DE102019000519A1 - Transport vehicle and use of a liquid hydrogen container transported by a transport vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Transportfahrzeug (1) zum Transport eines auf dem Transportfahrzeug (1) und/oder auf einem Anhänger des Transportfahrzeugs (1) aufgeladenen Flüssig-Wasserstoffbehälters (2), wobei das Transportfahrzeug (1) einen Elektromotor (5) und eine zur Versorgung des Elektromotors (5) ausgelegte Brennstoffzelle (4) aufweist und wobei die Brennstoffzelle (4) derart mit dem Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) gekoppelt ist, dass sie mit dem Boil-Off-Gas und/oder einem Restbestand aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) versorgt wird, und die Verwendung eines auf einem Transportfahrzeug (1) zum Transport aufgeladenen Flüssig-Wasserstoffbehälters (2), um eine Brennstoffzelle (4) mit dem Boil-Off-Gas und/oder einem Restbestand aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) zu versorgen.The invention relates to a transport vehicle (1) for transporting a liquid hydrogen container (2) charged on the transport vehicle (1) and / or on a trailer of the transport vehicle (1), the transport vehicle (1) having an electric motor (5) and one for Supply of the electric motor (5) designed fuel cell (4) and wherein the fuel cell (4) is coupled to the liquid hydrogen container (2) such that it with the boil-off gas and / or a remaining stock of the liquid hydrogen container (2) is supplied, and the use of a liquid hydrogen container (2) charged for transport on a transport vehicle (1), around a fuel cell (4) with the boil-off gas and / or a remaining stock from the liquid hydrogen container ( 2) to supply.

Description

Die Erfindung betrifft ein ein Transportfahrzeug und eine Verwendung eines von einem Transportfahrzeug transportierten Flüssig-Wasserstoffbehälters.The invention relates to a transport vehicle and to the use of a liquid hydrogen container transported by a transport vehicle.

Flüssig-Wasserstoff (LH2) wird vom Verflüssiger zum Kunden mittels speziellen Transportfahrzeugen verteilt. Diese transportieren Flüssig-Wasserstoff-Trailer und/oder aufgeladene spezielle Iso-Container. Die Zugmaschinen bzw. Transportfahrzeuge sind mit Diesel-Motoren ausgerüstet und somit ist die Distribution nicht CO2-neutral.Liquid hydrogen (LH 2 ) is distributed from the condenser to the customer using special transport vehicles. These transport liquid hydrogen trailers and / or charged special iso containers. The tractors and transport vehicles are equipped with diesel engines and therefore the distribution is not CO2 neutral.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die CO2-Bilanz derartiger LH2-Transportfahrzeuge zu verbessern.The object of the present invention is to improve the CO 2 balance of such LH 2 transport vehicles.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung schlägt ein Transportfahrzeug und eine Verwendung eines von einem Transportfahrzeug transportierten Flüssig-Wasserstoffbehälters gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The invention proposes a transport vehicle and a use of a liquid hydrogen container transported by a transport vehicle according to the independent claims. Advantageous configurations result from the respective subclaims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Erfindungsgemäß weist ein Transportfahrzeug zum Transport eines auf dem Transportfahrzeug und/oder auf einem Anhänger des Transportfahrzeugs aufgeladenen Flüssig-Wasserstoffbehälters einen Elektromotor und eine zur Versorgung des Elektromotors ausgelegte Brennstoffzelle auf, wobei die Brennstoffzelle derart mit dem Flüssig-Wasserstoffbehälter gekoppelt ist, dass sie mit dem Boil-Off-Gas und/oder einem Restbestand aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter versorgt wird.According to the invention, a transport vehicle for transporting a liquid hydrogen container charged on the transport vehicle and / or on a trailer of the transport vehicle has an electric motor and a fuel cell designed to supply the electric motor, the fuel cell being coupled to the liquid hydrogen container in such a way that it is connected to the Boil-off gas and / or a remaining stock is supplied from the liquid hydrogen tank.

