DE102018206039A1 - Method for storing a gaseous medium and storage tank - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern eines gasförmigen Mediums (1) in einem Speichertank (10) eines Fahrzeugs mittels eines Speichermediums, wobei als Material für das Speichermedium MOF (Metal Organic Framework) verwendet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Speichertank (10) zum Speichern des gasförmigen Mediums (1).The invention relates to a method for storing a gaseous medium (1) in a storage tank (10) of a vehicle by means of a storage medium, wherein the material used for the storage medium MOF (Metal Organic Framework). Furthermore, the invention relates to a storage tank (10) for storing the gaseous medium (1).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern eines gasförmigen Mediums mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Speichertank für ein gasförmiges Medium mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1.The invention relates to a method for storing a gaseous medium having the features of the preamble of
Ein Verfahren sowie ein Speichertank mit den Merkmalen der Oberbegriffe der beiden unabhängigen Ansprüche sind aus der
Aus der eingangs genannten Schrift der Anmelderin ist es daher bekannt, innerhalb des Speichertanks MOF (metallic organic framework) Material, d.h. Material aus Metall-organischen Gerüsten zur Gasspeicherung zu verwenden. Dieses Material zeichnet sich dadurch aus, dass die Gasmoleküle in Hohlräumen des MOF-Materials gespeichert bzw. absorbiert werden. Diese Technologie ermöglicht es insbesondere, den Druck des Speichertanks von den eingangs erwähnten einigen 100bar auf typischerweise maximal ca. 70bar bei gleichem Speichervolumen des gasförmigen Mediums im Speichertank zu reduzieren. Obwohl in der genannten Schrift keinerlei genaue Angaben hinsichtlich der Form des MOF-Materials offenbart sind, ist es üblich, dieses Material in Art eines Festkörpers durch Kompression auszubilden und in dem Speichertank anzuordnen. Durch die Kompression des Materials bzw. der Partikel des Materials steht jedoch nur eine bestimmte Teiloberfläche der Partikel zur Gasspeicherung zur Verfügung. Es ist somit zur Speicherung eines bestimmten Volumens bzw. einer bestimmten Masse des gasförmigen Mediums eine relativ hohe Menge an MOF-Partikeln bzw. einer relativ groß ausgebildeter Speichertank erforderlich.It is therefore known from the Applicant's specification cited at the outset that within the storage tank MOF (metallic organic framework) material, i. Use material from metal-organic frameworks for gas storage. This material is characterized by the fact that the gas molecules are stored or absorbed in cavities of the MOF material. This technology makes it possible, in particular, to reduce the pressure of the storage tank from the above-mentioned several hundred bars to typically a maximum of about 70 bars for the same storage volume of the gaseous medium in the storage tank. Although no exact details regarding the shape of the MOF material are disclosed in the cited document, it is customary to form this material in the manner of a solid by compression and to arrange it in the storage tank. Due to the compression of the material or of the particles of the material, however, only a certain partial surface of the particles is available for gas storage. It is thus necessary to store a certain volume or a specific mass of the gaseous medium, a relatively high amount of MOF particles or a relatively large trained storage tank.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Speichern eines gasförmigen Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie der erfindungsgemäße Speichertank für das gasförmige Medium mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs hat den Vorteil, dass es auf überraschende Art und Weise unter Verwendung von relativ geringer Menge von MOF-Material ermöglicht, relativ große Mengen von gasförmigem Medium im Speichertank zu bevorraten. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, im Gegensatz zur üblicherweise verwendeten Technologie, bei der das MOF-Material bzw. dessen Partikel komprimiert werden, diese nicht zu komprimieren bzw. möglichst feinkörnig auszubilden, sodass pro Partikel des MOF-Materials eine maximale Oberfläche zur Anbindung der Gasmoleküle des gasförmigen Mediums zur Verfügung steht. Weiterhin ist es vorgesehen, die Partikel des MOF-Materials derart in dem Speichertank anzuordnen, dass diese lose, d.h. freibeweglich in einem Teilraum des Speichertanks angeordnet sind. Dies ermöglicht es, dass das Gas die MOF-Partikel umströmen kann und somit die Aufnahmekapazität der MOF-Partikel maximal ausgenutzt wird.The inventive method for storing a gaseous medium with the features of
Konkret schlägt es die Lehre des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass das MOF-Material in Form loser, freibeweglicher Partikel im Speichertank angeordnet wird, sodass die MOF-Partikel beim Einleiten des gasförmigen Mediums in den Speichertank von dem Medium umströmt werden, wobei die Gasmoleküle des Mediums von dem MOF-Material bzw. den MOF-Partikeln gebunden werden. Hinsichtlich des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs sieht es die Lehre der Erfindung vor, dass das MOF-Material in Form loser, freibeweglicher MOF-Partikel in einem Teilraum des Speichertanks zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist.Specifically, it proposes the teaching of the method according to the invention, that the MOF material is arranged in the form of loose, freely moving particles in the storage tank, so that the MOF particles are flowed when introducing the gaseous medium into the storage tank from the medium, wherein the gas molecules of the medium be bound by the MOF material or the MOF particles. With regard to the independent apparatus claim, the teaching of the invention provides that the MOF material is arranged in the form of loose, freely movable MOF particles in a subspace of the storage tank between the inlet and the outlet.