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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für ein mit Wasserstoff betreibbares Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
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Es ist bereits bekannt, Kraftfahrzeuge mit Wasserstoff anzutreiben und diesen Treibstoff zum Beispiel in tiefkalter flüssiger Form (LH2) oder umgebungswarm in stark komprimierter Form (CGH2) oder als Wasserstoffmolekül (H2) physikalisch gebunden an Materialien mit großen Oberflächen oder als Wasserstoffatom (H) chemisch gebunden z. B. in Hydriden oder in Reaktionen mit anderen Stoffen als Chemisches Hydrid zu speichern. Diese Speicher erfordern zur Betankung und zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs eine aufwändige, nicht konventionelle H2-Versorgungs- u. Betankungsinfrastruktur und voluminöse und schwere Speicher.
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Erstrebenswert ist eine Speicherung, mit der eine für Fahrzeuge vorteilhafte hohe Reichweite erzielt wird. Außerdem soll die Kraftstoffspeicherung und -versorgung des Kraftfahrzeugs möglichst kostengünstig und einfach sein. Nach dem Stand der Technik kann Wasserstoff aus bevorzugt flüssigen Verbindungen, zum Beispiel aus solchen mit organischen Grundstoffen wie Kohlenstoff, durch Verwendung von Katalysatoren reversibel entnommen aber auch wieder gespeichert werden. Solche Stoffe, zum Beispiel Carbazole, werden Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) genannt, und ähneln in ihren Handhabungseigenschaften in etwa heutigen Kraftstoffen. Sie können deshalb potentiell in der bereits heute existierenden Distributionsinfrastruktur für Mineralöl-Kraftstoffe verteilt und zur Fahrzeugbetankung bereitgehalten werden.
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So beschreibt die
WO 2006/009630 A2 eine solche Stoffgruppe und ein Verfahren zur Bereitstellung von Wasserstoff für Verbraucher. Die
EP 1691065 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu deren Betrieb mit einem solchen Stoff. Eine Kraftstoffversorgungseinrichtung versorgt den Brennraum der Brennkraftmaschine mit Wasserstoff, durch Dehydrierung eines angereicherten Trägermittels in einem Reaktorgefäß, das eine Wärmetauscher- und eine Separatorfunktion zur Bereitstellung von Wasserstoff besitzt. Das Reaktorgefäß ist in einen Strömungskreislauf für das Trägermittel eingebunden, der einen Speichertank für das mit Wasserstoff angereicherte Trägermittel mit einem Speichertank für das dehydrierte Trägermittel verbindet. Solche H2-Fahrzeuge können grundsätzlich mittels existierender Kraftstoff-Tankstellenausrüstung mit LOHC betankt werden. Bei einer flächendeckenden Einführung von LOHC sind keine wesentlichen Investitionen in eigens für die Verteilung und Bereitstellung erforderliche Infrastruktur erforderlich.
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Die LOHC-Speicherung im H2-Fahrzeug erfolgt unter Umgebungsdruck und bei Umgebungstemperatur. Deshalb können die Fahrzeugspeicherbehälter in Freiform gestaltet werden und in komplex begrenzte Bauräume im Fahrzeugpackage integriert werden. Die Herstellungs-, Montage-, Qualitätssicherungs- und Serviceverfahren können direkt aus den konventionellen Verfahren abgeleitet werden. Deshalb können etablierte Beschaffungsketten unter Ausnutzung von Stückzahleffekten auch bereits während einer Einführungsphase kostengünstig genutzt werden.
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Demzufolge zeichnen sich geeignete Hydride insbesondere durch folgende Stoffeigenschaften aus: Bei Umgebungstemperatur (dünn-)flüssig und damit mit üblichen (Diesel-)Pumpen förderfähig, bei Umgebungsdruck und -temperatur lagerfähig und damit in üblich aufgebauten, nicht isolierten und nicht druckfesten Kraftstoffspeichern lagerbar. Korrosivität, Giftigkeit, Brandgefährdung und Umweltunverträglichkeit sind nicht erhöht gegenüber Ottokraftstoff (Benzin).
