DE4434829A1

DE4434829A1 - Wasserstofftanksystem für Motorfahrzeuge

Info

Publication number: DE4434829A1
Application number: DE4434829A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr Molsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-04-04

Description

Es ist davon auszugehen, daß in nicht ferner Zukunft vor allem für Motorfahrzeuge weiter verschärfte Abgasvorschriften vom Gesetzgeber beschlossen werden (siehe schon heute Kalifornien, USA). Es kann als sicher gelten, daß bei weiterer Verschärfung dieser Vorschriften, eben diese nicht mehr mit Treibstoffen aus Kohlenwasserstoffderivaten (wie heute beispielsweise Benzin, Diesel etc.) zu erbringen sind. Es kann nicht sinnvoll sein, mit einem immens hohen Aufwand an Technologie, Finanzen etc. Abgase in höchstem Maße zu reinigen, wo schon heute mit der Wasserstofftechnologie Verfahren zur Verfügung stehen, mit denen sich das Abgasproblem von vornherein gar nicht erst stellt.

Langfristig ist also davon auszugehen, daß nur mit der quasi abgasfreien Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser(-dampf) diese strengen Abgasbestimmungen zu erfüllen sind, d. h. mit Wasserstoff betriebene Verbrennungsmotoren. Die heute existierenden Speichermedien für Elektrizität reichen auch unter Gewichtskriterien nicht annähernd aus, um mit einem Energieträger Flüssigwasserstoff bei nicht schienengebundenen Motorfahrzeugen konkurrieren zu können. Um aber mit Wasserstoff die nötige hohe Energiedichte zu erreichen, muß entweder mit hohem Druck oder unter enormer Abkühlung, ggf. mit einer Kombination dieser beiden Maßnahmen, der flüssige Aggregatzustand dieses Elements erreicht werden. Dies alleine ist heute schon relativ einfach möglich, vor allem stationär. Bis heute unbefriedigend ist aber der aufwendige Tankvorgang im Bereich der Motorfahrzeuge, zumal im Hinblick auf die recht problemlose Situation beim heute üblichen Benzin. Des weiteren unbefriedigend ist die Situation beim Tank selbst. Wasserstoff ist extrem flüchtig und erfordert einen enorm hohen Bauaufwand beim Tank selbst, um diesen entsprechend druckfest zu machen, bzw. zu isolieren, um der extrem niedrigen Temperatur gerecht zu werden. Ein weiteres Problem ist die nötige Abdichtung, um der wie gesagt hohen Flüchtigkeit (Dampfdruck) dieses Mediums zu entsprechen, um somit eine befriedigende Volumenstabilität zu erreichen. Auch eine Monate währende "Standzeit" darf nicht dazu führen, daß im Laufe dieser Zeit sich der Tank dadurch leert, daß der gesamte flüssige Wasserstoff verdampft und somit das Fahrzeug sich nicht mehr bewegen läßt. Hier ist ein hermetischer Verschluß zweckmäßigerweise mit elektromagnetischen Ventilen im Bereich der Verbindung Tank-Fahrzeug erforderlich. Dies dient zudem den Sicherheitsanforderungen.

Diesen Vorgaben wird am ehesten ein System gerecht, welches genormte mobile Tankeinheiten für Flüssigtreibstoffe zur Basis hat. Diese können aus Einzeltanks oder mehreren kleineren Einheiten bestehen, die an "Tankstellen" mit entsprechender Infrastruktur ausgetauscht werden könnten. Dazu ist zweckmäßigerweise ein Peilsystem einzurichten, welches aufeinander abgestimmt, Tank/Fahrzeug/Tankstelle miteinander "verbindet", um eine hinreichend präzise Positionierung des Fahrzeugs zum Tankaustausch darzustellen.

