DE102006025657A1 - Cryogenic fuel e.g. hydrogen gas, storage and delivery device for internal combustion engine of motor vehicle, has conveyer unit provided outside inner container, where unit is switched as cold feed pump into closed heat exchanger circuit - Google Patents

Cryogenic fuel e.g. hydrogen gas, storage and delivery device for internal combustion engine of motor vehicle, has conveyer unit provided outside inner container, where unit is switched as cold feed pump into closed heat exchanger circuit Download PDF

Info

Publication number
DE102006025657A1
DE102006025657A1 DE102006025657A DE102006025657A DE102006025657A1 DE 102006025657 A1 DE102006025657 A1 DE 102006025657A1 DE 102006025657 A DE102006025657 A DE 102006025657A DE 102006025657 A DE102006025657 A DE 102006025657A DE 102006025657 A1 DE102006025657 A1 DE 102006025657A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat exchanger
pressure
inner container
cryogenic
storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102006025657A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102006025657B4 (en
Inventor
Tobias Brunner
Oliver Dr. Kircher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102006025657.3A priority Critical patent/DE102006025657B4/en
Publication of DE102006025657A1 publication Critical patent/DE102006025657A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102006025657B4 publication Critical patent/DE102006025657B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F17C7/02—Discharging liquefied gases
    • F17C7/04—Discharging liquefied gases with change of state, e.g. vaporisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/016—Noble gases (Ar, Kr, Xe)
    • F17C2221/017—Helium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/01—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0107—Single phase
    • F17C2225/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0309—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

The device has a cryogenic tank (40) with an inner container (1) for receiving a cryogenic medium e.g. hydrogen gas, which is held in an outer tank (4), and a withdrawal unit for the cryogenic medium with an outlet pipe (20) guiding the medium into the inner container. A heat exchanger (10) is provided outside the inner container for heating the cryogenic medium. A conveyer unit is provided outside the inner container for a heating medium in a closed heat exchanger circuit, where the conveyer unit is switched as a cold feed pump (17) into the closed heat exchanger circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kryogenen Speicherung und Förderung von Kraftstoff, insbesondere zur Versorgung einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Zum technischen Umfeld wird auf die DE 196 45 492 C1 verwiesen.The invention relates to a device for the cryogenic storage and delivery of fuel, in particular for the supply of a motor vehicle driving a motor vehicle, according to the preamble of the first claim. The technical environment is on the DE 196 45 492 C1 directed.

Kraftstoffe zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, wie bspw. Wasserstoff oder Erdgas oder dgl. Können, um die geforderten volumetrischen und gravimetrischen Speicherdichten zu erreichen, praktisch nur verflüssigt und somit stark abgekühlt gespeichert werden. Der tiefkalte, flüssige Wasserstoffvorrat wird im Fahrzeug im siedenden oder nahe dem siedenden Zustand in dem thermisch sehr gut isolierten, druckdichten Behälter gespeichert. Die physikalische Dichte 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 (LH2) und darüber liegend als gasförmige Phase (GH2) vor. Es ist sowohl eine gasförmige als auch eine flüssige Entnahme des Wasserstoffs aus dem Speicherbehälter möglich und sinnvoll. Durch Wasserstoffentnahme im Betrieb des Speichers bei Versorgung der Brennkraftmaschine nach einer Druckaufbauphase wird der Speicherdruck bis zum Erreichen des Speicher-Betriebsdrucks ohne gezielten Wärmeeintrag abgebaut. Wegen der bei Flüssigentnahme geringeren Enthalpieabfuhr und des dadurch bedingten langsameren Druckabbaus, ist hierfür eine Entnahme aus der Gasphase (Gasentnahme) sinnvoll.fuels for driving motor vehicles, such as, for example, hydrogen or natural gas or the like. Can, um the required volumetric and gravimetric storage densities To reach, practically only liquefied and thus strongly cooled stored. The deep cold, liquid Hydrogen supply is in the vehicle in the boiling or near the boiling state stored in the thermally very well insulated, pressure-tight container. The physical density of the boiling hydrogen is through. Store at a temperature slightly above the boiling point Ambient pressure, approx. 20 K, maximum. In today technically implemented storage containers the hydrogen is typically at temperatures of about 21 K up to approx. 27 K and the corresponding boiling pressures of 2 bar (abs.) to approx. 5 bar (abs.) before. Located in the lower part of the reservoir the boiling hydrogen as a more dense liquid phase (LH2) and overlying as gaseous Phase (GH2) before. It is both a gaseous and a liquid withdrawal the hydrogen from the storage tank possible and useful. By hydrogen extraction during operation of the memory when supplying the internal combustion engine after a pressure build-up phase, the accumulator pressure until reaching the storage operating pressure dissipated without targeted heat input. Because of the with liquid receipt lower enthalpy removal and the consequent slower pressure reduction, is for this a withdrawal from the gas phase (gas extraction) makes sense.

