DE102017217347A1 - Pressure vessel system and method for supplying fuel from a pressure vessel system - Google Patents

Pressure vessel system and method for supplying fuel from a pressure vessel system Download PDF

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Jan-Mark Kunberger
Georg Movsisyan
Karl Movsisyan
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Es wird ein Druckbehältersystem (10) für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das Druckbehältersystem (10) - mindestens einen kryogenen Druckbehälter (20) zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, - einen ersten Hochdruckgasbehälter (40) zum Speichern von Brennstoff, und - einen zweiten Hochdruckgasbehälter (60) zum Speichern von Brennstoff umfasst, wobei ein Einlass des kryogenen Druckbehälters (20) über eine Verbindungsleitung (17) mit einer Befüllöffnung (15) zum Befüllen des kryogenen Druckbehälters (20) fluidverbunden ist, wobei ein Auslass des kryogenen Druckbehälters (20) über eine absperrbare Verbindungsleitung (25) mit einem Ein-/Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters (40) und über eine absperrbare Verbindungsleitung (27) mit einem Einlass des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) fluidverbunden ist, wobei ein Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters (40) über eine absperrbare Verbindungsleitung (46) mit dem Einlass des kryogenen Druckbehälters (20) fluidverbunden ist, und wobei ein Auslass des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) über eine Verbindungsleitung (65) mit einem Brennstoffverbraucher (80) fluidverbunden ist.

Figure DE102017217347A1_0000
A pressure vessel system (10) for a vehicle is proposed, wherein the pressure vessel system (10) comprises at least one cryogenic pressure vessel (20) for storing fuel, in particular hydrogen, a first high-pressure gas vessel (40) for storing fuel, and a second High pressure gas container (60) for storing fuel, wherein an inlet of the cryogenic pressure vessel (20) via a connecting line (17) with a filling opening (15) for filling the cryogenic pressure vessel (20) is fluidly connected, wherein an outlet of the cryogenic pressure vessel (20 ) via a shut-off connection line (25) with an inlet / outlet of the first high-pressure gas container (40) and via a closable connection line (27) with an inlet of the second high-pressure gas container (60) is fluidly connected, wherein an outlet of the first high-pressure gas container (40) via a closable connecting line (46) with the inlet of the cryogenic pressure vessel (2 0) is fluidly connected, and wherein an outlet of the second high-pressure gas container (60) via a connecting line (65) with a fuel consumer (80) is fluidly connected.
Figure DE102017217347A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbehältersystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Zuführen von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem zu einem Brennstoffverbraucher.The invention relates to a pressure vessel system for a vehicle and to a method for supplying fuel from a pressure vessel system to a fuel consumer.

In Fahrzeugen, die mit Wasserstoff angetrieben werden, ist in der Regel ein Druckbehältersystem angeordnet. Das Druckbehältersystem umfasst oftmals einen kryogenen Druckbehälter, in dem Wasserstoff hauptsächlich gespeichert wird. Bei bisher bekannten System muss der kryogene Druckbehälter bzw. der Brennstoff darin erwärmt werden, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter unter einen Grenzwert fällt. Der durch den Grenzwert definierte Mindestdruck wird benötigt, um den Brennstoff der Brennstoffzelle des Fahrzeugs zuzuführen. Um den restlichen Brennstoff, der sich noch in dem kryogenen Druckbehälter befindet, dem kryogenen Druckbehälter zu entnehmen, muss der Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter bei bislang bekannten Druckbehältersystemen mittels eines Tankwärmetauschers erwärmt werden.In vehicles that are powered by hydrogen, a pressure vessel system is usually arranged. The pressure vessel system often includes a cryogenic pressure vessel in which hydrogen is primarily stored. In previously known systems, the cryogenic pressure vessel or fuel must be heated therein when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel falls below a threshold. The minimum pressure defined by the threshold is needed to supply the fuel to the fuel cell of the vehicle. In order to remove the remaining fuel, which is still in the cryogenic pressure vessel, the cryogenic pressure vessel, the fuel must be heated in the cryogenic pressure vessel in previously known pressure vessel systems by means of a tank heat exchanger.

Nachteilig hieran ist, dass das Druckbehältersystem hohe Herstellungskosten aufweist und technisch komplex aufgebaut ist.The disadvantage of this is that the pressure vessel system has high production costs and is technically complex.

Zur Brennstoffvorkonditionierung für den Brennstoffverbraucher wird typischerweise ein Wärmetauscher benötigt.For Brennstoffvorkonditionierung for the fuel consumer, a heat exchanger is typically required.

Hochdruckgasbehälter bzw. Hochdruckgasbehältersysteme (auch „CGH2-Systeme“ genannt) sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem Druck von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.High-pressure gas containers or high-pressure gas container systems (also called "CGH2 systems") are designed to permanently store fuel at ambient temperatures at a pressure of about 350 bar (= overpressure relative to the atmospheric pressure), furthermore preferably above about 500 bar and especially preferably above save about 700 cash.

Kryogene Druckbehältersysteme (auch „CcH2-Systeme“ genannt) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 ein solches System.Cryogenic pressure vessel systems (also called "CcH2 systems") are known from the prior art. For example, the EP 1 546 601 B1 such a system.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einige Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 der unabhängigen Patentansprüche und den Gegenstand des Patentanspruchs 5 der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least some of the disadvantages of the previously known solutions. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of patent claim 1 of the independent claims and the subject of claim 5 of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.

Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Druckbehältersystem für ein Fahrzeug gelöst, wobei das Druckbehältersystem - mindestens einen kryogenen Druckbehälter zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, - einen ersten Hochdruckgasbehälter zum Speichern von Brennstoff, und - einen zweiten Hochdruckgasbehälter zum Speichern von Brennstoff umfasst, wobei ein Einlass des kryogenen Druckbehälters über eine Verbindungsleitung mit einer Befüllöffnung zum Befüllen des kryogenen Druckbehälters fluidverbunden ist, wobei ein Auslass des kryogenen Druckbehälters über eine absperrbare Verbindungsleitung mit einem Ein-/Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters und über eine absperrbare Verbindungsleitung mit einem Einlass des zweiten Hochdruckgasbehälters fluidverbunden ist, wobei ein Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters über eine absperrbare Verbindungsleitung mit dem Einlass des kryogenen Druckbehälters fluidverbunden ist, und wobei ein Auslass des zweiten Hochdruckgasbehälters über eine Verbindungsleitung mit einem Brennstoffverbraucher fluidverbunden ist. In particular, the object is achieved by a pressure vessel system for a vehicle, wherein the pressure vessel system - at least one cryogenic pressure vessel for storing fuel, in particular hydrogen, - a first high-pressure gas container for storing fuel, and - a second high-pressure gas container for storing fuel, wherein a Inlet of the cryogenic pressure vessel via a connecting line with a filling opening for filling the cryogenic pressure vessel is fluidly connected, wherein an outlet of the cryogenic pressure vessel via a shut-off connection line to an inlet / outlet of the first high pressure gas container and via a shut-off connection line with an inlet of the second high-pressure gas container fluidly connected wherein an outlet of the first high-pressure gas container is fluidly connected to the inlet of the cryogenic pressure vessel via a shut-off connection line, and wherein an outlet of the second high-pressure gas uckgasbehälters fluidly connected via a connecting line with a fuel consumer.

Vorteilhaft hieran ist, dass zum Erwärmen des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter kein Tankwärmetauscher (TWT) benötigt wird. Dem kryogenen Druckbehälter kann auch noch dann weiterer Brennstoff entnommen werden, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter zunächst unterhalb des Grenzwerts fällt (Anschließend kann insbesondere durch Zuführen von Brennstoff aus dem ersten Hochdruckgasbehälter in den kryogenen Druckbehälter der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter wieder, vorzugsweise über den Grenzwert, erhöht werden und folglich diesem weiter Brennstoff entnommen werden). Hierdurch wird die maximale Reichweite des Fahrzeugs erhöht. Darüber hinaus ist das Druckbehältersystem technisch einfach ausgebildet. Auch weist das Druckbehältersystem geringe Herstellungskosten auf. Des Weiteren wird auch kein Kühlmittelwärmetauscher (KWT) zur Vorkonditionierung des Brennstoffs benötigt, da der Brennstoff in dem zweiten Hochdruckgasbehälter und/oder dem ersten Hochdruckgasbehälter vorkonditioniert bzw. erwärmt werden kann. Dies senkt die Komplexität und die Herstellungskosten weiter.An advantage of this is that no tank heat exchanger (TWT) is needed to heat the fuel in the cryogenic pressure vessel. The cryogenic pressure vessel can also be further fuel removed when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel initially falls below the limit (then, in particular by supplying fuel from the first high-pressure gas container in the cryogenic pressure vessel, the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel again, preferably above the limit, and thus be further taken from this fuel). This increases the maximum range of the vehicle. In addition, the pressure vessel system is technically simple. Also, the pressure vessel system has low manufacturing costs. Furthermore, no coolant heat exchanger (KWT) is required for the preconditioning of the fuel since the fuel in the second high-pressure gas container and / or the first high-pressure gas container can be preconditioned or heated. This further reduces complexity and manufacturing costs.

Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Zuführen von Brennstoff aus einem in einem Fahrzeug angeordneten Druckbehältersystem zu einem Brennstoffverbraucher gelöst, wobei das Druckbehältersystem mindestens einen kryogenen Druckbehälter zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, einen ersten Hochdruckgasbehälter zum Speichern von Brennstoff, und einen zweiten Hochdruckgasbehälter zum Speichern von Brennstoff umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter gleich oder höher als ein Grenzwert ist und höher als der Druck des Brennstoffs in dem zweiten Hochdruckgasbehälter ist: Strömen lassen des Brennstoffs aus dem kryogenen Druckbehälter in den zweiten Hochdruckgasbehälter; - wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter niedriger als der Grenzwert ist und niedriger als der Druck des Brennstoffs in dem ersten Hochdruckgasbehälter ist: Strömen lassen des Brennstoffs aus dem ersten Hochdruckgasbehälter in den kryogenen Druckbehälter zum Erhöhen des Drucks des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter; und - Strömen lassen des Brennstoffs aus dem zweiten Hochdruckgasbehälter zu dem Brennstoffverbraucher.In particular, the object is also achieved by a method for supplying fuel from a pressure vessel system arranged in a vehicle to a fuel consumer, wherein the pressure vessel system at least one cryogenic pressure vessel for storing fuel, in particular hydrogen, a first high-pressure gas container for storing fuel, and a second High-pressure gas container for storing fuel, the method comprising the following steps: - when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is equal or is higher than a threshold and is higher than the pressure of the fuel in the second high-pressure gas container: flowing the fuel from the cryogenic pressure container into the second high-pressure gas container; when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is lower than the limit and lower than the pressure of the fuel in the first high pressure gas vessel: flowing the fuel from the first high pressure gas container into the cryogenic pressure vessel to increase the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel ; and - flowing the fuel from the second high pressure gas container to the fuel consumer.

Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass zum Erwärmen des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter kein Tankwärmetauscher (TWT) benötigt wird. Dem kryogenen Druckbehälter kann auch noch dann weiterer Brennstoff entnommen werden, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter zunächst unterhalb des Grenzwerts fällt (Anschließend kann insbesondere durch Zuführen von Brennstoff aus dem ersten Hochdruckgasbehälter in den kryogenen Druckbehälter der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter wieder, vorzugsweise über den Grenzwert, erhöht werden und folglich diesem weiter Brennstoff entnommen werden). Hierdurch wird die maximale Reichweite des Fahrzeugs erhöht. Auch ist das Verfahren technisch besonders einfach. Darüber hinaus kann das Verfahren mit einem technisch einfach ausgebildeten Druckbehältersystem, das geringe Herstellungskosten aufweist, durchgeführt werden. Des Weiteren wird bei dem Verfahren kein Kühlmittelwärmetauscher (KWT) zur Vorkonditionierung des Brennstoffs benötigt, da der Brennstoff in dem zweiten Hochdruckgasbehälter und/oder dem ersten Hochdruckgasbehälter vorkonditioniert bzw. erwärmt wird/werden kann. Es ist auch möglich, dass der Brennstoff aus dem ersten Hochdruckgasbehälter in den kryogenen Druckbehälter zum Erhöhen des Drucks des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter dann strömen gelassen wird, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter niedriger als der Grenzwert ist und niedriger als der Druck des Brennstoffs in dem ersten Hochdruckgasbehälter ist sowie eine Brennstoffdichte in dem kryogenen Druckbehälter oberhalb einer Mindestbrennstoffdichte liegt.An advantage of this method is that no tank heat exchanger (TWT) is needed to heat the fuel in the cryogenic pressure vessel. The cryogenic pressure vessel can also be further fuel removed when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel initially falls below the limit (then, in particular by supplying fuel from the first high-pressure gas container in the cryogenic pressure vessel, the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel again, preferably above the limit, and thus be further taken from this fuel). This increases the maximum range of the vehicle. Also, the process is technically very simple. In addition, the method can be carried out with a technically simple pressure vessel system, which has low production costs. Furthermore, the method does not require a coolant heat exchanger (KWT) for preconditioning the fuel because the fuel in the second high pressure gas container and / or the first high pressure gas container is preconditioned or heated. It is also possible that the fuel from the first high-pressure gas container is allowed to flow into the cryogenic pressure vessel for increasing the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is lower than the limit and lower than the pressure of the fuel in the first high-pressure gas container and a fuel density in the cryogenic pressure vessel is above a minimum fuel density.

Auch ist es möglich, dass neben der Bedingung „wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter gleich oder höher als ein Grenzwert ist und höher als der Druck des Brennstoffs in dem zweiten Hochdruckgasbehälter ist“ noch eine oder mehrere weitere Bedingungen erfüllt sein müssen, damit der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den zweiten Hochdruckgasbehälter strömen gelassen wird. Eine weitere Bedingung kann z.B. sein, dass der Druck und/oder die Dichte des Brennstoffs in dem ersten und/oder dem zweiten Hochdruckgasbehälter unter einen Minimalwert sinkt. Auch kann der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den ersten Hochdruckgasbehälter strömen gelassen werden, sofern entsprechende Druckunterschiede vorhanden sind.Also, it is possible that besides the condition "when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is equal to or higher than a threshold and higher than the pressure of the fuel in the second high-pressure gas can", one or more other conditions must be satisfied the fuel is allowed to flow from the cryogenic pressure vessel into the second high pressure gas container. Another condition may be e.g. be that the pressure and / or the density of the fuel in the first and / or the second high-pressure gas container drops below a minimum value. Also, the fuel from the cryogenic pressure vessel can be flowed into the first high-pressure gas container, if appropriate pressure differences are present.

Auch ist es möglich, dass neben der Bedingung „wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter niedriger als der Grenzwert ist und niedriger als der Druck des Brennstoffs in dem ersten Hochdruckgasbehälter ist“ noch eine oder mehrere weitere Bedingungen erfüllt sein müssen, damit der Brennstoff aus dem ersten Hochdruckgasbehälter in den kryogenen Druckbehälter strömen gelassen wird. Eine weitere Bedingung kann z.B. sein, dass der Druck und/oder die Dichte des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter unter einen Minimalwert sinkt.It is also possible that in addition to the condition "when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is lower than the limit and lower than the pressure of the fuel in the first high-pressure gas container", one or more other conditions must be satisfied for the fuel to be satisfied from the first high pressure gas container is allowed to flow into the cryogenic pressure vessel. Another condition may be e.g. be that the pressure and / or the density of the fuel in the cryogenic pressure vessel drops below a minimum value.

Darüber hinaus ist es möglich, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter gleich oder höher als ein Grenzwert ist und höher als der Druck des Brennstoffs in dem ersten Hochdruckgasbehälter ist, den Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den ersten Hochdruckgasbehälter strömen zu lassen. Dies kann z.B. beim Befüllen des Druckbehältersystems stattfinden. Vorzugsweise wird der Brennstoff nicht aus dem ersten Hochdruckgasbehälter in den kryogenen Druckbehälter strömen gelassen und unmittelbar bzw. sofort anschließend wieder in den ersten Hochdruckgasbehälter strömen gelassen.Moreover, when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is equal to or higher than a threshold and higher than the pressure of the fuel in the first high pressure gas vessel, it is possible to flow the fuel from the cryogenic pressure vessel into the first high pressure gas vessel. This can e.g. take place during filling of the pressure vessel system. Preferably, the fuel is not allowed to flow from the first high-pressure gas container into the cryogenic pressure vessel and immediately thereafter allowed to flow back into the first high-pressure gas container.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Druckbehältersystem ferner ein Steuergerät zum Öffnen und Schließen der Verbindungsleitungen, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass das Steuergerät, - wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter gleich oder höher als ein Grenzwert ist und höher als der Druck des Brennstoffs in dem zweiten Hochdruckgasbehälter ist, die Verbindungsleitung von dem Auslass des kryogenen Druckbehälters zu dem Einlass des zweiten Hochdruckgasbehälters öffnet und die Verbindungsleitung von dem Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters zu dem Einlass des kryogenen Druckbehälters schließt, und, - wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter niedriger als der Grenzwert ist und niedriger als der Druck des Brennstoffs in dem ersten Hochdruckgasbehälter ist, die Verbindungsleitung von dem Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters zu dem Einlass des kryogenen Druckbehälters öffnet. Hierdurch wird das Druckbehältersystem technisch besonders einfach betrieben bzw. es kann dem kryogenen Druckbehälter technisch besonders einfach Brennstoff entnommen werden, auch wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter durch Entnahme zunächst unterhalb des Grenzwerts fällt (Anschließend kann insbesondere durch Zuführen von Brennstoff aus dem Hochdruckgasbehälter in den kryogenen Druckbehälter der Druck wieder erhöht werden). Das Steuergerät kann insbesondere auch derart ausgebildet sein, dass das Steuergerät, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter niedriger als der Grenzwert ist und niedriger als der Druck des Brennstoffs in dem ersten Hochdruckgasbehälter ist sowie eine Brennstoffdichte in dem kryogenen Druckbehälter oberhalb einer Mindestbrennstoffdichte liegt, die Verbindungsleitung von dem Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters zu dem Einlass des kryogenen Druckbehälters öffnet.According to one embodiment, the pressure vessel system further comprises a control unit for opening and closing the connecting lines, wherein the control device is designed such that the control device, - if the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is equal to or higher than a limit value and higher than the pressure of Fuel in the second high-pressure gas container, opens the connection line from the outlet of the cryogenic pressure container to the inlet of the second high-pressure gas container and closes the connection line from the outlet of the first high-pressure gas container to the inlet of the cryogenic pressure container, and, if the pressure of the fuel in the cryogenic Pressure vessel is lower than the limit and is lower than the pressure of the fuel in the first high-pressure gas container, the connecting line opens from the outlet of the first high-pressure gas container to the inlet of the cryogenic pressure vessel. As a result, the pressure vessel system is technically particularly easy to operate or it can be taken from the cryogenic pressure vessel technically particularly easy fuel, even if the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel by removal initially falls below the limit (hereinafter in particular, the pressure can be increased again by supplying fuel from the high-pressure gas container into the cryogenic pressure vessel). In particular, the controller may be configured such that the controller is when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is lower than the threshold and lower than the pressure of the fuel in the first high pressure gas container and a fuel density in the cryogenic pressure vessel is above a minimum fuel density , which opens connection line from the outlet of the first high-pressure gas container to the inlet of the cryogenic pressure container.

