DE2921451A1 - Verfahren zum vorwaermen von kraftfahrzeugen mit verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zum vorwaermen von kraftfahrzeugen mit verbrennungsmotor

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DE2921451A1 DE19792921451 DE2921451A DE2921451A1 DE 2921451 A1 DE2921451 A1 DE 2921451A1 DE 19792921451 DE19792921451 DE 19792921451 DE 2921451 A DE2921451 A DE 2921451A DE 2921451 A1 DE2921451 A1 DE 2921451A1
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Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 370/4
23-5-1979 Stuttgart EpT Dr.Ara/pfa
"Verfahren zum Vorwärmen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor"
Ein bekannter Nachteil herkömmlicher nut flüssigen oder verflüssigten Treibstoffen betriebener Kraftfahrzeuge besteht darin, daß nach dem Start des kalten Motors eine gewisse Zeit verstreicht, bis der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat und der Fahrgastraum ausreichend beheizt werden kann. Die Folge davon ist ein erheblich erhöhter Treibstoffverbrauch und eine Komfortminderung für die Fahrgäste während der Warmlaufphase.
Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, das Kraftfahrzeug vor dem Starten aufzuwärmen. Im Allgemeinen erfolgt eine Aufwärmung des Fahrgastraumes durch eine gesonderte Heizanlage unter Verbrennung von Treibstoff mittels eines Brenners (Standheizung). Es sind aber auch Vorschläge bekannt, den Motor oder den Fahrgastraum durch elektrischen Strom mittels einer Heizschlange bzw. mittels eines Gebläses zu erwärmen. Nachteilig bei diesen Vorwärmeverfahren ist der Verbrauch von teurem Treibstoff -bzw. eleictri-
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scher Energie und bei Verwendung letzterer zusätzlich die Notwendigkeit, das Fahrzeug während der Vorwärmzeit an ein Stromnetz anschließen zu müssen, da die erforderliche Strommenge zu groß ist, um der Fahrzeugbatterie entnommen werden zu können.
Weiterhin ist aus DE-OS 27 15 990 ein Verfahren zur Standheizung von wenigstens teilweise mit Wasserstoff betriebenen Kraftfahrzeugen mit Hydridspeicher bekannt, bei dem
zum Heizen die durch Umfüllen von Wasserstoff aus dem Niedertemperaturhydrid-Speicher (NT-Speicher) in den Hochtemperaturhydrid-Speicher (HT-Speicher) erzeugte Wärme
verwendet wird. Dieses Verfahren ist jedoch einmal nur
auf Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb beschränkt und zum
anderen zum Vorwärmen von Kraftfahrzeugen nicht geeignet,
da dem HT-Speicher zunächst durch Betrieb des Fahrzeugs
Wasserstoff entnommen werden muß, bevor eine Heizwirkung
durch Umspeichern erzielt werden kann. Nach längerer Fahrstrecke, wenn die Wasserstofftanks ziemlich leer sind, ist eine Heizung ebenfalls nicht mehr möglich, da der in den
NT-Speichern vorhandene Wasserstoff zum Starten des Motors benötigt wird und der Motor so lange aus dem NT-Speicher
betrieben werden muß, bis der HT-Speicher durch die Motorabwärme auf Betriebstemperatur gebracht worden ist. Schließlich ist bei kaltem Motor bzw. kaltem HT-Hydridspeicher
eine Heizung nicht möglich, da bei kaltem HT-Hydridspeicher dessen Wasserstoffaufnahme so träge ist, daß eine Heizwirkung nicht erreicht wird. Zur Standheizung muß der HT-Speicher daher stets durch einen vorhergehenen Fahrbetrieb auf Reaktionstemperatur gebracht worden sein.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zum Vorwärmen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor zu erfinden, bei dem keine Elektrizität bzw. kein Treibstoff verbraucht wird, das in allen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor zur Anwendung kommen kann und das jederzeit durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen beschriebene Verfahren gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das für alle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor geeignet ist, wird Wasserstoff aus einem Niedertemperatur-Hydrid-Speicher (NT-Speicher) in einen Hochtemperaturhydrid-Speicher (HT-Speicher) umgespeichert. Die bei der Bindung des V'asserstoffs im HT-Speicher freiwerdende Bindungswärme, die beträchtlich ist, wird zu Heizzwecken ausgenutzt. Die zur Freisetzung des Wasserstoffs aus dem NT-Speicher erforderliche Wärmemenge wird aus dessen Wärmekapazität bzw. aus der Umgebungsluft entnommen, da aus NT-Speichern Vvasserstof f bereits bei sehr niedriger Temperatur freigesetzt werden kann. Sobald der Motor des Kraftfahrzeuges in Betrieb genommen wird, dient die in den Abgasen auf einem hohen Temperaturniveau enthaltene Abwärme dazu, den Wasserstoff wieder aus dem HT-Speicher abzutreiben und ihn in den NT-Speicher zurückzudrücken. Es besteht also ein geschlossener Wasserstoffkreislauf, d.h. es wird kein Wasserstoff verbraucht, sondern nur zwischen NT- und HT-Spedcher hin und her transportiert.