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Nach dem Stand der Technik erfolgt die chemische Reaktion zur Entladung von H2 aus dem Hydrid mit Hilfe eines Katalysators, zum Beispiel Platin oder Palladium. Insbesondere erfolgt die H2-Entladung in statischen Reaktoren, die baulich üblichen Wärmetauschern, zum Beispiel in Röhren-, Platten- oder Micro Channel-Bauweise, entsprechen. in diesen wird einerseits in einer endothermen H2-Entladungreaktion über ein Wärmeträgermedium die zur Reaktion erforderliche Wärme dem Hydrid zugeführt, beziehungsweise in einer exothermen H2-Entladungreaktion aus dem Hydrid abgeführt. Andererseits wird mittels einer katalytischen Beschichtung, auf der das Hydrid führenden Seite, der den Wärmestrom durchleitenden Wärmetauscherwand die H2-Entladungsreaktion ermöglicht.
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Bei dem oben beschriebenen katalytisch beschichteten Wärmetauscher handelt es sich insbesondere auch um das in der
DE 10 2008 034 221 A1 unter Position 5 aufgeführte druck- und temperaturfeste Reaktorgefäß.
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Die nach dem Stand der Technik zur Durchführung der H2-Entladungsreaktion gestaltbaren Reaktoren sind für eine wünschenswerte Anwendung im Wasserstoff-Kraftfahrzeug mit erforderlichen H2-Erzeugungraten von typischerweise bis zu rund 10 kg/g nicht so sehr geeignet, da Sie hier folgende Nachteile aufweisen:
Sie besitzen Bauvolumina und Baumasse in der Größenordnung von bis zu wenigen 100 ltr bzw. kg. Die Kosten für das Katalysator-Grundmaterial sind zu teuer. Bei volumen- und massereduzierten Ausführungen, insbesondere bei Micro Channel, ist die effektiv erzielbare Wärmestromdichte und die chemische Reaktivität durch den Effekt des großen Gasvolumenanteils bei der H2-Entladungsreaktion begrenzt, typischerweise auf ein Mehrhundertfaches des Ausgangsvolumenstroms. Aus 1 ml Carbazol lassen sich zum Beispiel über 500 ml H2-Gas entladen, die im durchströmten Micro Channel-Wärmetauscher eine Sperrschichtströmung zwischen noch nicht entladenem Hydrid und der katalytisch beschichteten Wärmetauscherwandung ausformen. Es besteht ein erheblicher Wärmebedarf zum Anheizen auf Betriebstemperatur, insbesondere bei Kaltstart, infolge hoher Bauteilmassen. Die Betriebspunktadaption leidet unter geringer Dynamik und die Funktionen vorgeschalteter Gegenstromwärmetauscher, zur Aufheizung des in den Reaktor einströmenden Hydrids, und Separator, zur Trennung des entladenen Hydrids aus dem erzeugten H2-Gasstrom, sind schwer zu integrieren. Es ist keine Selbstansaugung möglich zur Eigenförderung des flüssigen Hydrids aus einem Speicher in den Reaktor. Außerdem besteht keine Möglichkeit zur Druckerzeugung zur Förderung des H2-Gases in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Eine praktikable Möglichkeit, verschiedene Hydride mit sowohl endothermem als auch exothermem Reaktionsverhalten im Wechsel oder als Gemisch zu verwenden, zur Minimierung der von außen zuzuführenden bzw. abzuführenden Reaktionswärme, besteht nicht. Ebenfalls besteht keine Möglichkeit, Fremdgase insbesondere Umgebungsluft in den Strömungsbereich des Reaktors einzuleiten, um so eine äußere Gemischbildung vorzunehmen, bzw. einen Abgasturbolader und den H2-Reaktor funktional und gestalterisch zu integrieren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Kraftstoffversorgungseinrichtung für Kraftfahrzeuge nach dem Stand der Technik so weiterzubilden, dass vorstehende Nachteile nicht mehr auftreten.
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Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der abhängigen Ansprüche.
