DE4328962A1 - Speicherbehälter - Google Patents

Speicherbehälter

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Description

Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter für flüssige, kryogene Medien, vorzugsweise flüssigen Wasserstoff.
Im folgenden werden als Bezeichnungen für gasförmigen bzw. flüssigen Wasserstoff die Abkürzungen GH₂ (Gaseous Hydrogen) bzw. LH₂ (Liquid Hydrogen) verwendet.
Insbesondere Wasserstoff gewinnt gegenwärtig durch den zunehmenden Energiebedarf und ein gestiegenes Umweltbewußtsein als Energieträger an Bedeutung. Es sind Überlegungen im Gange, in naher Zukunft Flugzeuge, Lastkraftwagen, Busse sowie Personenkraftwagen mittels mit Wasserstoff betriebenen Turbinen bzw. Motoren anzutreiben. Die Speicherung des Wasserstoffs an Bord der obengenannten Verkehrsmittel ist dabei in flüssiger Form am sinnvollsten. Zwar muß der Wasserstoff dazu auf etwa 25 K abgekühlt und auf dieser Temperatur gehalten werden, was nur durch entsprechende Isoliermaßnahmen an den Speicherbehältern bzw. -tanks zu erreichen ist, doch ist eine Speicherung in gasförmigem Zustand aufgrund der geringen Dichte von GH₂ in der Regel in den obengenannten Verkehrsmitteln nicht realisierbar. Aus sicherheitstechnischen Gründen bedarf es bei wasserstoffgetriebenen Fahrzeugen weiterer Sicherheitsmaßnahmen - auf die hier jedoch nicht näher eingegangen wird - so daß die notwendige Isolation des Speicherbehälters nicht nur dem Aufrechterhalten der Temperatur dient. Einen Überblick über den aktuellen Stand der Wasserstoff-Entwicklung im Hinblick auf seine Verwendung als Kraftstoff gibt z. B. der Artikel "Flüssiger Wasserstoff als Motorenkraftstoff der Zukunft", Prof. Dr. W. Peschka, Sonderdruck aus "Maschinenwelt- Elektrotechnik", 43. Jahrgang, Heft 8/9-1988.
Aus der deutschen Patentanmeldung P 42 12 626.6 (wird veröffentlicht) ist ein Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff bekannt, bei dem im Inneren eine Mammutpumpe befestigt ist, deren oberes Ende in den Gasraum des Speicherbehälters hineinragt, wobei zusätzlich in dem Gasraum eine Verdampfer- Heizung vorgesehen ist. Diese Verdampfer-Heizung wird vorzugsweise am oberen Ende oder innerhalb der Mammutpumpe angeordnet.
Mittels einer solchen Mammutpumpe ist es möglich, die Verdampfung von LH₂ zum Zwecke des Druckaufbaus und der Druckerhaltung innerhalb des Gaspolsters im Bereich über dem Flüssigkeitsspiegel durchzuführen. Nachteilig ist jedoch, daß die Förderleistung einer Mammutpumpe dann stark abnimmt, wenn die Förderhöhe zunimmt bzw. der Flüssigkeitsstand, der über dem Mammutpumpen-Eintritt lastet, abnimmt. Zudem ist eine restlose Entleerung eines Speicherbehälters mittels einer Mammutpumpe nicht möglich.
Des weiteren ist es bekannt, mechanische Pumpen zum Entleeren eines Speicherbeälters zu verwenden, doch sind mechanische Pumpen vergleichsweise teuer und unzuverlässig. Gerade die Zuverlässigkeit des Entleerungssystems muß jedoch gewährleistet sein, da eine Wartung bzw. Reparatur nur unter Inkaufnahme eines unverhältnismäßig großen Zeitaufwandes möglich ist.
Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
  • a) im Inneren des Speicherbehälters, vorzugsweise in dessen Bodennähe ein thermisch isoliertes Gehäuse angeordnet ist,
  • b) über mindestens eine Öffnung zumindest zeitweilig das Einströmen von gespeichertem Medium in das Gehäuse ermöglicht wird,
  • c) innerhalb des Gehäuses mindestens eine Verdampfungsvorrichtung angeordnet ist,
  • d) zwischen dem Gehäuse und einem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des kryogenen Mediums angeordneten Sammelbehälters ein Steigrohr angeordnet ist,
  • e) der Sammelbehälter gegebenenfalls eine weitere Verdampfungsvorrichtung aufweist und
