DE102015219984A1 - Verfahren zum Erhöhen der Temperatur von Gas in einem kryogenen Druckbehälter - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur von Gas für eine Brennstoffzelle, insbesondere von Wasserstoff, in einem kryogenen Druckbehälter (10), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, aufgezeigt, wobei Gas mit einer im Vergleich zu der Temperatur des Gases in dem kryogenen Druckbehälter (10) höheren Temperatur aus einem mit dem kryogenen Druckbehälter (10) fluidverbundenen Hilfsbehälter (15) in den kryogenen Druckbehälter (10) geführt wird zur Erhöhung der Temperatur des Gases im kryogenen Druckbehälter (10) und folglich auch des Drucks des Gases im kryogenen Druckbehälter (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur von Gas in einem kryogenen Druckbehälter, ein kryogenes Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem kryogenen Druckbehältersystem.
  • Kryogene Druckbehältersysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen kryogene Druckbehälter. Ein solcher Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter sowie einen diesen unter Bildung eines superisolierten (z. B. evakuierten) (Zwischen)Raumes umgebenden Außenbehälter. Kryogene Druckbehälter bzw. Drucktanks werden beispielsweise für Kraftfahrzeuge eingesetzt, in denen ein unter Umgebungsbedingungen gasförmiger Kraftstoff bzw. Brennstoff tiefkalt und somit im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand im Wesentlichen also mit gegenüber den Umgebungsbedingungen deutlich höherer Dichte gespeichert wird. Es sind daher hochwirksame Isolationshüllen (z. B. Vakuumhüllen) vorgesehen. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 einen solchen Druckbehälter.
  • Da durch die Entnahme von Gas aus dem Druckbehälter, der Druck und die Temperatur des (Rest-)Gases in dem Druckbehälter sinkt, muss das (Rest-)Gas in dem Druckbehälter erwärmt werden, um einen zur Entnahme aus dem Druckbehälter notwendigen Druck zu erreichen. Dies geschieht üblicherweise durch einen Tankwärmetauscher. Der Tankwärmetauscher ist im Innern des Innbehälters angeordnet und wird von einem warmen Medium (z. B. von dem Druckbehälter entnommenem und bereits erwärmtem Gas) durchströmt, um das Gas in dem Druckbehälter zu erwärmen und folglich den Druck des Gases in dem Druckbehälter zu erhöhen.
  • Nachteilig an dieser Art der Wärmezufuhr ist, dass das Druckbehältersystem sehr kompliziert aufgebaut ist. Zudem muss der Zu- und Rücklauf des Mediums in den Tankwärmetauscher im Innenraum des Druckbehälters gasdicht ausgebildet sein.
  • Auch sind zur Anordnung bzw. Befestigung des Tankwärmetauschers im Druckbehälter aufwendige Schweißarbeiten notwendig. Hierdurch steigen die Herstellungskosten bzw. Herstellungsaufwand des Druckbehältersystems. Darüber hinaus ist der Durchmesser des Wärmetauschers durch die Größe des Ports bzw. des Ein- und Auslasses des Druckbehälters begrenzt, wodurch auch die Fläche zum Wärmeaustausch zwischen dem Tankwärmetauscher und dem Gas im Innenbehälter des Druckbehälters nach oben hin begrenzt ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Tankwärmetauscher eine hohe Spannweite und ein geringes Widerstandsmoment aufweist, wodurch die Betriebsfestigkeit des Druckbehältersystems niedrig ist. Bei großen Erschütterungen kann der Tankwärmetauscher undicht werden oder sich von seiner vorgesehenen Position lösen.
  • Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie.
  • Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Somit wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur von Gas insbesondere für eine Brennstoffzelle, insbesondere von Wasserstoff, in einem kryogenen Druckbehälter, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, gelöst, wobei Gas mit einer im Vergleich zu der Temperatur des Gases in dem kryogenen Druckbehälter höheren Temperatur aus einem mit dem kryogenen Druckbehälter fluidverbundenen Hilfsbehälter in den kryogenen Druckbehälter geführt wird zur Erhöhung der Temperatur des Gases im kryogenen Druckbehälter und folglich auch des Drucks des Gases im kryogenen Druckbehälter.