Da Hochtemperaturspeichermaterialien in kaltem Zustand,
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d.h. je nach Zusammensetzung unterhalb einer Temperatur von ca. 80 - 200°C eine derartig geringe Aufnahmegeschwindigkeit für Wasserstoff besitzen, daß praktisch kein Heizeffekt erreicht werden kann, ist es erforderlich, diese Materialien auf die für eine zügige Wasserstoffaufnahme erforderliche Reaktionstemperatur zu bringen. Das wird dadurch erreicht, daß der HT-Speicher eine solche Menge an Niedertemperaturspeichermaterialien enthält, daß die in dem Niedertemperaturspeichermaterial bei der Wasserstoffaufnahme entstehende Wärmemenge ausreicht, um das Hochtemperaturspexchermaterial auf die Reaktionstemperatur zu bringen.
Selbstverständlich ist es nicht möglich, im HT-Speicher dieselben Niedertemperaturspeichermaterialien wie im NT-Speicher zu verwenden,da das thermodynamisch nicht möglich ist. Es werden daher im NT-Speicher Speichermaterialien eingesetzt, über denen der Wasserstoffdruck bei Zimmertemperatur mindestens 5, vorzugsweise 10 bis 20 bar höher liegt als der Wasserstoffdruck über den NT-Speichermaterialien des HT-Speichers bei der gleichen Temperatur. Die Druckdifferenz von 5 bar sollte nicht unterschritten werden, da die Druckdifferenz wesentlich ist für ein schnelles Umfüllen des Wasserstoffs und damit für die gewünschte schnelle Wärmeentwicklung. Bei geringerer Druckdifferenz ist auch die Geschwindigkeit der Wärmeentwicklung entsprechend geringer. Die Druckdifferenz sollte allerdings auch nicht zu hoch gewählt werden, da mit zunehmendem Wasserstoffdruck die Anforderungen an das Behälter- und Leitungsmaterial immer höher werden und das Verfahren durch die s teigenden
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Kosten und das steigende Gewicht für die Anlage zunehmend
iinwirtschaftIieher wird. Besonders geeignet ist eine Druckdifferenz von 10 bis 20 bar; aus den obengenannten Gründen sollte eine Druckdifferenz von ^O bar nicht überschritten werden. Geeignete Spei chermaterialien für den NT-Speicher sind beispielsweise TiCrMn, (Mischmetall) Ni j Ti nZr Cr0 Ti Zrn .-CrMn, deren Wasserstoffgledchgewichtsdruck bei Zimmertemperatur etwa 10 bis 50 bar beträgt. Besonders geeignet ist TiCrMn bzw. modifizierte TiCrMn-Legierungen, die bei besitzen.
