrechterhaltung eines für die Förderung erforderlichen Behälterdruckes führt.
  • Die Förderung von LH2 und von GH2 unterscheidet sich dabei wesentlich durch die Wärmeleistung, die dem Behälter dabei zur Druckhaltung zugeführt werden muss. Die Entnahme von LH2 erfordert eine wesentlich geringe Wärmeleistung als die von GH2.
  • Die Anordnung der Zulauföffnung einer LH2-Entnahmeleitung kann bei einem immobilen Vorratsbehälter stets an der tiefsten gelegenen, praktisch erreichbaren Position im Behälter liegen. Dadurch ist die für einen Nutzer aus dem gesamten Speichervolumen entnehmbare LH2-Menge maximiert bzw. die nicht entnehmbare Restmenge minimiert.
  • Die Anordnung der einen LH2-Zulauföffnung kann bei einem üblichen mobilen Behälter mit üblicher Bauweise als liegend ausgerichteter Zylinder eine solche tiefstgelegene Position nur für ein Teilauschnitt aller Betriebszustände – üblicherweise eine an der Erdoberfläche ausgerichtete Normallage – einnehmen. Durch die im Betrieb systematisch möglichen Abweichungen von dieser Normallage, z.B. stationär bei Berg/Talfahrt, Hanglage, oder instationär in beschleunigten Zuständen z.B. beim Anfahren, Bremsen oder längeren Kurvenfahrten, lässt sich die entnehmbare LH2-Restmenge systematisch nicht minimieren. Es verbleibt in den von der Normallage abweichenden Zuständen im mobilen Tank eine nicht als LH2 entnehmbare Restmenge, die den für einen Verwender nutzbaren Anteil des in dem Vorratsbehälter gespeicherten LH2 deutlich reduziert.
  • Bei einem mobilen Vorratsbehälter ist systematisch nicht nur die für alle Betriebszustände entnehmbare LH2-Menge gegenüber einen immobilen Behälter reduziert. Darüberhinaus entstehen erhebliche Schwallbewegungen infolge schneller Beschleunigungswechsel und den damit einhergehenden relativen Massenverschiebungen der LH2-Säule im Behälter. Dies wird durch Beschleunigungen, die die Eigenfrequenzen einer LH2-Säule treffen, noch erheblich verstärkt. Daher kann bei der Entnahme von LH2 für z.B. eine Druckerhöhungskomponente oder einen Verbraucher, der jeweils nur mit LH2 betrieben werden soll, lange vor Erreichen einer LH2-Restmenge nicht von einer kontinuierlichen LH2-Versorgung ausgegangen werden. Es ist stattdessen infolge der Schwallbewegungen systematisch auch von der unerwünschten Entnahme von GH2 und den damit ggf. einhergehenden Betriebsstörungen auszugehen.
  • Nach derzeitigem Stand der Technik wird H2 gasförmig entnommen. Durch die hierdurch ggü. der Entnahme von LH2 erhöhte Druckerhöhungsleistung im Vorlauf zu einem Verbraucher und durch die hierdurch erhöhte Druckhalteleistung für den Vorratsbehälter wird der Gesamtwirkungsgrad eines mobilen Antriebes, dem diese erhöhten Leistungsanteile wiederum entnommen werden, reduziert.
  • Lösungen, die eine Druckerhöhungseinheit direkt in oder an den Behälter verlegen, um effektiv LH2 zu entnehmen, reduzieren durch ihren Wärmeeintrag die Zeitspanne, in der der Behälter als masseverlustfreier H2-Speicher verwendet werden kann.
  • Mit den Betriebzuständen eines mobilen Vorratsbehälters variiert die Position der tiefstgelegenen LH2-Entnahmemöglichheit. Daher lässt sich die nicht mehr nutzbare LH2-Restmenge nicht systematisch minimieren. Durch die Schwallbewegungen der LH2-Säule im Behälter ist eine kontinuierliche LH2-Entnahme systematisch nicht sichergestellt.
