DE102021207905A1 - Speichervorrichtung zur Speicherung eines flüssigen Mediums - Google Patents

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Abstract

Speichervorrichtung (100) zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere flüssigen Wasserstoffs, mit mindestens einem Tankbehälter (1), wobei der Tankbehälter (1) ein Tankgehäuse (1) aufweist. Darüber hinaus umfasst das Tankgehäuse (1) eine Innenhülle (2) und einer Außenhülle (3), wobei die Innenhülle (2) mittels Kugeln (6) in der Außenhülle (3) gelagert angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere flüssiger Wasserstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb oder in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellenanordnung mit solch einer Speichervorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Brennstoffzellensysteme umfassen in der Regel eine Vielzahl von Brennstoffzellen in gestapelter Anordnung bzw. einen Brennstoffzellenstapel, auch „Stack“ genannt. Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler. Mit ihrer Hilfe kann ein Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, in Verbindung mit Sauerstoff in elektrische Energie, Wärme und Wasser gewandelt werden. Der Brennstoff wird hierzu einer Anode und der Sauerstoff einer Kathode der mindestens einen Brennstoffzelle zugeführt. Innerhalb der Brennstoffzelle werden die Anode und die Kathode durch eine Membran, vorzugsweise eine Polymer Elektrolyt Membran (PEM), voneinander getrennt.
  • Für die Wasserstoffversorgung der Anode der Brennstoffzelle ist das Brennstoffzellensystem mit einem Tankspeichersystem verbunden. Dies kann beispielsweise mehrere Tankbehälter mit jeweils einem Steuerventil umfassen, welche über eine gemeinsame Leitung mit dem Brennstoffzellensystem verbunden sind und so den benötigten Wasserstoff für die Brennstoffzelle zur Verfügung stellen.
  • Weiterhin können solche Tankspeichersysteme auch für die Wasserstoffversorgung weiterer Verbrauchersysteme, wie beispielsweise einem Wasserstoffverbrennersystem, eingesetzt werden.
  • Neben einer gasförmigen Wasserstoffspeicherung kann Wasserstoff auch flüssig in dem Tankspeichersystem bevorratet werden. Dies wird auch als LH2-Speicherung (Liquid H2-Speicherung, Flüssigwasserstoff-Speicherung) bezeichnet. Flüssiger Wasserstoff wird in der Regel bei sehr niedrigen Temperaturen um die -250° C, optional unter Druck, gespeichert.
  • Aus der US 2015/0292454 A1 ist beispielsweise ein Speichertank zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff bekannt.
  • Hier sind typischerweise Isolationsvorrichtungen vorhanden, um den thermischen Haushalt und die thermische Isolation des Speichertanks zu verbessern.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Speichervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass eine Verbesserung der thermischen Isolation einer Speichervorrichtung zur Speicherung eines flüssigen Mediums erzielt wird.
  • Dazu weist die Speichervorrichtung zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere flüssigen Wasserstoffs, mindestens einen Tankbehälter auf, wobei der Tankbehälter ein Tankgehäuse aufweist. Darüber hinaus umfasst das Tankgehäuse eine Innenhülle und eine Außenhülle, wobei die Innenhülle mittels Kugeln in der Außenhülle gelagert angeordnet ist.
  • So kann in einfacher Weise insbesondere bei mobilen Anwendungen die thermische Isolation der Speichervorrichtung verbessert und insgesamt der thermische Haushalt beispielsweise bei Anwendung in Brennstoffzellenanordnungen optimiert werden.
  • In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Kugeln hohl ausgebildet sind. Vorteilhafterweise umfassen die Kugeln ein Material mit geringer Leitfähigkeit, beispielsweise Polyurethan. So kann in konstruktiv einfacher Weise eine Verringerung von Wärmebrücken erzielt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Innenhülle einen Tankinnenraum begrenzt, in welchem Tankinnenraum flüssiges Medium, insbesondere flüssiger Wasserstoff, speicherbar ist.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass zwischen der Außenhülle und der Innenhülle ein Isolationsraum ausgebildet ist, in welchem Isolationsraum die Kugeln angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist der Isolationsraum evakuiert, d.h. als Vakuum ausgebildet.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass zwischen der Außenhülle und der Innenhülle eine Vakuum-Pumpe, insbesondere Membranpumpe, angeordnet ist, durch welche Vakuum-Pumpe der Isolationsraum evakuierbar ist. So kann die Vakuum-Pumpe in konstruktiv einfacher Weise platzsparend in der Speichervorrichtung angeordnet werden. So kann außerdem in effizienter Weise ein Vakuum in dem Isolationsraum erzeugt werden.
  • In vorteilhaften Verwendungen wird die Speichervorrichtung zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle in einer Brennstoffzellenanordnung eingesetzt.
  • In vorteilhaften Verwendungen wird die Speichervorrichtung zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere von flüssigem Wasserstoff, in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug eingesetzt.
  • In vorteilhaften Verwendungen wird die Speichervorrichtung zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere von flüssigem Wasserstoff, in einem wasserstoffbetriebenen Fahrzeug eingesetzt.