die bei -20 C einen Gleichgewichtsdruck von mehr als 5 bar
Der im NT-Speicher freigesetzte Wasserstoff wird im HT-Speicher unter Wärmeentwicklung gebunden. Hochtemperatur-Speichermaterialien haben zwar den Vorteil, daß bei der Bindung von Wasserstoff in ihnen eine im Vergleich zu Niedertemperaturspeichermaterialien bis zu doppelt so große Wärmemenge frei wird, sie sind jedoch bei Raumtemperatur und darunter so reaktionsträge, daß praktisch keine Wasserstoffauf nähme stattfindet. Hochtemperaturspeichermateriald.en sind allgemein bekannt und z.B. ausführlich in Intern. Journal of Hydrogen Energy ab 197'I1 in Proceedings of the International Symposium on Hydrides for Energy Storage by J.J. Reilly, GeIo (Norway) August 1977 und in Proceedings of the 2 nd World Hydrogen Energy Conference, Zürich (Switzerland) August 197^1 Editors: Veziroglu and Seifritz, beschrieben. Besonders häufig zur Anwendung kommen Mg0Ni, Mg(Ni), Ti0Co, TiCo, TiNi, CaNir. Die Arbeitstemperatür dieser Materialien liegt zwischen 150 und 35° C, wobei unter Arbeitstemperatur die Temperatur verstanden wird, bei der der Wasserstoffdruck über dem Hochtemperaturspeicher-
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material zwischen 1 und 10 bar liegt, wodurch eine zügige Wasserstoffaufnähme gewährleistet wird. Die Arbeitstemperatur ist gleichzeitig die Temperatur, die ein unbeladener Speicher annimmt, wenn ihm Wasserstoff unter dem entsprechenden Druck zugeführt wird.
Erfindungsgemäß wird der HT-Speicher bzw. das Hochtemperaturspeichermaterial dadurch auf Arbeitstemperatur gebracht, daß dem Hochtemperaturspeichermaterial Ni edertemperaturspeichermaterial beigemischt wird. Das in dem HT-Speicher enthaltene Niedertemperaturspeichermaterial nimmt auch in kaltem Zustand Wasserstoff auf, erwärmt sich dabei und bringt dadurch das Ilochtemperatursneichermaterial auf die Arbeitstemperatur. Mitunter kann es auch zweckmäßig sein, dem HT-Speichermaterial mehrere Niedertemperaturspeichermaterialien, die gestaffelte Arbeitstemperaturen besitzen,zuzusetzen. So kann z.B. das erste Niederteniperaturspeichermat erial den HT-Speicher von -20 bis 90°C erwärmen, bei 90 C springt dann die Reaktion in dem zweiten Niedertemperaturspeichermaterial an und dieses zweite Material erwärmt dann den HT-Sneicher von 90° auf 200°C, der Temperatur, bei der das HT-Speichermaterial· wirksam wird. Obwohl in diesem Falle bereits das zweite Niedertemperaturspeichermaterial wie ein Hochtemperaturspoichermaterial wirkt, wird dennoch auf das "echte" Hochtemperaturspeichermaterial nicht verzichtet, da bei der Bindung von Wasserstoff in Hochtemperaturspeichermaterialten eine ganz erheblich größere Wärmemenge frei wird als in Nieriertemperaturspeichermaterialien und daher bei begrenztem Bauvolumen oder -gewicht bzw. mit einer vorgegebenen Menge Wasserstoff eine wesentlich bessere
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Heizung erzielbar ist. Die zum Zumischen zum HT-Speicher geeigneten Niedertemperaturspeichermaterialien müssen so beschaffen sein, daß der Wasserstoffdruck über ihnen bei Zimmertemperatur mindestens 5 bar niedriger liegt als der Wasserstoffdruck über dem NT-Speicher. Diese Druckdifferenz ist erforderlich, damit ein ausreichend rascher Wasserstoff transport aus dem NT-Speicher in den HT-Speicher und damit eine rasche Wärmeentwicklung in dem HT-Speicher stattfinden kann.