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Nach der Erfindung besteht eine Kraftstoffversorgungseinrichtung, mindestens zur anteiligen Versorgung eines in einem Brennraum Kraftstoff verbrennenden Verbrauchers mit Wasserstoff, insbesondere einer Brennkraftmaschine oder Brennstoffzellen eines Kraftfahrzeugs, mindestens aus einem ersten Speichertank für ein mit Wasserstoff angereichertes Trägermittel, insbesondere flüssiges LOHC, und aus einem zweiten Speichertank für ein dehydriertes Trägermittel, beide durch mindestens einen Strömungskreislauf, insbesondere über eine Zulaufleitung und eine Ablaufleitung, für das Trägermittel verbunden, in den mindestens ein druck- und temperaturfestes Reaktorgefäß und ein Wärmetauscher, insbesondere ein Gegenstromwärmetauscher, mit eingebunden sind, wobei das Reaktorgefäß mindestens eine Separatorfunktion zur Bereitstellung von Wasserstoff für den Verbraucher, insbesondere durch Dehydrierung des mit Wasserstoff angereicherten Trägermittels, ausführen kann und über mindestens eine Verbindungsleitung mit dem Brennraum des Verbrauchers verbunden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Reaktorgefäß als druck- und temperaturfeste Außenhülle einen beweglich, insbesondere rotierend, in dieser gelagerten Körper enthält und dass dieser Körper und/oder die Außenhülle innen mit einem Katalysator, insbesondere aus Platin, ausgerüstet ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Körper durch eine Antriebseinrichtung, insbesondere einen Elektromotor oder ein Turbinenlaufrad, mit einem Drehmoment, insbesondere zur Rotation des Körpers, beaufschlagt werden kann. Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung im Reaktorgefäß untergebracht ist. Alternativ dazu kann die Antriebseinrichtung auch außerhalb des Reaktorgefäßes untergebracht sein und das Drehmoment durch eine Gefäßwand hindurch, insbesondere mittels einer Magnetkupplung, übertragen werden.
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Zusätzliche bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenlaufrad mit Abgas des Verbrauchers betrieben wird. Des Weiteren dadurch, dass der beweglich gelagerte Körper als Diagonal- bzw. Radialverdichterlaufrad ausgebildet ist, welches an seiner Außenkontur mit einem innen mit Katalysator beschichteten Deckband versehen ist. Dieses kann an seiner vom LOHC bzw. vom Trägermaterial während der Rotation angeströmten Innenseite mit Rillen oder mit porösen, insbesondere schwammartigen, Strukturen oder mit kaskadenartig angeordneten Absätzen oder mit Stegen versehen sein. Des Weiteren ist von Vorteil, wenn innerhalb des Reaktorgefäßes eine strömungsleitende Einrichtung, insbesondere ein mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln ausgestalteter Radial- oder Axialleitkranz, angeordnet ist, wobei diese von einer aus dem Körper austretenden Medienströmung, Insbesondere einer Gasströmung, insbesondere einer Wasserstoffgasströmung, angeströmt wird. Ebenso, wenn das Reaktorgefäß um den Austrittsbereich des Trägermaterials aus dem Körper oder dem Deckband als strömungsmechanisch ausgeformte Sammelspirale mit einem Austrittsort zur Überleitung in die Leitung ausgestaltet ist, insbesondere derart, dass der Austrittsort am lokalen Tiefpunkt des Gefäßinneren angeordnet ist oder insbesondere derart, dass der Austrittsort als Austrittsdiffusor gestaltet ist oder/und wenn das Reaktorgefäß um den Austrittsbereich des Gases aus dem Körper als eine strömungsmechanisch ausgeformte Sammelspirale mit einem Austrittsort zur Überleitung in die Leitung ausgestaltet ist, insbesondere derart, dass der Austrittsort am lokalen Hochpunkt des Reaktorgefäßinneren angeordnet ist oder insbesondere derart, dass der Austrittsort als Austrittsdiffusor gestaltet ist. Weiter vorteilhaft wirkt sich aus, wenn in dem Reaktorgefäß ein weiterer beweglich, insbesondere rotierend, gelagerter Körper, insbesondere ein mit Deckband versehenes Verdichterlaufrad, angeordnet ist, der insbesondere mit dem Körper drehmomentenfest verbunden ist, insbesondere durch Anordnung als gemeinsamer Rotorläufer, und der sowohl mit einem gegenüber dem Innenraum des Reaktorgefäßes abgedichteten separaten Bereich mit separater Zugangsöffnung, insbesondere mit einem Ansaugluft führenden Kanal, versehen ist, als auch in den Bereich des Austritts des Gasaustritts am Körper mündet. Dabei kann der Körper eine hohle und aus dem Reaktorgefäß herausführende Antriebswelle besitzen, die Ansaugluft von außen zuführt. Außerdem kann der beweglich gelagerte Körper oder das Deckband, insbesondere an deren Außenseite, mit zusätzlichen anteilig radial verlaufenden Strömungskanälen oder Leitstegen versehen sein. Auch die Wandung des Reaktorgefäßes kann mit wenigstens einem Wärmeträgermedium führenden Hohlraum, insbesondere einem Strömungskanal, ausgestaltet sein und/oder das Reaktorgefäß ist an seiner Außenseite wenigstens teilweise mit einer thermischen Isolation ausgerüstet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Reaktorgefäß und der Wärmetauscher gestalterisch integriert sind.