  • Ein Vorteil hiervon ist, dass das Verfahren technisch einfach durchführbar ist. Zudem wird kein Druckbehälter mit Tankwärmetauscher bzw. kein Tankwärmetauscher bei dem Verfahren benötigt. Somit kann das Druckbehältersystem technisch einfach gasdicht abgeschlossen werden. Darüber hinaus ist die Menge an Wärmezufuhr zu dem Gas in dem Druckbehälter nicht durch die Größe des Ports bzw. des Ein- und Auslasses des Druckbehälters begrenzt. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Zuführung von warmem Gas aus dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter die Temperatur und folglich der Druck in dem Druckbehälter technisch einfach und schnell erhöht werden kann. Auf diese Weise können technisch einfach eine Temperatur und ein Druck in dem Druckbehälter hergestellt werden, so dass sich das Gas dem Druckbehälter leicht entnehmen lässt. Ein weiterer Vorteil ist, dass beim dem Verfahren die Wärmezufuhr, d. h. die Menge an zugeführter Wärme, zu dem Gas in dem Druckbehälter vom Entnahmestrom des Gases aus dem Druckbehälter unabhängig. Auch kann bei dem Verfahren ein Druckbehältersystem ohne aufwendige Verrohrung, die für den Vor- und Rücklauf zum Wärmetauscher benötigt wird, verwendet werden. Folglich kann ein kostengünstigeres Druckbehältersystem bei dem Verfahren verwendet werden. Die höhere Temperatur des Gases im Hilfsbehälter kann durch die Umgebungstemperatur erreicht werden. Hierzu kann ein Hilfsbehälter verwendet werden, der eine geringe bzw. keine Temperaturisolierung aufweist.
  • Das Gas in dem Hilfsbehälter kann mittels einer Erwärmungsvorrichtung erwärmt werden und/oder der Druck des Gases in dem Hilfsbehälter kann mittels eines Kompressors erhöht werden. Vorteilhaft hieran ist, dass die Temperatur des Gases im Hilfsbehälter schnell erhöht werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Druck in dem Hilfsbehälter technisch einfach erhöht werden kann um zu erreichen, dass der Druck in dem Hilfsbehälter höher ist als der Druck in dem Druckbehälter, so dass das Gas ohne weitere Hilfsmittel aus dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter strömen kann.
  • Das Gas in dem Hilfsbehälter kann derart erwärmt werden und/oder der Druck kann derart erhöht werden, dass der Druck des Gases im Hilfsbehälter im Wesentlichen dem höchsten zulässigen Betriebsdruck (maximum allowable working pressure; MAWP) des Hilfsbehälters entspricht. Vorteilhaft hieran ist, dass die Temperatur des Gases in dem Hilfsbehälter (innerhalb der zulässigen Betriebsbedingungen) maximal bzw. sehr hoch ist, wodurch mit wenig Gas, das aus dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter geführt wird, eine möglichst große Erwärmung des Gases im Druckbehälter erreicht wird. Hierdurch wird der Verbrauch an Gas aus dem Hilfsbehälter minimiert, da zur gleichen Temperaturerhöhung eine kleinere bzw. besonders geringe Menge an Gas aus dem Hilfsbehälter benötigt wird.
  • Insbesondere wird die Aufgabe durch ein kryogenes Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen kryogenen Druckbehälter zum Speichern von Gas für eine Brennstoffzelle und einen Hilfsbehälter zum Speichern von Gas gelöst, wobei der Hilfsbehälter derart mit dem Druckbehälter fluidverbunden ist, dass Gas aus dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter zuführbar ist, wobei das Druckbehältersystem derart ausgebildet ist, dass das Gas im Hilfsbehälter auf einer im Vergleich zu der Temperatur des Gases im Druckbehälter höheren Temperatur vorgehalten wird, so dass beim Zuführen von Gas aus dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter das Gas aus dem Hilfsbehälter die Temperatur des Gases im Druckbehälter und folglich auch den Druck des Gases im Druckbehälter erhöht.