Auf diese Weise kann auf den Antrieb des Dieselmotors des Transportfahrzeugs ganz oder zumindest zum Teil verzichtet werden. Außerdem ist kein extra Wasserstofftank für die Versorgung der Brennstoffzelle notwendig, da der auf dem Transportfahrzeug bzw. dessen Anhänger (Trailer) aufgeladene Flüssig-Wasserstoffbehälter, in dem Wasserstoff zum Kunden transportiert werden soll, zur Versorgung der Brennstoffzelle dient.In this way, the drive of the diesel engine of the transport vehicle can be dispensed with entirely or at least in part. In addition, no extra hydrogen tank is required to supply the fuel cell, since the liquid hydrogen container loaded on the transport vehicle or its trailer (trailer), in which hydrogen is to be transported to the customer, is used to supply the fuel cell.

Brennstoffzellen können durch eine chemische Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff elektrische Energie erzeugen. Ihr Vorteil ist, dass sie nicht dem beschränkten Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen unterliegen. Moderne Brennstoffzellen erreichen einen Wirkungsgrad von 60-70%.Fuel cells can generate electrical energy through a chemical reaction of hydrogen with oxygen. Their advantage is that they are not subject to the limited efficiency of heat engines. Modern fuel cells achieve an efficiency of 60-70%.

Seit den 1990er Jahren wird an der Verwendung von Brennstoffzellen für Brennstoffzellenfahrzeuge geforscht. Diese sind Transportmittel, bei denen elektrische Energie aus den Energieträgern Wasserstoff oder Methanol durch eine Brennstoffzelle erzeugt und direkt mit einem Elektroantrieb in Bewegung umgewandelt oder in einer Traktionsbatterie zwischengespeichert wird. Der elektrische Speicher ermöglicht zum einen die Rekuperation und zum anderen entlastet er die Brennstoffzelle von Lastwechseln. Der Aufbau des Antriebs entspricht damit einem seriellen Hybridantrieb. Diese Antriebsform gilt bei Straßenfahrzeugen nicht mehr nur als experimentell, sondern wird trotz Einschränkungen im Betrieb in Kleinserien gefertigt. Einschränkungen ergeben sich durch das noch dünne Tankstellennetz. Im Vergleich zu Elektroautos läuft der Tankvorgang schneller ab, und es können problemlos Reichweiten von mehreren hundert Kilometern erzielt werden.The use of fuel cells for fuel cell vehicles has been researched since the 1990s. These are means of transport in which electrical energy is generated from the energy sources hydrogen or methanol by a fuel cell and converted directly into motion with an electric drive or temporarily stored in a traction battery. The electrical storage enables recuperation on the one hand and on the other hand relieves the fuel cell of load changes. The structure of the drive corresponds to a serial hybrid drive. This type of drive is no longer considered experimental only for road vehicles, but is manufactured in small series despite restrictions in operation. Restrictions arise due to the still thin network of petrol stations. Compared to electric cars, the refueling process is faster and ranges of several hundred kilometers can be achieved without any problems.

Üblicherweise wird der Wasserstoff bei Brennstoffzellenfahrzeugen in Druckgasbehältern gespeichert. Durch den Einsatz neuer Materialien ist der effektive Schwund durch Diffusion stark verringert. Waren für den Kfz-Bereich um das Jahr 2000 noch Drucktanks mit 200 bis 350 bar üblich, so sind 2011 schon 700 und 800-bar-Tanks mit höherer Kapazität gebräuchlich. Das komplette Wasserstoff-Drucktanksystem für einen Pkw wiegt ca. 125 kg.The hydrogen is usually stored in pressurized gas containers in fuel cell vehicles. By using new materials, the effective shrinkage due to diffusion is greatly reduced. While pressure tanks with 200 to 350 bar were still common in the automotive sector around the year 2000, 700 and 800 bar tanks with a higher capacity were already in use in 2011. The complete hydrogen pressure tank system for a car weighs approx. 125 kg.