    •
  • Die DE 101 05 819 A1 beschreibt einen Kryotank, mit innen liegendem Reservebehälter, zur Entnahme von flüssigem Kraftstoff. Der Kraftstoff gelangt bei seiner Entnahme im Normalbetrieb vom Kryotank über den Reservebehälter zum Antriebsaggregat, einem Motor oder einer Brennstoffzelle. Der Reservebehälter dient dazu, bei leerem Kryotank einen Notbetrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen. Eine Abhilfemaßnahme für die geschilderten Nachteile zeigt DE 101 05 819 A1 nicht auf. Dies ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
  • Nach der Erfindung besitzt ein druckfester Behälter, insbesondere ein Kryotank, zur Speicherung von kondensiertem Gas für einen Verbraucher, insbesondere zur Versorgung einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, eine Entnahmeeinrichtung für das kondensierte Gas, mindestens bestehend aus einer Entnahmeleitung, aus einer mindestens zur Brennkraftmaschine führenden Vorlaufleitung, die mit der Entnahmeleitung in Verbindung steht und aus einem im druckfesten Behälter angeordneten weiteren Behälter, der mit dem druckfesten Behälter so in Verbindung steht, dass er kondensiertes Gas mindestens auf gleichem Niveau enthält wie der druckfeste Behälter. Die Entnahmeeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den weiteren Behälter eine Pumpe zur Förderung von kondensiertem Gas eingebracht ist, an deren Druckseite die Entnahmeleitung angeschlossen ist und deren Ansaugöffnung in den unteren Bereich des weiteren Behälters hineinreicht
  • Dadurch ist die Entnahmeeinrichtung vorteilhafterweise so vormontierbar, dass sie einfach mit dem druckfesten Behälter ins Kraftfahrzeug eingebaut werden kann. Da kryogener Kraftstoff im Vorratsbehälter siedend gelagert wird, d. h. nur ein sehr geringer oder kein Dampfdrucküberschuss (NPSH, Net Pressure Suction Head) vorliegt, findet bei Entnahme von LH2 eine (Teil-)Verdampfung innerhalb der Zuleitung zur Konditioniereinheit bzw. zum Verbraucher statt. Dies geschieht infolge unvermeidlicher Wärmeeinträge in diese Zuleitung und infolge der unvermeidlichen Erwärmung des kryogenen Kraftstoffs durch reale Strömungsverluste. Daher muss auch bei von LH2 überspülter Zulauföffnung der Entnahmeleitung eine erhöhte Verdichterleistung aufgebracht werden, wie bei direkter Entnahme von GH2.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der weitere Behälter als relativ geringes, mindestens teilweise vom druckfesten Behälter abgetrenntes Teilvolumen, durch eine in den druckfesten Behälter eingebaute Abtrennung gebildet. Durch eine solche Abtrennung im Innenraum des druckfesten Behälters ist ein weiterer Behälter zur Aufnahme von kondensiertem Gas besonders preiswert herzustellen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird ein solcher weiterer Behälter durch eine weitere Pumpe aus dem Behälterinnenraum mit flüssiger Phase des kondensierten Gases befüllt.
  • Das hat den Vorteil, dass im druckfesten Behälter ein schwallgeschützter LH2-Entnahmebereich gebildet wird, der von einer oder mehreren Pumpen befüllt gehalten werden kann. So kann dem Entnahmebereich unter allen mobilen Betriebsbedingungen bis zur praktischen Entleerung des druckfesten Behälters immer kondensiertes Gas entnommen werden. Die dem mobilen druckfesten Behälter nicht mehr entnehmbare LH2-Restmenge wird praktisch auf die in einem vergleichbaren immobilen druckfesten Behälter verbleibende Restmenge minimiert. Eine kontinuierliche LH2-Entnahme wird unter allen mobilen Betriebsbedingungen gewährleistet, bis zum Erreichen dieser nicht mehr entnehmbaren Restmenge. Des weiteren werden potentielle akustischen Auffälligkeiten vermieden, die von einem diskontinuierlichen Gas-Anteil in der Zulaufströmung einer Druckerhöhungseinheit herrühren.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Pumpe eine Saugstrahlpumpe, für deren Betrieb eine Gasrücklaufleitung zur Druckhaltung in den druckfesten Behälter mündet, deren rückgeführtes Gas so über eine Düse beschleunigt wird und die mit der Entnahmeleitung so zusammenwirkt, dass mit Hilfe des in der Düse beschleunigten rückgeführten Gases erzeugten Druckabfalls kondensiertes Gas in die Entnahmeleitung gefördert wird.