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Ein vorteilhaftes Verfahren zur Kraftstoffversorgung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät periodisch Zustandsabfragen durchführt und abhängig von deren Ergebnis durch Steueraktivitäten Betriebszustände verändert und Verfahrensschritte einleitet, wobei abhängig von einem Zustandssignal des Ventils, dass kein Wasserstoffgas mehr über das Absperrelement in die Leitung strömt, mittels des Füllstandssensors das Reaktorgefäß auf Befüllung geprüft wird und bei negativer Entscheidung des Steuergeräts, das Reaktorgefäß über das Ventil aus dem ersten Speichertank mit flüssigem LOHC befüllt wird und nachfolgend bei durch das Ventil gesperrter Leitung, der Inhalt des Reaktorgefäßes zum Erhitzen über das Ventil, den Wärmetauscher und das Ventil zurück in das Reaktorgefäß geführt wird, während bei positiver Entscheidung des Steuergeräts der Inhalt des Reaktorgefäßes über das Ventil in den zweiten Speichertank entleert wird.
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Mit den oben beschriebenen Maßnahmen und Merkmalen der Erfindung ist es möglich, die gravimetrische und volumetrische Leistungsdichte eines Gaserzeugers deutlich zu steigern, erhöhte Anforderungen an die Dynamik der Gaserzeugung zu erfüllen und ihn in das LOHC-System eines H2-betriebenen Fahrzeugs zu integrieren. Dies wird insbesondere ermöglicht durch die vielfache, hochfrequente Wiederholung des Reaktionsvorgangs mittels eines rotierenden Körpers innerhalb des Gefäßes während der Zirkulationsphasendauer, in der gleichzeitig das erzeugte Gas vom teilentladenen flüssigen LOHC (Trägermaterial) kontinuierlich separiert und zum Verbraucher gefördert wird. Zusätzlich kann durch die vielfache Zirkulation des Stoffes auch durch den Wärmetauscher der zur Dehydrogenisierung der zirkulierenden Masse erforderliche Wärmetransport durch eine entsprechend vielfach geringere Temperaturerhöhung, also einem entsprechend kleineren Wärmetauscher, erreicht werden. Mittels der zwischen Wärmetauscher und Gefäß angeordneten Absperreinrichtungen ist eine schnelle Variation der Beladungsmenge oder der Zirkulationsdauer und damit die Anpassung an sich schnell ändernde Betriebszustände möglich.
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Bei einer wünschenswerten Anwendung im Wasserstoff-Kraftfahrzeug mit erforderlichen H2-Erzeugungraten von typischerweise bis zu rund 10 kg/h weisen die beschriebenen Maßnahmen folgende weitere Vorteile auf:
Bauvolumina und Baumasse des Reaktors sind reduziert auf potentiall wenige Kilogramm bzw. Liter. Die Kosten für das Katalysator-Grundmaterial, zum Beispiel Platin, sind stark reduziert und der Wärmetauscher ist systematisch leistungsdichter weil der hohe Gasanteil bei der Reaktion nicht mehr im Wärmetauscher auftritt und weil infolge der vielfach wiederholten Durchströmung des Wärmtauschers die erforderliche Wärmemenge über eine geringere Temperaturerhöhung erreicht wird, die mit einer entsprechend verkleinerten Austauscherfläche einhergeht.