Gemäß einer Ausführungsform weisen der erste Hochdruckgasbehälter und/oder der zweite Hochdruckgasbehälter ein Aerogel umfassendes Wärmeisolationsmaterial auf, wobei das Druckbehältersystem zudem mindestens eine Vakuumpumpe, insbesondere mindestens zwei Vakuumpumpen, zum Erzeugen eines variabel einstellbaren Unterdrucks in dem Aerogel umfasst. Hierdurch kann die Wärmeisolation des ersten Hochdruckgasbehälters und/oder des zweiten Hochdruckgasbehälters technisch einfach verändert werden.According to one embodiment, the first high-pressure gas container and / or the second high-pressure gas container comprise a heat insulating material comprising airgel, the pressure container system additionally comprising at least one vacuum pump, in particular at least two vacuum pumps, for generating a variably adjustable negative pressure in the airgel. As a result, the heat insulation of the first high-pressure gas container and / or the second high-pressure gas container can be technically easily changed.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuergerät zum Einstellen eines Drucks in dem Aerogel des jeweiligen Hochdruckgasbehälters abhängig davon, ob dem jeweiligen Hochdruckgasbehälter Brennstoff zugeführt, gespeichert und/oder entnommen wird, ausgebildet. Ein Vorteil hiervon ist, dass beim Zuführen von Brennstoff in den ersten Hochdruckgasbehälter und/oder den zweiten Hochdruckgasbehälter und beim Speichern des Brennstoffs die Wärmeisolation auf einen hohen Wert eingestellt werden kann, während bei der Entnahme von Brennstoff aus dem ersten Hochdruckgasbehälter und/oder dem zweiten Hochdruckgasbehälter die Wärmeisolation auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden kann, um den Brennstoff zu erwärmen bzw. vorzukonditionieren.According to one embodiment, the control device for adjusting a pressure in the airgel of the respective high-pressure gas container is formed depending on whether fuel is supplied, stored and / or removed from the respective high-pressure gas container. An advantage of this is that when supplying fuel into the first high-pressure gas container and / or the second high-pressure gas container and storing the fuel, the heat insulation can be set to a high value, while in the removal of fuel from the first high-pressure gas container and / or the second High-pressure gas container, the heat insulation can be set to a lower value to heat or precondition the fuel.

Gemäß einer Ausführungsform wird, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter durch Erwärmung einen Maximalbetriebsdruck des kryogenen Druckbehälters erreicht, Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den ersten Hochdruckgasbehälter und/oder in den zweiten Hochdruckgasbehälter strömen gelassen. Ein Vorteil hiervon ist, dass kein Blow-Off-Management-System (BMS) zum Umwandeln des Brennstoffs in einen nicht-brennbaren Stoff benötigt wird. Zudem kann der aus dem kryogenen Druckbehälter abgeblasene Brennstoff zu einem späteren Zeitpunkt verwendet bzw. dem Brennstoffverbraucher zugeführt werden. Dies spart Brennstoff und senkt somit die Betriebskosten.According to one embodiment, when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel reaches a maximum operating pressure of the cryogenic pressure vessel by heating, fuel is allowed to flow from the cryogenic pressure vessel into the first high pressure gas vessel and / or into the second high pressure gas vessel. An advantage of this is that no blow-off management (BMS) system is needed to convert the fuel to a non-combustible material. In addition, the fuel blown off from the cryogenic pressure vessel can be used at a later time or supplied to the fuel consumer. This saves fuel and thus lowers operating costs.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem Befüllen des Druckbehältersystems mit Brennstoff der Brennstoff durch den kryogenen Druckbehälter in den ersten Hochdruckgasbehälter und/oder in den zweiten Hochdruckgasbehälter strömen gelassen und in dem ersten Hochdruckgasbehälter und/oder dem zweiten Hochdruckgasbehälter gespeichert, bis ein Maximalbetriebsdruck und/oder eine Brennstoffmaximalspeicherdichte des ersten Hochdruckgasbehälters und/oder des zweiten Hochdruckgasbehälters erreicht wird. Hierdurch wird der kryogene Druckbehälter beim Befüllen des Druckbehältersystems abgekühlt, so dass eine hohe Brennstoffdichte in dem kryogenen Druckbehälter erreichbar ist. Dies erhöht die maximale Reichweite des Fahrzeugs.According to one embodiment, when filling the pressure vessel system with fuel, the fuel is flowed through the cryogenic pressure vessel into the first high-pressure gas vessel and / or into the second high-pressure gas vessel and stored in the first high-pressure gas vessel and / or the second high-pressure gas vessel until a maximum operating pressure and / or pressure Maximum fuel storage density of the first high-pressure gas container and / or the second high-pressure gas container is achieved. As a result, the cryogenic pressure vessel is cooled during filling of the pressure vessel system, so that a high fuel density can be achieved in the cryogenic pressure vessel. This increases the maximum range of the vehicle.

Gemäß einer Ausführungsform weisen der erste Hochdruckgasbehälter und/oder der zweite Hochdruckgasbehälter ein Aerogel umfassendes Wärmeisolationsmaterial auf, wobei ein Druck in dem Aerogel zum Verändern einer Wärmeisolationsgüte des ersten Hochdruckgasbehälters und/oder des zweiten Hochdruckgasbehälters verändert wird. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Wärmeisolation des ersten Hochdruckgasbehälters und/oder des zweiten Hochdruckgasbehälters technisch einfach verändert werden kann.According to one embodiment, the first high-pressure gas container and / or the second high-pressure gas container comprise a heat insulating material comprising airgel, wherein a pressure in the airgel for changing a thermal insulation quality of the first high-pressure gas container and / or the second high-pressure gas container is changed. An advantage of this method is that the heat insulation of the first high-pressure gas container and / or the second high-pressure gas container can be technically easily changed.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Druck in dem Aerogel des ersten Hochdruckgasbehälters bzw. des zweiten Hochdruckgasbehälters während eines Befüllens und/oder Speicherns des jeweiligen Hochdruckgasbehälters mit Brennstoff auf einen ersten Druckwert eingestellt, und der Druck in dem Aerogel des ersten Hochdruckgasbehälters bzw. des zweiten Hochdruckgasbehälters wird während einer Entnahme von Brennstoff aus dem jeweiligen Hochdruckgasbehälter auf einen zweiten Wert eingestellt, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist, insbesondere der erste Wert höchstens halb so groß wie der zweite Wert ist. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Brennstoff beim Befüllen des Druckbehältersystems möglichst wenig durch die Umgebung erwärmt wird, während beim Entnehmen des Brennstoffs aus dem Druckbehältersystem der Brennstoff durch die Umgebung erwärmt wird. Hierdurch kann der Brennstoff dem Druckbehältersystem technisch einfach bzw. vorkonditioniert entnommen und dem Brennstoffverbraucher zugeführt werden. Ferner kann bereits mit einer kryogenen Betankung bzw. Befüllung eine hohe Speicherdichte im kryogenen Druckbehälter erreicht werden.According to an embodiment, the pressure in the airgel of the first high-pressure gas container and the second high-pressure gas container is adjusted to a first pressure value during filling and / or storage of the respective high-pressure gas container, and the pressure in the airgel of the first high-pressure gas container and the second high-pressure gas container, respectively during a removal of fuel from the respective high-pressure gas container set to a second value, wherein the first value is smaller than the second value, in particular the first value is at most half as large as the second value. An advantage of this method is that the fuel is as little as possible heated by the environment when filling the pressure vessel system, while the fuel is heated by the environment when removing the fuel from the pressure vessel system. As a result, the fuel can be taken from the pressure vessel system technically simple or preconditioned and fed to the fuel consumer. Furthermore, even with cryogenic refueling or filling, a high storage density in the cryogenic pressure vessel can be achieved.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem (en: Compressed hydrogen storage system (=CHS-System)) zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Ein solcher Druckbehälter ist insbesondere ein in ein Kraftfahrzeug eingebauter bzw. einbaubarer Druckbehälter. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (=CcH2-System) oder ein Hochdruckgasbehälter (=CGH2-System) sein.The technology disclosed herein relates to a compressed hydrogen storage (CHS) system for storing gaseous fuel under ambient conditions. Such a pressure vessel is in particular a pressure vessel which is installed or can be installed in a motor vehicle. The pressure vessel can be in used in a motor vehicle, which is operated for example with compressed ("compressed natural gas" = CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen. Such a pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel (= CcH2 system) or a high-pressure gas vessel (= CGH2 system).

Hochdruckgasbehältersysteme (= CGH2-Systeme) bzw. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff (z.B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem max. Betriebsdruck (auch maximum operating pressure oder MOP genannt) von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.High-pressure gas container systems (= CGH2 systems) or high-pressure gas containers are formed, substantially at ambient temperatures, fuel (for example hydrogen) permanently at a max. Operating pressure (also called maximum operating pressure or MOP) of about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), further preferably of about 500 barü and more preferably of about 700 barü store.