Niedertemperaturspeichermaterialien sind mit ihren Eigenschaften wohlbekannt und z.B. ausführlich in den bereits oben angegebenen Literaturstellen beschrieben. Geeignete Materialien sind beispielsweise TiFe, LaNi , Ca (Mischmetall) Ni , die eine Arbeitstemperatur von ~*> 0 bis 80 C besitzen und TiNi, TiCo, Ti-Co mit einer Arbeitstemperatur von 8o bis 200 C. Die Menge der dem Hochtemperaturspeichermat er i al zuzusetzenden Niedertemperatürspeichermaterialien hängt von der in den Nieriertemperaturspeichermaterialien bei der Aufnahme von Wasserstoff frei werdenden Wärmemenge (BiIdungsenthalpie für das Hydrid) ab. Die Bildungsenthalpie ist im allgemeinen in der Literatur beschrieben, kann aber auch leicht experimentell ermittelt werden. Bei Kenntnis der Bildungsenthalpie erfolgt die Berechnung der nötigen Menge ohne Schwierigkeiten. Bevorzugt wird ein HT-Speicher, der 'iO bis 57 Gew.-"/» TiCo enthält.
HT-Speicher und NT-Speicher sind durch eine Leitung für den Wasserstoff, die mit einem Ventil absperrbar ist, miteinander verbunden. Zum Heizen läßt man Wasserstoff aus dem gefüllten NT-Speicher in den leeren HT-Speicher strömen.
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Die in dem HT-Speicher dabei entstehende Wärme wird mittels eines Wärmeaustauschers aus dem HT-Speicher abgeführt und zur Erwärmung des Kühlwassers oder des Fahrpastraumes benutzt. Während des Motorbetriebes wird der HT-Speicher durch die Auspuffgase erhitzt. Der Wasserstoff wird aus dem HT-Speicher wieder abgespalten und in den NT-Speicher zurückgedrückt· Da der HT-Speicher durch die mit einer Temperatur von bis zu 600 C aus dem Motor kommenden Auspuffgase erhitzt wird, bereitet es keine Schwierigkeiten, den HT-Speicher auf Temperaturen zu bringen, bei denen der Wasserstoffdruck über dem HT-Speicher größer ist als über dem NT-Speicher, um den Rücktransport von Wasserstoff in den NT-Speicher zu bewirken. Die bei der Rückspeicherung des Wasserstoffs im NT-Speicher freiwerdende Wärme kann an die Umgebungsluft abgegeben werden, ebenso wie die zum Freisetzen von Wasserstoff aus dem NT-Speicher erforderliche Wärmemenge der Umgebungsluft entnommen werden kann.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundenen Vorteile liegen vor allem darin, daß in kurzer Zeit eine große Wärmemenge auf einem hohen Temperaturniveau bei verhältnismäßig geringem Anlagengewicht zur Verfugung gestellt werden kann und daß diese Wärmemenge nicht durch Verbrennen von Kraftstoff oder unter Verwendung von elektrischer Energie erzeugt werden muß, sondern durch Ausnutzung der Wärme der üblicherweise nutzlos in die Atmosphäre gelangenden heißen Auspuffgabe gewonnen wird.
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Bej spiel 1:
Ef wird von folgenden Bedingungen für das Vorheizen ausge gangen:
- Außentemperatur -20 C
- Heizleistung
- Heizdauer 10min = 60O Sekunden
Die gesamte zu übertragende Energie beträgt 300OkJ. Die Bindungsenergie von Mg(Ni) beträgt -75 bis -79kJ/mol H0. Insgesamt müssen also 'lOmol H entsprechend 80g Wasserstoff in das Metall eingelagert werden. Die H -Speicherkapazität von Mg (mit 5 Atomprozent Ni) beträgt 7 - Ί,^ Gew.-% H , so daß zur Speicherung von 80g IIp eine Metallmasse von 1150g Mg(ni) notwendig ist. Die Speicherkapazität der Legierung TiCrMn beträgt 1,9 Gevr.-So II , die Aktivmasse TiCrMn insgesamt ;l2l1g.