  • Ein Vorteil hiervon ist, dass das Druckbehältersystem technisch einfach ausgebildet ist. Zudem wird kein Tankwärmetauscher benötigt. Somit kann das Druckbehältersystem technisch einfach gasdicht abgeschlossen werden. Darüber hinaus ist die Menge an Wärmezufuhr zu dem Gas in dem Druckbehälter nicht durch die Größe des Ports bzw. des Ein- und Auslasses des Druckbehälters begrenzt. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Zuführung von warmem Gas aus dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter die Temperatur und folglich der Druck in dem Druckbehälter technisch einfach und schnell erhöht werden kann. Auf diese Weise können technisch einfach eine Temperatur und ein Druck in dem Druckbehälter hergestellt werden, so dass sich das Gas dem Druckbehälter leicht entnehmen lässt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Wärmezufuhr, d. h. die Menge an zugeführter Wärme, zu dem Gas in dem Druckbehälter vom Entnahmestrom des Gases aus dem Druckbehälter unabhängig. Zudem ist mehr Gas in dem Druckbehältersystem speicherbar, da der übliche Tankwärmetauscher innerhalb des Druckbehälters, der bei dem vorliegenden Druckbehältersystem nicht benötigt wird, das Speichervolumen des Druckbehälters reduziert. Auch ist keine aufwendige Verrohrung notwendig, die für den Vor- und Rücklauf eines Mediums zum Wärmetauscher benötigt wird. Folglich sinken auch hierdurch die Herstellungskosten und der technische Aufwand. Die höhere Temperatur des Gases im Hilfsbehälter kann durch die Umgebungstemperatur erreicht werden. Hierzu weist der Hilfsbehälter eine geringe bzw. keine Temperaturisolierung auf.
  • Das Druckbehältersystem kann einen Kompressor zum Erhöhen des Drucks des Gases in dem Hilfsbehälter umfassen. Ein Vorteil ist, dass der Druck des Gases in dem Hilfsbehälter technisch einfach erhöht werden kann um zu erreichen, dass der Druck in dem Hilfsbehälter höher ist als der Druck in dem Druckbehälter, so dass das Gas ohne weitere Hilfsmittel aus dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter strömen kann. Zudem kann durch Druckerhöhung des Gases in dem Hilfsbehälter die Temperatur des Gases in dem Hilfsbehälter erhöht werden.
  • Das Druckbehältersystem kann eine Erwärmungsvorrichtung, insbesondere ein Heizelement, zum Erwärmen des Gases in dem Hilfsbehälter umfassen. Vorteilhaft hieran ist, dass die Temperatur des Gases im Hilfsbehälter technisch einfach und schnell erhöht werden kann.
  • Der Hilfsbehälter kann zur Speicherung von Gas mit einem Druck von ca. 900 bar ausgebildet sein. Vorteilhaft hieran ist, dass der Hilfsbehälter mittels der 700-bar-Technologie bzw. einer 700 bar Tankstelle (mit gasförmigem Wasserstoff) betankbar/auffüllbar ist. Somit kann der Hilfsbehälter mit einer anderen Art von Tankstelle als der kryogene Druckbehälter wieder befüllt werden. Insbesondere ist der Hilfsbehälter für einen Nennbetriebsdruck (NWP; nominal working pressure) von ca. 700 bar bei einer Temperatur von ca. 15°C ausgebildet.
