DE10238856A1 - Verfahren zum Entleeren eines Kryotanks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entleeren eines Kryotanks, insbesondere eines Kraftfahrzeugs in einer Notsituation, wobei das zwischen einem Außentank und einem das kryogene Fluid enthaltenden Innentank zunächst vorliegende Vakuum durch Zufuhr eines anderen Fluids, insbesondere Umgebungsluft oder Wasserstoff, abgebaut wird, so dass aufgrund des daraufhin gesteigerten Wärmeeinfalls in den Innentank das darin gespeicherte Fluid über ein Sicherheitsventil oder dgl. entweicht. Bevorzugt wird ein(e) am Außentank vorgesehene(r) Evakuierstutzen oder Vakuumschleuse oder Berstscheibe geöffnet, um die Zufuhr eines geeigneten Fluids in den Raum zwischen dem Innentank und dem Außentank zu ermöglichen. Dabei kann dieses Öffnen geeignet gesteuert erfolgen. Beansprucht wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entleeren eines Kryotanks, insbesondere eines Kraftfahrzeugs in einer Notsituation. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 195 44 593 C2 verwiesen.
• Kraftstoffbehälter für kryogen gespeicherte Kraftstoffe, insbesondere Flüssig-Wasserstoff oder LNG, besitzen bekanntermaßen einen doppelwandigen Aufbau mit einem zwischen einem Außentank und einem den kryogenen Kraftstoff aufnehmenden Innentank vorgesehenen Isolations-Vakuum, um den Wärmeeintritt in den Innentank während betrieblicher Stillstandzeiten eines mit diesem Kraftstoffbehälter versehenen Kraftfahrzeugs zu minimieren. Ein solcher Wärmeeintritt ist insbesondere dann unerwünscht, da er das Verdampfen der kryogenen Flüssigkeit und damit einen Druckanstieg im Innentank verursacht, was zur Folge haben kann, dass ein geringer Teil des verdampften Kraftstoffs als sog. boil-off-Gas nach außen (in die Umgebung) abgeführt werden muss, um einen unzulässig hohen Druckanstieg im Innentank zu vermeiden. In diesem Zusammenhang sei neben der DE 198 54 581 A1 , in der eine Verbrennungsvorrichtung für das boil-off-Gas beschrieben ist, auf die eingangs genannte DE 195 44 593 C2 verwiesen. Diese Schrift zeigt einen vakuumisolierten Kryobehälter, bei dem am Außentank und am Innentank eine Einrichtung zur Überdrucksicherung vorgesehen ist, so dass dann, wenn der Druck im Innenbehälter unzulässig hoch ansteigt, eine Öffnung in den Isolationsraum zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter freigegeben wird. Aus diesem Isolationsraum kann der verdampfte Kraftstoff danach über ein im Außentank vorgesehenes Sicherheitsventil in die Umgebung gelangen.
• Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Möglichkeit zur Enttankung eines Kryotanks oder Kryospeichers für verflüssigte Gase. In bestimmten Fällen kann es nämlich durchaus erwünscht sein, einen Kryotank kurzfristig möglichst vollständig zu entleeren. Hierbei kann es sich um einen Werkstattaufenthalt eines mit einem Kryotank versehenen Kraftfahrzeugs handeln, aber auch dann, wenn das Kraftfahrzeug in einen schweren Unfall verwickelt wurde, kann es empfehlenswert oder erforderlich sein, den Kryotank zu entleeren.
• Grundsätzlich können für eine Entleerung eine Kryotanks die eigentlich zum regulären (betrieblichen) Entnehmen von Kryokraftstoff vorgesehenen notwendigen Wärmezufuhreinrichtungen, wie bspw. Elektroheizungen oder Innentank-Wärmetauscher betrieben werden, jedoch kann es durchaus vorkommen, dass deren Betrieb (bspw. unfallbedingt) nicht möglich ist, insbesondere da diese einen beträchtlichen Umfang von externer Energie benötigen. Ferner sind diese Einrichtungen auf die üblichen betrieblichen Entnahmemengen ausgelegt, so dass ein vollständiges Entleeren eines zunächst im wesentlichen vollen Kryotanks einen unvertretbar langen Zeitraum in Anspruch nehmen würde.
• Ein demgegenüber günstigeres Verfahren zum Entleeren eines Kryotanks, insbesondere eines Kraftfahrzeugs in einer Notsituation (wie einem Unfall oder dgl.) aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
• Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen einem Außentank und einem das kryogene Fluid enthaltenden Innentank zunächst vorliegende Vakuum durch Zufuhr eines anderen Fluids, insbesondere Umgebungsluft oder Wasserstoff, abgebaut wird, so dass aufgrund des daraufhin gesteigerten Wärmeeinfalls in den Innentank das darin gespeicherte Fluid über ein Sicherheitsventil oder dgl. entweicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche, wobei weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beansprucht wird, mit den jeweils dazu benötigten Elementen.