Bei -20°C hat TiCrMnH (0,1 < χ <3) einen H -Dissozia-
ο tionsdruck von 13 bar. um 1150g Mg(Ni) von -20 C auf die Betriebstemperatur von .270 C aufzuheizen, ist eine Energie
Diese Energie wird durch II -Beladung von Ti(Fe, Mn) und
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TiCo erzeugt. Zusätzlich muß die Energie zum Aufheizen von Ti(Fe, Mn) und TiCo aufgebracht werden.
Durch Hydrierung von Ti(Fe, Mn) wird der Hochtemperaturspeicher von -20 C auf etwa 8o C, der Heakt ionpt etnperatur von TiCo, aufgeheizt. Danach wird der Speicher von 80 C bis 2~0 C durch Hydrierung von TiCo auf die Betriebstemperatur für Mg(Ni) weiter aufgeheizt.
0„o0^o=(C . m., /,.. ■> +C m
-20^80 PMg(Ni) MS(^) PTi(Fe, Mn)
pT.
1 l
7O'' = (C
p.,ig(N1) · "««(Kl) +
Die Bildungsenthalpie von Ti(Fe, Mn) Hn (0,1 < χ < 2) be
t« ™" ji.
trägt -32kJ/mol H0 und die von TiCoH. (0,1 < χ < l) be trägt -52,3kJ/mol Hp - Um den Hochtemperaturspei eher von
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-20 C auf etwa 8θ C aufzuheizen ist eine Energie von
aufzuwenden.
Um diese Energie aufzubringen, müssen insgesamt 7 Mol HL· oder l4g II in TiFe eingelagert werden. Die II -Speicherkapazität von Ti(Fe, Mn) beträgt 1,9 Gew.-Ji H bezogen auf das Aktivmaterial, so daß die minimale TiFe-Masse 73Og beträgt.
Um den Hochtemperaturspeicher von 8θ C auf 27Q C weiter aufzuheizen, muß eine Energie von
= /422kJ
aufgewendet werden. Dafür müssen 8,1 Mol H0 oder l6,2g H0 in TiCo eingelagert werden. Die !!„-Speicherkapazität von TiCo beträgt bei 8o°C 1,3 Gew.-?o H0, so daß minimal 12'lOg TiCo vorhanden sein muß. Unter Ilinzufügung eines Sicherheitszuschlages ergeben sich die Hydridanteile im Hochtemperaturspeicher (TiFe, TiCo und Mg(Ni)):
75Og TiFe, 135Og TiCo und 115Og Mg(Ni) Das Gesamtgewicht des Hochtemperaturspeichers inklusive Be-
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hältermaterial (30"ό der Aktivmasse) beträgt 325Og + 975g = ;i225g.
Um die vom Hochtemperaturspeicher gespeicherte II_-Menge in den Tieftemperaturspeicher rückladen zu können, muß dort insgesamt 58OOg TiCrMn enthalten sein. Inklusive Speicherbehälter wiegt der Tieftemperaturspeicher (20% der Aktivmasse) 6960g.
Mit Rohrleitungen und Ventilen liegt das Gesamtgewicht nicht über 15kg und stellt somit sowohl vom Gewicht als auch vom Volumen her ein leistungsfähiges Aggregat dar.