Bei dieser kryogenen Kraftstoffspeicherung verdampft jedoch durch Wärmeeintrag in den Kraftstoff-Tank kontinuierlich eine geringe Menge von flüssigem Kraftstoff. Dadurch erhöht sich der Druck im Kraftstoff-Tank, bis der für diesen eingestellte Grenzwert, auch Boil-Off-Druck genannt, erreicht ist und der weiter verdampfende Kraftstoff als so genanntes Boil-Off-Gas aus dem Kraftstoff-Tank abgeblasen werden muss. Insbesondere wenn kein Verbraucher für den Kraftstoff in Betrieb ist, d.h. insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine außer Betrieb ist, steigt als Folge des Wärmeeintrags ohne Entnahme der Tank-Innendruck an. Aus Sicherheitsgründen muss dieser Druck durch Öffnen von Ventilen begrenzt werden. Im allgemeinen wird dabei das Boil-Off-Gas über Abblaseleitungen, in denen die besagten Ventile vorgesehen sind, in die Umgebung abgegeben. Die Wahl des Betriebsdrucks im Kraftstoff-Tank und des Druckhubs zwischen Betriebsdruck und Boil-Off Druck bestimmen neben der Größe des Wärmeeintrags maßgeblich die verlustfreie Druckaufbauzeit.at However, this cryogenic fuel storage evaporates due to heat input in the fuel tank continuously a small amount of liquid fuel. This increases the pressure in the fuel tank until the limit set for it, also called boil-off pressure, is reached and the further evaporating Fuel as a so-called boil-off gas from the fuel tank must be blown off. Especially if no consumer for the fuel is in operation, i. especially if the internal combustion engine except Operation is increased as a result of heat input without removing the Tank internal pressure on. For safety reasons, this pressure must be released by opening Valves are limited. In general, while the boil-off gas via blow-off lines, in which the said valves are provided, discharged into the environment. The choice of operating pressure in the fuel tank and the pressure stroke between operating pressure and Boil-Off pressure determine in addition to the size of the heat input decisively the lossless pressure build-up time.

Die unmittelbare Förderung des Wasserstoffs aus dem Vorratsbehälter in eine Vorlaufleitung hin zu einem Konditionierer oder Verbraucher erfolgt also im einfachsten Fall über das zwischen Tankinnerem und der Umgebung anliegende statische Druckgefälle oder durch eine gezielte Bedrückung des Vorratsbehälters. Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit durch die geometrische Gestaltung der im Tankinneren beginnenden Vorlaufleitung, vorrangig LH2 oder nur GH2 zu fördern. Die Wasserstoffbereitstellung in Masse und Druck erfolgt also durch den Eigendruck des Wasserstoffs im Tankbehälter und wird dem Antriebsaggregat durch Öffnen verschiedener Ventile unter Entnahme-/Volumenstrom-abhängigen Druckverlusten zugeführt. Eine Temperaturkonditionierung erfolgt in einem Wärmetauscher außerhalb des isolierten Speicherbehälters. Ein durch die Entnahme von Wasserstoff im Betrieb der Kraftstoffversorgungsanlage entstehender Druckeinbruch im Tankbehälter wird durch gezielten Wärmeeintrag, entweder mittels Rückführung eines Teilstroms des entnommenen aufge wärmten Wasserstoffs in eine in den Tankbehälter führende geschlossene Innentankwärmetauscherschleife und dort stattfindenden Wärmetausch mit anschließender Re-Konditionierung und Bereitstellung für das Antriebsaggregat, oder mittels eines entnahmeunabhängigen Heizkreislaufs (z.B. elektrischer Heizer) verhindert.The immediate promotion of hydrogen from the reservoir in a flow line to a conditioner or consumer is thus the simplest Case over the static pressure gradient between the tank interior and the environment through a targeted oppression of the storage container. It basically exists the possibility due to the geometric design of the inside of the tank starting Feed line, primarily to promote LH2 or GH2 only. The hydrogen supply in mass and pressure thus takes place by the autogenous pressure of hydrogen in the tank container and gets to the prime mover by opening different valves under extraction / flow rate dependent Supplied pressure losses. A temperature conditioning takes place in a heat exchanger outside of the insulated storage container. A by the removal of hydrogen in the operation of the fuel supply system emerging pressure drop in the tank container is due to targeted heat input, either by returning a Partial flow of the removed heated hydrogen in one in the tank container premier closed inner tank heat exchanger loop and heat exchange taking place there with following Re-conditioning and provision for the drive unit, or by means of a withdrawal-independent Heating circuit (e.g., electric heater).