  • Vorstellbar ist, dass das Gas von dem Hilfsbehälter bereits während des Tankvorgangs (ggf. mit einem verringerten Druck) von dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter geführt wird. Vorteilhaft hieran ist, dass das Druckbehältersystem bzw. der Druckbehälter an zwei unterschiedlichen Arten von Tankstellen aufgefüllt werden kann. Auch ist vorstellbar, dass das Gas von dem Druckbehälter in den Hilfsbehälter zuführbar ist. Bei dieser Ausführungsform lassen sich folglich sowohl Druckbehälter als auch Hilfsbehälter mit einer 700-bar-Tankstelle oder einer Kryogengas-Tankstelle wieder auffüllen. Dies erhöht die Möglichkeiten der Wiederbefüllung des kryogenen Druckbehältersystems.
  • Das Druckbehältersystem kann eine Regelungsvorrichtung und einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Gases in dem Hilfsbehälter, wobei die Regelungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Temperatur des Gases in dem Hilfsbehälter derart regelbar ist, dass der Druck des Gases in dem Hilfsbehälter im Wesentlichen dem höchsten zulässigen Betriebsdruck (maximum allowable working pressure; MAWP) des Hilfsbehälters entspricht. Vorteilhaft hieran ist, dass die Temperatur des Gases in dem Hilfsbehälter derart geregelt werden kann, dass die Temperatur des Gases in dem Hilfsbehälter (innerhalb der zulässigen Betriebsbedingungen, d. h. innerhalb des zulässigen Drucks) maximal bzw. so hoch wie möglich ist, wodurch mit wenig Gas, das aus dem Hilfsbehälter in den Druckbehälter geführt wird, eine möglichst große Erwärmung des Gases im Druckbehälter erreicht wird. Hierdurch wird der Gasverbrauch aus dem Hilfsbehälter minimiert, da zur gleichen Temperaturerhöhung des Gases in dem Druckbehälter eine kleinere Menge bzw. besonders geringe Menge an Gas aus dem Hilfsbehälter benötigt wird. Dies ist insbesondere während der Entnahme von Gas aus dem Druckbehälter vorteilhaft.
  • Der Hilfsbehälter kann derart mit der Brennstoffzelle fluidverbindbar sein, dass Gas aus dem Hilfsbehälter der Brennstoffzelle zuführbar ist. Hierdurch kann das Gas aus dem Hilfsbehälter der Brennstoffzelle direkt, d. h. ohne Zwischenstation im Druckbehälter bzw. Umweg über den Druckbehälter, zugeführt werden, so dass die Temperatur des Druckbehälters auf einer Temperatur bleiben kann, die unter der Temperatur des Gases in dem Hilfsbehälter liegt. Zudem kann hierdurch der Brennstoffzelle auch dann noch Gas zugeführt werden, wenn der Druckbehälter leer oder defekt ist, sofern noch Gas in dem Hilfsbehälter vorhanden ist.
  • Die Aufgabe wird auch durch Kraftfahrzeug mit einem oben beschriebenen kryogenen Druckbehältersystem gelöst.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft einen kryogenen Druckbehälter bzw. Drucktank. Der kryogene Druckbehälter bzw. Drucktank kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegt, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i. d. R. ca. –40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 30 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas” = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas betrieben wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für Speicherdrücke bis ca. 350 barü, bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum mit einem Absolutdruck im Bereich von 10–9 mbar bis 10–1 mbar, ferner bevorzugt von 10–7 mbar bis 10–3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10–5 mbar. Die Speicherung bei Temperaturen (knapp) oberhalb des kritischen Punktes hat gegenüber der Speicherung bei Temperaturen unterhalb des kritischen Punktes den Vorteil, dass das Speichermedium einphasig vorliegt. Es gibt also beispielsweise keine Grenzfläche zwischen flüssig und gasförmig.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand einer Figur erläutert. Es zeigt:
  • 1 eine Ausführungsform des hier offenbarten kryogenen Druckbehältersystems.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen kryogenen Druckbehältersystems 1. Das kryogene Druckbehältersystem 1 umfasst einen kryogenen Druckbehälter 10 und einen Hilfsbehälter 15. Der kryogene Druckbehälter 10 speichert Gas, insbesondere Wasserstoff, für eine Brennstoffzelle (nicht gezeigt). Das kryogene Druckbehältersystem 1 ist für ein Kraftfahrzeug ausgebildet bzw. ist Teil eines Kraftfahrzeugs. Der Druckbehälter 10 fungiert als Haupttank und der Hilfsbehälter 15 fungiert als Hilfstank.