  • Das hat den Vorteil, dass für Betrieb keine Zuführung zusätzlicher Energie zur Deckung der Pumpen-Antriebsleistung in den Behälter erforderlich ist. Der Strahlpumpenbetrieb und das zur Druckhaltung erforderliche Heizen des Behälters kann gestalterisch und funktional integriert werden. Der Betriebzustand der Strahlpumpe adaptiert sich selbst über den geregelt zurückgeführten Rücklaufstrom an den Betriebszustand eines H2-Verbrauchers. Eine eigene Steuerung oder Regelung ist nicht erforderlich. Eigene Sensoren sind ebenfalls nicht erforderlich. Außerdem wird die zur Druckhaltung verwendete Gasrückführung in den Behälter genutzt zur Erzeugung eines Vorförderdrucks in der Vorlaufleitung durch Bedrucken des VL-Massenstromes ohne Erhöhung des Behälterinnendruckes. Der LH2-Strom verdampft nicht mehr oder in geringerem Maße auf dem Weg zu einer Druckerhöhungseinheit. Das hat den Vorteil, dass die Energiebilanz des Kraftfahrzeugs verbessert wird. Der am Zulaufanschluss einer Druckerhöhungseinheit gegenüber einer GH2- oder einer unbedruckten LH2-Entnahme erhöhte LH2-Anteil reduziert die zu einer Druckerhöhung erforderliche Verdichterantriebsleistung. Gegenüber einer GH2-Entnahme reduziert sich die Heizleistung zur Druckhaltung im Behälter.
  • Wenn die Pumpe eine Elektropumpe ist, kann vorteilhafterweise die Pumpenleistung auslegungsseitig variiert werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die weitere Pumpe eine weitere Saugstrahlpumpe, die strahleingangsseitig an die Vorlaufleitung oder die Rücklaufleitung angeschlossen ist und druckseitig mit einer in den weiteren Behälter führenden Leitung in Verbindung steht.
  • Das hat den Vorteil, dass sich der Betriebzustand der weiteren Saugstrahlpumpe(-n) selbst an den Betriebszustand eines H2-Verbrauchers adaptiert über den Förderstrom der kondensiertes Gas in die Vorlaufleitung fördernden Pumpe (als Saugstahl- oder Elektropumpe) bzw. über den geregelt zurückgeführten Rücklaufstrom. Eine eigene Steuerung oder Regelung ist nicht erforderlich. Eigene Sensoren sind ebenfalls nicht erforderlich. Für ein System ohne Rücklauf muss die kondensiertes Gas in die Vorlaufleitung fördernde Saugstrahlpumpe durch einen anderen Pumpentyp (z.B. durch eine Elektropumpe) ersetzt werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung steht die Pumpe beziehungsweise die weitere Pumpe bis zur fast völligen Entleerung des Behälterinnenraums mit dem kondensierten Gas in Verbindung. Das hat den Vorteil, dass fast das ganze Behälterinnenvolumen für flüssig entnehmbares kondensiertes Gas genutzt wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Gasabscheider für nicht kondensiertes Gas in die Entnahmeleitung geschaltet ist und das durch den Gasabscheider separierte Gas strahleingangsseitig in die weitere Saugstrahlpumpe geleitet wird.