• Erfindungsgemäß können hohe Tank-Entnahmemengen ohne externen Betrieb der fahrzeugeigenen Kryotank-Wärmezufuhreinrichtungen realisiert werden, wenn das eigentlich als Isolation zwischen dem Außentank und dem Innentank vorgesehene Vakuum abgebaut, d.h. quasi zerstört wird. Wenn dieses Vakuum durch Befüllen des entsprechenden Raumes zwischen dem Außentank und dem Innentank mit einem geeigneten Fluid abgebaut oder aufgelöst wird, so ist gleichzeitig die zuvor noch vorhandene Isolation beseitigt. Somit kann vom Außentank binnen kürzester Zeit eine relativ große Wärmemenge zum Innentank bzw. in diesen hinein gelangen. Als Folge hiervon wird sich der im Innentank befindende kryogene Kraftstoff sehr schnell erwärmen, woraufhin eine rapide Druckerhöhung einsetzen wird, welche die ohnehin vorhandenen Sicherheitsventile aktivieren wird, d.h. über diese Sicherheitsventile kann dann der zuvor kryogen gespeicherte Kraftstoff relativ schnell aus dem Tank abgeführt werden. Dabei kann der über entsprechende Überdruckventile abgeführte Kraftstoff einem sog. Boil-off-Management zugeführt werden, d.h. bspw. – wie dies bezüglich des boil-off-Gases bekannt ist – verbrannt werden. Alternativ kann der schnell abgeführte Kraftstoff jedoch auch einfach in die Umgebung abgeblasen werden.
• Um die Vakuum-Isolationsschicht bzw. das Vakuum in der sog. Isolationshülle des Kryotanks abzubauen, bestehen verschiedene Möglichkeiten.
• Beispielsweise kann auf geeignete Weise eine hierfür in der Wand des Außentanks vorgesehenen Berstscheibe oder dgl. zerstört werden. Es ist jedoch auch möglich, eine am Außentank ohnehin vorgesehene Vakuumschleuse oder einen (für die Erzeugung des Vakuums vorgesehenen) Evakuierstutzen oder dgl. entsprechend handzuhaben, d.h. dafür Sorge zu tragen, dass über diese grundsätzlich einen Zugang in den Außentank erlaubenden Elemente ein geeignetes Fluid in den Isolationsraum zwischen dem Außentank und dem Innentank eingeleitet wird. Der Einfachheit halber kann es sich bei diesem Fluid um Umgebungsluft handeln, es ist jedoch auch die Verwendung anderer, speziell für diesen Zweck vorgesehener geeigneter Fluide möglich. Ferner kann als derartiges Fluid auch Wasserstoff verwendet werden, der bevorzugt über die regulären Entnahmevorrichtungen aus dem Kryotank selbst entnommen wurde.
• Grundsätzlich lassen die Art und die Ausführung der entsprechenden Einrichtung, mit Hilfe derer erfindungsgemäß das Isolations-Vakuum abgebaut werden kann, sowie die Wahl des in den Isolationsraum einströmenden Fluides bzw. Gases eine Einstellung der gewünschten Kraftstoff-Abgabemenge bzw. des Abgabezeitraumes, innerhalb dessen der Kryotank im wesentlichen vollstäöndig entleert ist, zu. In diesem Sinne kann bspw. der Evakuierstutzen hinsichtlich seines freien Durchtrittsquerschnitts geeignet gesteuert geöffnet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nur eine geringe Menge eines geeigneten Fluids durch eine Vakuum-Schleuse in den Isolationsraum zwischen dem Außentank und dem Innentank einzubringen. Damit kann der Wärmeübergang zum Innentank dosiert werden und somit ein etwas langsamerer Druckaufbau im Innentank und dadurch eine längere Enttankungszeit erreicht werden. Bevorzugt kann dabei als geeignetes Fluid ein „trockenes", d.h. nicht wasserhaltiges Gas wie bspw. Wasserstoff oder Helium verwendet werden, das sich dieses später wieder leichter aus dem Isolationsraum herauspumpen lässt.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Entnahme großer Mengen von kryogen gespeichertem Kraftstoff aus einem Kryotank, insbesondere in Notfällen, möglich, wobei sich kurze Enttankungs-Zeiten ergeben, d.h. das sog. Ent-Tanken kann sehr schnell erfolgen und ist vorteilhafterweise in seiner Zeitdauer sogar einstellbar. Vorteilhafterweise wird keine externe Energie zum Durchführen des Enttankens benötigt, wobei vorteilhafterweise konstruktiv einfache Umsetzungen möglich sind. Demgemäß werden auch entsprechende Vorrichtungen, mit Hilfe derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, und die beispielsweise aus entsprechend ansteuerbaren Ventilen an einem Evakuierungsstutzen oder dgl. inclusive zugehöriger Steuerelektronik oder auch aus einer bereits genannten Berstscheibe sowie einer mechanischen Vorrichtung zum Zerstören dieser Berstscheibe bestehen können, beansprucht. Vorteilhafterweise sind keine andersartigen teueren Enttankungsmöglichkeiten erforderlich und es zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch einfache und schnelle Handhabharkeit aus. Vorteilhafterweise besteht nur eine geringe Gefahr einer Beschädigung der jeweiligen Vorrichtung selbst durch einen Unfall oder dgl., wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details auch abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Entleeren eines Kryotanks, insbesondere eines Kraftfahrzeugs in einer Notsituation, wobei das zwischen einem Außentank und einem das kryogene Fluid enthaltenden Innentank zunächst vorliegende Vakuum durch Zufuhr eines anderen Fluids, insbesondere Umgebungsluft oder Wasserstoff, abgebaut wird, so dass aufgrund des daraufhin gesteigerten Wärmeeinfalls in den Innentank das darin gespeicherte Fluid über ein Sicherheitsventil oder dgl. entweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine) am Außentank vorgesehener) Evakuierstutzen oder Vakuumschleuse oder Berstscheibe geöffnet wird, um die Zufuhr eines geeigneten Fluids in den Raum zwischen dem Innentank und dem Außentank zu ermöglichen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Evakuierstutzen oder die Vakuumschleuse hinsichtlich ihres freien Durchtrittsquerschnitts geeignet gesteuert geöffnet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.