  • Der Hilfsbehälter 15 ist über eine Fluidverbindungsleitung 20 mit dem Druckbehälter 10 fluidverbunden. In der Fluidverbindungsleitung 20 ist ein Ventil 80 angeordnet. Anstelle oder zusätzlich zum Ventil 80 ist ein Druckminderer oder eine Blende zum Begrenzen des Massenstroms in der Fluidverbindungsleitung 20 angeordnet. Das Ventil 80 sorgt dafür, dass Gas nur von dem Hilfsbehälter 15 in den Druckbehälter 10 strömen kann, jedoch nicht umgekehrt. Vorstellbar ist auch eine Vorrichtung, die Gas von dem Druckbehälter 10 in den Hilfsbehälter 15 strömen lässt.
  • Durch die Fluidverbindungsleitung 20 wird Gas aus dem Hilfsbehälter 15 in den Druckbehälter 10 geführt. Das Gas aus dem Hilfsbehälter 15 weist eine höhere Temperatur auf als das Gas in dem Druckbehälter 10. Somit wird das Gas in dem Druckbehälter 10 durch Zuströmen von Gas aus dem Hilfsbehälter 15 erwärmt. Zusätzlich steigt der Druck in dem Druckbehälter 10 leicht an, da die Menge an Gas in dem Druckbehälter 10 steigt.
  • Das Gas aus dem Druckbehälter 10 wird über eine Gasentnahmeleitung 60 und eine Gaszufuhrleitung 78 einer Brennstoffzelle zugeführt. Der Hilfsbehälter 15 weist ebenfalls eine Gasentnahmeleitung 75 zum Entnehmen von Gas aus dem Hilfsbehälter 15 auf. Die Gasentnahmeleitung 75 zum Entnehmen von Gas aus dem Hilfsbehälter 15 führt zu der Gaszufuhrleitung 78.
  • Das kryogene Druckbehältersystem 1 umfasst eine Regelungsvorrichtung 40, die mehrere Elemente des Druckbehältersystems 1 steuert bzw. regelt. Ein Drucksensor 50 erfasst den Druck des Gases in dem Hilfsbehälter 15. Ein weiterer Drucksensor 55 erfasst den Druck des Gases in dem Druckbehälter 10. Ein Temperatursensor 51 erfasst die Temperatur des Gases in dem Hilfsbehälter 15. Ein weiterer Temperatursensor 56 erfasst die Temperatur des Gases in dem Druckbehälter 10.
  • Eine Erwärmungsvorrichtung 30, z. B. eine Heizvorrichtung, erwärmt den Hilfsbehälter 15 bzw. das Gas in dem Hilfsbehälter 15. In 1 ist dies als (elektrische) Heizvorrichtung außerhalb des Hilfsbehälters 15 gezeigt. Vorstellbar ist auch, dass die Erwärmungsvorrichtung 30 teilweise oder vollständig innerhalb des Hilfsbehälters 15 angeordnet ist. Vorstellbar ist zudem auch, dass die Erwärmungsvorrichtung 30 ein Wärmetauscher im Hilfsbehälter 15 ist, der mit einem Medium beschickt wird. Das Medium im Wärmetauscher kann Gas sein, das dem Druckbehälter 10 entnommen und erwärmt wurde, und/oder Kühlflüssigkeit der Brennstoffzelle.