  • Durch die Verwendung eines solchen Gasabscheiders, der auch LH2/GH2-Separator genannt wird, innerhalb des Behälters in der Vorlaufleitung, entstehen folgende weitere Vorteile für den mobilen druckfesten Behälter:
    • – Abscheidung eines aus der Rücklaufleitung herrührenden und nicht vollständig kondensierten GH2-Anteils aus der Vorlaufströmung,
    • – Integration des Antriebs der weiteren Pumpen mit der GH2-Ableitung aus dem Separator und weitere funktionale und gestalterische Integrationsmöglichkeiten, z.B. mit einem schwallgeschützten LH2-Entnahmebereich z.B. als Kanister ausgebildet.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigen:
  • 1: Einen druckfesten Behälter zur Speicherung von kondensiertem Gas mit einer Entnahmeeinrichtung gemäß der Erfindung und
  • 2: Einen weiteren druckfesten Behälter zur Speicherung von kondensiertem Gas mit einer Entnahmeeinrichtung gemäß der Erfindung in anderer Ausführung.
  • In einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug ist ein Kryotank 1 zur Speicherung von Flüssigwasserstoff LH2 eingebaut. Dieser dient als Kraftstoff zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden, nicht gezeichneten, Brennkraftmaschine. Der Wasserstoff liegt im Kryotank 1 in zwei Aggregatzuständen vor, im oberen Teil als gasförmiger Wasserstoff GH2 und im unteren Teil als kondensiertes Gas LH2 in flüssiger Form. Eine Entnahmeeinrichtung für Wasserstoff aus der flüssigen Phase LH2 ist in den Kryotank 1 eingebaut, diese versorgt über eine Vorlaufleitung 2 die Brennkraftmaschine mit Wasserstoff LH2.
  • Im Ausführungsbeispiel von 1 ist dazu eine grundsätzliche Anordnung einer rücklauffreien Entnahmeeinrichtung mit Vorfördereigenschaft in einem Kryotank 1 dargestellt. In dieser Ausführungsform befindet sich in einem weiteren Behälter 11 eine nicht durch einen Rücklaufmassenstrom betriebene Druckerhöhungseinrichtung, zum Beispiel eine elektrisch betriebene LH2-Pumpe 25, als Vorfördereinrichtung. Der Ansaugstutzen 6 der LH2-Pumpe 25 endet an einer für die Restmengenreduktion geeig neten Stelle im weiteren Behälter 11 des Kryotanks 1. Der als druckfester Behälter ausgeführte Kryotank 1 kann auch aus mehreren Teilbehältern bestehen oder Zusatzbehälter besitzen.
  • Eine weitere Pumpe, als weitere Saugstrahlpumpe 10 ausgebildet, dient als Vorfördereinrichtung in den schwallgeschützten LH2-Entnahmebereich, den weiteren Behälter 11. Das Volumen des schwallgeschützten LH2-Entnahmebereiches ist minimiert und klein gegenüber dem gesamten Speichervolumen des Kryotanks 1.
  • Die weitere Saugstrahlpumpe 10 wird mit dem Förderdruck der LH2 Pumpe 25 betrieben. Ihr Saugstutzen 19 befindet sich an einer für die LH2-Restmengenreduktion geeigneten Stelle im druckfesten Behälter. Die weitere Saugstrahlpumpe 10 fördert LH2 in den schwallgeschützten LH2-Entnahmebereich und dies mit einer Mindestförderrate, die unter allen Betriebszuständen eine Überfüllung des weiteren Behälters 11 sicherstellt. Es können auch mehrere weitere Saugstrahlpumpen 10 im Kryotank 1 eingesetzt sein, die dann an ihrem Förderausgang jeweils mit einem Rücklaufminderer oder -begrenzer ausgerüstet sein können. Einzelne von mehreren weiteren Saugstrahlpumpen 10 können in einigen Betriebszuständen mit ihren Saugstutzen 19 sys tematisch im GH2 liegen. Die Förderleitung(en) 13 der weiteren Saugstrahlpumpe(n) 10 ist derart in den weiteren Behälter 11 geführt, dass während des Stillstandes des Systems ein Entleeren des gefüllten Entnahmenbereiches im weiteren Behälter 11 durch Schwerkraft über diese Leitung(en) und den (die) Saugstutzen 19 der weiteren Saugstrahlpumpe(n) 10 – auch ohne Rückschlagventil – nicht möglich ist. Die weitere(n) Saugstrahlpumpe(n) 10 wird direkt über eine Abzweigleitung 14 von der Vorlaufleitung 2 betrieben.