Eine höhere Energiedichte lässt sich durch Flüssiggasspeicher erreichen. Dazu wird der Wasserstoff verflüssigt (LH2) und bei niedrigem Druck bei tiefen Temperaturen (Siedepunkt -252,8 °C, 20,4 K) gelagert. Der Energieaufwand für die Verflüssigung beträgt je nach Menge und angewandter Methode 28 % bis 46 % des Energieinhaltes des Wasserstoffs. Der Druck stellt dann für die Gestaltung des Tanks kein Problem mehr dar.A higher energy density can be achieved with liquid gas storage. For this purpose, the hydrogen is liquefied (LH 2 ) and stored at low pressure at low temperatures (boiling point -252.8 ° C, 20.4 K). The energy required for liquefaction is 28% to 46% of the energy content of the hydrogen, depending on the amount and the method used. The pressure then no longer poses a problem for the design of the tank.

Trotz hochwertiger Dämmung der LH2-Wasserstoffbehälter verdampft Flüssigwasserstoff (Boil-Off-Gas), der erfindungsgemäß zum Antrieb des Transportfahrzeugs genutzt werden kann. Bisher erhöht das Boil-Off-Gas solcher LH2-Behälter den Druck in einem Innenbehälter, der zum LH2-Behälter gehört, bis zum Ansprechen der Sicherheitsventile. Der LH2-Tank ist dabei so ausgelegt, dass dies während der Fahrt nicht auftritt.Despite the high-quality insulation of the LH 2 hydrogen tanks, liquid hydrogen (boil-off gas) evaporates, which according to the invention can be used to drive the transport vehicle. So far, the boil-off gas of such LH 2 containers has increased the pressure in an inner container belonging to the LH 2 container until the safety valves have responded. The LH 2 tank is designed so that this does not occur while driving.

Da der LH2-Behälter immer eine vorgegebene Restmenge an Flüssig-Wasserstoff enthalten muss, um ausreichend kalt zu bleiben, muss diese Restmenge nur um die für den Transport benötigte Menge erhöht werden, um auch den Antrieb des Transportfahrzeugs bei „entleertem“ LH2-Behälter zu gewährleisten.Since the LH 2 container must always contain a predetermined amount of liquid hydrogen in order to remain sufficiently cold, this remaining amount only needs to be increased by the amount required for the transport in order to also drive the transport vehicle when the LH 2 is "empty". Ensure containers.

Insbesondere weist der Flüssig-Wasserstoffbehälter einen Speicherdruck von 1-2 bar auf. Dies ist ein üblicher Druck für einen Flüssig-Wasserstoffbehälter.In particular, the liquid hydrogen container has a storage pressure of 1-2 bar. This is a common pressure for a liquid hydrogen container.

Bevorzugt ist die Brennstoffzelle konfiguriert, um mit gasförmigem Wasserstoff bei 6 bis 8 bar Eingangsdruck betrieben zu werden. Es existieren jedoch auch Brennstoffzellen mit Eingangsdrücken von 1-2 bar.The fuel cell is preferably configured to be operated with gaseous hydrogen at an input pressure of 6 to 8 bar. However, there are also fuel cells with inlet pressures of 1-2 bar.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Transportfahrzeug zusätzlich einen Kompressor auf, der dazu eingerichtet ist, den Druck des Wasserstoffs aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter auf den Eingangsdruck der Brennstoffzelle zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Brücke zwischen dem Flüssig-Wasserstoffbehälter und der Brennstoffzelle einfach und unkompliziert realisiert werden.
Typischerweise weist der aufgeladene Flüssig-Wasserstoffbehälter ein Volumen größer als 20000 Liter, insbesondere größer als 50000 Liter auf. Eine solche Größe ist zweckmäßig, damit Flüssig-Wasserstoff effektiv transportiert werden kann. Die zugehörigen Container-Aufbauten besitzen eine Länge von über 10m, insbesondere 13,5m, einen Durchmesser von 2-3m, insbesondere 2,5m. Das Transportfahrzeug, das aus Zugmaschine mit Sattelauflieger und Container besteht, ist typischwerweise über 16m lang.In an advantageous embodiment, the transport vehicle additionally has a compressor which is set up to increase the pressure of the hydrogen from the liquid hydrogen tank to the inlet pressure of the fuel cell. In this way, the bridge between the liquid hydrogen tank and the fuel cell can be implemented simply and easily.
The charged liquid hydrogen container typically has a volume greater than 20,000 liters, in particular greater than 50,000 liters. Such a size is appropriate so that liquid hydrogen can be transported effectively. The associated container superstructures have a length of over 10m, in particular 13.5m, a diameter of 2-3m, in particular 2.5m. The transport vehicle, which consists of a tractor with semi-trailer and container, is typically over 16m long.