  • Die Erwärmungsvorrichtung 30, die Drucksensoren 50, 55, die Temperatursensor 51, 56 und das Ventil 80 sind mit der Regelungsvorrichtung 40 verbunden. Die Regelungsvorrichtung 40 kann die Temperatur in dem Hilfsbehälter 15 derart regeln, dass das Gas in dem Hilfsbehälter 15 (unter Berücksichtigung der zulässigen Betriebsbedingungen) eine möglichst hohe Temperatur aufweist. Die Temperatur des Gases des Hilfsbehälters 15 wird soweit erhöht, dass der Druck des Gases in dem Hilfsbehälter dem höchsten zulässigen Betriebsdruck (MAWP; maximum allowable working pressure) entspricht. Dies gilt zumindest während der Entnahme von Gas aus dem Druckbehälter 10. Wenn festgestellt wird, dass Fahrzeug steht bzw. dem Druckbehälter 10 kein Gas entnommen wird bzw. der Druck des Gases in dem Druckbehälter 10 dem gewünschten Wert entspricht, wird die Temperatur bzw. der Druck des Gases in dem Hilfsbehälter 15 nicht auf den höchsten zulässigen Betriebsdruck erhöht, sondern auf einen Wert unterhalb, da sich das Gas in dem Hilfsbehälter 15 aufgrund von Wärmeaustausch mit der Umgebung über die Zeit weiter erwärmt.
  • Durch einen Kompressor kann der Druck des Gases (und in der Folge die Temperatur des Gases) in dem Hilfsbehälter 15 erhöht werden, so dass der Druck des Gases in dem Hilfsbehälter 15 höher ist als in dem Druckbehälter 10. Folglich kann das Gas von dem Hilfsbehälter 15 in den Druckbehälter 10 strömen. Auch kann die Menge an Gas, die von dem Hilfsbehälter 15 in den Druckbehälter 10 strömt, hierdurch erhöht werden.
  • Der Hilfsbehälter 15 kann einen höchst zulässigen Betriebsdruck (MAWP; maximum allowable working pressure) von ca. 900 bar, ca. 875 bar oder ca. 700 bar aufweisen. Dementsprechend kann der Hilfsbehälter 15 an einer 700 bar-Tankstelle mit gasförmigem Wasserstoff aufgefüllt werden. Der Hilfstank kann kalt befüllt werden (bei einer Temperatur von ca. –40°C).
  • Auch vorstellbar ist, dass der Hilfsbehälter 15 ein (zweiter) kryogener Druckbehälter ist, der kryogen befüllbar ist.
  • Die Regelungsvorrichtung 40 steuert bzw. regelt das Druckbehältersystem 1 derart, dass das Gas in dem Druckbehälter 10 einen derartigen Druck aufweist, dass das Gas dem Druckbehälter 10 (technisch einfach) entnommen werden kann. Zur Erhöhung des Drucks des Gases in dem Druckbehälter 10 wird warmes Gas (d. h. Gas mit einer Temperatur oberhalb der Temperatur des Gases in dem Druckbehälter 10) aus dem Hilfsbehälter 15 in den Druckbehälter 10 geführt, bis der erwünschte Druck in dem Druckbehälter 10 erreicht wurde. Je höher die Temperatur des Gases, das in den Druckbehälter 10 geführt wird, desto weniger Gas aus dem Hilfsbehälter 15 wird zur Erreichung des gewünschten Drucks in dem Druckbehälter 10 benötigt.
  • Das Volumen des Hilfsbehälters 15 im Verhältnis zum Volumen des Druckbehälters 10 kann z. B. 1:2, 1:3, 1:4, 1:10 oder 1:20 betragen. Andere Verhältnisse sind vorstellbar.
  • Der kryogene Druckbehälter 10 und der Hilfsbehälter 15 können an weit voneinander entfernten Positionen im Kraftfahrzeug angeordnet sein. Vorstellbar ist auch, dass der Druckbehälter 10 und der Hilfsbehälter 15 in einem sehr geringen Abstand, von z. B. ca. 5 cm, ca. 10 cm oder ca. 30 cm, voneinander angeordnet sind.