Das Druckbehältersystem umfasst einen kryogenen Druckbehälter (= CcH2-Druckbehälter). Der kryogene Druckbehälter 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 liegen, 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. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für max. Betriebsdrücke (auch maximum operating pressure oder MOP genannt) bis ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Im Innenbehälter ist der Brennstoff gespeichert. Der Außenbehälter schließt den Druckbehälter bevorzugt nach außen hin ab. 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, dass zumindest bereichsweise zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter in einem evakuierten (Zwischen)Raum bzw. Vakuum V angeordnet ist. 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.The pressure vessel system comprises a cryogenic pressure vessel (= CcH2 pressure vessel). The cryogenic pressure vessel may store fuel in the liquid or supercritical state. A supercritical state of aggregation is a thermodynamic state of a substance which has a higher temperature and a higher pressure than the critical point. The critical point denotes the thermodynamic state in which the densities of gas and liquid of the substance coincide, that is, it is single-phase. While one end of the vapor pressure curve in a pT diagram is marked by the triple point, the critical point represents the other end. For hydrogen, the critical point is 33.18 K and 13.0 bar. A cryogenic pressure vessel is particularly suitable for storing the fuel at temperatures significantly below the operating temperature (meaning the temperature range of the vehicle environment in which the vehicle is to be operated) of the motor vehicle, for example at least 50 Kelvin, preferably at least 100 Kelvin or At least 150 Kelvin below the operating temperature of the motor vehicle (usually about - 40 ° C to about + 85 ° C). The fuel may be, for example, hydrogen, which is stored at temperatures of about 34 K to 360 K in the cryogenic pressure vessel. The cryogenic pressure vessel may in particular comprise an inner container which is designed for max. Operating pressures (also called maximum operating pressure or MOP) to about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), preferably up to about 500 barü, and particularly preferably up to about 700 barü. The fuel is stored in the inner container. The outer container preferably closes off the pressure vessel to the outside. Preferably, the cryogenic pressure vessel comprises a vacuum with an absolute pressure in the range of 10 -9 mbar to 10 -1 mbar, further preferably from 10 -7 mbar to 10 -3 mbar and particularly preferably from about 10 -5 mbar that at least partially between the inner container and the outer container in an evacuated (intermediate) space or vacuum V is arranged. Storage at temperatures (just) above the critical point has the advantage over storage at temperatures below the critical point that the storage medium is present in a single phase. For example, there is no interface between liquid and gaseous.

Der Brennstoff kann insbesondere ein Brennstoff sein, der bei Normalbedingungen (Druck von 1,013 bar und Temperatur von 0 °C) gasförmig ist.In particular, the fuel may be a fuel which is gaseous under normal conditions (pressure of 1.013 bar and temperature of 0 ° C).

Der Grenzwert kann ein vorgegebener Druckwert sein, bei dessen Unterschreiten ein direktes Zuführen von Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter zu dem Druckregler bzw. Brennstoffverbraucher nicht mehr möglich ist bzw. nur mit einer sehr geringen Effizienz oder unter Leistungsverringerung möglich ist. Der Grenzwert kann z.B. 5 barü, 20 barü oder 50 barü betragen. Der Grenzwert kann der Mindestbetriebsdruck eines Druckreglers sein, der zwischen dem zweiten Hochdruckgasbehälter und dem Brennstoffverbraucher angeordnet ist.The limit value may be a predetermined pressure value, below which a direct supply of fuel from the cryogenic pressure vessel to the pressure regulator or fuel consumer is no longer possible or is possible only with a very low efficiency or with a reduction in power. The limit may e.g. 5 barü, 20 barü or 50 barü. The threshold may be the minimum operating pressure of a pressure regulator disposed between the second high pressure gas container and the fuel consumer.

Die Mindestbrennstoffdichte kann eine Dichte an Brennstoff sein, bei der eine weitere Entnahme von Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter nicht mehr möglich ist oder nicht gewünscht ist. Die Mindestbrennstoffdichte kann z.B. 0,15 g/l, 0,8 g/l oder 1,6 g/l betragen.The minimum fuel density may be a density of fuel at which further removal of fuel from the cryogenic pressure vessel is no longer possible or undesirable. The minimum fuel density may e.g. 0.15 g / l, 0.8 g / l or 1.6 g / l.

Der Maximalbetriebsdruck des kryogenen Druckbehälters kann z.B. ca. 350 barü, ca. 500 barü oder ca. 700 barü betragen. Der Maximalbetriebsdruck des ersten Hochdruckgasbehälters bzw. des zweiten Hochdruckgasbehälters kann z.B. ca. 350 barü, ca. 500 barü oder ca. 700 barü betragen. Die Brennstoffmaximalspeicherdichte des ersten Hochdruckgasbehälters und/oder des zweiten Hochdruckgasbehälters, d.h. die maximale Dichte an Brennstoff in dem ersten Hochdruckgasbehälter und/oder dem zweiten Hochdruckgasbehälter, kann z.B. ca. 23 g/l, ca. 30 g/l oder ca. 40 g/l betragen.The maximum operating pressure of the cryogenic pressure vessel may be e.g. about 350 barü, about 500 barü or about 700 barü amount. The maximum operating pressure of the first high-pressure gas container and the second high-pressure gas container may be e.g. about 350 barü, about 500 barü or about 700 barü amount. The maximum fuel storage density of the first high pressure gas container and / or the second high pressure gas container, i. the maximum density of fuel in the first high pressure gas container and / or the second high pressure gas container may e.g. about 23 g / l, about 30 g / l or about 40 g / l amount.

Die Hochdruckgasbehälter können jeweils insbesondere Druckbehälter sein, die zum Speichern von nicht-kryogenem Brennstoff bzw. von gasförmigem Brennstoff ausgebildet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass der Brennstoff beim Zuführen des Brennstoffs in den ersten Hochdruckgasbehälter und/oder in den zweiten Hochdruckgasbehälter (teilweise) kryogen ist. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere zum Speichern von kryogenem und/oder gasförmigen Brennstoff ausgebildet sein. Insbesondere können sich die Hochdruckgasbehälter von dem kryogenen Druckbehälter jeweils dadurch unterscheiden, dass der kryogene Druckbehälter stark wärmeisoliert ist, um den kryogenen Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter möglichst lange kryogen bei niedrigen Temperaturen (gegenüber der Betriebstemperatur des Fahrzeugs) zu speichern. Die Hochdruckgasbehälter können insbesondere jeweils keine, nur eine geringe oder eine variable Wärmeisolation aufweisen, so dass der Brennstoff in dem Hochdruckgasbehälter durch die Umgebung bzw. das Fahrzeug bzw. die Abwärme des Fahrzeugs erwärmt wird.The high-pressure gas containers can in each case in particular be pressure containers which are designed to store non-cryogenic fuel or gaseous fuel. However, it is also possible for the fuel to be (partially) cryogenic when the fuel is supplied to the first high-pressure gas container and / or into the second high-pressure gas container. The cryogenic pressure vessel may be designed in particular for storing cryogenic and / or gaseous fuel. In particular, the high-pressure gas containers may differ from the cryogenic pressure container in that the cryogenic pressure container is highly thermally insulated in order to cryogenically cryogenically heat the cryogenic fuel in the cryogenic pressure container at low temperatures (compared to the cryogenic pressure vessel) Operating temperature of the vehicle). The high-pressure gas containers may in particular each have no, only a small or a variable heat insulation, so that the fuel in the high pressure gas container is heated by the environment or the vehicle or the waste heat of the vehicle.

Der erste Hochdruckgasbehälter und/oder der zweite Hochdruckgasbehälter kann ein Druckbehälter vom Typ III sein. Druckbehälter vom Typ III können aus zwei Komponenten bestehen: einem Innenliner aus Metall (z.B. Stahl oder Aluminium) und einem Kohlefaserverbundmaterial, das den Innenliner umgibt und hauptsächlich für die Druckfestigkeit sorgt.The first high pressure gas container and / or the second high pressure gas container may be a Type III pressure vessel. Type III pressure vessels may consist of two components: an inner liner of metal (e.g., steel or aluminum) and a carbon fiber composite material surrounding the inner liner and primarily providing compressive strength.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckbehältersystems; und
  • 2 eine schematische Ansicht eines Hochdruckgasbehälters, der mittels eines ein Aerogel umfassendes Wärmeisolationsmaterial gegenüber der Umgebung wärmeisoliert ist.
The technology disclosed herein will now be explained with reference to figures. Show it:
  • 1 a schematic view of an embodiment of the pressure vessel system according to the invention; and
  • 2 a schematic view of a high pressure gas container, which is thermally insulated from the environment by means of an airgel comprehensive thermal insulation material.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckbehältersystems. Das Druckbehältersystem 10 umfasst drei Druckbehälter: einen kryogenen Druckbehälter 20, einen ersten Hochdruckgasbehälter 40 und einen zweiten Hochdruckgasbehälter 60. Die beiden Hochdruckgasbehälter 40, 60 können insbesondere nicht-kryogene Druckbehälter sein. Es ist auch möglich, dass der Brennstoff beim Zuführen des Brennstoffs in den ersten Hochdruckgasbehälter 40 und/oder in den zweiten Hochdruckgasbehälter 60 (teilweise) kryogen ist. Die drei Druckbehälter sind jeweils zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, ausgebildet. 1 shows a schematic view of an embodiment of the pressure vessel system according to the invention. The pressure vessel system 10 includes three pressure vessels: a cryogenic pressure vessel 20 , a first high-pressure gas container 40 and a second high-pressure gas container 60 , The two high pressure gas tanks 40 . 60 may in particular be non-cryogenic pressure vessels. It is also possible that the fuel when feeding the fuel into the first high-pressure gas container 40 and / or in the second high-pressure gas container 60 (partially) cryogenic. The three pressure vessels are each designed to store fuel, in particular hydrogen.

Der kryogene Druckbehälter 20 bzw. ein Einlass des kryogenen Druckbehälters 20 ist über eine Verbindungsleitung 17 mit einer Befüllöffnung/Tankkupplung 15 verbunden. Die Befüllöffnung/Tankkupplung 15 kann mit einer Befüllquelle, z.B. einer Brennstofftankstelle verbunden werden. Der Brennstoff gelangt über die Befüllöffnung/Tankkupplung 15 in den kryogenen Druckbehälter 20 und wird darin gespeichert. Ein Absperrventil (erstes Absperrventil 22) ist in der Verbindungsleitung 17 zwischen dem kryogenen Druckbehälter 20 und der Tankkupplung angeordnet. Das Absperrventil bzw. das erste Absperrventil 22 kann ein Drei-Wege-Ventil sein.The cryogenic pressure vessel 20 or an inlet of the cryogenic pressure vessel 20 is via a connection line 17 with a filling opening / tank coupling 15 connected. The filling opening / tank coupling 15 can be connected to a filling source, eg a fuel station. The fuel passes through the filling opening / tank coupling 15 in the cryogenic pressure vessel 20 and is stored in it. A shut-off valve (first shut-off valve 22 ) is in the connection line 17 between the cryogenic pressure vessel 20 and the tank coupling arranged. The shut-off valve or the first shut-off valve 22 can be a three-way valve.

Ein Auslass des kryogenen Druckbehälters 20 ist über eine Verbindungsleitung 25 mit einem Ein-/Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters 40 verbunden. Am Auslass des kryogenen Druckbehälters 20 ist ein Absperrventil (zweites Absperrventil 23) zum Absperren des Auslasses des kryogenen Druckbehälters 20 angeordnet.An outlet of the cryogenic pressure vessel 20 is via a connection line 25 with an inlet / outlet of the first high-pressure gas container 40 connected. At the outlet of the cryogenic pressure vessel 20 is a shut-off valve (second shut-off valve 23 ) for shutting off the outlet of the cryogenic pressure vessel 20 arranged.

Der erste Hochdruckgasbehälter 40 weist einen Ein-/Auslass (in 1 links) und einen Auslass (in 1 rechts) auf. Es ist ein Absperrventil (drittes Absperrventil 42) zum Absperren des Ein-/Auslasses und ein Absperrventil (viertes Absperrventil 43) zum Absperren des Auslasses angeordnet.The first high-pressure gas container 40 has an inlet / outlet (in 1 left) and an outlet (in 1 right). It is a shut-off valve (third shut-off valve 42 ) to shut off the inlet / outlet and a shut-off valve (fourth shut-off valve 43 ) arranged to shut off the outlet.

Der Auslass des kryogenen Druckbehälters 20 ist zudem über eine Verbindungsleitung 27 mit einem Einlass des zweiten Hochdruckgasbehälters 60 fluidverbunden. Die Verbindungsleitung 25, 27 zwischen dem kryogenen Druckbehälter 20 und dem ersten Hochdruckgasbehälter 40 bzw. dem zweiten Hochdruckgasbehälter 60 zweigt aus einer ersten Verbindungsleitung ab, die mit dem Auslass des kryogenen Druckbehälters 20 fluidverbunden ist. Vorstellbar ist jedoch auch, dass die Verbindungsleitungen 25, 27 vom Auslass des kryogenen Druckbehälters 20 zu dem ersten Hochdruckgasbehälter 40 und zu dem zweiten Hochdruckgasbehälter 60 keinen gemeinsamen Teil aufweisen.The outlet of the cryogenic pressure vessel 20 is also via a connection line 27 with an inlet of the second high-pressure gas container 60 fluidly connected. The connection line 25 . 27 between the cryogenic pressure vessel 20 and the first high-pressure gas container 40 or the second high-pressure gas container 60 branches off from a first connecting line, which connects to the outlet of the cryogenic pressure vessel 20 fluidly connected. However, it is also conceivable that the connecting lines 25 . 27 from the outlet of the cryogenic pressure vessel 20 to the first high-pressure gas container 40 and to the second high pressure gas container 60 have no common part.

In der Verbindungsleitung 27 zwischen dem kryogenen Druckbehälter 20 und dem zweiten Hochdruckgasbehälter 60 ist ein Absperrventil (fünftes Absperrventil 62) angeordnet.In the connection line 27 between the cryogenic pressure vessel 20 and the second high pressure gas container 60 is a shut-off valve (fifth shut-off valve 62 ) arranged.

Ein Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters 40 ist über eine Verbindungsleitung 46 mit dem Einlass des kryogenen Druckbehälters 20 bzw. dem Drei-Wege-Ventil in der Verbindungsleitung 17 bzw. dem erstem Absperrventil 22 verbunden. Hierdurch kann Brennstoff, insbesondere „warmer“ bzw. durch die Umgebung erwärmter, Brennstoff aus dem ersten Hochdruckgasbehälter 40 dem kryogenen Druckbehälter 20 zugeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, Brennstoff aus dem zweiten Hochdruckgasbehälter 40 durch das dritte Absperrventil 42 und die Verbindungsleitung 25 sowie das zweite Absperrventil 23 in den kryogenen Druckbehälter 20 strömen zu lassen, insbesondere um den Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter 20 mittels des „warmen“ bzw. durch die Umgebung erwärmten Brennstoff aus dem ersten Hochdruckgasbehälter 40 zu erwärmen. Hierdurch kann insbesondere der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter 20 über den Grenzwert erhöht werden.An outlet of the first high-pressure gas container 40 is via a connection line 46 with the inlet of the cryogenic pressure vessel 20 or the three-way valve in the connecting line 17 or the first shut-off valve 22 connected. As a result, fuel, in particular "warm" or heated by the environment, fuel from the first high-pressure gas tank 40 the cryogenic pressure vessel 20 be supplied. However, it is also possible to use fuel from the second high-pressure gas container 40 through the third shut-off valve 42 and the connection line 25 and the second shut-off valve 23 in the cryogenic pressure vessel 20 to flow, in particular to the fuel in the cryogenic pressure vessel 20 by means of the "warm" or heated by the environment fuel from the first high-pressure gas container 40 to warm up. In this way, in particular, the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel 20 be increased above the limit.

Ein Auslass des zweiten Hochdruckgasbehälters 60 ist über eine Verbindungsleitung 65 mit einem Brennstoffverbraucher 80 verbunden. In dieser Verbindungsleitung 65 kann ein Druckregler angeordnet sein, der den Druck des Brennstoffs auf den Druck regelt, den der Brennstoffverbraucher 80 benötigt bzw. der zu einer hohen Effizienz des Brennstoffverbrauchers 80 führt. Zudem kann in dieser Verbindungsleitung 65 ein Absperrventil (sechstes Absperrventil 64) angeordnet sein.An outlet of the second high pressure gas container 60 is via a connection line 65 with a fuel consumer 80 connected. In this connection line 65 may be arranged a pressure regulator, which regulates the pressure of the fuel to the pressure that the fuel consumer 80 needed or to a high efficiency of fuel consumer 80 leads. In addition, in this connection line 65 a shut-off valve (sixth shut-off valve 64 ) can be arranged.

Der Brennstoffverbraucher 80 kann eine Brennstoffzelle umfassen oder sein. Die Brennstoffzelle kann z.B. das Fahrzeug, in dem das Druckbehältersystem 10 angeordnet ist, antreiben.The fuel consumer 80 may include or be a fuel cell. For example, the fuel cell may be the vehicle in which the pressure vessel system 10 is arranged, drive.

Wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter 20 höher als ein Grenzwert bzw. Druckgrenzwert ist, wird der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter 20 über die Verbindungsleitung 27 dem zweiten Hochdruckgasbehälter 60 zugeführt bzw. durch den zweiten Hochdruckgasbehälter 60 geführt. Hierdurch wird der Brennstoff erwärmt, da der zweite Hochdruckgasbehälter 60 keine oder nur eine geringe Wärmeisolierung (zumindest zu diesem Zeitpunkt bzw. während der Entnahme des Brennstoffs aus dem Druckbehältersystem) aufweist. Somit wird der Brennstoff vorkonditioniert. Ein Kühlmittelwärmetauscher zum Erwärmen des Brennstoffs vor dem Zuführen des Brennstoffs zu dem Brennstoffverbraucher bzw. dem Druckregler wird nicht benötigt bzw. ist nicht notwendig.When the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel 20 is higher than a limit or pressure limit, the fuel from the cryogenic pressure vessel 20 over the connecting line 27 the second high-pressure gas container 60 supplied or through the second high-pressure gas container 60 guided. As a result, the fuel is heated, since the second high-pressure gas tank 60 No or only a small heat insulation (at least at this time or during the removal of the fuel from the pressure vessel system). Thus, the fuel is preconditioned. A coolant heat exchanger for heating the fuel before supplying the fuel to the fuel consumer or the pressure regulator is not needed or is not necessary.

Wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter 20 höher als ein Grenzwert ist, ist die Verbindungsleitung 46 von dem Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters 40 zu dem Einlass des kryogenen Druckbehälters 20 geschlossen.When the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel 20 is higher than a threshold, is the trunk 46 from the outlet of the first high pressure gas container 40 to the inlet of the cryogenic pressure vessel 20 closed.

Der Brennstoff in dem ersten Hochdruckgasbehälter 40 und/oder in dem zweiten Hochdruckgasbehälter 60 wird durch die Umgebung erwärmt.The fuel in the first high-pressure gas container 40 and / or in the second high-pressure gas container 60 is heated by the environment.

Wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter 20 unter den Grenzwert fällt bzw. unterhalb des Grenzwerts liegt, jedoch die Dichte an Brennstoff bzw. Brennstoffdichte in dem kryogenem Druckbehälter 20 oberhalb einer Mindestbrennstoffdichte bzw. eines Mindestwerts liegt, wird die Verbindungsleitung 27 von dem Auslass des kryogenen Druckbehälters 20 zu dem Einlass des zweiten Hochdruckgasbehälters 60 geschlossen. Zudem wird, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter 20 unter den Grenzwert fällt bzw. unterhalb des Grenzwerts liegt, die Dichte an Brennstoff bzw. Brennstoffdichte in dem kryogenem Druckbehälter 20 oberhalb einer Mindestbrennstoffdichte bzw. eines Mindestwerts liegt, die Verbindungsleitung 46, die von dem Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters 40 zu dem Einlass des kryogenen Druckbehälters 20 verläuft, geöffnet. Hierdurch gelangt warmer Brennstoff aus dem ersten Hochdruckgasbehälter 40 in den kryogenen Druckbehälter 20. Hierdurch wird der Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter 20 erwärmt bzw. es entsteht eine Mischung von kaltem Brennstoff, der in dem kryogenen Druckbehälter 20 vorhanden bzw. gespeichert war, und warmem Brennstoff, der aus dem ersten Hochdruckgasbehälter 40 stammt. Hierdurch erhöht sich der Druck in dem kryogenen Druckbehälter 20. Wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter 20 (wieder) oberhalb des Grenzwerts liegt, wird die Verbindungsleitung 46 geschlossen und die Verbindungsleitung 27 geöffnet. Nun strömt der Brennstoff erneut aus dem kryogenen Druckbehälter 20 in den zweiten Hochdruckgasbehälter 60 bzw. durch den zweiten Hochdruckgasbehälter 60 zu dem Brennstoffverbraucher 80.When the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel 20 below the threshold, but the density of fuel or fuel density in the cryogenic pressure vessel 20 above a minimum fuel density or a minimum value, the connecting line 27 from the outlet of the cryogenic pressure vessel 20 to the inlet of the second high-pressure gas container 60 closed. In addition, when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel 20 below the threshold, the density of fuel or fuel density in the cryogenic pressure vessel 20 above a minimum fuel density or a minimum value, the connecting line 46 coming from the outlet of the first high-pressure gas tank 40 to the inlet of the cryogenic pressure vessel 20 runs, opened. As a result, warm fuel from the first high-pressure gas container passes 40 in the cryogenic pressure vessel 20 , As a result, the fuel in the cryogenic pressure vessel 20 is heated or it creates a mixture of cold fuel in the cryogenic pressure vessel 20 was present or stored, and warm fuel from the first high-pressure gas tank 40 comes. This increases the pressure in the cryogenic pressure vessel 20 , When the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel 20 (again) is above the limit, the connecting line 46 closed and the connection line 27 open. Now the fuel flows out of the cryogenic pressure vessel again 20 in the second high pressure gas container 60 or by the second high-pressure gas container 60 to the fuel consumer 80 ,

Dem kryogenen Druckbehälter 20 wird Brennstoff nur dann entnommen (abgesehen vom dem Fall des Erreichens eines maximalen Betriebsdrucks des kryogenen Druckbehälters 20), wenn der Brennstoffverbraucher 80 Brennstoff benötigt.The cryogenic pressure vessel 20 For example, fuel is only extracted (except for the case of reaching a maximum operating pressure of the cryogenic pressure vessel 20 ) when the fuel consumer 80 Fuel needed.

Falls der Druck des Brennstoffs, z.B. aufgrund längerer Standzeit, einen maximalen Betriebsdruck bzw. Maximalbetriebsdruck des kryogenen Druckbehälters 20 erreicht oder überschreitet, wird Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter 20 in den ersten Hochdruckgasbehälter 40 und/oder in den zweiten Hochdruckgasbehälter 60 strömen gelassen (sogenanntes Abblasen). Somit wird kein Blow-Off-Management-System zum Umwandeln des Brennstoffs in ein nicht-brennbares Material benötigt.If the pressure of the fuel, eg due to a longer service life, a maximum operating pressure or maximum operating pressure of the cryogenic pressure vessel 20 reaches or exceeds fuel from the cryogenic pressure vessel 20 in the first high-pressure gas container 40 and / or in the second high-pressure gas container 60 allowed to flow (so-called blow-off). Thus, no blow-off management system is needed to convert the fuel to a non-combustible material.

Das Druckbehältersystem 10 kann derart betrieben werden, dass der zweite Hochdruckgasbehälter 60 annähernd leer an Brennstoff bleibt (einen niedrigen state-of-charge aufweist), d.h., dass der Brennstoff im Wesentlichen durch den zweiten Hochdruckgasbehälter geführt wird, und der erste Hochdruckgasbehälter 40 (die meiste Zeit) relativ voll ist bzw. einen hohen state-of-charge (SOC) aufweist. Es ist auch möglich, aus dem zweiten Hochdruckgasbehälter 60 zunächst Brennstoff zu entnehmen, bis dieser (fast) leer ist. Somit steht Speicherkapazität bzw. -volumen in dem zweiten Hochdruckgasbehälter 60 für die Aufnahme von Brennstoff, der als Blow-Off aufgrund eines zu hohen Drucks aus dem kryogenen Druckbehälter 20 abgeblasen wird, zur Verfügung. Folglich muss kein oder nur wenig Brennstoff bei einem Blow-Off aus dem kryogenen Druckbehälter 20 in die Umgebung abgegeben werden.The pressure vessel system 10 can be operated such that the second high-pressure gas tank 60 remains nearly empty of fuel (has a low state-of-charge), that is, that the fuel is passed substantially through the second high-pressure gas container, and the first high-pressure gas container 40 (most of the time) is relatively full or has a high state-of-charge (SOC). It is also possible from the second high pressure gas container 60 first remove fuel until it is (almost) empty. Thus, storage capacity is in the second high-pressure gas container 60 for the absorption of fuel, as a blow-off due to excessive pressure from the cryogenic pressure vessel 20 is blown off. Consequently, little or no fuel has to be blown off the cryogenic pressure vessel 20 be discharged into the environment.

Das Druckbehältersystem 10 kann mehr als drei Druckbehälter umfassen. Die weiteren Druckbehälter können kryogene Druckbehälter und/oder Hochdruckgasbehälter sein.The pressure vessel system 10 can include more than three pressure vessels. The further pressure vessels may be cryogenic pressure vessels and / or high-pressure gas vessels.

Das Druckbehältersystem 10 kann zudem ein Steuergerät (nicht gezeigt) umfassen, das die Ventile in den Verbindungsleitungen 17, 25, 27, 46, 65 des Druckbehältersystems 10 bzw. die Verbindungsleitungen 17, 25, 27, 46, 65 des Druckbehältersystems 10 jeweils öffnet und schließt, so dass der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter 20 in den ersten Hochdruckgasbehälter 40 und/oder zweiten Hochdruckgasbehälter 60 und schließlich zu dem Brennstoffverbraucher 80 gelangt sowie aus dem ersten Hochdruckgasbehälter 40 in den kryogenen Druckbehälter 20 über die Verbindungsleitung 46 zurückgeführt wird.The pressure vessel system 10 may also include a controller (not shown) that controls the valves in the connecting lines 17 . 25 . 27 . 46 . 65 of the pressure vessel system 10 or the connecting lines 17 . 25 . 27 . 46 . 65 of the pressure vessel system 10 each opens and closes, allowing the fuel from the cryogenic pressure vessel 20 in the first High-pressure gas tank 40 and / or second high-pressure gas container 60 and finally to the fuel consumer 80 as well as from the first high-pressure gas tank 40 in the cryogenic pressure vessel 20 over the connecting line 46 is returned.

Beim Befüllen des Druckbehältersystems 10 wird der Brennstoff zunächst durch den kryogenen Druckbehälter 20 strömen gelassen und in den ersten Hochdruckgasbehälter 40 und/oder in den zweiten Hochdruckgasbehälter 60 strömen gelassen und darin gespeichert. Dies kühlt den kryogenen Druckbehälter 20 ab. Hierbei wird die Dichte des Brennstoffs in den beiden Hochdruckgasbehälter 40, 60 überwacht. Wenn die Dichte des Brennstoffs in dem jeweiligen Hochdruckgasbehälter 40, 60 einen kritischen Wert bzw. maximal erlaubten Wert erreicht, wird ein weiteres Einströmen von Brennstoff in den jeweiligen Hochdruckgasbehälter 40, 60 verhindert. Weiterer dem Druckbehältersystem 10 zugeführter Brennstoff wird in dem kryogenen Druckbehälter 20 gespeichert. Vorstellbar ist auch, dass nur der kryogene Druckbehälter 20 befüllt wird.When filling the pressure vessel system 10 The fuel is first through the cryogenic pressure vessel 20 allowed to flow and into the first high pressure gas tank 40 and / or in the second high-pressure gas container 60 flowed and stored in it. This cools the cryogenic pressure vessel 20 from. Here, the density of the fuel in the two high pressure gas tank 40 . 60 supervised. When the density of the fuel in the respective high pressure gas container 40 . 60 reaches a critical value or maximum allowed value, a further inflow of fuel into the respective high-pressure gas container 40 . 60 prevented. Further the pressure vessel system 10 supplied fuel is in the cryogenic pressure vessel 20 saved. It is also conceivable that only the cryogenic pressure vessel 20 is filled.

Grundsätzlich ist es auch möglich, alle drei Druckbehälter, d.h. den kryogenen Druckbehälter 20, den ersten Hochdruckgasbehälter 40 und den zweiten Hochdruckgasbehälter 60 mit warmen Brennstoff bzw. nicht-kryogenem Brennstoff zu befüllen. Dadurch sinkt zwar die maximale Menge an Brennstoff, die in dem Druckbehältersystem 10 aufgenommen werden kann, jedoch kann das Druckbehältersystem 10 auch an einer 35 MPa-Tankstelle und/oder an einer 70 MPa—Tankstelle befüllt werden. Für eine Befüllung des Druckbehältersystems 10 an einer 70 MPa kann man eine Befüllkupplung über die Verbindungsleitung 25 und/oder die Verbindungsleitung 27 anschließen. Das zweite Absperrventil 23 kann hierbei geschlossen bleiben. Alternativ kann es beim Erreichen eines Drucks des Brennstoffs von 35 MPa geschlossen werden. Auch eine Befüllung des Druckbehältersystems 10 über die Tankkupplung 15 ist möglich, wobei die Verbindungsleitung 46, das dritte Absperrventil 42 und das das vierte Absperrventil sowie die Verbindungsleitung 62 geöffnet werden.In principle, it is also possible to use all three pressure vessels, ie the cryogenic pressure vessel 20 , the first high-pressure gas container 40 and the second high pressure gas container 60 to fill with warm fuel or non-cryogenic fuel. Although this reduces the maximum amount of fuel in the pressure vessel system 10 can be included, however, the pressure vessel system 10 can also be filled at a 35 MPa filling station and / or at a 70 MPa filling station. For a filling of the pressure vessel system 10 at a 70 MPa you can use a filling coupling via the connecting line 25 and / or the connection line 27 connect. The second shut-off valve 23 can be closed here. Alternatively, it can be closed upon reaching a pressure of the fuel of 35 MPa. Also a filling of the pressure vessel system 10 over the tank coupling 15 is possible, with the connecting line 46 , the third shut-off valve 42 and that the fourth shut-off valve and the connecting line 62 be opened.

Im ersten Hochdruckgasbehälter 40 wird der Brennstoff vorkonditioniert. Dies bedeutet insbesondere, dass der Brennstoff durch Wärmeeintrag aus der Umgebung erwärmt wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu wird im zweiten Hochdruckgasbehälter 60 der Brennstoff durch Wärmeeintrag aus der Umgebung erwärmt.In the first high-pressure gas container 40 the fuel is preconditioned. This means in particular that the fuel is heated by heat input from the environment. Additionally or alternatively, in the second high-pressure gas container 60 the fuel is heated by heat input from the environment.

2 zeigt eine schematische Ansicht des ersten Hochdruckgasbehälters 40, der mittels eines ein Aerogel 115 umfassendes Isolationsmaterial gegenüber der Umgebung wärmeisoliert ist. Der zweite Hochdruckgasbehälter 60 kann baugleich hierzu ausgebildet sein. 2 shows a schematic view of the first high-pressure gas container 40 by means of an airgel 115 comprehensive insulating material is thermally insulated from the environment. The second high-pressure gas container 60 can be designed identical to this.

Das Isolationsmaterial befindet sich zwischen einer Innenhülle 110 und einer Außenhülle 100 des ersten Hochdruckgasbehälters 40. Eine, zwei oder mehr als zwei in Serie geschaltete Vakuumpumpen 120, 120' können einen Unterdruck gegenüber der Umgebung bzw. gegenüber dem Umgebungsdruck in dem Aerogel 115 erzeugen. Der Unterdruck ist variabel einstellbar. Beim Befüllen des Druckbehältersystem 10 bzw. der beiden Hochdruckgasbehälter 40, 60 wird einen ersten hohen Wärmeisolationswert auf, d.h. der Brennstoff ist gut gegen die Umgebung wärmeisoliert. Beim Entnehmen des Brennstoffs aus dem jeweiligen Hochdruckgasbehälter 40, 60 wird die Wärmeisolation auf einen zweiten Wert eingestellt, indem der Unterdruck bzw. Druck in dem Aerogel 115 erhöht wird. Dies führt zu einer gezielt schlechteren Wärmeisolierung. Hierdurch erwärmt sich der Brennstoff in dem jeweiligen Hochdruckgasbehälter 40, 60 durch die Umgebung, während er durch Entnahme von Brennstoff abkühlt. Dies führt üblicherweise zu einer geringen Abkühlung des Brennstoffs im Vergleich zu dem Fall, in dem die Wärmeisolation konstant gehalten wird. Weitere Elemente bzw. Ventile zum Erhöhen des Drucks bzw. Angleichens des Drucks in dem Aerogel 115 an den Umgebungsdruck sind in 2 nicht gezeigt.The insulation material is located between an inner shell 110 and an outer shell 100 of the first high pressure gas container 40 , One, two or more than two vacuum pumps connected in series 120 . 120 ' can be a negative pressure relative to the environment or to the ambient pressure in the airgel 115 produce. The vacuum is variably adjustable. When filling the pressure vessel system 10 or the two high-pressure gas tank 40 . 60 becomes a first high heat insulation value, ie the fuel is well insulated from the environment. When removing the fuel from the respective high pressure gas tank 40 . 60 The heat insulation is set to a second value by the negative pressure or pressure in the airgel 115 is increased. This leads to a deliberately poorer thermal insulation. As a result, the fuel heats up in the respective high-pressure gas container 40 . 60 through the environment while cooling by removing fuel. This usually leads to a small cooling of the fuel compared to the case in which the heat insulation is kept constant. Other elements or valves for increasing the pressure or equalizing the pressure in the airgel 115 to the ambient pressure are in 2 Not shown.

Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein kryogener Druckbehälter, der/ein erster Hochdruckgasbehälter, der/ein zweiter Hochdruckgasbehälter, das/ein Steuergerät, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine kryogene Druckbehälter, der mindestens eine erste Hochdruckgasbehälter, der mindestens eine zweite Hochdruckgasbehälter, das Steuergerät, etc.).For the sake of legibility, the term "at least one" has been omitted for simplicity. If a feature of the technology disclosed herein is described in the singular or indefinite (eg, the / a cryogenic pressure vessel, the / a first high-pressure gas tank, the / a second high-pressure gas tank, the / a controller, etc.) at the same time also their plurality with be disclosed (eg, the at least one cryogenic pressure vessel, the at least one first high-pressure gas tank, the at least one second high-pressure gas tank, the control unit, etc.).

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.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
DruckbehältersystemPressure vessel system
1515
Befüllöffnung/TankkupplungFilling / tanker coupling
1717
Verbindungsleitung von der Tankkupplung zu dem kryogenen DruckbehälterConnecting line from the tank coupling to the cryogenic pressure vessel
2020
kryogener Druckbehältercryogenic pressure vessel
22 22
erstes Absperrventilfirst shut-off valve
2323
zweites Absperrventilsecond shut-off valve
2525
Verbindungsleitung von dem kryogenen Druckbehälter zu dem ersten HochdruckgasbehälterConnecting line from the cryogenic pressure vessel to the first high pressure gas container
2727
Verbindungsleitung von dem kryogenen Druckbehälter zu dem zweiten HochdruckgasbehälterConnecting line from the cryogenic pressure vessel to the second high-pressure gas container
4040
erster Hochdruckgasbehälterfirst high-pressure gas container
4242
drittes Absperrventilthird shut-off valve
4343
viertes Absperrventilfourth shut-off valve
4646
Verbindungsleitung von dem Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters zu dem Einlass des kryogenen DruckbehältersConnecting line from the outlet of the first high pressure gas container to the inlet of the cryogenic pressure vessel
6060
zweiter Hochdruckgasbehältersecond high-pressure gas container
6262
fünftes Absperrventilfifth shut-off valve
6464
sechstes Absperrventilsixth stop valve
6565
Verbindungsleitung von dem zweiten Hochdruckgasbehälter zu dem BrennstoffverbraucherConnecting line from the second high-pressure gas tank to the fuel consumer
8080
Brennstoffverbraucherfuel consumers
100100
Außenhülleouter shell
110110
Innenhülleinterior Skin
115115
Aerogelairgel
120, 120'120, 120 '
Vakuumpumpevacuum pump

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1546601 B1 [0006]EP 1546601 B1 [0006]

Claims (9)

Druckbehältersystem (10) für ein Fahrzeug, wobei das Druckbehältersystem (10) - mindestens einen kryogenen Druckbehälter (20) zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, - einen ersten Hochdruckgasbehälter (40) zum Speichern von Brennstoff, und - einen zweiten Hochdruckgasbehälter (60) zum Speichern von Brennstoff umfasst, wobei ein Einlass des kryogenen Druckbehälters (20) über eine Verbindungsleitung (17) mit einer Befüllöffnung (15) zum Befüllen des kryogenen Druckbehälters (20) fluidverbunden ist, wobei ein Auslass des kryogenen Druckbehälters (20) über eine absperrbare Verbindungsleitung (25) mit einem Ein-/Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters (40) und über eine absperrbare Verbindungsleitung (27) mit einem Einlass des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) fluidverbunden ist, wobei ein Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters (40) über eine absperrbare Verbindungsleitung (46) mit dem Einlass des kryogenen Druckbehälters (20) fluidverbunden ist, und wobei ein Auslass des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) über eine Verbindungsleitung (65) mit einem Brennstoffverbraucher (80) fluidverbunden ist.Pressure vessel system (10) for a vehicle, wherein the pressure vessel system (10) at least one cryogenic pressure vessel (20) for storing fuel, in particular hydrogen, - A first high pressure gas container (40) for storing fuel, and - a second high-pressure gas container (60) for storing fuel, wherein an inlet of the cryogenic pressure vessel (20) via a connecting line (17) with a filling opening (15) for filling the cryogenic pressure vessel (20) is fluidly connected, wherein an outlet of the cryogenic pressure vessel (20) via a shut-off connection line (25) with an inlet / outlet of the first high-pressure gas container (40) and via a shut-off connection line (27) with an inlet of the second high-pressure gas container (60) is fluidly connected, wherein an outlet of the first high-pressure gas container (40) is fluidly connected to the inlet of the cryogenic pressure vessel (20) via a shut-off connection line (46), and wherein an outlet of the second high pressure gas container (60) is fluidly connected to a fuel consumer (80) via a connection line (65). Druckbehältersystem (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Steuergerät zum Öffnen und Schließen der Verbindungsleitungen, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass das Steuergerät, - wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter (20) gleich oder höher als ein Grenzwert ist und höher als der Druck des Brennstoffs in dem zweiten Hochdruckgasbehälter (60) ist, die Verbindungsleitung (27) von dem Auslass des kryogenen Druckbehälters (20) zu dem Einlass des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) öffnet und die Verbindungsleitung (46) von dem Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters (40) zu dem Einlass des kryogenen Druckbehälters (20) schließt, und, - wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter (20) niedriger als der Grenzwert ist und niedriger als der Druck des Brennstoffs in dem ersten Hochdruckgasbehälter (40) ist, die Verbindungsleitung (46) von dem Auslass des ersten Hochdruckgasbehälters (40) zu dem Einlass des kryogenen Druckbehälters (20) öffnet.Pressure vessel system (10) after Claim 1 , further comprising a control unit for opening and closing the connecting lines, wherein the control unit is designed such that the control unit, - when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel (20) is equal to or higher than a threshold value and higher than the pressure of the fuel in the second high-pressure gas container (60), the connecting line (27) opens from the outlet of the cryogenic pressure container (20) to the inlet of the second high-pressure gas container (60) and the connecting line (46) from the outlet of the first high-pressure gas container (40) Inlet of the cryogenic pressure vessel (20) closes, and, if the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel (20) is lower than the limit and lower than the pressure of the fuel in the first high-pressure gas vessel (40), the connection line (46) from the outlet of the first high-pressure gas container (40) opens to the inlet of the cryogenic pressure vessel (20). Druckbehältersystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Hochdruckgasbehälter (40) und/oder der zweite Hochdruckgasbehälter (60) ein Aerogel (115) umfassendes Wärmeisolationsmaterial aufweisen, wobei das Druckbehältersystem (10) zudem mindestens eine Vakuumpumpe, insbesondere mindestens zwei Vakuumpumpen, zum Erzeugen eines variabel einstellbaren Unterdrucks in dem Aerogel (115) umfasst.Pressure vessel system (10) after Claim 1 or 2 wherein the first high-pressure gas container (40) and / or the second high-pressure gas container (60) comprise a thermal insulation material comprising airgel (115), wherein the pressure container system (10) additionally comprises at least one vacuum pump, in particular at least two vacuum pumps, for generating a variably adjustable negative pressure in the Airgel (115) comprises. Druckbehältersystem (10) nach Anspruch 3, wobei das Steuergerät zum Einstellen eines Drucks in dem Aerogel (115) des jeweiligen Hochdruckgasbehälters (40, 60) abhängig davon, ob dem jeweiligen Hochdruckgasbehälter (40, 60) Brennstoff zugeführt, gespeichert und/oder entnommen wird, ausgebildet ist.Pressure vessel system (10) after Claim 3 in that the control device is designed to set a pressure in the airgel (115) of the respective high-pressure gas container (40, 60) depending on whether fuel is stored, stored and / or removed from the respective high-pressure gas container (40, 60). Verfahren zum Zuführen von Brennstoff aus einem in einem Fahrzeug angeordneten Druckbehältersystem (10) zu einem Brennstoffverbraucher (80), wobei das Druckbehältersystem (10) mindestens einen kryogenen Druckbehälter (20) zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, einen ersten Hochdruckgasbehälter (40) zum Speichern von Brennstoff, und einen zweiten Hochdruckgasbehälter (60) zum Speichern von Brennstoff umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter (20) gleich oder höher als ein Grenzwert ist und höher als der Druck des Brennstoffs in dem zweiten Hochdruckgasbehälter (60) ist: Strömen lassen des Brennstoffs aus dem kryogenen Druckbehälter (20) in den zweiten Hochdruckgasbehälter (60); - wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter (20) niedriger als der Grenzwert ist und niedriger als der Druck des Brennstoffs in dem ersten Hochdruckgasbehälter (40) ist: Strömen lassen des Brennstoffs aus dem ersten Hochdruckgasbehälter (40) in den kryogenen Druckbehälter (20) zum Erhöhen des Drucks des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter (20); und - Strömen lassen des Brennstoffs aus dem zweiten Hochdruckgasbehälter (60) zu dem Brennstoffverbraucher (80).Method for supplying fuel from a pressure vessel system (10) arranged in a vehicle to a fuel consumer (80), the pressure vessel system (10) comprising at least one cryogenic pressure vessel (20) for storing fuel, in particular hydrogen, a first high-pressure gas vessel (40) for storing fuel, and a second high-pressure gas vessel (60) for storing fuel, the method comprising the steps of: when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel (20) is equal to or higher than a threshold and higher than the pressure of the fuel in the second high pressure gas vessel (60): flowing the fuel from the cryogenic pressure vessel (20) to the second High pressure gas container (60); when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel (20) is lower than the limit and lower than the pressure of the fuel in the first high pressure gas vessel (40): flowing the fuel from the first high pressure gas vessel (40) into the cryogenic pressure vessel (20); 20) for increasing the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel (20); and - Streaming the fuel from the second high-pressure gas container (60) to the fuel consumer (80). Verfahren nach Anspruch 5, wobei wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter (20) durch Erwärmung einen Maximalbetriebsdruck des kryogenen Druckbehälters (20) erreicht, Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter (20) in den ersten Hochdruckgasbehälter (40) und/oder in den zweiten Hochdruckgasbehälter (60) strömen gelassen wird.Method according to Claim 5 wherein when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel (20) reaches a maximum operating pressure of the cryogenic pressure vessel (20) by heating, fuel from the cryogenic pressure vessel (20) into the first high pressure gas vessel (40) and / or into the second high pressure gas vessel (60 ) is allowed to flow. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei, bei dem Befüllen des Druckbehältersystems (10) mit Brennstoff der Brennstoff durch den kryogenen Druckbehälter (20) in den ersten Hochdruckgasbehälter (40) und/oder in den zweiten Hochdruckgasbehälter (60) strömen gelassen wird und in dem ersten Hochdruckgasbehälter (40) und/oder dem zweiten Hochdruckgasbehälter (60) gespeichert wird, bis ein Maximalbetriebsdruck und/oder eine Brennstoffmaximalspeicherdichte des ersten Hochdruckgasbehälters (40) und/oder des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) erreicht wird.Method according to Claim 5 or 6 wherein, when filling the pressure vessel system (10) with fuel, the fuel is flowed through the cryogenic pressure vessel (20) into the first high-pressure gas vessel (40) and / or into the second high-pressure gas vessel (60) and into the first high-pressure gas vessel (40) and / or the second high-pressure gas container (60) is stored until a maximum operating pressure and / or a maximum fuel storage density of the first High-pressure gas container (40) and / or the second high-pressure gas container (60) is achieved. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der erste Hochdruckgasbehälter (40) und/oder der zweite Hochdruckgasbehälter (60) ein Aerogel (115) umfassendes Wärmeisolationsmaterial aufweisen, wobei ein Druck in dem Aerogel (115) zum Verändern einer Wärmeisolationsgüte des ersten Hochdruckgasbehälters (40) und/oder des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) verändert wird.Method according to one of Claims 5 to 7 wherein the first high-pressure gas container (40) and / or the second high-pressure gas container (60) comprise heat insulating material comprising airgel (115), wherein a pressure in the airgel (115) for changing a thermal insulation quality of the first high-pressure gas container (40) and / or the second High-pressure gas container (60) is changed. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Druck in dem Aerogel (115) des ersten Hochdruckgasbehälters (40) bzw. des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) während eines Befüllens und/oder Speicherns des jeweiligen Hochdruckgasbehälters (40, 60) mit Brennstoff auf einen ersten Druckwert eingestellt wird, und der Druck in dem Aerogel (115) des ersten Hochdruckgasbehälters (40) bzw. des zweiten Hochdruckgasbehälters (60) während einer Entnahme von Brennstoff aus dem jeweiligen Hochdruckgasbehälter (40, 60) auf einen zweiten Wert eingestellt wird, wobei der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist, insbesondere der erste Wert höchstens halb so groß wie der zweite Wert ist.Method according to Claim 8 wherein the pressure in the airgel (115) of the first high-pressure gas container (40) and the second high-pressure gas container (60) is adjusted to a first pressure value during filling and / or storage of the respective high-pressure gas container (40, 60) with fuel, and Pressure in the airgel (115) of the first high-pressure gas container (40) and the second high-pressure gas container (60) during a removal of fuel from the respective high pressure gas container (40, 60) is set to a second value, wherein the first value is smaller than the second Value, in particular the first value is at most half as large as the second value.
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