Vorgang des Heizablaufs:
Bei einer Außentemperatur von -20 C ist der 58OOg TiCoMn enthaltende Tieftemperaturhydridspeicher mit Wasserstoff voll beladen und der Hg-Dissoziationsdruck über dem Hydrid beträgt ^ 13 bar. Der H-ochtemperaturspeicher ist entleert und enthält eine Mischung aus 75Og Ti(Fe, Mn), 135Og TiCo und 1150g Mg(Ni). Der IIo-Dissoziationsdruck von
TiFeH (0 < χ < 2) bei -20°C ist kleiner als 1 bar, der
1 des TiCo-Hydrids und des Mg(Ni)-Hydrids kleiner als 10 bar
_o
bzw. 10 bar. Wird das Ventil zwischen den beiden Speichern geöffnet, so tritt Druckausgleich ein und Ti(Fe, Mn) wird unter Ivärmefrei Setzung mit Wasserstoff beladen, während TiCo und Mg(Ki) bedingt durch die geringe Reaktionskinetik nicht
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beladen werden kann. Das Ti(Fe, Mn)-Hydrid nimmt die Temperatur an, die einem Ho-Gleichgewichtsdruck von 13 bar entspricht (70°C bis 80 C) und gibt auf diesem Temperaturniveau Wärme an das Hochtemperaturspeichermaterial (TiFe, TiCo und Mg(Ni)) ab. Hat das Material eine Temperatur von 70 C angenommen, wird die Reaktion cies Wasserstoffs mit TiCo ausschlaggebend für das weitere Aufheizen des Materials. Das TiFe ist voll beladen, während die Reaktion des Wasserstoffs mit Mg(Ni) erst bei Temperaturen größer 200 C mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit einsetzt.
Nach Erreichen der Materialtemperatur von ^ 25O C kann die Wärme, die durch die Reaktion von Mg(Ni) mit H freigesetzt wird, zu Vorheizzwecken abgeführt werden. Während des gesamten Aufheizvorgangs muß durch entsprechenden Yi'ärmetausch des Tieftemperaturhydrids TiCrMnH., r (0 < χ < 3) mit der Außenluft dafür gesorgt werden, daß die Speichertemperatur nicht wesentlich unter -20 C absinkt, damit ein II -Freisetzungsdruck von 13 bar aufrechterhalten \v"ird.
Nach Erreichen von 250 C im Hochtemperaturspeicher kann vorgewärmte Innenraumluft mit Temperaturen > -20 C über den Tieftemperaturspeicher geleitet werden, so dnß dann der H -Freisetzungsdruck über 13 bar gesteigert werden kann, so daß dann noch höhere Austajuschraten zwischen Tieftemperaturspeicher und Hochtemperaturspeicher möglich werden. Nach etwa 10 Minuten ist der II -Austausch abgeschlossen. Nun kann noch insgesamt eine Energie von etwa 50OkJ bis 600kJ durch Abkühlen des Speichermaterials zum Vorheizen verwendet werden.
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Das Regenerieren der AnInge (Wiederbeladen des aus TiCrMn bestehenden NT-Speichers) wird erreicht, wenn der Hochtemperaturspeieher durch Aufnutzen der bei allen Verbrennungsvorgängen auftretenden Abwärme auf Temp ei-a tür en von über 35O°C (Hp-Druclc größer 10 bar) aufgeheizt wird (Abgasenergie) , Danach ist das Vorheizagpregat wieder einsatzbereit.
Beispiel
Das Speichergewicht des !lochtemperaturspeichers kann deutlich gesenkt werden, wenn nicht das gesamte Hochtemperatür-Speichermaterial aufgeheizt wird, sondern nur ein Teil des Mg(Ni) (etwa 10%) auf Reaktionstemperatur ( 270 C) vorgeheizt wird. Das restliche Hochtemperatur-Speichermaterial wird dann durch Mg(Ni)-Hydridbildung auf die notwendige Temperatur vorgeheizt.
Unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 ergibt sich dann folgende Energiebilanz:
Um 10?ί des 1150g Mg(Ni.) von -20°C auf 2?0°C aufzuheizen, ist insgesamt eine Energie von 36 1 3ItJ notwendig
(c 1,1J/g - grd).
Mg(Ni).
Wird diese Energie durch H -Beladung von Ti(Fe, Mn) und TiCo erzeugt, so müssen in TiFe 1,4g H^ (73g TiFe) und in TiCo 1,62g H ( 12'tg TiCo) eingelagert werden. Zum Aufheizen der restlichen $0% Mg(Ni) ist noch ein Energiebetrag von aufzubringen» Erfolgt das Aufheizen durch Mg(Ni)-Hydridbil-
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dung, so müssen 8, 7s H0 i-11 1 l6,2g Mg(Ni) eingelagert werden. Insgesamt enthält der ^JocJltem.p.ejEiaitur spei eher
1267g (Mg(Ki), 125g TiCo und 75g TiFe.