Bevorzugt ist die Brennstoffzelle eine alkalische Brennstoffzelle, eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, eine Phosphorsäure-Brennstoffzelle, eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle oder eine Festoxid-Brennstoffzelle.The fuel cell is preferably an alkaline fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell or a solid oxide fuel cell.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung eines auf einem Transportfahrzeug und/oder auf einem Anhänger des Transportfahrzeugs zum Transport aufgeladenen Flüssig-Wasserstoffbehälters vorgeschlagen, um eine Brennstoffzelle mit dem Boil-Off-Gas und/oder einem Restbestand aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter zu versorgen.According to a further aspect of the invention, the use of a liquid hydrogen container charged for transport on a transport vehicle and / or on a trailer of the transport vehicle is proposed in order to supply a fuel cell with the boil-off gas and / or a remaining stock from the liquid hydrogen container supply.

Da der Flüssig-Wasserstoffbehälter bereits auf dem Transportfahrzeug aufgeladen ist, kann auf einen extra Tank für die Brennstoffzelle verzichtet werden. Die Brennstoffzelle dient zum Antrieb des Transportfahrzeugs mittels eines Elektromotors.Since the liquid hydrogen container is already charged on the transport vehicle, there is no need for an extra tank for the fuel cell. The fuel cell is used to drive the transport vehicle by means of an electric motor.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using an exemplary embodiment and is described below with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt ein Transportfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht. 1 shows a transport vehicle according to an embodiment of the invention in a schematic side view.

In 1 ist ein Transportfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht dargestellt und mit 1 bezeichnet.
Das Transportfahrzeug 1, das hier in Form eines Sattelschleppers ausgebildet ist, weist einen auf dem Transportfahrzeug aufgeladenen Flüssig-Wasserstoffbehälter 2 in Form eines speziellen ISO-Containers auf. Weiterhin weist es einen Elektromotor 5 und eine zur Versorgung des Elektromotors ausgelegte Brennstoffzelle 4 auf, wobei die Brennstoffzelle 4 derart mit dem Flüssig-Wasserstoffbehälter 2 gekoppelt ist, dass die Brennstoffzelle 4 mit dem Boil-Off-Gas und/oder einem Restbestand aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter 2 versorgt wird. Zusätzlich weist das Transportfahrzeug 1 einen Kompressor 3 auf, der dazu eingerichtet ist, den Wasserstoff aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter 2 auf den Eingangsdruck der Brennstoffzelle 4 zu bringen. Der ISO-Container des Transportfahrzeugs 1 weist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Volumen von 53 000 Litern auf. Seine Länge beträgt 13,5 m, sein Durchmesser 2,5 m. Das komplette Transportfahrzeug mit Zugmaschine, Sattelauflieger und Container ist über 16 m lang. Der Speicher-Druck in dem ISO-Container beträgt 1-2 bar. Es existiert eine Leitung 6, um das Boil-Off-Gas von dem Flüssig-Wasserstoffbehälter 2 zu dem Kompressor 3 zu transportieren.In 1 a transport vehicle according to an embodiment of the invention is shown in a schematic side view and labeled 1.
The transport vehicle 1 , which is designed here in the form of a semitrailer, has a liquid hydrogen container charged on the transport vehicle 2nd in the form of a special ISO container. It also has an electric motor 5 and a fuel cell designed to supply the electric motor 4th on, the fuel cell 4th so with the liquid hydrogen tank 2nd is coupled that the fuel cell 4th with the boil-off gas and / or a residue from the liquid hydrogen tank 2nd is supplied. In addition, the transport vehicle 1 a compressor 3rd on, which is set up to remove the hydrogen from the liquid hydrogen tank 2nd on the inlet pressure of the fuel cell 4th bring to. The ISO container of the transport vehicle 1 in a preferred embodiment has a volume of 53,000 liters. It is 13.5 m long and 2.5 m in diameter. The complete transport vehicle with tractor, semi-trailer and container is over 16 m long. The storage pressure in the ISO container is 1-2 bar. There is a line 6 to the boil-off gas from the liquid hydrogen tank 2nd to the compressor 3rd to transport.