  • Im Ausführungsbeispiel von 2 wird die Entnahmeeinrichtung aus 1 ergänzt, indem die Elektropumpe im weiteren Behälter 11 durch eine Saugstrahlpumpe 3 ersetzt wird. Die Förderung von LH2 erfolgt, indem die Zulauföffnung 4 der LH2-Entnahmeleitung 5 an den Förderausgang der Saugstrahlpumpe 3 geführt wird. Die Saugstrahlpumpe 3 ist mit ihrem Treibstromeingang an eine Gasrücklaufleitung 7 angeschlossen. Der Ansaugstutzen 6 der Saugstrahlpumpe 3 endet an einer für die Restmengenreduktion geeigneten Stelle im weiteren Behälter 11 des Kryotanks 1. Ein für die Druckhaltung ausreichend dimensionierter Wärmetauscher 8 ist innerhalb der Behälterisolation 9 angeordnet und wird von der Gasrücklaufleitung 7 betrieben.
  • Nach dem Stand der Technik wird der Gasstrom in der Gasrücklaufleitung 7 geregelt. Er wird der Vorlaufleitung 2 zum Verbraucher hin, hier nicht dargestellt, zum Beispiel nach einem Wärmetauscher, bei gegebenen Gastemperaturen entnommen. Die zur Druckhaltung im Kryotank 1 benötigte Wärmeleistung wird über den zurückgeführten Gasmassenstrom, zum Beispiel über ein Regelventil, eingestellt. Der als druckfester Behälter ausgeführte Kryotank 1 kann auch aus mehreren Teilbehältern bestehen oder Zusatzbehälter besitzen.
  • Die weitere Saugstrahlpumpe 10 wird mit dem Förderdruck der Saugstrahlpumpe 3 betrieben. Ihr Saugstutzen 19 befindet sich an einer für die LH2-Restmengenreduktion geeigneten Stelle im Behälter. Die weitere Saugstrahlpumpe 10 fördert LH2 in den schwallgeschützten LH2-Entnahmebereich und dies mit einer Mindestförderrate, die unter allen Betriebszuständen eine Überfüllung des weiteren Behälters 11 sicherstellt. Es können auch mehrere weitere Saugstrahlpumpen 10 im Kryotank 1 eingesetzt sein, die dann an ihrem Förderausgang jeweils mit einem Rücklaufminderer oder -begrenzer ausgerüstet sein können. Einzelne von mehreren weiteren Saugstrahlpumpen 10 können in einigen Betriebszuständen mit ihren Saugstutzen 19 systematisch im GH2 liegen. Die Förderleitung(en) 13 der weiteren Saugstrahlpumpe(n) 10 ist derart in den weiteren Behälter 11 geführt, dass während des Stillstandes des Systems ein Entleeren des gefüllten Entnahmenbereiches im weiteren Behälter 11 durch Schwerkraft über diese Leitung(en) und den (die) Saugstutzen der weiteren Saugstrahlpumpe(n) 10 – auch ohne Rückschlagventil – nicht möglich ist. Die weitere(n) Saugstrahlpumpe(n) 10 kann (können) abweichend von der obigen Beschreibung auch direkt über die Gasrücklaufleitung 7 (gepunktet dargestellte Verbindung 17) betrieben werden.