Das Gesamtgewicht beträgt also inklusive Behälter t/iÖ7g. TJm den im Hochtetnpernturspeicher enthaltenden Wasserstoff wieder rückladen zu können, muß der Tdeftemperaturspeicher f)Vl5g TiCrMn enthalten. Einschließlich Behälter wiegt dann ein solcher Tieftempornturspeieher G^^kg. In diesem Fall kann man für die GeKamtanlage mit einem Gesamtgewicht von etwa 11kg rechnen.
Eine weitere Möglichkeit der Gewichtseinsparung besteht darin, die Teilbeheizung des Speichernint eri als durch elektrischen Strom aus der Bordbatterie zu vollziehen. Hierzu würden etwa 1 Amph elektrische Ladungsmenge verbraucht. Ein Wert, der keine zu liohe Belastung für heute übliche Fahrzeugbatterie:! darstellt.
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ORIGINAL INSPECTED

Claims (5)

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 23.5.I979 Stuttgart ιλ a / .c ö Dr.Am/pfa Patentansprüche
1.1 Verfahren zum Vorwärmen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor ohne Verbrauch von Heizmaterial unter Verwendung der beim Umfüllen von Wasserstoff aus einem Niedertemperaturhydrid-Speicher (NT-Speicher) in einen Hochtemperaturhydrid-Speicher (HT-Speicher) freiwerdenden Wärme, dadurch gekennzeichnet,
- daß der HTi-Speicher neben Hochtemperaturspeichermaterxal eine solche Menge an Niedertemperaturspeichermaterial enthält, daß bei der Zufuhr des Wasserstoffs aus dem NT-Speicher in den HT-Speicher die zunächst in dem Niedertemperaturspeichermaterial des HT-Speichers freiwerdende Wärmemenge ausreicht, um das Hochtemperaturspeichermaterxal auf die für die Absorption von Wasserstoff erforderliche Reaktionstemperatur zu bringen,
- daß der NT-Speicher ein Speichermaterial enthält, über dem der Wasserstoff druck be"i Zimmertemperatur mindestens 5 bar höher liegt als der Wasserstoffdruck über dem Niedertemperaturspeichermaterial des HT-Speichers bei der gleichen Temperatur,
- daß die in dem HT-Speicher freiwerdende Wärmemenge zum Vorwärmen des Kraftfahrzeugs benutzt wird und
- daß die während des Motorbetriebes freiwerdende Motorabwärme zur Desorption des Wasserstoffs aus dem HT-Speicher und Rücktransport in den NT-Speicher benutzt wird.
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2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der NT-Speicher TiCrMn und der IIT-Speicher ^O bis 57 Gew.-% Mg2Ni und/oder MgNi, 35 bis 13 Gew.-% TiFe und ;i2 bis 30 Gew.-% TiCo enthält.
3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffdruck bei Zimmertemperatur über dem NT-Speicher 10 bis 20 bar höher liegt als der Wasserstoffdruck über dem HT-Speicher bei der gleichen Temperatur.