Die Überbrückung von längeren Standzeiten mit der Gefahr der Selbstentleerung des Tanks wegen der hohen Flüchtigkeit von Flüssigwasserstoff ist auf verschiedene Art und Weise zu entsprechen. Vorab ist natürlich eine möglichst hermetische Abdichtung erforderlich. Vorzusehen ist aber auch eine Nachlademöglichkeit in Form von im Fahrzeug integrierter Hydrolyse und Gaskompression, die ihren Stromverbrauch extern darstellen könnte (z. B. in Garagen) oder "intern" durch am/im Fahrzeug integrierte Solarzellen zur Photovoltaik. Auch (private) kleine mobile Hydrolyse- Einheiten zur Versorgung von reservetankähnlichen Mobiltanks sind ohne großen Bauaufwand darstellbar. Diese Mobiltanks wären dann von Hand zu installieren, um nach extrem langen Standzeiten ( auch eine normale Autobatterie entleert sich bei sehr langen Standzeiten) eine gewisse Mindestreichweite zu garantieren.

Diese Zielvorgaben werden erfindungsgemäß erreicht durch eine Auflösung der starren Verankerung des Fahrzeugtanks (1) im Fahrzeug (11) hin zu einer temporären (2), Abb. 1. Dadurch ist eine beliebige Verlagerung des Auffüllens eben dieses Tanks möglich, örtlich wie zeitlich. Bei genormten Tankgrößen, d. h. einer Abkehr von den heute üblichen fahrzeugspezifischen Individualtanks, besteht die Vorratshaltung der Tankstellen primär in Form von schon gefüllten Einzeltanks, erst sekundär in Form von großen Sammeltanks, aus denen die Einzeltanks befüllt werden. Wenn beim Tankvorgang der gesamte Fahrzeugtank, dessen hermetischer Verschluß der Tanköffnung (4) nur beim Einschalten der Zündung freigegeben wird, ausgetauscht wird, entfallen viele Probleme wie Dampfdruckbeherrschung und Temperatur des flüssigen Wasserstoffs. Dies dient zusätzlich der Sicherheit. Grundlage ist also die Schaffung eines Systems von "Mobiltanks" für Flüssigkraftstoffe in verschiedenen Größen für Motorfahrzeuge. Hierbei spielt es keine Rolle, ob von einem Tank ausgegangen wird oder von mehreren, in Reihe oder Serie geschalteten, das Prinzip bleibt identisch. In diese Mobiltanks (1) sollten Meßfühler integriert sein (3), die die nötigen Informationen über Inhaltsmenge, Druck und Temperatur liefern. Die Verbindungen zu diesen Meßfühlern werden beim Austausch mit automatisch gelöst bzw. verbunden zu den jeweiligen Anschlüssen (5) im Fahrzeug selbst. Gleiches gilt analog zu der Verbindung der Treibstoffleitung (6) zu der Tanköffnung (4). Es ist zu bedenken, daß normalerweise beim Tankvorgang noch alte Restmengen von Treibstoff im Tank vorhanden sind. Diese sind zu messen (durch Wiegen - bei genormten und codierten Tankgrößen kein Problem - oder durch Absaugen o. ä.) nach dem Ausbau des Mobiltanks. Die Restmenge ist dann mit der neuen Tankmenge zu verrechnen.

Dieses ganze Procedere des Tankaustausches ist zwar auch von Hand zu bewerkstelligen, zweckmäßigerweise jedoch geschieht es automatisch. Es spielt keine Rolle, ob dies von unten geschieht, wenn sich dieser Mobiltank im Bereich des Wagenbodens befindet (s. Abb. 1) oder von einer beliebigen Seite. Zweckmäßig jedoch ist es, diesen Tank oder das Fahrzeug selbst mit einer Einrichtung - Peilsystem (7) - zu versehen, funkähnlich vernetzt mit einem entsprechenden System bei der Tankstelle selbst, daß dieser Tank im Nahbereich der Tankposition angepeilt werden kann. So ist es möglich, den Fahrzeugführer mit der nötigen Information zu versehen (über Sichtschirm o. ä.), um das Fahrzeug in einer hinreichend präzisen Position anhalten zu können, in der das automatische Austauschen des Mobiltanks möglich ist. Es wäre aber auch denkbar, daß diese Feineinstellung der "Parkposition" auch noch durch ein geeignetes System selbstständig - intern oder extern vom Fahrzeug - erstellt wird. Hierbei ist es natürlich erforderlich, daß auch bei den Tankstellen eine dementsprechende Infrastruktur geschaffen wird, bis hin zu den robotorähnlichen Systemen, die zum Austauschen von Mobiltanks in der Lage sind.

Zur Überbrückung von längeren Standzeiten des Fahrzeugs (Wochen oder Monate), die wegen der hohen Flüchtigkeit (s. Dampfdruck) problematisch sein können, sind vor allem zwei Varianten zweckmäßig, wobei eine hermetische Tankabdichtung und -isolation selbst, sowie der Zuwege und deren Verbindungen zum Mobiltank, generell vorausgesetzt wird: a) eine Nachlademöglichkeit des Mobiltanks im Fahrzeug selbst in Form von integrierter Hydrolyse und Gaskompression - ohne Abbildung. Die dazu notwendige Stromversorgung könnte extern erfolgen (z. B. Stromanschluß in Garagen) oder intern durch am/im Fahrzeug integrierte Solarzellen zur Photovoltaik. b) einen reservetankähnlichen kleinen Zusatzmobiltank (ebenfalls ohne Abbildung, da grundsätzlich analog), der praktischerweise von Hand austauschbar ist. Dieser Zusatzmobiltank wird zuhause oder an beliebiger anderer Stelle vorrätig gehalten. Dazu ist kleine separate Hydrolyse/Gaskompressionseinheit erforderlich, die in einer Garage genauso vorrätig sein könnte wie z. B. Winterreifen. Damit wäre auch nach extrem langen Standzeiten, in denen sich aber auch eine Autobatterie entleert, zumindest eine gewisse Mindestreichweite garantiert.

Bezugszeichenliste

1) Mobiltank
2) Temporäre Halteelemente - Schnellverschluß
3) tankintegrierte Meßfühler
4) Tanköffnung
5) Verbindungselemente im Fahrzeug zu den Meßfühlersteckern
6) Treibstoffleitung
7) Peilsystem
10) Fahrzeugachsen
11) Fahrzeug
12) Räder.

Claims

1. Treibstofftank für Motorfahrzeuge dadurch gekennzeichnet, daß dieser nicht fest eingebaut ist, sondern versehen mit einem Schnellverschluß temporären Charakter bekommt (Mobiltank) und von Hand oder automatisch mit einem robotorähnlichen System ausgetauscht werden kann.

2. Treibstofftank für Motorfahrzeuge wie unter "1", dadurch gekennzeichnet, daß dieser genormt und codiert ist.

3. Treibstofftank für Motorfahrzeuge wie unter "1" und "2", dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit integrierten Meßfühlern versehen ist für Menge, Temperatur, Druck u.ä.

4. Treibstofftanks für Motorfahrzeuge wie unter "1, 2, 3", dadurch gekennzeichnet, daß in einem Fahrzeug einer oder mehrere in Reihe oder parallel geschaltete Mobiltanks einsetzbar sind.

5. Motorfahrzeuge dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer integrierten Anlage zur Hydrolyse und Gaskompression versehen sind.

6. Motorfahrzeuge wie unter "5", dadurch gekennzeichnet, daß die zur Hydrolyse erforderliche Stromversorgung extern möglich ist.

7. Motorfahrzeuge wie unter "5, 6", dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung dazu intern durch am/im Fahrzeug integrierte Solarzellen dargestellt wird.

8. Peilsystem am Mobiltank oder Fahrzeug dadurch gekennzeichnet, daß es zu einem entsprechenden korrespondierenden System an Tankstellen ermöglicht, das Fahrzeug lotsengleich in die Position zu bringen, in der ein Austauschen des Mobiltanks problemlos möglich ist. Dieses Peilsystem kann über Informationen zum Fahrzeugführer arbeiten oder selbstständig automatisch die Feineinstellung des Fahrzeugs darstellen.

9. Hermetisches Verschlußsystem zwischen Mobiltank und Fahrzeug dadurch gekennzeichnet, daß es als elektromagnetisch gesteuertes Ventil an die Zündung gekoppelt ist.