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    kryogenes Druckbehältersystem
    10
    kryogener Druckbehälter
    15
    Hilfsbehälter
    20
    Fluidverbindungsleitung
    30
    Erwärmungsvorrichtung
    40
    Regelungsvorrichtung
    50
    Drucksensor des Hilfsbehälters
    51
    Temperatursensor des Hilfsbehälters
    55
    Drucksensor des kryogenen Druckbehälters
    56
    Temperatursensor des Druckbehälters
    60
    Gasentnahmeleitung aus kryogenen Druckbehälter
    75
    Gasentnahmeleitung aus Hilfsbehälter
    78
    Gaszufuhrleitung zur Brennstoffzelle
    80
    Ventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1546601 B1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erhöhen der Temperatur von Gas, in einem kryogenen Druckbehälter (10), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei Gas mit einer im Vergleich zu der Temperatur des Gases in dem kryogenen Druckbehälter (10) höheren Temperatur aus einem mit dem kryogenen Druckbehälter (10) fluidverbundenen Hilfsbehälter (15) in den kryogenen Druckbehälter (10) geführt wird zur Erhöhung der Temperatur des Gases im kryogenen Druckbehälter (10) und folglich auch des Drucks des Gases im kryogenen Druckbehälter (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gas in dem Hilfsbehälter (15) mittels einer Erwärmungsvorrichtung (30) erwärmt wird und/oder der Druck des Gases in dem Hilfsbehälter (15) mittels eines Kompressors erhöht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gas in dem Hilfsbehälter (15) derart erwärmt wird und/oder der Druck derart erhöht wird, dass der Druck des Gases im Hilfsbehälter (15) im Wesentlichen dem höchsten zulässigen Betriebsdruck (maximum allowable working pressure; MAWP) des Hilfsbehälters (15) entspricht.
  4. Kryogenes Druckbehältersystem (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen kryogenen Druckbehälter (10) und einen Hilfsbehälter (15), wobei der Hilfsbehälter (15) mit dem Druckbehälter (10) fluidverbunden ist, wobei das Druckbehältersystem (1) derart ausgebildet ist, dass das Gas im Hilfsbehälter (15) auf einer im Vergleich zu der Temperatur des Gases im Druckbehälter (10) höheren Temperatur vorgehalten wird, so dass beim Zuführen von Gas aus dem Hilfsbehälter (15) in den Druckbehälter (10) das Gas aus dem Hilfsbehälter (15) die Temperatur des Gases im Druckbehälter (10) und folglich auch den Druck des Gases im Druckbehälter (10) erhöht.
  5. Druckbehältersystem (1) nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Kompressor zum Erhöhen des Drucks des Gases in dem Hilfsbehälter (15).
  6. Druckbehältersystem (1) nach Anspruch 4 oder 5, fermer umfassend eine Erwärmungsvorrichtung (30), insbesondere ein Heizelement, zum Erwärmen des Gases in dem Hilfsbehälter (15).
  7. Druckbehältersystem (1) nach einem der Ansprüche 4–6, wobei der Hilfsbehälter (15) zur Speicherung von Gas mit einem Druck von ca. 900 bar ausgebildet ist.
  8. Druckbehältersystem (1) nach einem der Ansprüche 4–7, ferner umfassend eine Regelungsvorrichtung (40) und einen Drucksensor (50) zum Erfassen des Drucks des Gases in dem Hilfsbehälter (15), wobei die Regelungsvorrichtung (40) derart ausgebildet ist, dass die Temperatur des Gases in dem Hilfsbehälter (15) derart regelbar ist, dass der Druck des Gases in dem Hilfsbehälter (15) im Wesentlichen dem höchsten zulässigen Betriebsdruck des Hilfsbehälters (15) entspricht.
  9. Druckbehältersystem (1) nach einem der Ansprüche 4–8, wobei der Hilfsbehälter (15) derart mit einer Brennstoffzelle fluidverbindbar ist, dass Gas aus dem Hilfsbehälter (15) der Brennstoffzelle zuführbar ist.
  10. Kraftfahrzeug mit einem kryogenen Druckbehältersystem (1) nach einem der Ansprüche 4–9.
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