Wasserstoff im Besonderen weist physikalisch eine hohe gravimetrische Energiedichte (Energie pro Masse), aber eine niedrige volumetrische Energiedichte (Energie pro Volumen) auf. Dies führt zu hohen Speichervolumina für eine definierte zu speichernde Energiemenge. Dabei weist Wasserstoff seine höchste volumetrische Energiedichte bei kryogenen Temperaturen in der flüssigen Phase oder bei extrem hohen Drücken in der Gasphase auf. Bei flüssiger kryogenen Speicherung ist ein möglichst niedriger Speicherdruck von Vorteil, da die Dichte des flüssigen gesättigten Wasserstoffs mit sinkendem Druck zunimmt. Bei Drücken nahe dem Umgebungsdruck ließe sich daher die bestmögliche realisierbare Speicherdichte und damit die höchste volumetrische Energiedichte erreichen und zudem der Druckhub zwischen Speicherdruck bei Start einer Betriebspause und dem nach langer Betriebspause durch Wärmeeintrag erreichten Boil-Off Druck erhöhen. Ein kryogener Speicherbehälter mit vorgegebenem Speichervolumen kann daher bei niedrigem Druck die maximale Kraftstoffmenge (Energiemenge) flüssigen Wasserstoffs speichern und eine vergleichsweise lange verlustfreie Druckaufbauzeit erreichen.hydrogen in particular, physically has a high gravimetric energy density (Energy per mass), but a low volumetric energy density (Energy per volume). This leads to high storage volumes for one defined amount of energy to be stored. In this case, hydrogen has his highest Volumetric energy density at cryogenic temperatures in the liquid phase or at extremely high pressures in the gas phase. For liquid Cryogenic storage is one possible low storage pressure beneficial as the density of the liquid saturated Hydrogen increases with decreasing pressure. At pressures near the ambient pressure could be therefore the best possible Realizable storage density and thus the highest volumetric energy density reach and also the pressure stroke between memory pressure at start a break in operation and after a long break in operation by heat input Boil-Off pressure increased. A cryogenic storage tank with a given storage volume can therefore at low pressure store the maximum amount of fuel (amount of energy) of liquid hydrogen and achieve a comparatively long lossless pressure build-up time.

Einem gewünschten niedrigen Druck des flüssigen Wasserstoffs im Speicher steht allerdings die Druckanforderung der Brennkraftmaschine gegenüber, die bei Eigendruckbereitstellung aus dem Speicher (ohne zusätzliche Druckerzeugung) den minimal möglichen Speicherdruck festlegt.A desired low pressure of liquid hydrogen in the memory, however, the pressure requirement of the engine is opposite, which determines the minimum possible storage pressure at its own pressure supply from the memory (without additional pressure generation).

Mit einem entnahmeunabhängigen Heizkreislauf, wie auch aus der eingangs genannten DE 196 45 492 C1 bekannt, ist es möglich, den Druck im Kryotank auch ohne Zuführung elektrischer Energie aufrecht zu erhalten oder zu erhöhen. Allerdings ist, um eine möglichst hohe Speicher/Energiedichte in einem vorgegebenen Speichervolumen zu erreichen und um den Druckhub und damit die verlustfreie Druckaufbauzeit des Speichers zu erhöhen, ein möglichst niedriger Betriebsdruck im Speicher (=regulärer Sättigungsdruck des flüssigen Wasserstoffs oder ähnlichen Fluids) vorzusehen. Wenn gleichzeitig den Druckanforderungen des Antriebsaggregats Rechnung zu tragen ist, die einer Absenkung des Speicherdrucks entgegen stehen, reicht ein Verfahren gemäß DE 196 45 492 C1 nicht aus, um dem Antriebsaggregat in Phasen des Volllastbetriebs ausreichenden Druck bereit zu stellen. Dazu ist der Speicherdruck vorübergehend anzuheben und für die Dauer des Volllastbetriebs auf höherem Niveau zu halten, bis im nächsten Teillastbetrieb der Druck durch Entnahme von Speicherfluid ohne Druck erhaltende Maßnahmen wieder abgesenkt werden kann.With a removal-independent heating circuit, as well as from the aforementioned DE 196 45 492 C1 As is known, it is possible to maintain or increase the pressure in the cryotank even without supplying electrical energy. However, in order to achieve the highest possible storage / energy density in a given storage volume and to increase the pressure stroke and thus the lossless pressure build-up time of the memory, the lowest possible operating pressure in the memory (= regular saturation pressure of the liquid hydrogen or similar fluid) provided. If at the same time the pressure requirements of the drive unit is taken into account, which preclude a lowering of the accumulator pressure, a method according to DE 196 45 492 C1 not sufficient to provide the drive unit in phases of full load operation sufficient pressure. For this purpose, the accumulator pressure is temporarily raised and kept for the duration of full load operation at a higher level until the next part-load operation, the pressure can be lowered again by removing storage fluid without pressure maintaining measures.