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Entsprechend der Massereduktion ist der Wärmebedarf zum Anheizen auf Betriebstemperatur reduziert, die Aufheizzeit beim Kaltstart ist verkürzt. Es ist eine hohe Dynamik bei der Betriebspunktadaption durch Variation der Beladungsmenge (Öffnungszeit des Absperrelements) und/oder durch Variation der Zirkulationsdauer möglich. Und es besteht die Möglichkeit, die Funktion vorgeschalteter Gegenstromwärmetauscher, zur Aufheizung des in den Reaktor einströmenden Hydrids, in den verkleinerten Wärmetauscher zu integrieren.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, das LOHC bzw. das Trägermaterial im Wärmetauscher kurzzeitig über das Reaktionstemperaturniveau hinaus aufzuheizen, also zu überhitzen und so die Wärmezufuhr in den Bereich der endothermen Reaktion zu erhöhen bzw. analog bei exotherm reagierenden Hydriden kurzzeitig zu unterkühlen, um die Wärmeabfuhr zu verbessern.
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Es ist ebenfalls möglich, das LOHC bzw. das Trägermaterial im Wärmetauscher kurzzeitig soweit aufzuheizen, dass es dabei zumindest anteilig verdampft und somit im Bereich der endothermen Reaktion kondensiert, wobei die unmittelbar im Reaktionsbereich freigesetzte Kondensationswärme zusätzlich dem Reaktionsprozess zugeführt wird. Außerdem kann ein einzelner Separator, zur Trennung des entladenen Hydrids aus dem erzeugten H2-Gasstrom, entfallen, da diese Funktion in den rotierenden Körper integriert ist. Kombination verschiedener Druckbereiche in der Anordnung sind möglich, das heißt,. Reaktion bei niedrigem Druck und gleichzeitig H2-Förderung bei hohem Druck. Der als Diagonal- bzw. Radialverdichterlaufrad ausgestaltete rotierende Körper erzeugt in seinem katalytisch beschichteten Einlaufbereich potentiell einen relativen Unterdruck, der die chemische Reaktivität eines LOHC oder eines sonstigen Stoffes deutlich begünstigt; die Reaktion erfolgt heftiger und effektiver, außerdem kann der Unterdruck zur Selbstansaugung des im Speicher gelagerten LOHC genutzt werden, eine Förderpumpe im Speicher kann somit entfallen.
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Der als Diagonal- bzw. Radialverdichterlaufrad ausgestaltete rotierende Körper erzeugt in seinem Austrittsbereich potentiell einen relativen Überdruck, der einerseits zur Förderung des H2-Gases in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine genutzt werden kann, eine separate Förder- oder Druckerhöhungseinrichtung kann dann entfallen und andererseits kann Überdruck zur Förderung des Trägermaterials in den Trägermaterialspeicher genutzt werden kann, eine eigene Förderpumpe entfällt dann.
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Die in den Ausgängen zur H2-Förderleitung bzw. zur Trägermaterialaustrittsleitung angeordneten Sammelspiralen bzw. Austrittsdiffusoren begünstigen zusätzlich die Umsetzung der jeweiligen schnellen Austrittsströmung in statischen Förderdruck (H2, Trägermaterial).
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Durch weitere LOHC-Absperreinrichtungen und LOHC-Speicher können verschiedene Hydride mit sowohl endothermem als auch exothermem Reaktionsverhalten im zeitlichen Wechsel oder als Gemisch verwendet werden. Dadurch läßt sich die von außen zuzuführende bzw. nach außen abzuführende Reaktionswärme minimieren und so die Anwendungsbreite der Gaserzeugung insbesondere in Systemen mit geringem nutzbarer Abwärmepotential, wie zum Beispiel solchen mit PEM-Brennstoffzellen, erweitern sowie die Baugröße des Wärmetauschers weiter reduzieren. Außerdem besteht die Möglichkeit, Fremdgase insbesondere Umgebungsluft in den Strömungsbereich des Reaktors einzuleiten, um so eine äußere Gemischbildung vorzunehmen, bzw. einen Abgasturbolader und den H2-Reaktor funktional und gestalterisch zu integrieren.