  • Figurenliste
  • In der Zeichnung ist ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung zur Speicherung eines flüssigen Mediums gezeigt. Es zeigt in
    • 1 ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung zur Speicherung eines flüssigen Mediums in schematischer Ansicht,
    • 2 das Ausführungsbeispiel aus 1 mit einem Verbrauchersystem und einer Tankschnittstelle in schematischer Ansicht.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung 100 zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, in schematischer Ansicht. Die Speichervorrichtung 100 weist einen Tankbehälter 1 mit einem Tankgehäuse 10 auf. Das Tankgehäuse 10 umfasst eine Innenhülle 2 und eine Außenhülle 3, wobei die Innenhülle 2 in der Außenhülle 3 komplett aufgenommen ist. Die Innenhülle 2 begrenzt weiterhin einen Tankinnenraum 4, in dem flüssiges Medium, insbesondere flüssiger Wasserstoff, speicherbar ist. Darüber hinaus begrenzen die Innenhülle 2 und die Außenhülle 3 einen Isolationsraum 5, in welchem Kugeln 6 angeordnet sind. Die Innenhülle 2 ist so auf den Kugeln 6 in der Außenhülle 3 gelagert angeordnet.
  • Die Kugeln 6 umfassen ein Material mit geringer Leitfähigkeit, beispielsweise Polyurethan, und/oder sind weiterhin hohl ausgebildet. Dies begünstigt insbesondere die Verringerung der Wärmeleitung.
  • Zwischen der Außenhülle 3 und der Innenhülle 2 ist außerdem eine Vakuum-Pumpe 7, insbesondere Membranpumpe, angeordnet, durch welche der Isolationsraum 5 evakuierbar ist. In dieser Ausführung ist der Isolationsraum 5 evakuiert, d.h. der Isolationsraum 5 ist durch Abpumpen der gasförmigen Medien durch die Vakuumpumpe 7 als Vakuum ausgebildet, in dem ein geringer Druck herrscht.
  • In weiteren Ausführungen umfasst die Speichervorrichtung 100 mehrere Tankbehälter 1.
  • 2 zeigt das Ausführungsbeispiel aus 1 mit einem Verbrauchersystem 11, beispielsweise einer Brennstoffzellenanordnung, und einer Tankschnittstelle 12 in schematischer Ansicht. Über einen Ventilblock 8 kann das flüssige Medium, beispielsweise flüssiger Wasserstoff, einem Verbrauchersystem 11, beispielsweise einer Brennstoffzellenanordnung, zugeführt werden. So kann für den Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 11 flüssiger Wasserstoff aus der Speichervorrichtung 100 zur Verfügung gestellt werden. Über ein weiteres Ventil 9 kann beispielsweise ein Strömungspfad zu einer Tankschnittstelle 12 zur Befüllung der Tankbehälter 1 mit flüssigem Medium freigeschaltet werden.
  • Der Ventilblock 8 umfasst typischerweise mehrere Ventile wie beispielsweise ein Schließventil und/oder Druckregelventile zur Regulierung des Drucks, insbesondere für die Bereitstellung des flüssigen Medium mit dem geeigneten Druck für das Verbrauchersystem 11.
  • Die in den Ausführungsbeispielen beschriebene Speichervorrichtung 100 kann beispielsweise in wasserstoffbetriebenen und/oder brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20150292454 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Speichervorrichtung (100) zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere flüssigen Wasserstoffs, mit mindestens einem Tankbehälter (1), wobei der Tankbehälter (1) ein Tankgehäuse (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankgehäuse (1) eine Innenhülle (2) und eine Außenhülle (3) umfasst, wobei die Innenhülle (2) mittels Kugeln (6) in der Außenhülle (3) gelagert angeordnet ist.
  2. Speichervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (6) hohl ausgebildet sind.
  3. Speichervorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (6) ein Material mit geringer Leitfähigkeit, beispielsweise Polyurethan, umfassen.
  4. Speichervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülle (2) einen Tankinnenraum (4) begrenzt, in welchem Tankinnenraum (4) flüssiges Medium, insbesondere flüssiger Wasserstoff, speicherbar ist.
  5. Speichervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenhülle (3) und der Innenhülle (2) ein Isolationsraum (5) ausgebildet ist, in welchem Isolationsraum (5) die Kugeln (6) angeordnet sind.
  6. Speichervorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsraum (5) evakuiert, d.h. als Vakuum ausgebildet ist.
  7. Speichervorrichtung (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenhülle (3) und der Innenhülle (2) eine Vakuum-Pumpe (7), insbesondere Membranpumpe, angeordnet ist, durch welche Vakuum-Pumpe (7) der Isolationsraum (5) evakuierbar ist.
  8. Brennstoffzellenanordnung (11) mit einer Speichervorrichtung (100) zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug mit einer Speichervorrichtung (100) zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere von flüssigem Wasserstoff, nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  10. Wasserstoffbetriebenes Fahrzeug mit einer Speichervorrichtung (100) zur Speicherung eines flüssigen Mediums, insbesondere von flüssigem Wasserstoff, nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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