Eine Absenkung des Speicherdrucks bei gleichzeitiger ausreichender Druckbereitstellung an das Antriebsaggregat zu gewährleisten ist Aufgabe der Erfindung.A Lowering the accumulator pressure while providing sufficient pressure to ensure the drive unit is the object of the invention.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The Task is according to the invention with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are content of the dependent claims.

Nach der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur kryogenen Speicherung und Förderung von Kraftstoff, zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, mindestens einen Kryotank, bestehend mindestens aus einem Innenbehälter zur Aufnahme des kryogenen Mediums, der wärmeisoliert in einem Außenbe hälter gehalten wird, eine Entnahmeeinrichtung für kryogenes Medium mit einer in den Innenbehälter führenden Entnahmeleitung und einen ersten Wärmetauscher außerhalb des Innenbehälters zur Erwärmung des kryogenen Mediums, einen geschlossenen, aus dem Innenbehälter heraus führenden Wärmetauscherkreislauf für ein Heizmedium, zur Aufheizung des kryogenen Mediums im Innenbehälter, einen zweiten Wärmetauscher außerhalb der Kryotanks, der den geschlossenen Wärmetauscherkreislauf aufheizt und eine Fördereinrichtung außerhalb des Innenbehälters für das Heizmedium im geschlossenen Wärmetauscherkreislauf. Die Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, dass die Fördereinrichtung als kalte Förderpumpe in den geschlossenen Wärmetauscherkreislauf geschaltet ist.To The invention comprises a device for cryogenic storage and promotion of fuel, to supply a consumer, in particular an internal combustion engine driving a motor vehicle, at least a cryogenic tank, consisting of at least one inner container for Recording of the cryogenic medium, the heat-insulated in a Außenbe held container is a withdrawal facility for cryogenic medium with a leading into the inner container sampling line and a first heat exchanger outside of the inner container for warming of the cryogenic medium, a closed, out of the inner container leading Heat exchanger circuit for a Heating medium, for heating the cryogenic medium in the inner container, a second heat exchanger outside the cryogenic tank that heats the closed heat exchanger circuit and a conveyor outside of the inner container for the Heating medium in the closed heat exchanger circuit. The invention is characterized in that the conveyor as a cold pump in the closed heat exchanger circuit is switched.