  • f) vom Sammelbehälter eine Leitung aus dem Speicherbehälter führt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es nun, die gesamte Füllung des Speicherbehälters bei gleichbleibender hoher Förderleistung und ohne den Einsatz einer Mammutpumpe oder einer mechanischen Pumpe in den Sammelbehälter und von diesem zum Motor bzw. Triebwerk des H₂-betriebenen Fahrzeuges zu fördern.
Im folgenden sei die der Erfindung zugrundeliegende Thematik anhand eines LH₂- Speicherbehälters für H₂-betriebene Kraftfahrzeuge dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen LH₂-Speicherbehälter 1, bei dem der Übersichtlichkeit halber auf eine Darstellung der notwendigen Isolierung verzichtet wurde. In der Regel ist nur ein Befüllen des Speicherbehälters mit LH₂ 2 bis etwa 95% des Speichervolumens zulässig, so daß über dem LH₂ 2 ein Leervolumen bestehen bleibt. Am Boden des Speicherbehälters 1 ist in seinem Innenraum ein Gehäuse 3, das vorteilhaft thermisch isoliert ist, angeordnet. Das Gehäuse 3 weist eine Öffnung auf, die mittels eines Ventiltellers 4 verschlossen werden kann. Dieser Ventilteller 4 besitzt an seiner Unterseite eine Ventilspindel 5, die als Magnetanker dient und zwischen zwei Magnet/Heiz-Spulen 6 angeordnet ist. Bei stromloser Spule wird der Ventilteller 4 durch die Feder 7 von seinem Sitz abgehoben, so daß im Gehäuse 3 eingeschlossenes GH₂ entweichen und gleichzeitig LH₂ in das Gehäuse 3 einströmen kann. Wird nachfolgend Spannung an die Magnet/Heiz-Spule 6 angelegt, zieht diese die Ventilspindel 5 an, so daß der Ventilteller 4 schließt. Die Wärmeabgabe der Magnet/Heiz-Spule 6 wird genutzt, um einen Teil des eingeströmten LH₂ zu verdampfen. Der entstehende GH₂ drückt nunmehr LH₂ über das Steigrohr 8 in den, überhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten Sammelbehälter 9. Von dort kann, gegebenenfalls nach vorheriger (teilweiser) Verdampfung mittels Verdampfervorrichtung 10, LH₂ und/oder GH₂ über Leitung 11 zum Motor des Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) abgeführt werden. Die "Pumpe" nach Fig. 1 arbeitet diskontinuierlich. Bei einer ausreichenden Dimensionierung der "Pumpe" bzw. des Gehäuses 3 und des Sammelbehälters 9 ist jedoch auch eine kontinuierliche Abgabe von GH₂ und/oder LH₂ über Leitung 11 möglich. Der Sammelbehälter 9 dient hierbei als Pufferbehälter, der während der Füllphase des Gehäuses 3 entleert wird.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, durch eine Anordnung von zwei oder mehreren Gehäusen 3 mit den beschriebenen Konstruktionsmerkmalen bei wechselnden Füll- und Entleerphasen einen kontinuierlichen Förderbetrieb zu erreichen.
Ferner kann innerhalb des Gehäuses 3 eine zusätzliche Verdampferheizung vorgesehen sein.
In der Regel wird es Sinn machen, das Gehäuse 3 am Boden bzw. tiefsten Punkt des Speicherbehälters 1 vorzusehen. Denkbar wäre jedoch auch eine Anordnung an anderer Stelle innerhalb des Speicherbehälters.

Claims (1)

1. Speicherbehälter für flüssige, kryogene Medien, vorzugsweise flüssigen Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) im Inneren des Speicherbehälters (1), vorzugsweise in dessen Bodennähe ein thermisch isoliertes Gehäuse (3) angeordnet ist,
  • b) über mindestens eine Öffnung zumindest zeitweilig das Einströmen von gespeichertem Medium (2) in das Gehäuse (3) ermöglicht wird,
  • c) innerhalb des Gehäuses (3) mindestens eine Verdampfungsvorrichtung (6) angeordnet ist,
  • d) zwischen dem Gehäuse (3) und einem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des kryogenen Mediums (2) angeordneten Sammelbehälters (9) ein Steigrohr (8) angeordnet ist,
  • e) der Sammelbehälter (9) gegebenenfalls eine weitere Verdampfungsvorrichtung (10) aufweist und
  • f) vom Sammelbehälter (9) eine Leitung (11) aus dem Speicherbehälter (1) führt.
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