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Speichern eines gasförmigen Mediums sowie des Speichertanks sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Advantageous developments of the inventive method for storing a gaseous medium and the storage tank are carried out in the respective subclaims.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren sieht vor, dass die MOF-Partikel innerhalb des Speichertanks in einem Teilraum angeordnet werden, der in Richtung eines (Gas)Auslasses von einem für die MOF-Partikel nicht passierbaren Sperrelement begrenzt ist, und dass die Gasmoleküle das Sperrelement beim Öffnen des Auslasses in Richtung des Auslasses passieren. Ein derartiges Verfahren stellt insbesondere sicher, dass keine MOF-Partikel aus dem Bereich des Speichertanks ausgeschieden werden und ggf. Einrichtungen, die mit dem gasförmigen Medium betrieben werden, beschädigen können. Darüber hinaus wird durch die Vermeidung von Materialverlust von MOF-Partikeln über die gesamte Lebensdauer bzw. Betriebsdauer eines Speichertanks eine hohe Speicherkapazität ermöglicht.A particularly preferred method provides that the MOF particles are disposed within the storage tank in a partial space which is limited in the direction of a (gas) outlet of a non-passable for the MOF particles barrier element, and that the gas molecules, the blocking element when opening pass the outlet towards the outlet. In particular, such a method ensures that no MOF particles are eliminated from the area of the storage tank be damaged and possibly facilities that are operated with the gaseous medium. In addition, avoiding material loss from MOF particles allows for a high storage capacity over the entire life or operating life of a storage tank.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Druck im Speichertank maximal 70bar beträgt. Ein derartiger, relativ geringer Überdruck genügt bei dem üblichen Dimensionierungen derartiger Speichertanks in einem Fahrzeug zur Speicherung vergleichbarer Mengen an gasförmigen Medium wie bei einem Hochdrucktank, in dem meherere 100bar Druck herrschen. Insbesondere ermöglicht es ein derartig geringer Speicherdruck auch, dass der Speichertank relativ einfach bzw. mit geringer Wandstärke und mit konventionellen Materialen mit geringem Gewicht hergestellt werden kann.In particular, it is provided that the pressure in the storage tank is a maximum of 70 bar. Such a relatively small overpressure suffices in the usual dimensions of such storage tanks in a vehicle for storing comparable amounts of gaseous medium as in a high-pressure tank in which there are several 100 bar pressures. In particular, such a low storage pressure also makes it possible for the storage tank to be manufactured relatively easily or with a small wall thickness and with conventional materials with a low weight.
Bevorzugt findet das gasförmige Medium Verwendung zum Betreiben eines Fahrzeugs mittels einer Brennstoffzellenanlage oder eines Verbrennungsmotors.The gaseous medium is preferably used for operating a vehicle by means of a fuel cell system or an internal combustion engine.
Zur Optimierung des Absorptionsvermögens der MOF-Partikel ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der Teilraum, in dem die MOF-Partikel angeordnet sind, zwischen einem Einlass und dem Auslass für das gasförmige Medium angeordnet ist, und dass der gesamte Querschnitt des Teilraums von dem gasförmigen Medium durchströmt werden kann.In order to optimize the absorption capacity of the MOF particles, it is also advantageous if the subspace in which the MOF particles are arranged is arranged between an inlet and the outlet for the gaseous medium, and that the entire cross section of the subspace of the gaseous medium can be flowed through.
Eine weitere Optimierung hinsichtlich der Absorption des gasförmigen Mediums durch die MOF-Partikel sieht vor, dass der Teilraum, in dem die MOF-Partikel angeordnet sind, in Richtung des Einlasses durch Gasverteilungsmittel begrenzt ist, wobei das Gasverteilungsmittel vorzugsweise für die MOF-Partikel ebenfalls nicht passierbar ist.Further optimization of the absorption of the gaseous medium by the MOF particles provides that the partial space in which the MOF particles are arranged is limited in the direction of the inlet by gas distribution means, wherein the gas distribution means preferably also for the MOF particles not is passable.
Bei der Absorption der Gasmoleküle des gasförmigen Mediums durch die MOF-Partikel entsteht typischerweise Wärme. Um eine thermische Überbeanspruchung des Speichertanks zu vermeiden, sieht es eine bevorzugte Ausgestaltung des Speichertanks daher vor, dass der Speichertank in Wirkverbindung mit einem Wärmetauscher angeordnet ist. Selbstverständlich ist es möglich, die in dem Wärmetauscher gewonnene Energie für weitere Anwendungen zur Verfügung zu stellen.The absorption of the gas molecules of the gaseous medium by the MOF particles typically generates heat. In order to avoid thermal overstressing of the storage tank, it is therefore a preferred embodiment of the storage tank that the storage tank is arranged in operative connection with a heat exchanger. Of course, it is possible to provide the energy obtained in the heat exchanger for other applications available.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in der einzigen Figur einen vereinfachten Längsschnitt durch einen Speichertank zum Speichern eines gasförmigen Mediums.This shows in the single figure a simplified longitudinal section through a storage tank for storing a gaseous medium.
Der in der einzigen Figur dargestellte Speichertank
Der beispielsweise in konventioneller Art und Weise aus Metall bestehende Speichertank
Wesentlich dabei ist, dass der Teilraum
Beim Einleiten des Mediums
Wenn der Auslass
Der soweit beschriebene Speichertank
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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