Es ist so vorteilhafterweise eine genügend große Variabilität des Speicherdrucks möglich. Der reguläre Speicherdruck, der auch dem Endfülldruck entspricht (und somit eine höhere Füllmasse erlaubt), wird unter den maximalen Druck abgesenkt, den das Antriebsaggregat im Volllastbetrieb benötigt. Die Absenkung kann dabei bis knapp über den minimalen Versorgungsdruck des Antriebsaggregats im Teillastbetrieb (zuzüglich aller Druckverluste in den Zuleitungen) erfolgen. Das erfindungsgemäße Druckaufbauverfahren für den Speicherinhalt des kryogenen Speicherbehälters ermöglicht ein Absenken des Speicherdrucks im Teillastbetrieb des zu versorgenden Antriebsaggregats. Dies führt zu einer erhöhten Speicherdichte und damit zu einer höheren nutzbaren Kraftstoffmasse im Speicherbehälter, da auch bei niedrigerem Druck und damit mit höherer Dichte befüllt werden kann. Zudem erhöht sich durch den wachsenden Druckhub (=Druckspreizung zwischen Speicherbetriebsdruck und Boil-Off Druck) die maximale verlustfreie Druckaufbauzeit und mit ihr die Standzeit(=Autonomiezeit) des Speichers und des mit ihm verbundenen anzutreibenden Verbrauchers. Durch das Absenken des Betriebsdrucks bei gleichen Anforderungen an die verlustfreie Druckaufbauzeit wie bei höheren Betriebsdrücken, läßt sich zudem der Boil-Off Druck absenken. Dies führt wegen der erhöhten Wärmeaufnahmefähigkeit (=Verdampfungsenthalpie) des kryogenen Mediums zu einer reduzierten Boil-Off Rate, was letztendlich eine erhöhte Standzeit(=Autonomiezeit) zur Folge hat. Außerdem bietet sich durch eine Druckauslegung des Speichers auf niedrigere Maximaldrücke, eine potentielle Gewichtsersparnis sowie die Möglichkeit flexiblerer geometrischer Formgebung an.It is thus advantageously a sufficiently large variability of the accumulator pressure possible. The regular one Accumulator pressure, which also corresponds to the final filling pressure (and thus a higher one filling compound allowed), is lowered below the maximum pressure that the drive unit required in full load operation. The reduction can be up to just above the minimum supply pressure of the drive unit in partial load operation (plus all pressure losses in the supply lines). The pressure build-up method according to the invention for the memory contents of the cryogenic storage container allows a lowering of the accumulator pressure in the partial load operation of the to be supplied Power plant. this leads to to an increased storage density and thus to a higher one usable fuel mass in the storage tank, as even at lower Pressure and thus with higher Density filled can be. In addition, increased through the growing pressure stroke (= pressure spread between storage operating pressure and boil-off pressure) the maximum lossless pressure build-up time and with it the service life (= autonomy time) of the memory and with Consumer to be connected to him. By lowering the operating pressure with the same requirements to the lossless Pressure build-up time as at higher Operating pressures, let yourself In addition, lower the Boil-Off pressure. This leads because of the increased heat absorption capacity (= Evaporation enthalpy) of the cryogenic medium to a reduced Boil-off rate, which ultimately increased life (= autonomy) entails. Also offers itself by a pressure design of the memory on lower maximum pressures, a potential weight savings as well as the possibility of more flexible geometric Shaping.

Eine weiterhin für die Druckerhöhung vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung vor dem zweiten Wärmetauscher in den geschlossenen Wärmetauscherkreislauf geschaltet ist.A continue for the pressure increase advantageous embodiment the invention is characterized in that the conveyor before the second heat exchanger in the closed heat exchanger circuit is switched.

Die Verfügbarkeit der vollen Förderleistung der Fördereinrichtung hängt von einem ausreichend hohen Anteil der flüssigen Wasserstoffphase bei Eintritt in die Fördereinrichtung und Vermeidung von Verdampfung durch Eigenwärme der Fördereinrichtung ab. Dabei ist von weiterem Vorteil, wenn die Fördereinrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführung eine geringe Wärmekapazität besitzt.The Availability the full capacity of the Conveyor depends on a sufficiently high proportion of the liquid hydrogen phase Admission to the conveyor and avoid evaporation by self-heat of the conveyor. It is of further advantage when the conveyor in a further preferred embodiment has a low heat capacity.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematisch dargestellten Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Behälters zur Speicherung eines kryogenen Mediums mit einer erfindungsgemäßen Entnahme- und Befülleinrichtung. Erfindungswesentlich können sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein. Die gesamte Kraftstoffversorgungsanlage für kryogenen Wasserstoff (und ähnliche Fluide) besteht aus einem isolierten Speicherbehälter inklusive Entnahmeventil und einer kühlbaren kryogenen Förderpumpe zur Druckbereitstellung im geschlossenen Wärmetauscherkreislauf und mit einem Wärmetauschermodul zur Temperierung des entnommenen druckkonditionierten Wasserstoffs.In the following the invention will be further explained with reference to a preferred embodiment. The single FIGURE shows a schematically illustrated longitudinal section of a container according to the invention for storing a cryogenic medium with a removal and filling according to the invention Facility. Essential to the invention may be all features described in more detail. The entire fuel supply system for cryogenic hydrogen (and similar fluids) consists of an isolated storage tank including bleed valve and a coolable cryogenic feed pump for pressure delivery in a closed heat exchanger circuit and with a heat exchanger module for controlling the temperature of the withdrawn pressure-conditioned hydrogen.

In einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug ist ein Kryotank 40 zur Speicherung von Flüssigwasserstoff LH2 eingebaut. Dieser dient als Kraftstoff zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden, nicht gezeichneten, Brennkraftmaschine, angekoppelt an einen Antriebsaggregatseingang 14. Der Kryotank 40 ist ein Behälter, bestehend aus einem druckfesten Innenbehälter 1, gelagert über eine nicht gezeichnete Lagerungseinrichtung in einem Außenbehälter 4, mit dazwischen liegender Isolationsschicht und einem in dieser eingebetteten Kühlschild 2.In a not shown motor vehicle is a cryotank 40 for storage of liquid hydrogen LH2 installed. This serves as fuel for the supply of a motor vehicle driving, not shown, internal combustion engine, coupled to a drive unit input 14 , The cryotank 40 is a container consisting of a pressure-resistant inner container 1 , stored on a not shown storage device in an outer container 4 , with intervening insulation layer and a cooling shield embedded in it 2 ,

Aus dem Kryotank 40 wird über eine Gasentnahmeleitung 20 kryogener Wasserstoff GH2 in der Gasphase oder über eine Flüssigentnahmeleitung 20a kryogener Wasserstoff LH2 in der Flüssigphase entnommen, in einem ersten Kühlmittelwärmetauscher 10 aufgewärmt und über das geöffnete Regelventil 13 zum Antriebsaggregatseingang 14 geführt.From the cryotank 40 is via a gas extraction line 20 cryogenic hydrogen GH2 in the gas phase or via a liquid receiving line 20a cryogenic hydrogen LH2 taken in the liquid phase, in a first coolant heat exchanger 10 warmed up and over the open control valve 13 to the drive unit input 14 guided.

Im Betriebsmodus „Druckhalten" und dem erfindungsgemäßen „Druckaufbau" im Kryotank 40 wird im geschlossenen Regelkreislauf 16 ein geeignetes sekundäres Fluid (z.B. Wasserstoff oder Helium) über eine kalte Förderpumpe 17 und einen zweiten Kühlmittelwärmetauscher 18 im Kreis gefördert. Das führt durch Wärmeabgabe an den Kryotankinhalt GH2, LH2 im Bereich der Innentankwärmetauscherschleife 19 des geschlossenen, aus dem Innenbehälter 1 heraus führenden Wärmetauscherkreislaufs, zum gewünschten Druckhalten oder, im Falle höherer Fördergeschwindigkeiten durch die Förderpumpe 17, zum Druckaufbau im Kryotank 40. Vorteil dieses Verfahrens ist die Unabhängigkeit der Druckbereitstellung von der Entnahme aus dem Kryotank 40 und die Möglichkeit einer schnellen Druckerhöhung, aufgrund der kalten Förderpumpe 17 geringer Wärmekapazität, für die Entnahme aus dem Kryotank 40 bei Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine.In the operating mode "pressure hold" and the "pressure build-up" according to the invention in the cryotank 40 will be in closed loop 16 a suitable secondary fluid (eg, hydrogen or helium) via a cold feed pump 17 and a second coolant heat exchanger 18 promoted in a circle. This results in heat release to the cryogenic tank contents GH2, LH2 in the region of the inner tank heat exchanger loop 19 of the closed, out of the inner container 1 out leading heat exchanger circuit to the desired pressure holding or, in the case of higher delivery speeds through the feed pump 17 , to build up pressure in the cryogenic tank 40 , The advantage of this method is the independence of the pressure supply from the removal from the cryotank 40 and the possibility of a quick pressure increase, due to the cold feed pump 17 low heat capacity, for removal from the cryotank 40 at full load operation of the internal combustion engine.

Die Kühlmittelwärmetauscher 10, 18 können zum Beispiel durch das Kühlwasser der Brennkraftmaschine erwärmt werden.The coolant heat exchangers 10 . 18 can be heated by the cooling water of the internal combustion engine, for example.

Claims (3)