  • In der Vorlaufleitung 2 könnte je nach konkreter Auslegung systematisch ein GH2-Anteil enthalten sein, der als nicht kondensierter Anteil aus der Gasrücklaufleitung 7 über den Treibanschluss der Saugstrahlpumpe 3 zugeführt sein könnte. Um einen über den Förderausgang der Saugstrahlpumpe 3 im LH2-Strom mitgeführten, nicht kondensierten GH2-Anteil systematisch nicht in die Vorlaufleitung 2 gelangen zu lassen, ist inner halb des Kryotanks 1 in der Förderleitung ein Gasabscheider 20 für gasförmigen Kraftstoff, ein so genannter GH2/LH2-Separator geschaltet. Dieser Gasabscheider 20 scheidet GH2 ab und führt ihn unter Nutzung des statischen Druckgefälles über ein nicht gezeichnetes druckhaltendes Element (z.B. Kapillare oder Venturi-Düse) in den Kryotank 1 (nicht gezeichnet). Der separierte gasförmige GH2-Anteil kann dabei insbesondere auch, wie in 2 dargestellt, über die weitere Saugstrahlpumpe 10 geführt werden. Diese wird dann nicht direkt von der Förderleitung der Saugstrahlpumpe 3 betrieben, sondern unter Mitführung des separierten gasförmigen GH2-Anteils über die GH2-Abscheideraustrittsleitung 21. Der GH2-Anteil wird dann von der weiteren Saugstrahlpumpe 10 weiter in den weiteren Behälter 11 gefördert, von wo er direkt in den Kryotank 1 abströmt. Die in 2 gewählte Darstellung des LH2/GH2-Separators ist nur sinnbildlich. Das Merkmal umfasst alle Methoden der Separation. Der weitere Behälter 11 wirkt als schwallgeschützter Bereich, z.B. ausgeführt als Schwalltopf, ebenfalls wie ein LH2/GH2-Separator.
  • Die bis hier beschriebenen Ausführungen werden ergänzt um vielfache Kombinationen der genannten Komponenten, die hier nicht gezeichnet sind. Insbesondere wird die Möglichkeit genannt, den schwallgeschützten LH2-Entnahmebereich und den LH2/GH2-Separator gestalterisch und prinzipiell in einem Kanister zu integrieren.
  • Alle bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele können ergänzt werden um folgende Merkmale:
    Siebeinsätze oder Filter in der Gasrücklaufleitung 7 oder am Saugstutzen der Saugstrahlpumpe 3.
    Gestaltung aller Rohrverläufe ohne Syphon.
    Gestaltung von Rohrverläufen, insbesondere von Rohrverläufen, die zu weiteren Saugstrahlpumpen 10 führen, zur gezielten Erzeugung abgestufter Druckverluste durch Variation von Rohrlänge oder Rohrinnendurchmesser oder todwassererzeugenden Einbauten (z.B. Blenden, Rohrverzweigungen).
    Auslegung des Wärmetauschers 8 für extreme Abweichungen von der Normallage des Behälters und niedrige Füllstände, das heißt, dass der Wärmetauscher 8 auch bei nur teilweiser Überspülung mit LH2 einen zur Druckhaltung stets ausreichenden Wärmeübergang sicherstellt.
  • Solche Merkmale, wie Siebeinsätze oder syphon-freie Rohrverläufe oder das differenzierte Abstufen von Strömungsverlusten, sowie der Umstand, dass die vorgeschlagenen Maßnahmen keine beweglichen Teile (wie z.B. Ventile, Schieber oder Klappen), sondern nur feste Behältereinbauten darstellen, führen zu folgenden weiteren Vorteilen:
    Wartungsfreier Betrieb,
    Auslegung von Massenströmen der weiteren Strahlpumpen und Adaption ihrer Förderleistung an verschiedene Behältergeometrien ohne Steuerung oder Regelung,
    Resistenz gegen von außen eingetragene Verschmutzungen,
    Dauerfest auslegbar,
    Sehr hohe technische Zuverlässigkeit,
    Leichte Inertisierbarkeit.
  • Des weiteren entstehen durch die Erfindung folgende weitere Vorteile:
    Behältereinbauten sind aus H2-resistentem Werkstoffen und in dünnwandiger Bauweise und ohne besonderen Halterungsaufwand herstellbar.
  • Gesamtvolumen aller Einbauten ist klein und die Reduktion des nutzbaren Behälterinnenvolumens ist in allen Betriebszuständen praktisch vernachlässigbar. Adaptierbarkeit eines Wärmetauschers, der auch bei extremer stationärer Abweichung des Behälters von der Normallage bis zum Erreichen der zugehörigen Restmenge den zur Druckhaltung erforderlichen Wärmestrom überträgt.
  • Auslegbarkeit des Vorlaufdruckes über das Maß gezielter LH2-Förderung hinausgehend – etwa zur Erzielung eines Vorlaufdruckes zur direkten Versorgung eines Verbrauchers (z.B. Erzeugung des Zulaufdrucks an der Einspritzleiste oder Saugluftzuführung eines H2-Verbrennungsmotors).
  • Anwendbarkeit für verschiedene H2-Gas-Rücklauftemperaturen (z.B. Entnahme vor oder nach einem Wärmetauscher in einer Vorlaufleitung) und damit zusätzlicher Steuer- oder Regelparameter über die Temperatur des Rücklaufs zur Adaption des Gesamtsystems an stark wechselnde Betriebspunkte eines Verbrauchers.
  • Adaptierbarkeit an frei gestaltbare Behältergeometrien und -einbaulagen, einschließlich solcher Behälter, die aus mehreren Teilbehältern bestehen oder um optionale Zusatzbehälter ergänzt sind.
  • Adaptierbarkeit an verschiedene insbesondere auch extreme Betriebsbedingungen. Eignung zur gezielten Restmengenreduktion unter dynamischen Betriebsbedingungen. Es findet kein zusätzlicher pumpenantriebsbedingter Wärmeeintrag in den Behälter statt, da die Pumpe mit dem ohnehin zur Druckhaltung in den Behälter zurück geführten Gas betrieben wird.

Claims (8)

  1. Druckfester Behälter, insbesondere Kryotank (1), zur Speicherung von kondensiertem Gas zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, mit einer Entnahmeeinrichtung für das kondensierte Gas (LH2), mindestens bestehend aus einer Entnahmeleitung (5), aus einer mindestens zum Verbraucher führenden Vorlaufleitung (2), die mit der Entnahmeleitung (5) in Verbindung steht und aus einem im druckfesten Behälter angeordneten weiteren Behälter (11), der mit dem druckfesten Behälter so in Verbindung steht, dass er kondensiertes Gas (LH2) mindestens auf gleichem Niveau enthält wie der druckfeste Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass in den weiteren Behälter (11) eine Pumpe zur Förderung von kondensiertem Gas (LH2) eingebracht ist, an deren Druckseite die Entnahmeleitung (5) angeschlossen ist und deren Ansaugöffnung in den unteren Bereich des weiteren Behälters (11) hineinreicht.
  2. Druckfester Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Behälter (11) als relativ geringes, mindestens teilweise vom druckfesten Behälter abgetrenntes Teilvolumen, durch eine in den druckfesten Behälter eingebaute Abtrennung (15) gebildet ist.
  3. Druckfester Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Behälter (11) durch eine weitere Pumpe aus dem Behälterinnenraum des druckfesten Behälters mit kondensiertem Gas (LH2) befüllt wird.
  4. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Saugstrahlpumpe (3) ist, für deren Betrieb eine Gasrücklaufleitung (7) zur Druckhaltung in den druckfesten Behälter mündet, deren rückgeführtes Gas so über eine Düse beschleunigt wird und die mit der Entnahmeleitung (5) so zusammenwirkt, dass mit Hilfe des in der Düse beschleunigten, rückgeführten Gases erzeugten Druckabfalls, kondensiertes Gas in die Entnahmeleitung gefördert wird.
  5. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Elektropumpe (25) ist.
  6. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Pumpe eine weitere Saugstrahlpumpe (10) ist, die strahleingangsseitig an die Vorlaufleitung (2) oder die Gasrücklaufleitung (7) angeschlossen ist und druckseitig mit einer in den weiteren Behälter (11) führenden Leitung (13) in Verbindung steht.
  7. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe beziehungsweise die weitere Pumpe bis zur fast völligen Entleerung des Behälterinnenraums des druckfesten Behälters mit kondensiertem Gas (LH2) in Verbindung steht.
  8. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasabscheider (20) in die Entnahmeleitung (5) geschaltet ist und das durch den Gasabscheider (20) separierte Gas (GH2) strahleingangsseitig in die weitere Saugstrahlpumpe (10) geleitet wird.
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