Claims (7)

Transportfahrzeug (1) zum Transport eines auf dem Transportfahrzeug (1) und/oder auf einem Anhänger des Transportfahrzeugs (1) aufgeladenen Flüssig-Wasserstoffbehälters (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Transportfahrzeug (1) einen Elektromotor (5) und eine zur Versorgung des Elektromotors (5) ausgelegte Brennstoffzelle (4) aufweist und wobei die Brennstoffzelle (4) derart mit dem Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) gekoppelt ist, dass sie mit dem Boil-Off-Gas und/oder einem Restbestand aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) versorgt wird.Transport vehicle (1) for transporting a liquid hydrogen container (2) charged on the transport vehicle (1) and / or on a trailer of the transport vehicle (1), characterized in that the transport vehicle (1) has an electric motor (5) and one for supply of the electric motor (5) and the fuel cell (4) is coupled to the liquid hydrogen container (2) in such a way that it contains the boil-off gas and / or a remaining stock of the liquid hydrogen container ( 2) is supplied. Transportfahrzeug (1) nach Anspruch 1, wobei der Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) einen Speicherdruck von 1-2 bar aufweist.Transport vehicle (1) after Claim 1 , wherein the liquid hydrogen container (2) has a storage pressure of 1-2 bar. Transportfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Brennstoffzelle (4) konfiguriert ist, um mit gasförmigem Wasserstoff bei 6 bis 8 bar Eingangsdruck betrieben zu werden.Transport vehicle (1) after Claim 1 or 2nd , wherein the fuel cell (4) is configured to operate with gaseous hydrogen to be operated at 6 to 8 bar inlet pressure. Transportfahrzeug (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zusätzlich einen Kompressor (3) aufweist, der dazu eingerichtet ist, den Druck des Wasserstoffs aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) auf den Eingangsdruck der Brennstoffzelle (4) zu erhöhen.Transport vehicle (1) according to one of the preceding claims, which additionally has a compressor (3) which is set up to increase the pressure of the hydrogen from the liquid hydrogen tank (2) to the inlet pressure of the fuel cell (4). Transportfahrzeug (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der aufgeladene Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) ein Volumen größer als 20000 Liter, insbesondere größer als 50000 Liter aufweist.Transport vehicle (1) according to one of the preceding claims, wherein the charged liquid hydrogen container (2) has a volume greater than 20,000 liters, in particular greater than 50,000 liters. Transportfahrzeug (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffzelle (4) eine alkalische Brennstoffzelle, eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, eine Phosphorsäure-Brennstoffzelle, eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle oder eine Festoxid-Brennstoffzelle ist.Transport vehicle (1) according to one of the preceding claims, wherein the fuel cell (4) is an alkaline fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell or a solid oxide fuel cell. Verwendung eines auf einem Transportfahrzeug (1) und/oder auf einem Anhänger des Transportfahrzeugs (1) zum Transport aufgeladenen Flüssig-Wasserstoffbehälters (2), um eine Brennstoffzelle (4) mit dem Boil-Off-Gas und/oder einem Restbestand aus dem Flüssig-Wasserstoffbehälter (2) zu versorgen.Use of a liquid hydrogen container (2) charged for transport on a transport vehicle (1) and / or on a trailer of the transport vehicle (1), around a fuel cell (4) with the boil-off gas and / or a residue from the liquid - supply the hydrogen tank (2).
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