Vorrichtung zur kryogenen Speicherung und Förderung von Kraftstoff, zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung mindestens umfasst: – einen Kryotank (40), bestehend mindestens aus einem Innenbehälter (1) zur Aufnahme des kryogenen Mediums, der wärmeisoliert in einem Außenbehälter (4) gehalten wird, – eine Entnahmeeinrichtung für kryogenes Medium mit einer in den Innenbehälter (1) führenden Entnahmeleitung (20, 20a) und einem ersten Wärmetauscher (10) außerhalb des Innenbehälters (1) zur Erwärmung des kryogenen Mediums, – einen geschlossenen, aus dem Innenbehälter (1) heraus führenden Wärmetauscherkreislauf für ein Heizmedium, zur Aufheizung des kryogenen Mediums im Innenbehälter (1), – einen zweiten Wärmetauscher (18) außerhalb der Kryotanks (40), der den geschlossenen Wärmetauscherkreislauf aufheizt und – eine Fördereinrichtung außerhalb des Innenbehälters (1) für das Heizmedium im geschlossenen Wärmetauscherkreislauf, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Fördereinrichtung ist als kalte Förderpumpe (17) in den geschlossenen Wärmetauscherkreislauf geschaltet.Device for the cryogenic storage and delivery of fuel, for supplying a consumer, in particular an internal combustion engine driving a motor vehicle, the device comprising at least: - a cryogenic tank ( 40 ) consisting of at least one inner container ( 1 ) for receiving the cryogenic medium, the heat-insulated in an outer container ( 4 ), - a cryogenic medium extractor with one in the inner container ( 1 ) leading sampling line ( 20 . 20a ) and a first heat exchanger ( 10 ) outside the inner container ( 1 ) for heating the cryogenic medium, - a closed, from the inner container ( 1 ) out leading heat exchanger circuit for a heating medium, for heating the cryogenic medium in the inner container ( 1 ), - a second heat exchanger ( 18 ) outside the cryotank ( 40 ), which heats the closed heat exchanger circuit and - a conveyor outside the inner container ( 1 ) for the heating medium in the closed heat exchanger circuit, characterized by the following features: - The conveyor is designed as a cold feed pump ( 17 ) connected in the closed heat exchanger circuit. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung vor dem zweiten Wärmetauscher (18) in den geschlossenen Wärmetauscherkreislauf geschaltet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the conveyor before the second heat exchanger ( 18 ) is connected in the closed heat exchanger circuit. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung eine geringe Wärmekapazität besitzt.Device according to Claim 1 or 2, characterized that the conveyor has a low heat capacity.
DE102006025657.3A 2006-06-01 2006-06-01 Device for conveying cryogenically stored fuel Expired - Fee Related DE102006025657B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006025657.3A DE102006025657B4 (en) 2006-06-01 2006-06-01 Device for conveying cryogenically stored fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006025657.3A DE102006025657B4 (en) 2006-06-01 2006-06-01 Device for conveying cryogenically stored fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006025657A1 true DE102006025657A1 (en) 2007-12-06
DE102006025657B4 DE102006025657B4 (en) 2016-11-03

Family

ID=38650432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006025657.3A Expired - Fee Related DE102006025657B4 (en) 2006-06-01 2006-06-01 Device for conveying cryogenically stored fuel

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006025657B4 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008028731A1 (en) 2008-06-17 2009-12-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Heat exchanger for heating low cold hydrogen for drive equipment of motor vehicle, has channel for running parallel to other set of channels, where hydrogen is made to flow through former channel when medium possesses higher temperature
DE102012204820A1 (en) 2012-03-26 2013-09-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle tank system for storing a fuel in cryogenic condition
US20170122225A1 (en) * 2014-06-16 2017-05-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Monitoring Apparatus for a Pressure Tank, and Pressure Tank
CN113739065A (en) * 2020-05-28 2021-12-03 马格纳斯泰尔汽车技术两合公司 Cryogenic storage system
CN114704769A (en) * 2022-03-22 2022-07-05 中国石油大学胜利学院 Natural gas liquefaction storage output device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB848845A (en) * 1957-08-09 1960-09-21 Garrett Corp Storage tank for low temperature liquids
US2959928A (en) * 1957-09-26 1960-11-15 California Research Corp Lpg tankship refrigeration system
US4796433A (en) * 1988-01-06 1989-01-10 Helix Technology Corporation Remote recondenser with intermediate temperature heat sink
DE19645492C1 (en) * 1996-11-05 1998-05-07 Messer Griesheim Gmbh System and method for maintaining or increasing pressure in a cryogenic tank

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19934457A1 (en) * 1999-07-27 2001-02-15 Messer Griesheim Gmbh Method for regulating the pressure in a cryogenic tank and device suitable therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB848845A (en) * 1957-08-09 1960-09-21 Garrett Corp Storage tank for low temperature liquids
US2959928A (en) * 1957-09-26 1960-11-15 California Research Corp Lpg tankship refrigeration system
US4796433A (en) * 1988-01-06 1989-01-10 Helix Technology Corporation Remote recondenser with intermediate temperature heat sink
DE19645492C1 (en) * 1996-11-05 1998-05-07 Messer Griesheim Gmbh System and method for maintaining or increasing pressure in a cryogenic tank