0300A9/0309
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GB (1) GB2051342B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3317205A1 (de) * 1983-05-11 1984-11-15 Wolfgang Dr.-Ing. 7951 Warthausen Molt Vorrichtung zur vorwaermung von kraftfahrzeugen
DE102012100875A1 (de) * 2012-02-02 2013-08-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Speicherung von Wasserstoff und Wasserstoffspeichervorrichtung

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2125156A (en) * 1982-08-12 1984-02-29 Ford Motor Co Heat storage in motor vehicles
US4499864A (en) * 1983-02-10 1985-02-19 Conoco Inc. Hydride cold start container in fuel treatment and distribution apparatus and method
GB8509170D0 (en) * 1985-04-10 1985-05-15 Dutton N Heat store system
DE3639545C1 (de) * 1986-11-20 1988-06-01 Studiengesellschaft Kohle Mbh Verfahren zur Waermespeicherung und -transformation sowie Kaelteerzeugung
DE3907084A1 (de) * 1989-03-04 1990-09-13 Battelle Institut E V Reversibler speicher fuer medien sowie anwendung des speichers
DE3910241C1 (de) * 1989-03-30 1990-10-04 Webasto Ag Fahrzeugtechnik, 8035 Stockdorf, De
US5048299A (en) * 1989-10-24 1991-09-17 Retallick William B Air conditioner for an automobile
US4939902A (en) * 1989-10-24 1990-07-10 Retallick William B Air conditioner for an automobile
JP3229023B2 (ja) * 1992-07-29 2001-11-12 マツダ株式会社 水素エンジンに対する水素ガス供給装置
US5450721A (en) * 1992-08-04 1995-09-19 Ergenics, Inc. Exhaust gas preheating system
US5347828A (en) * 1993-03-23 1994-09-20 United Technologies Corporation Organic hydride/metal hydride heat pump
US5906792A (en) * 1996-01-19 1999-05-25 Hydro-Quebec And Mcgill University Nanocrystalline composite for hydrogen storage
US6627340B1 (en) * 1999-11-06 2003-09-30 Energy Conversion Devices, Inc. Fuel cell hydrogen supply systems using secondary fuel to release stored hydrogen
US6591616B2 (en) * 1999-11-06 2003-07-15 Energy Conversion Devices, Inc. Hydrogen infrastructure, a combined bulk hydrogen storage/single stage metal hydride hydrogen compressor therefor and alloys for use therein
US20050013770A1 (en) * 2001-06-29 2005-01-20 Robert Schulz Method for storing hydrogen in an hybrid form
GB0317894D0 (en) * 2003-07-31 2003-09-03 Johnson Matthey Plc Hydrogen supply system
US7934664B1 (en) * 2006-10-26 2011-05-03 Gerry Wolter Hydronic space and water heater
DE102009028326A1 (de) * 2009-08-07 2011-02-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen von Motor- und Getriebeöl eines Hybridfahrzeuges
US20140138452A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-22 GM Global Technology Operations LLC System And Method For Heating The Passenger Compartment Of A Fuell Cell-Powered Vehicle
DE102014001381A1 (de) * 2014-02-01 2015-08-06 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Heizvorrichtung für eine Antriebseinheit in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zur Steuerung einer solchen Heizvorrichtung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3504494A (en) * 1968-10-28 1970-04-07 Atomic Energy Commission Intermittent power source
NL7414458A (nl) * 1974-11-06 1976-05-10 Philips Nv Verwarmingsinstallatie voor motorvoertuigen.
US4016836A (en) * 1975-09-08 1977-04-12 Billings Energy Research Corporation Hydride fuel system
US4198827A (en) * 1976-03-15 1980-04-22 Schoeppel Roger J Power cycles based upon cyclical hydriding and dehydriding of a material
DE2715990A1 (de) * 1977-04-09 1978-10-12 Daimler Benz Ag Standheizung durch hydride in wasserstoff-fahrzeugen
DE2750463A1 (de) * 1977-11-11 1979-05-17 Daimler Benz Ag Brennkraftmaschine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3317205A1 (de) * 1983-05-11 1984-11-15 Wolfgang Dr.-Ing. 7951 Warthausen Molt Vorrichtung zur vorwaermung von kraftfahrzeugen
DE102012100875A1 (de) * 2012-02-02 2013-08-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Speicherung von Wasserstoff und Wasserstoffspeichervorrichtung
DE102012100875B4 (de) 2012-02-02 2022-01-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Speicherung von Wasserstoff, Wasserstoffspeichervorrichtung und deren Verwendung

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Publication number Publication date
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JPS55160288A (en) 1980-12-13
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GB2051342B (en) 1983-05-18
GB2051342A (en) 1981-01-14
US4385726A (en) 1983-05-31
CA1159031A (en) 1983-12-20

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