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Vier bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreibt die nachfolgende Beschreibung mit der zugehörigen Zeichnung. Es zeigen:
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1: eine schematisch dargestellte, erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungseinrichtung für einen in seinem Brennraum als Kraftstoff Wasserstoff verbrennenden Verbraucher mit einem rotierenden Reaktor,
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2: eine Weiterbildung der Erfindung entsprechend 1 mit einem innenliegenden Reaktorantrieb,
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3: eine Weiterbildung der Erfindung entsprechend 1, mit einem außenliegenden Reaktorantrieb,
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4: eine Weiterbildung der Erfindung entsprechend 1 mit Steuergerät, Wärmetauscher und Absperreinrichtungen,
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5: eine Darstellung von Strömungs- und Beladungszuständen bei einer Kraftstoffversorgungseinrichtung entsprechend 4,
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6: eine Weiterbildung der Erfindung entsprechend 4 durch eine weitere Regeleinrichtung zwischen Reaktor und Wärmetauscher und
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7: eine Weiterbildung der Erfindung entsprechend 4 durch Integration der Absperrventile ins Reaktorgehäuse.
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Gegenstand der Erfindung ist die Weiterentwicklung einer Kraftstoffversorgungseinrichtung für die Verwendung von flüssigen H2-Verbindungen, insbesondere solchen mit organischen Grundstoffen (LOHC), als infrastrukturelles Distributions- und automotives Speichermedium für H2 in einem Kraftfahrzeug. Die Nennung von LOHC erfolgt im Folgenden beispielhaft als ein Vertreter für flüssige H2-Verbindungen.
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Es wird hier ein fahrzeugseitiges System zur Speicherung von LOHC und zur On-Board Erzeugung von H2 aus LOHC als LOHC-System beschrieben. Dabei fällt dehydrogenisiertes LOHC als Trägermittel an.
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1 zeigt ein automotiv anwendbares LOHC-System mit einem LOHC-Speicherbehälter als erstem Speichertank 4, einer LOHC-Zulaufleitung 3 im Strömungskreislauf eines Trägermittels, einem druck- und temperaturfesten Reaktorbehälter als Reaktorgefäß 1 in dem H2 erzeugt wird, einer H2-Förderleitung als Verbindungsleitung 7 zu einer Brennkraftmaschine 8 oder Brennstoffzelle 9, einer Trägermittel führenden Ablaufleitung 5 im Strömungskreislauf des Trägermittels und einem Trägermittel-Speicherbehälter als zweitem Speichertank 6. Dies ist eine Konfiguration eines betriebsfähigen, automotiven LOHC-Systems als Kraftstoffversorgungseinrichtung, die aus bereits grundsätzlich existierenden Einzelkomponenten nach dem Stand der Technik besteht. Durch Dehydrierung des angereicherten Trägermittels wird im Reaktorgefäß 1 Wasserstoff für die Brennkraftmaschine 8 erzeugt und über die Verbindungsleitung 7 in den Brennraum des Verbrauchers geleitet. Das Reaktorgefäß 1 enthält innerhalb der druck- und temperaturfesten Außenhülle einen rotierend in dieser gelagerten Körper 2, der innen mit einem Katalysator aus Platin beschichtet ist.
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In 2 wird der Körper 2 durch einen Elektromotor 10 mit einem Drehmoment in Rotation versetzt während in 3 die Antriebseinrichtung, ein Elektromotor 11 oder ein abgasbetriebenes Turbinenlaufrad 12, außerhalb des Reaktorgefäßes 1 untergebracht ist und das Drehmoment mittels einer Magnetkupplung 13 durch die Gefäßwand hindurch auf den Körper 2 übertragen wird. 4 zeigt eine Weiterbildung der in den 1 bis 3 dargestellten Kraftstoffversorgungseinrichtungen, bei der ein Gegenstromwärmetauscher 14 in den Strömungskreislauf des Trägermittels mit eingebunden ist, und zwar zwischen die Zulaufleitung 3 und die Ablaufleitung 5 geschaltet. In die Zulaufleitung 3 und die Ablaufleitung 5 ist jeweils ein Mehrwegeventil 15, 16, als Absperreinrichtung eingebaut, über die der Gegenstromwärmetauscher 14 mittels seiner eigenen Anschlussleitungen an das Reaktorgefäß 1 angeschlossen ist. Des Weiteren ist der Wärmetauscher 14 mittels einer Wärmeträgermedium, insbesondere Kühlwasser oder Abgase der Brennkraftmaschine 8, führenden Leitung 17 mit der Brennkraftmaschine 8 verbunden. Ein Absperrelement 18, insbesondere ein Überström- oder ein Druckhalteventil, ist in die Leitung 7 eingebaut, das die Zuströmung von Wasserstoffgas zur Brennkraftmaschine 8, abhängig vom Gasdruck oder vom Massenstrom des Gases, freigibt.
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Der Schaltzustand der Absperreinrichtungen 15, 16 wird mittels elektrischen Steuergerätes 19, eines Gasdrucksensors oder Gasmassenstrommessers 20 in der Leitung 7, eines Beladungs- oder Füllstandsensors 21, insbesondere einer Fotodiode oder eines Röhrenkondensators, und mittels sowohl mechanisch, als auch elektrisch oder elektronisch betreibbaren Steuer- und Sensorleitungen 22a, b, c, d, e, f kontrolliert.
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5 zeigt in der linken Spalte erforderliche und in der rechten Spalte zu vermeidende Strömungs- und Beladungszustände zwischen erstem und zweitem Speichertank 4, 6, Wärmetauscher 14 und Reaktorgefäß 1, wie sie durch die jeweilige Stellung der Mehrwegventile 15, 16 erreicht werden. Ein quer zur Leitung liegender schwarzer Balken am Mehrwegventil 15, 16 bedeutet, dass diese Leitung durch dieses geschlossen gehalten Ist, ein längs der Leitung liegender schwarzer Balken am Mehrwegventil 15, 16 bedeutet, dass diese Leitung durch dieses geöffnet ist.
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In 6 ist dargestellt, dass in eine der vom Gefäß 1 zum Wärmetauscher 14 führenden Leitungen 3, 5, 14* eine weitere Regeleinrichtung 24 als elektromechanisch angesteuertes Regelventil oder als verstellbare Strömungsdrossel eingebaut ist.
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Hier ist zusätzlich noch der beweglich gelagerte Körper als Radialverdichterlaufrad 2* ausgebildet, welches an seiner Außenkontur mit einem innen mit Katalysator beschichteten Deckband 23 versehen ist. Dieses besitzt an seiner vom LOHC bzw. vom Trägermaterial während der Rotation angeströmten Innenseite eine Struktur mit Rillen oder eine poröse, schwammartige Struktur oder ist mit kaskadenartig angeordneten Absätzen oder mit Stegen versehen. Zusätzlich kann im Reaktorgefäß 1 eine nicht gezeichnete strömungsleitende Einrichtung, insbesondere ein mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln ausgestalteter Radial- oder Axialleitkranz, angeordnet sein, wobei diese von einer aus dem Körper 2 austretenden Medienströmung, insbesondere einer Gasströmung, insbesondere einer Wasserstoffgasströmung, angeströmt wird. Das Reaktorgefäß 1 kann dann noch um den Austrittsbereich des Trägermaterials aus dem Körper 2 oder dem Deckband 23 als nicht gezeichnete, strömungsmechanisch ausgeformte Sammelspirale mit einem Austrittsort zur Überleitung in die Leitung 5 ausgestaltet sein, insbesondere derart, dass der Austrittsort am lokalen Tiefpunkt des Gefäßinneren angeordnet ist oder insbesondere derart, dass der Austrittsort als Austrittsdiffuser gestaltet ist. Um den Austrittsbereich des Gases aus dem Körper 2 kann das Reaktorgefäß 1 als eine nicht gezeichnete, strömungsmechanisch ausgeformte Sammelspirale mit einem Austrittsort zur Überleitung in die Leitung 7 ausgestaltet sein, insbesondere derart, dass der Austrittsort am lokalen Hochpunkt des Reaktorgefäßinneren angeordnet ist oder insbesondere derart, dass der Austrittsort als Austrittsdiffuser gestaltet ist. in dem Reaktorgefäß 1 kann ein weiterer, nicht gezeichneter, beweglich, insbesondere rotierend, gelagerter Körper, insbesondere ein mit Deckband versehenes Verdichterlaufrad, angeordnet sein, der insbesondere mit dem Körper 2 drehmomentenfest verbunden ist, insbesondere durch Anordnung als gemeinsamer