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008028731A1 (en) 2008-06-17 2009-12-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Heat exchanger for heating low cold hydrogen for drive equipment of motor vehicle, has channel for running parallel to other set of channels, where hydrogen is made to flow through former channel when medium possesses higher temperature
DE102008028731B4 (en) * 2008-06-17 2020-01-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Heat exchanger for heating cryogenic hydrogen taken from cryogenic tanks
DE102012204820A1 (en) 2012-03-26 2013-09-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle tank system for storing a fuel in cryogenic condition
WO2013143775A1 (en) 2012-03-26 2013-10-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle tank system for storing a fuel in an extremely cold state
US20170122225A1 (en) * 2014-06-16 2017-05-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Monitoring Apparatus for a Pressure Tank, and Pressure Tank
US10746109B2 (en) * 2014-06-16 2020-08-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Monitoring apparatus for a pressure tank, and pressure tank
CN113739065A (en) * 2020-05-28 2021-12-03 马格纳斯泰尔汽车技术两合公司 Cryogenic storage system
CN114704769A (en) * 2022-03-22 2022-07-05 中国石油大学胜利学院 Natural gas liquefaction storage output device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006025657B4 (en) 2016-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006025656B4 (en) Device for fuel storage and transport of cryogenic fuel
EP1364152B1 (en) Method and device for filling pressure containers with low-boiling permanent gases or gas mixtures
DE3741145C2 (en)
DE102006025657B4 (en) Device for conveying cryogenically stored fuel
EP2035739B1 (en) Method for operating a device for filling a container with cryogenically stored fuel
DE10205130A1 (en) Process for the uninterrupted provision of liquid, supercooled carbon dioxide at constant pressure above 40 bar and supply system
DE10021681C2 (en) Energy storage system, in particular system for storing hydrogen
WO2011026551A1 (en) Filling storage containers with compressed media
CN107735613A (en) More container fluid storage and delivery systems
DE102016014928A1 (en) Fuel system with a tank for storing LPG as fuel
EP1828592B1 (en) Fuel supply device for a motor vehicle that can be operated by hydrogen
DE102006042456A1 (en) Metal hydride hydrogen reservoir, especially for fuel cell in automobile, comprises pressure-resistant storage container partially filled with metal hydride
EP2427687A2 (en) Method for storing industrial gases and corresponding accumulator
DE102006025654A1 (en) Liquid hydrogen fuel tank for road vehicle with internal combustion engine, includes housing containing valvework, fuel pump and first heat exchanger
EP1180637A2 (en) Method and device for pressure regulated liquefied gas supply from a gas tank with heat exchanger
DE19645488C1 (en) Delivery system for gases e.g. hydrogen, nitrogen or natural gas from liquid phase in cryogenic tank
DE10105819A1 (en) Fuel supply device for vehicles operated by cryogenic fuel has cryo-tank enclosing inner fuel storage chamber and separate fuel-reserve container connected to drive assembly and designed for higher structural pressure
EP1846691B1 (en) Method and device for filling pressure vessels with non-liquefied gases or gas mixtures
DE102005004592B4 (en) Storage and / or pressure increasing device for hydrogen
DE102007052259A1 (en) Fuel supply device for proportional supply of hydrogen to consumer, particularly to internal combustion engine of motor vehicle, for burning gaseous fuel in combustion chamber, has hydrogen storage, particularly cryogenic tank
DE102006025655A1 (en) Fuel storing and feeding device for internal combustion engine of motor vehicle, has valve container connected with cryogenic tank by separable coupling device, where sealing connections are produced between pipes by coupling device
DE102004061027A1 (en) Cryotank for motor vehicle, has gaseous hydrogen removing unit with heating device for heating region of container unit that extends in vertical direction over entire container height and possesses capillary or open-celled porous structure
DE102012207555A1 (en) Cryogenic storage tank used for storing cryogenic hydrogen used as fuel for motor vehicle, has para-ortho catalyst that accelerates endothermic conversion of hydrogen stored in supercritical state, from para to ortho-state condition
DE102006025658A1 (en) Fuel e.g. petroleum gas, cryogenic storage and extraction device operating method for motor vehicle, involves providing switching valve, controlling valve by control device and switching valve between lines to two pressure discharge valves
DE102005017221A1 (en) Pressure-resistant cryotank for storing cryogenic medium in vehicle engines has thermal energy supply device in interspace between inner and outer containers and comprising supply pump acting as heat carrier

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20130216

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee