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 anliegende statische 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 dessen 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.
Da
H2 im Vorratsbehälter
siedend gelagert wird, d. h. nur ein sehr geringer oder kein Dampfdrucküberschuss
(NPSH, Net Pressure Suction Head) vorliegt, besteht bei Entnahme
von LH2 der weitere Nachteil der (Teil-)Verdampfung innerhalb der
Zuleitung zur Konditioniereinheit bzw. zum Verbraucher. Dies geschieht
infolge unvermeidlicher Wärmeeinträge in diese
Zuleitung und infolge der unvermeidlichen Erwärmung des H2 durch reale Strömungsverluste.
Daher besteht grundsätzlich
auch bei von LH2 überspülter Zulauföffnung der
Entnahmeleitung der Nachteil hinsichtlich der erhöhten Verdichterleistung,
wie er auch bei direkter Entnahme von GH2 besteht.
Dieser
somit auch bei LH2-Entnahme bestehende Nachteil wird in einzelnen
Anwendungen durch Anordnung der Konditioniereinheit, z.B. einer LH2-fördernden
Kryopumpe, direkt in den Vorratsbehälter bzw. direkt in die Behälterwand
gelöst.
Ein systematischer Nachteil dieser Anordnung besteht jedoch in dem
hier dann unvermeidlich erhöhten
Wärmeeintrag
in den isolierten Vorratbehälter
z.B. infolge der mechanischen Anbindung eines Pumpenantriebes. Dadurch
wird die Lagerzeit, innerhalb derer der Vorratbehälter seinen
tiefkalten Inhalt ohne Abdampfverluste nach außen speichern kann deutlich reduziert.
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
gegenüber
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 Betriebszuständen
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 24 43 815 C3 beschreibt
eine Vorrichtung zur Förderung
einer kryogenen Flüssigkeit, mit
einer im Innern eines Kryotanks liegenden Pumpe, zur Entnahme von
flüssigem
Kraftstoff. Der Kraftstoff gelangt bei seiner Entnahme vom Kryotank
zu einem Verbraucher. Eine Abhilfemaßnahme für die geschilderten Nachteile
zeigt
DE 24 43 815
C3 nicht auf. Dies ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Vorteilhafte
Aus- und Weiterbildungen
sind Inhalt der Unteransprüche.
Eine
Abhilfemaßnahme
für diese
geschilderten Nachteile aufzuzeigen, 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 das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine,
eine Entnahmeeinrichtung für
das kondensierte Gas in flüssigem
Zustand, mindestens bestehend aus einer Pumpe, die auf ihrer Saugseite
mit kondensiertem Gas und auf ihrer Druckseite mit einer mindestens
zur Brennkraftmaschine führenden
Vorlaufleitung in Verbindung steht. Die Entnahmeeinrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, dass in den druckfesten Behälter zur
Druckhaltung eine Gasrücklaufleitung
mündet deren
rückgeführtes Gas
so über
eine Düse
beschleunigt wird und die mit der Vorlaufleitung so zusammenwirkt, dass
mit Hilfe des in der Düse
beschleunigten rückgeführten Gases
erzeugten Druckabfalls, kondensiertes Gas in die Vorlaufleitung
gefördert
wird.
Dadurch
wird die zur Druckhaltung verwendete Gasrückführung in den Behälter genutzt
zur Erzeugung eines Vorförderdrucks
in der Vorlaufleitung durch Bedrucken des VL-Massenstromes, hinreichend über den
Siededruck des kondensierten Gases, 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, zum Beispiel eines 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.
Bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist die Pumpe eine Saugstrahlpumpe. Das hat den Vorteil,
dass für
deren Betrieb keine Zuführung zusätzlicher
Energie zur Deckung der Pumpen-Antriebsleistung in den Behälter erforderlich
ist. Die Strahlpumpe wird mit dem rückgeführten Gas betrieben. 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.
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführung der
Erfindung steht die Pumpe bis zur fast völligen Entleerung des Behälterinnenraums
mit kondensiertem Gas in Verbindung. Das hat den Vorteil, dass fast das
ganze Behälterinnenvolumen
für flüssig entnehmbaren
Kraftstoff genutzt wird.
Bei
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung ist die Pumpe im Innern des druckfesten Behälters angeordnet.
Dadurch ist die Entnahmeeinrichtung vorteilhafterweise so vormontierbar,
dass sie einfach mit dem druckfesten Behälter ins Kraftfahrzeug eingebaut
werden kann.
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung befindet
sich im Innenraum des druckfesten Behälters ein Sammelbehälter zur
Aufnahme von kondensiertem Gas, das durch mindestens eine weitere
Pumpe aus dem druckfesten Behälter
in den Sammelbehälter
gefördert
wird.
Ein
solcher Sammelbehälter
hat den Vorteil, dass im druckfesten Behälter ein schwallgeschützter LH2-Entnahmebereich
gebildet wird, der von einer oder mehreren Pumpen in allen mobilen
Betriebsbedingungen 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 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 Sammelbehälter 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 ist
muss die kondensiertes Gas in die Vorlaufleitung fördernde
Saugstrahlpumpe durch einen anderen Pumpentyp (z.B. durch eine Elektropumpe)
ersetzt werden.
Eine
weitere vorteilhafte Ausführung
der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Gasabscheider
in die Vorlaufleitung geschaltet ist und das durch den Gasabscheider separierte
nicht kondensierte 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 Entnahmeeinrichtung
mittels einer rücklaufbetriebenen Saugstrahlpumpe 3 als
Vorfördereinrichtung
im mit Punkten umschlossenen Bereich dargestellt. Die Förderung
von LH2 erfolgt, indem die Zulauföffnung 4 der LH2-Entnahmeleitung 5 an
den Förderausgang der
im Kryotank 1 angeordneten Saugstrahlpumpe 3 geführt wird.
Die Saugstrahlpumpe 3 ist mit ihrem Treibstromeingang 12 an
eine Gasrücklaufleitung 7 angeschlossen.
Der Ansaugstutzen 6 der Pumpe endet an einer für die Restmengenreduktion
geeigneten Stelle im Kryotank 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.
Im
Ausführungsbeispiel
von 2 wird die Entnahmeeinrichtung aus 1 ergänzt um eine weitere
Saugstrahlpumpe 10 als Vorfördereinrichtung in einen schwallgeschützten LH2-Entnahmebereich,
ausgebildet als Sammelbehälter 11,
in dem Kryotank 1. 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 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
Sammelbehälters 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
Förderleitungen)
der weiteren Saugstrahlpumpen 10 ist derart in den Sammelbehälter 11 geführt, dass
während
des Stillstandes des Systems ein Entleeren des gefüllten Entnahmenbereiches
im Sammelbehälter 11 durch
Schwerkraft über
diese Leitung(en) und den (die) Saugstutzen der weiteren Saugstrahlpumpen 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
Treibstromeingang 12 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 innerhalb des Kryotanks 1 in der Förderleitung
ein Gasabscheider 20, 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-Kraftstoffanteil kann
dabei insbesondere auch, wie in 2 dargestellt, über die
weitere Saugstrahlpumpe 10 geführt werden. Diese wird dann
nicht direkt von der LH2-Entnahmeleitung 5, der Förderleitung
der Saugstrahlpumpe 3 betrieben (nicht gezeichnet), sondern
unter Mitführung
des separierten gasförmigen
GH2-Kraftstoffanteils durch die GH2-Gasabscheideraustrittsleitung 21.
Der GH2-Anteil wird dann von der weiteren Saugstrahlpumpe 10 weiter
in den Sammelbehälter 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 Sammelbehälter 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
nicht gezeichneten Kanister zu integrieren.
Alle
bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele
können
ergänzt
werden um folgende Merkmale:
Siebeinsätze oder Filter in der Gasrücklaufleitung 7 oder
am Saugstutzen 6, 19 der Saugstrahlpumpen 3, 10.
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 8, der
auch bei extremer stationärer
Abweichung des druckfesten 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.