Rotorläufer, und der sowohl mit einem gegenüber dem Innenraum des Reaktorgefäßes 1 abgedichteten separaten Bereich mit separater Zugangsöffnung, insbesondere mit einem Ansaugluft führenden Kanal, versehen ist, als auch in den Bereich des Austritts des Gasaustritts am Körper 2 mündet. Der Körper 2 kann dann noch eine nicht gezeichnete, hohle und aus dem Reaktorgefäß 1 herausführende Antriebswelle besitzen, die Ansaugluft von außen zuführt. Der beweglich gelagerte Körper 2 oder das Deckband 23, können, insbesondere an deren Außenseite, mit zusätzlichen anteilig radial verlaufenden, nicht gezeichneten Strömungskanälen oder Leitstegen versehen sein. Und die Wandung des Reaktorgefäßes 1 kann mit wenigstens einem, nicht gezeichneten, Wärmeträgermedium führenden Hohlraum, insbesondere einem Strömungskanal, ausgestaltet sein. An seiner Außenseite kann das Reaktorgefäß 1 wenigstens teilweise mit einer thermischen Isolation ausgerüstet sein. Außerdem können das Reaktorgefäß 1 und der Wärmetauscher 14 gestalterisch integriert sein.
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7 zeigt eine gestaltungsintegrierte Gefäßwandung 1*, die sich dadurch auszeichnet, dass die Absperreinrichtungen 15, 16 jeweils durch einen in einer gemeinsamen Bohrung 26 innerhalb der Wandung 1* des Reaktorgefäßes axial geführten Ventilkolben mit einer Anzahl O-Ringe 25 als Radialdichtungen gebildet werden, wobei die O-Ringe 25 in auf dem jeweiligen Kolben angebrachten Nuten fixiert sind. Durch eine solche Einrichtung ist es möglich, ein Verfahren zur Kraftstoffversorgung bereitzustellen, das sich dadurch auszeichnet, dass das Steuergerät 19 periodisch Zustandsabfragen durchführt und abhängig von deren Ergebnis durch Steueraktivitäten Betriebszustände verändert und Verfahrensschritte einleitet, wobei abhängig von einem Zustandssignal des Ventils 18, dass kein Wasserstoffgas mehr über das Ventil 18 in die Leitung 7 strömt, mittels des Füllstandssensors 21 das Reaktorgefäß 1 auf Befüllung geprüft wird und bei negativer Entscheidung des Steuergeräts 19 das Reaktorgefäß 1 über die Absperreinrichtung 15 aus dem ersten Speichertank 4 mit flüssigem LOHC befüllt wird und nachfolgend bei durch die Absperreinrichtung 15 gesperrter Leitung 3 der Inhalt des Reaktorgefäßes 1 zum Erhitzen über die weitere Absperreinrichtung 16, den Wärmetauscher 14 und die Absperreinrichtung 15 zurück in das Reaktorgefäß 1 geführt wird, während bei positiver Entscheidung des Steuergeräts 19 der Inhalt des Reaktorgefäßes 1 über die weitere Absperreinrichtung 16 in den zweiten Speichertank 6 entleert wird.
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In Abänderung der Ausführungsbeispiele können vorteilhafterweise Teilsysteme mehrfach eingebaut sein. Dazu werden dann einzelne Systemkomponenten oder aus einzelnen Komponenten gebildete Untersysteme mehrfach ausgeführt. So zum Beispiel ein System mit zwei separaten LOHC-Speichern, das heißt die Komponente 4 aus den Figuren ist doppelt vorhanden oder es werden zum Beispiel zwei separate Reaktorgefäßgefäße 1 in das LOHC-System eingebaut. In LOHC-Systemen mit mehrfach ausgeführten Komponenten oder Teilsystemen können dann auch verschiedene Unterarten von LOHC oder zu unterschiedlichen Betriebszuständen passende Reaktorgefäße 1 verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/009630 A2 [0004]
- EP 1691065 A1 [0004]
- DE 102008034221 A1 [0008]
