EP4065878B1 - System mit zumindest zwei kryobehältern zur bereitstellung eines fluids - Google Patents

System mit zumindest zwei kryobehältern zur bereitstellung eines fluids Download PDF

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EP4065878B1
EP4065878B1 EP20780903.9A EP20780903A EP4065878B1 EP 4065878 B1 EP4065878 B1 EP 4065878B1 EP 20780903 A EP20780903 A EP 20780903A EP 4065878 B1 EP4065878 B1 EP 4065878B1
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EP
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containers
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Matthias Rebernik
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Cryoshelter LH2 GmbH
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Cryoshelter Biolng GmbH
Cryoshelter LH2 GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a system for providing a fluid, comprising at least a first and a second cryogenic container for storing the fluid, wherein the first cryogenic container has a container volume which is larger than a container volume of the second cryogenic container, and wherein the system further comprises a first extraction line which connects to the first cryogenic container for extracting a first mass flow of fluid, and a second extraction line which connects to the second cryogenic container for extracting a second mass flow of fluid.
  • liquefied gases can be stored in containers ("cryogenic containers”) in order to store them as fuel for an engine, for example.
  • Liquefied gases are gases that are in a liquid state at boiling temperature, whereby the boiling temperature of this fluid is pressure-dependent. If such a cryogenic liquid is filled into a cryogenic container, a pressure corresponding to the boiling temperature is established, apart from thermal interactions with the cryogenic container itself.
  • methane as fuel, for example, this means that the methane must be at a sufficiently high temperature in order to achieve a tank pressure high enough for the engine to operate after it has been transferred from the filling station to the vehicle tank. If the pressure at the engine's injection valves falls below the specified minimum, the engine cannot be operated.
  • the cryogenic container is equipped with a pressure relief valve that is triggered at a predetermined pressure.
  • the time from the end of the removal at the working pressure until the predetermined pressure of the pressure relief valve is reached is referred to in specialist circles as the "hold time".
  • the hold time of the cryogenic vessel is as long as possible to allow for long shutdown times.
  • cryogenic containers mount two cryogenic containers on a motor vehicle, with the fluid being used as fuel for the motor vehicle.
  • the cryogenic containers are usually mounted on the left and right of the vehicle's supporting frame between the vehicle's axles.
  • cryogenic containers with different container volumes Due to the different space available on both sides of the vehicle, it can be useful to use two cryogenic containers with different container volumes, for example a shorter and a longer cryogenic container.
  • one problem that arises here is that cryogenic containers with different container volumes have different hold times. The "total" hold time of the system is therefore calculated from the cryogenic container with the shorter hold time.
  • the US 2018/313496 A1 discloses a system with a first and a second cryogenic container, wherein the mass flows during the removal of cryogenic fluid from the two cryogenic containers are controlled such that the fill levels of the two cryogenic containers remain essentially the same. If the two fill levels differ, the fill levels are adjusted by changing the mass flows.
  • the DE 20 2019 103696 U1 shows a withdrawal system consisting of two liquid gas containers of the same size.
  • the aim is to keep the filling level of both cryogenic containers essentially the same. To do this, a liquid gas filling level in the tanks measured and further withdrawal of LPG from the fuller container is prevented if there is a difference of 20% of the LPG level.
  • the EP 3 093 178 A1 shows a vehicle with two cryogenic containers of different sizes, but no statement is made regarding the removal of cryogenic fluid from the cryogenic containers.
  • a system for providing a fluid comprising at least a first and a second cryogenic container for storing the fluid, wherein the first cryogenic container has a container volume which is larger than a container volume of the second cryogenic container, and wherein the system further comprises a first extraction line which connects to the first cryogenic container for extracting a first mass flow of fluid, and a second extraction line which connects to the second cryogenic container for extracting a second mass flow of fluid, wherein the system comprises means which are designed to make the two mass flows different in size, so that in a first operating mode the hold time of the two cryogenic containers converges during extraction and/or in a second operating mode the hold time of the two cryogenic containers decreases essentially at the same rate if they are essentially the same size, wherein the hold time is the period of time from the termination of the extraction to the point in time at which the pressure in the cryogenic container reaches a predefined threshold value.
  • the solution according to the invention solves the problem mentioned at the beginning by compensating for the different hold times of the cryogenic containers by the different removal of the fluid from the containers.
  • the solution according to the invention thus makes it possible to increase the hold time of the overall system consisting of both cryogenic containers without making structural changes to one of the two containers.
  • the first operating mode has the effect that the hold time of the two cryogenic containers is brought closer together, so that the total hold time of the entire system increases, which is determined by the shorter hold time of the two cryogenic containers.
  • the second operating mode has the effect that after the two cryogenic containers have reached the same hold time for the first time, the hold time of the entire system decreases as little as possible when the fluid is further removed. It is also possible to equip the system with only the second operating mode, for example if the two cryogenic containers are filled in such a way that they have the same hold time.
  • the means comprise a control unit which is designed to regulate the first and/or the second mass flow. This makes it possible to achieve dynamic control of the hold time depending on the current hold time or the fill level of the cryogenic containers.
  • control unit comprises a computing unit which is designed to calculate the current hold time of the first and/or the second cryogenic container and to control the mass flows based on the calculated hold time. This can be done, for example, by measuring a current fill level and/or a current pressure in the cryogenic container in order to determine the current hold time.
  • a calculated hold time has the advantage that the mass flows can be controlled more precisely and an improved hold time of the entire system can therefore be achieved.
  • control unit could also regulate the mass flows according to a prescribed scheme, for example by controlling the on/off valve after a predetermined time, whereby the first operating mode can be achieved.
  • the solution according to the invention can be used in particular when the extraction lines have different line lengths or, more generally, different flow losses.
  • the means or a control unit of the means can control the mass flows in such a way that the different flow losses are compensated.
  • the first cryogenic container preferably has a container volume that is larger than the container volume of the second cryogenic container.
  • the solution according to the invention can be used particularly preferably, because the hold time of the cryogenic containers will generally be different and not only when the hold time of the two cryogenic containers becomes different due to external circumstances.
  • control unit is designed to remove fluid essentially only from the first cryogenic container in the first operating mode until the hold time of the first cryogenic container essentially corresponds to the hold time of the second cryogenic container. In the simplest case, this can be achieved by an on/off valve in the first or second removal line, which is controlled by the control unit.
  • control unit is designed to remove substantially only such an amount of fluid from the second cryogenic container in the first operating mode that the hold time of the second cryogenic container remains constant, and to remove the remaining fluid from the first cryogenic container. This allows the hold time of the second cryogenic container not to decrease while the majority of the fluid is removed from the first cryogenic container.
  • the system is designed to remove fluid from the second cryogenic container only in a gaseous state in the first operating mode. This means that less mass has to be removed from the second cryogenic container in order to keep the hold time constant.
  • control unit is designed to switch from the first to the second operating mode after the two cryogenic containers have reached the same hold time for the first time. This makes it possible to achieve a system which controls the hold time of the two cryogenic containers as efficiently as possible.
  • control unit is designed to choose between removing the fluid in a liquid phase and/or removing the fluid in a gas phase when removing the fluid from the first and/or the second cryogenic container. This can be provided for both the first and the second operating mode. In normal operation, the fluid is removed in the liquid phase. However, if the pressure exceeds the desired working pressure, fluid can be removed in the gas phase. This makes it possible to achieve a so-called economizer function taking the hold time into account.
  • a third operating mode can preferably be provided, wherein the system in the third operating mode is designed to form a different working pressure in the two cryogenic containers during operation and to remove fluid only from the first or only from the second cryogenic container.
  • the smaller of the cryogenic containers is lowered to the lower working pressure and fluid is only removed from the larger cryogenic container if an expected required performance of the system is above a threshold value and fluid is only removed from the smaller cryogenic container if the expected required performance of the system is below the threshold value.
  • an expected route profile can be used to determine the required performance.
  • the system can be set to a fourth operating state when the pressure in both cryogenic containers is between a working pressure and the mentioned threshold value, and wherein the system in the fourth operating mode is designed to select the two mass flows such that the pressure in both cryogenic containers is reduced to the working pressure and the hold time of the two cryogenic containers converges during removal and/or increases at substantially the same rate.
  • This makes it possible to achieve an operating mode that is selected immediately after starting the system, i.e. in the above-mentioned embodiments before the first or second operating mode.
  • the fourth operating mode enables the pressure in the cryogenic containers to be reduced to the working pressure, taking the hold time into account.
  • fluid is only removed from the cryogenic vessels in the gas phase, as this allows the working pressure to be reached as quickly as possible.
  • the fluid is removed from one of the cryogenic vessels in the gas phase and from the other cryogenic vessel in the liquid phase, for example if this helps the hold time to converge more quickly.
  • control unit can be designed to determine the current hold time of the first and/or the second cryogenic container from pre-calculated values or from values measured during a reference measurement.
  • the removal rate of the fluid from the two cryogenic containers can be measured during removal or simply an operating time of the system can be used.
  • the system according to the invention can be implemented particularly easily in that the system comprises a first valve in the first extraction line and a second valve in the second extraction line, and wherein the control unit is designed to control the valves in order to adjust the first and second mass flow.
  • the system comprises a measuring device which is designed to measure a current volume of the fluid and/or a current working pressure of the fluid in the first cryogenic container and/or in the second cryogenic container and to send it to the control unit. This allows the hold time of the two cryogenic containers to be determined particularly precisely.
  • the container volumes can preferably be stored in a database that can be queried by the control unit. This can be advantageous, for example, if the hold time is calculated immediately. In some embodiments, however, it is not necessary to store the container volumes, for example if reference values for the hold time are available.
  • FIG 1 shows a motor vehicle 1 with a support frame 2 and two axles 3, 4.
  • a cryogenic container 7, 8 is mounted on both sides 5, 6 of the support frame 2 between the axles 3, 4.
  • the cryogenic containers 7, 8 each store fluid, for example liquefied natural gas, which is also known to those skilled in the art as LNG ("Liquid Natural Gas").
  • LNG Liquid Natural Gas
  • the fluid is present in the cryogenic containers 7, 8 in both liquid and gaseous form. If the cryogenic containers 7, 8 are used in conjunction with a motor vehicle 1, the stored fluid can serve, for example, as fuel for an engine of the motor vehicle 1. In other embodiments, however, the cryogenic containers 7, 8 could also be provided in other areas of application.
  • the first cryogenic container 7 has a container volume V1 which is larger than a container volume V2 of the second cryogenic container 8.
  • V1 container volume
  • V2 container volume
  • Such configurations can be useful, for example, if different amounts of installation space are available on the two sides 5, 6 of the motor vehicle 1.
  • the pressure in the cryogenic containers 7, 8 is, for example, between 6 and 8 bar. This pressure can be regulated, for example, by removing fluid or by a heat exchanger extending into the respective cryogenic container. However, as soon as the system 1 is no longer in operation, i.e. is switched off, the pressure in the cryogenic containers 7, 8 increases steadily due to a constant heat input into the cryogenic containers 7, 8.
  • both the first cryogenic container 7 and the second cryogenic container 8 each have a pressure relief valve 9, 10, which is connected directly or indirectly via a connecting line to the respective cryogenic container 7, 8.
  • the pressure relief valves 9, 10 are triggered at a predetermined pressure, which is for example 16 bar, and thereby release fluid in a gaseous state.
  • the two pressure relief valves 9, 10 are triggered at the same predetermined pressure, although it can also be provided that they can be triggered at different pressures.
  • the time period from the end of the extraction to a point in time at which the pressure in the cryogenic container 7, 8 reaches a predefined threshold is referred to as the so-called hold time. It goes without saying that the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 should be as long as possible, since leaked fluid represents an economic loss and an environmental impact.
  • the hold time of the respective cryogenic container 7, 8 is calculated from the container volume V1, V2, since a larger container surface simultaneously requires a larger heat input. Furthermore, the hold time depends on the current volume of fluid in the cryogenic container 7, 8 and the pressure difference between the trigger pressure of the respective pressure relief valve 9, 10 and the operating pressure that prevails in the respective cryogenic container 7, 8 at the time the extraction is terminated. To calculate the hold time, a predetermined ambient temperature of the cryogenic containers 7, 8 or a predetermined heat input into the cryogenic containers 7, 8 can be assumed. However, the ratio of the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 depends only slightly on the ambient temperature.
  • FIG 2 is a diagram in which the current volume of fluid is plotted in relation to the total container volume on the horizontal axis and the hold time in days on the vertical axis.
  • HT1 shows the hold time curve of a first cryogenic container 7 with a container volume V1 of 500 l.
  • HT2 shows the hold time curve of a cryogenic container 8 with a container volume V2 of 300 l. It is clear that the first cryogenic container 7 with the larger container volume V1 has a longer hold time at the same fill level than the second cryogenic container 8 with the smaller container volume V2. In the example shown, a minimum hold time of four days was selected.
  • the system 1 comprises a first removal line 11 which connects to the first cryogenic container 7 for removing a first mass flow M1 of fluid, and a second removal line 12 which connects to the second cryogenic container 8 for removing a second mass flow M2 of fluid.
  • the system 1 comprises means 13 which are designed to make the two mass flows M1, M2 of different sizes. This is used with the aim of achieving the greatest possible time after the end of the extraction at which one of the two pressure relief valves 9, 10 is triggered. This is achieved when the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 is essentially the same during the extraction.
  • the means 13 can be designed, for example, as a control unit 14 which controls the mass flows M1, M2. This can be achieved, for example, via valves 15, 16 which are each arranged in the extraction lines 11, 12 and are controlled by the control unit 14. In alternative embodiments, however, the means 13 can also comprise only a rigid throttle in one of the extraction lines 11, 12.
  • the control unit 14 can comprise a computing unit which is designed to current hold time of the first and/or the second cryogenic container 7, 8.
  • the system 1 can in particular comprise a measuring device which is designed to measure a current volume of the fluid and/or a current working pressure of the fluid in the first cryogenic container 7 and/or in the second cryogenic container 8 and to send it to the control unit 14.
  • Other measured values could also be measured and sent to the control unit 14 in order to control the mass flows M1, M2 even more efficiently.
  • control unit 14 can also carry out the control of the mass flows M1, M2 without direct measurements on the fluid in the cryogenic containers 7, 8, for example by controlling the mass flows M1, M2 according to a predetermined scheme, for example also depending on the withdrawal time or an expected withdrawal volume of the fluid.
  • the system 1 can be operated in a first operating mode and/or in a second operating mode.
  • the mass flows M1, M2 are set such that the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 converges.
  • the mass flows M1, M2 can be set such that the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 decreases at essentially the same rate when the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 is essentially the same.
  • system 1 it could be planned that system 1 is only operated in the first or only in the second operating mode. For example, if system 1 is only operated in the first operating mode and the mass flows M1, M2 are set to the same size after an equal hold time has been reached, the hold time will diverge again. In some cases, however, this divergence can be accepted, for example if simplified control is to be achieved. System 1 could also be put back into the first operating mode if the divergence exceeds a threshold value.
  • the system 1 is preferably operated in the first operating state first until the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 is essentially the same.
  • the system 2 is then operated in the second operating state so that the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 decreases essentially at the same rate. Should it happen that the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 deviates again, for example due to external influences, it is possible to switch back to the first operating mode until the hold time of the two cryogenic containers 7, 8 is essentially the same. Time of the two cryogenic containers 7, 8 is again equal in order to then switch back to the second operating mode.
  • fluid is removed in the liquid phase in the first and/or second operating state in order to achieve the highest possible performance.
  • fluid can also be removed in the gas phase in the first and/or second operating state, which can achieve an economizer function, for example.
  • the control unit 14 can also make a selection as to whether fluid should be removed in the gas phase or in the liquid phase in order to achieve a converging or constant hold time.
  • a full cryogenic container 7 with 500 l holds approximately 160 kg of LNG.
  • a 300 l cryogenic container 8 holds approximately 95 kg of LNG.
  • the first 65 kg are only taken from the 500 l cryogenic container 7. During this time, just enough is taken from the 300 l cryogenic container 8 to keep the pressure constant.
  • the second operating mode is switched to and the removal rates of the two cryogenic containers 7, 8 are adjusted so that both cryogenic containers 7, 8 have the same remaining hold time.
  • the hold time is subsequently reduced by one day if approximately 18.5 kg of LNG are removed from the 500 l cryogenic container 7 and approximately 16.7 kg of LNG are removed from the 300 l cryogenic container 8.
  • the 500 l cryogenic container 7 can be operated up to a residual quantity of approximately 34 kg LNG (fill level 13%) and the 300 l cryogenic container 8 up to a residual quantity of 42 kg (fill level 37%). At these fill levels, the minimum hold time of four days is achieved.
  • a further increase in the usable cryogenic container content can be achieved if a third operating state is also provided.
  • the smaller cryogenic container 8 can be reduced to a lower pressure in order to achieve a hold time of four days again thanks to the larger pressure interval thus created.
  • the engine is supplied with lower pressures from the smaller cryogenic container 8 in partial load operation.
  • fluid must be taken from either one or the other cryogenic container 7, 8, since simultaneous removal would lead to pressure equalization between the cryogenic containers 7, 8.
  • a route profile can be used, which can be read out, for example, from a pre-recorded map.
  • the pressure of the 300 1 cryogenic vessel is reduced from 8 bar to 6 bar in the third operating mode, the residual mass for 4 days hold time is reduced by 16 kg from 42 kg to 26 kg and the total usable mass increases from 179 kg to 195 kg.
  • the third operating mode can be controlled either by the aforementioned control unit 14 or by a separate control unit that can be connected to the aforementioned control unit 14.
  • heat exchangers that protrude into the respective cryogenic container 7, 8 can be controlled to adjust the pressure.
  • a fourth operating mode could also be provided, which is selected as a start mode, for example, when the pressure in one or both cryogenic containers 7, 8 is above a desired working pressure.
  • a start mode for example, when the pressure in one or both cryogenic containers 7, 8 is above a desired working pressure.
  • the mass flows M1, M2 can be of different sizes in this fourth operating mode in order to quickly reach the working pressure on the one hand, but also to achieve a converging or constant hold time on the other.
  • fluid is usually removed in the gas phase. However, fluid could also be removed in the liquid phase if this helps to achieve a converging or constant hold time.
  • the cryogenic containers 7, 8 can also have an equal volume V1, V2.
  • the setting of different mass flows M1, M2 can be advantageous if the fill level of the two cryogenic containers is different, as this results in a different hold time for the two cryogenic containers 7, 8.
  • a second operating mode is usually not provided, ie the second operating mode is only provided in some embodiments if the cryogenic containers have a different container volume V1, V2.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Bereitstellung eines Fluids, umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Kryobehälter zum Speichern des Fluids, wobei der erste Kryobehälter ein Behältervolumen aufweist, welches größer ist als ein Behältervolumen des zweiten Kryobehälters, und wobei das System weiters eine erste Entnahmeleitung, die an den ersten Kryobehälter zur Entnahme eines ersten Massenstroms von Fluid anschließt, und eine zweite Entnahmeleitung umfasst, die an den zweiten Kryobehälter zur Entnahme eines zweiten Massenstroms von Fluid anschließt.
  • Gemäß dem Stand der Technik können verflüssigte Gase in Behältern ("Kryobehältem") gespeichert werden, um diese als Kraftstoff für beispielsweise einen Motor zu lagern. Verflüssigte Gase sind Gase, die bei Siedetemperatur im flüssigen Aggregatzustand vorliegen, wobei die Siedetemperatur dieses Fluids druckabhängig ist. Wird eine solche kryogene Flüssigkeit in einen Kryobehälter gefüllt, so stellt sich, abgesehen von thermischen Wechselspielen mit dem Kryobehälter selbst, ein Druck entsprechend der Siedetemperatur ein. Bei Verwendung von z.B. Methan als Kraftstoff bedeutet dies, dass das Methan mit ausreichend hoher Temperatur vorliegen muss, um nach Umfüllen von der Tankstelle in den Fahrzeugtank in diesem einen für den Motorbetrieb ausreichend hohen Tankdruck zu erreichen. Unterschreitet der an den Einblaseventilen des Motors anliegende Druck das spezifizierte Minimum, so ist ein Betrieb des Motors nicht möglich.
  • Im Betrieb, wenn das Fluid aus dem Behälter entnommen und dem Motor zugeführt wird, liegt das Fluid im Kryobehälter deshalb mit einem Arbeitsdruck vor, der beispielsweise zwischen 6 und 8 bar liegt. Bei Abschaltung des Systems und Beendigung der Entnahme steigt der Druck im Kryobehälter durch den Wärmestrom in das Fluid wieder an. Damit der Druck im Kryobehälter nicht zu hoch wird und eine Beschädigung bzw. Unfälle verhindert werden, ist der Kryobehälter mit einem Überdruckventil ausgestattet, welches bei einem vorbestimmten Druck auslöst. Die Zeit von der Beendigung der Entnahme bei dem Arbeitsdruck bis zum Erreichen des vorbestimmten Drucks des Überdruckventils wird in Fachkreisen als "Hold Time" bezeichnet.
  • Wird die Hold Time überschritten, löst das Überdruckventil aus und Fluid wird abgelassen, sodass ein weiterer Druckanstieg verhindert wird. Das Ablassen von Fluid ist jedoch einerseits ein wirtschaftlicher Verlust, weil Kraftstoff ungenutzt entweicht, und andererseits ein Umweltproblem, weil die Speichereffizienz sinkt und Methan in die Umgebung abgeblasen wird. Es ist daher wünschenswert, dass die Hold Time des Kryobehälters so lange wie möglich ist, um lange Abstellzeiten zu ermöglichen.
  • Aus dem Stand der Technik ist überdies bekannt, auf einem Kraftfahrzeug zwei Kryobehälter zu montieren, wobei das Fluid als Kraftstoff für das Kraftfahrzeug verwendet wird. Die Kryobehälter werden üblicherweise links und rechts am Tragrahmen des Fahrzeugs zwischen Achsen des Fahrzeugs montiert.
  • Aufgrund des unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Platzes auf beiden Seiten des Kraftfahrzeugs kann es sinnvoll sein, zwei Kryobehälter mit unterschiedlichem Behältervolumen einzusetzen, beispielsweise einen kürzeren und einen längeren Kryobehälter. Ein hierbei auftretendes Problem ist jedoch, dass Kryobehälter mit unterschiedlichem Behältervolumen eine unterschiedliche Hold Time aufweisen. Die "gesamte" Hold Time des Systems berechnet sich somit aus jenem Kryobehälter mit der geringeren Hold Time.
  • Eine naheliegende Lösung wäre, beispielsweise den Kryobehälter mit dem geringeren Behältervolumen, der typischerweise eine geringere Hold Time aufweist, besser zu isolieren, um den Wärmestrom in das Fluid zu vermindern. Dadurch könnten zwar Kryobehälter mit einer ähnlichen Hold Time erreicht werden. Diese Lösung ist jedoch sehr unflexibel, da die Kryobehälter genau aufeinander abgestimmt werden müssen.
  • Bei Systemen mit zwei gleich großen Kryobehältern wird in der Regel aus beiden Kryobehältern derselbe Massenstrom entnommen. Auch hier kann es jedoch z.B. aufgrund äußerer Einflüsse oder Fehljustierungen des Systems dazu kommen, dass sich in beiden Kryobehältern unterschiedlich viel Fluid befindet, sodass beide Behälter eine unterschiedliche Hold Time aufweisen. Dies führt wiederum dazu, dass die "gesamte" Hold Time des Systems nicht zu jedem Zeitpunkt optimal ist.
  • Die US 2018/313496 A1 offenbart ein System mit einem ersten und einem zweiten Kryobehälter, wobei die Massenströme bei der Entnahme von Kryofluid aus den beiden Kryobehältern derart gesteuert werden, dass die Füllstände der beiden Kryobehälter im Wesentlichen gleich bleiben. Unterscheiden sich die beiden Füllstände, werden die Füllstände durch eine Veränderung der Massenströme angepasst.
  • Die DE 20 2019 103696 U1 zeigt ein Entnahmesystem aus zwei Flüssiggasbehältern, die gleich groß sind. Es wird zum Ziel gesetzt, den Füllstand beider Kryobehälter im Wesentlichen gleich groß zu halten. Hierzu wird ein Flüssiggasfüllstand in den Tanks gemessen und eine weitere Entnahme von Flüssiggas aus dem volleren Behälter unterbunden, wenn eine Differenz von 20 % des Flüssiggasfüllstands vorliegt.
  • Die EP 3 093 178 A1 zeigt ein Fahrzeug mit zwei unterschiedlich großen Kryobehältern, wobei jedoch keine Aussage hinsichtlich der Entnahme von Kryofluid aus den Kryobehältern getroffen wird.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein System mit zumindest zwei Kryobehältern zur Bereitstellung eines Fluids zu schaffen, welches die genannten Nachteile überwindet.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System zur Bereitstellung eines Fluids gelöst, umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Kryobehälter zum Speichern des Fluids, wobei der erste Kryobehälter ein Behältervolumen aufweist, welches größer ist als ein Behältervolumen des zweiten Kryobehälters, und wobei das System weiters eine erste Entnahmeleitung, die an den ersten Kryobehälter zur Entnahme eines ersten Massenstroms von Fluid anschließt, und eine zweite Entnahmeleitung umfasst, die an den zweiten Kryobehälter zur Entnahme eines zweiten Massenstroms von Fluid anschließt, wobei das System Mittel umfasst, die dazu ausgebildet sind, die zwei Massenströme unterschiedlich groß auszubilden, sodass in einem ersten Betriebsmodus die Hold Time der beiden Kryobehälter bei der Entnahme konvergiert und/oder in einem zweiten Betriebsmodus die Hold Time der beiden Kryobehälter im Wesentlichen mit der gleichen Rate abnimmt, wenn diese im Wesentlichen gleich groß sind, wobei die Hold Time die Zeitspanne von einer Beendigung der Entnahme bis zu jenem Zeitpunkt ist, bei dem der Druck im Kryobehälter einen vordefinierten Schwellwert erreicht.
  • Die erfindungsgemäße Lösung löst das eingangs genannte Problem, indem die unterschiedliche Hold Time der Kryobehälter durch die unterschiedliche Entnahme des Fluids aus den Behältern ausgeglichen wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit möglich, die Hold Time des Gesamtsystems aus beiden Kryobehältern zu erhöhen, ohne dabei strukturelle Veränderungen an einem der beiden Behälter vorzunehmen.
  • Der erste Betriebsmodus hat den Effekt, dass die Hold Time der beiden Kryobehälter angenähert wird, sodass sich in der Summe die Hold Time des Gesamtsystems erhöht, welche durch die geringere Hold Time der beiden Kryobehälter gegeben ist. Der zweite Betriebsmodus hat den Effekt, dass nach einem erstmaligen Erreichen der gleichen Hold Time der beiden Kryobehälter die Hold Time des Gesamtsystems bei einer weiteren Entnahme des Fluids so wenig wie möglich abnimmt. Es ist auch möglich, das System nur mit dem zweiten Betriebsmodus auszustatten, beispielsweise wenn die beiden Kryobehälter derart befüllt werden, dass diese eine gleiche Hold Time aufweisen.
  • Erfindungsgemäß umfassen die Mittel eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, den ersten und/oder den zweiten Massenstrom zu regeln. Dadurch kann eine dynamische Regelung der Hold Time in Abhängigkeit der jeweils aktuellen Hold Time bzw. des Füllstands der Kryobehälter erzielt werden.
  • Weiters umfasst die Steuereinheit erfindungsgemäß eine Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, die aktuelle Hold Time des ersten und/oder des zweiten Kryobehälters zu berechnen und aufgrund der berechneten Hold Time die Massenströme zu steuern. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein aktueller Füllstand und/oder ein aktueller Druck im Kryobehälter gemessen wird, um daraus die aktuelle Hold Time zu bestimmen. Eine berechnete Hold Time hat den Vorteil, dass die Steuerung der Massenströme genauer erfolgen kann und dadurch auch eine verbesserte Hold Time des Gesamtsystems erzielt werden kann.
  • Alternativ dazu könnte die Steuereinheit die Massenströme auch nach einem vorgeschriebenen Schema regeln, beispielsweise das genannte Ein/Aus-Ventil nach einer vorbestimmten Zeit ansteuern, wodurch der erste Betriebsmodus erzielt werden kann.
  • Bei Kryobehältern mit einem gleich großen Behältervolumen kann die erfindungsgemäße Lösung insbesondere dann eingesetzt werden, wenn die Entnahmeleitungen unterschiedliche Leitungslängen oder allgemeiner unterschiedliche Strömungsverluste aufweisen. In diesem Fall können die Mittel bzw. eine Steuereinheit der Mittel die Massenströme derart steuern, dass die unterschiedlichen Strömungsverluste ausgeglichen werden.
  • Bevorzugt weist der erste Kryobehälter ein Behältervolumen auf, welches größer ist als ein Behältervolumen des zweiten Kryobehälters. In dieser Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Lösung besonders bevorzugt eingesetzt werden, denn die Hold Time der Kryobehälter wird in der Regel unterschiedlich sein und nicht erst dann, wenn die Hold Time der beiden Kryobehälter durch äußere Umstände unterschiedlich groß wird. In dieser Ausführungsform ist besonders bevorzugt, wenn beispielsweise direkt nach vollständiger Befüllung des Tanks - und besonders bevorzugt nach Erreichen des Arbeitsdrucks in den Kryobehältern - der erste Betriebsmodus gestartet wird und nach Erreichen einer gleich großen Hold Time der zweite Betriebsmodus.
  • Weiters ist vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebsmodus Fluid im Wesentlichen nur aus dem ersten Kryobehälter zu entnehmen, bis die Hold Time des ersten Kryobehälters im Wesentlichen der Hold Time des zweiten Kryobehälters entspricht. Im einfachsten Fall kann dies durch ein Ein/Aus-Ventil in der ersten bzw. zweiten Entnahmeleitung erzielt werden, welches durch die Steuereinheit angesteuert wird.
  • Alternativ dazu kann eine weitere Verbesserung vorgesehen werden, und zwar indem die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebsmodus im Wesentlichen nur eine solche Menge an Fluid aus dem zweiten Kryobehälter zu entnehmen, dass die Hold Time des zweiten Kryobehälters konstant bleibt, und das restliche Fluid aus dem ersten Kryobehälter zu entnehmen. Dies ermöglicht, dass die Hold Time des zweiten Kryobehälters nicht abnimmt, während der Großteil des Fluids aus dem ersten Kryobehälter entnommen wird.
  • In der letztgenannten Ausführungsform ist weiters bevorzugt, wenn das System dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebsmodus Fluid nur in gasförmigem Zustand aus dem zweiten Kryobehälter zu entnehmen. Dies bewirkt, dass weniger Masse aus dem zweiten Kryobehälter entnommen werden muss, um die Hold Time konstant zu halten.
  • In allen Ausführungsformen ist bevorzugt, wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, nach einem erstmaligen Erreichen der gleichen Hold Time der beiden Kryobehälter vom ersten in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln. Dadurch kann ein System erzielt werden, welches die Hold Time der beiden Kryobehälter so effizient wie möglich steuert.
  • Weiters wird bevorzugt, wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, bei einer Entnahme des Fluids aus dem ersten und/oder dem zweiten Kryobehälter zwischen einer Entnahme des Fluids in einer Flüssigphase und/oder einer Entnahme des Fluids in einer Gasphase zu wählen. Dies kann sowohl für den ersten als auch für den zweiten Betriebsmodus vorgesehen werden. Im Normalbetrieb wird das Fluid in der Flüssigphase entnommen. Sollte der Druck jedoch den gewünschten Arbeitsdruck überschreiten, kann Fluid in der Gasphase entnommen werden. Dadurch kann eine sogenannte Economizer-Funktion unter Berücksichtigung der Hold Time erzielt werden.
  • Weiters bevorzugt kann ein dritter Betriebsmodus vorgesehen sein, wobei das System im dritten Betriebsmodus dazu ausgebildet ist, während des Betriebs einen unterschiedlichen Arbeitsdruck in den beiden Kryobehältern auszubilden und Fluid nur aus dem ersten oder nur aus dem zweiten Kryobehälter zu entnehmen. Bevorzugt wird dabei der kleinere der Kryobehälter auf den niedrigeren Arbeitsdruck abgesenkt und Fluid wird nur aus dem größeren Kryobehälter entnommen, wenn eine erwartete benötigte Leistung des Systems über einem Schwellwert liegt und Fluid wird nur aus dem kleineren Kryobehälter entnommen, wenn die erwartete benötigte Leistung des Systems unter dem Schwellwert liegt. Weiters bevorzugt kann hierbei ein erwartetes Fahrstreckenprofil herangezogen werden, um die benötigte Leistung zu bestimmen. Durch diese Maßnahmen kann der nutzbare Inhalt der Kryobehälter weiter erhöht werden, denn durch die Absenkung des Arbeitsdrucks in einem der Kryobehälter auf ein Niveau, auf dem das System nur eine geringe Motorleistung unterstützen kann, kann die Hold Time dieses Kryobehälters verlängert werden.
  • Weiters kann das System in einen vierten Betriebszustand versetzbar sein, wenn der Druck in beiden Kryobehältern zwischen einem Arbeitsdruck und dem genannten Schwellwert liegt, und wobei das System im vierten Betriebsmodus dazu ausgebildet ist, die zwei Massenströme derart zu wählen, dass der Druck in beiden Kryobehältern auf den Arbeitsdruck gesenkt wird und dabei die Hold Time der beiden Kryobehälter bei der Entnahme konvergiert und/oder im Wesentlichen mit der gleichen Rate zunimmt. Dadurch kann ein Betriebsmodus erzielt werden, der unmittelbar nach dem Starten des Systems gewählt wird, d.h. in den oben genannten Ausführungsformen noch vor dem ersten bzw. zweiten Betriebsmodus. Der vierte Betriebsmodus ermöglicht, dass der Druck in den Kryobehältern unter Berücksichtigung der Hold Time auf den Arbeitsdruck gesenkt wird.
  • Im vierten Betriebsmodus wird zudem bevorzugt, wenn Fluid nur in der Gasphase aus den Kryobehältern entnommen wird, da hierdurch schnellstmöglich der Arbeitsdruck erreicht werden kann. Jedoch kann auch vorgesehen werden, dass das Fluid aus einem der Kryobehälter in der Gasphase und aus dem anderen Kryobehälter in der Flüssigphase entnommen wird, beispielsweise wenn dies dabei hilft, dass die Hold Time schneller konvergiert.
  • Ferner kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, die aktuelle Hold Time des ersten und/oder des zweiten Kryobehälters aus vorberechneten oder aus bei einer Referenzmessung gemessenen Werten zu bestimmen. Dazu kann beispielsweise während der Entnahme die Entnahmerate des Fluids aus den beiden Kryobehältern gemessen werden oder einfach eine Betriebszeit des Systems herangezogen werden.
  • Das erfindungsgemäße System kann besonders einfach umgesetzt werden, indem das System ein erstes Ventil in der ersten Entnahmeleitung und ein zweites Ventil in der zweiten Entnahmeleitung umfasst, und wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Ventile anzusteuern, um den ersten und den zweiten Massenstrom einzustellen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion des Systems und insbesondere auch eine Nachrüstung von bereits bestehenden Systemen.
  • In den genannten Ausführungsformen ist bevorzugt, wenn das System eine Messeinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, ein aktuelles Volumen des Fluids und/oder einen aktuellen Arbeitsdruck des Fluids im ersten Kryobehälters und/oder im zweiten Kryobehälter zu messen und an die Steuereinheit zu senden. Dadurch kann die Hold Time der beiden Kryobehälter besonders genau bestimmt werden.
  • Weiters bevorzugt können die Behältervolumina in einer durch die Steuereinheit abfragbaren Datenbank hinterlegt sein. Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn die Hold Time unmittelbar berechnet wird. In einigen Ausführungsformen ist die Hinterlegung der Behältervolumina jedoch nicht notwendig, beispielsweise wenn Referenzwerte der Hold Time vorliegen.
  • Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
    • Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug, auf dem das erfindungsgemäße System montiert ist.
    • Figur 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Hold Time in Relation zu einem aktuellen Behälterfüllstand von zwei verschiedenen Kryobehältern aufgetragen ist.
  • Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Tragrahmen 2 und zwei Achsen 3, 4. Auf beiden Seiten 5, 6 des Tragrahmens 2 ist zwischen den Achsen 3, 4 jeweils ein Kryobehälter 7, 8 montiert. Die Kryobehälter 7, 8 speichern jeweils Fluid, beispielsweise verflüssigtes Erdgas, welches dem Fachmann auch als LNG ("Liquid Natural Gas") bekannt ist. Das Fluid liegt in den Kryobehältern 7, 8 sowohl in flüssiger Form als auch im gasförmigen Zustand vor. Werden die Kryobehälter 7, 8 in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug 1 eingesetzt, kann das gespeicherte Fluid beispielsweise als Treibstoff für einen Motor des Kraftfahrzeugs 1 dienen. In anderen Ausführungsformen könnten die Kryobehälter 7, 8 jedoch auch in anderen Einsatzgebieten vorgesehen werden.
  • Bei dem vorliegenden System 1 weist der erste Kryobehälter 7 ein Behältervolumen V1 auf, welches größer ist als ein Behältervolumen V2 des zweiten Kryobehälters 8. Derartige Konfigurationen können beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn auf den beiden Seiten 5, 6 des Kraftfahrzeugs 1 unterschiedlich viel Bauraum zur Verfügung steht.
  • Ist das System 1 in Betrieb, beträgt der Druck in den Kryobehältern 7, 8 beispielsweise zwischen 6 und 8 bar. Dieser Druck kann beispielsweise durch die Entnahme von Fluid oder durch einen in den jeweiligen Kryobehälter hineinragenden Wärmetauscher geregelt werden. Sobald das System 1 jedoch nicht mehr im Betrieb ist, d.h. abgestellt wird, steigt der Druck in den Kryobehältern 7, 8 durch einen ständigen Wärmeeintrag in die Kryobehälter 7, 8 stetig an.
  • Um einen zu hohen Druck in den Kryobehältern 7, 8 und damit ein Gebrechen derer zu verhindern, weisen sowohl der erste Kryobehälter 7 als auch der zweite Kryobehälter 8 jeweils ein Überdruckventil 9, 10 auf, welches unmittelbar oder mittelbar über eine Verbindungsleitung an den jeweiligen Kryobehälter 7, 8 angeschlossen ist. Die Überdruckventile 9, 10 lösen bei einem vorbestimmten Druck aus, der beispielsweise bei 16 bar liegt, und geben dabei Fluid in gasförmigem Zustand aus. Üblicherweise lösen die beiden Überdruckventile 9, 10 bei demselben vorbestimmten Druck aus, wobei jedoch auch vorgesehen werden kann, dass diese bei unterschiedlichen Drücken auslösen können.
  • Die Zeitspanne von einer Beendigung der Entnahme bis zu einem Zeitpunkt, bei dem der Druck im Kryobehälter 7, 8 einen vordefinierten Schwellwert erreicht, wird als sogenannte Hold Time bezeichnet. Es versteht sich, dass die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 möglichst hoch sein soll, da ausgelassenes Fluid einen wirtschaftlichen Verlust und eine Umweltbeeinträchtigung darstellt.
  • Die Hold Time des jeweiligen Kryobehälters 7, 8 berechnet sich unter anderem aus dem Behältervolumen V1, V2, da eine größere Behälteroberfläche gleichzeitig einen größeren Wärmeeintrag bedeutet. Weiters ist die Hold Time abhängig von dem aktuellen Volumen an Fluid im Kryobehälter 7, 8 und der Druckdifferenz zwischen dem Auslösedruck des jeweiligen Überdruckventils 9, 10 und dem Betriebsdruck, der zum Zeitpunkt der Beendigung der Entnahme im jeweiligen Kryobehälter 7, 8 vorherrscht. Für die Berechnung der Hold Time kann eine vorbestimmte Umgebungstemperatur der Kryobehälter 7, 8 bzw. ein vorbestimmter Wärmeeintrag in die Kryobehälter 7, 8 angenommen werden. Das Verhältnis der Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 hängt jedoch nur wenig von der Umgebungstemperatur ab.
  • In Figur 2 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem das aktuelle Volumen an Fluid im Verhältnis zum Gesamtbehältervolumen auf der horizontalen Achse und die Hold Time in Tagen auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. Mit HT1 ist der Verlauf der Hold Time eines ersten Kryobehälters 7 mit einem Behältervolumen V1 von 5001 dargestellt. Mit HT2 ist der Verlauf der Hold Time eines Kryobehälters 8 mit einem Behältervolumen V2 von 300 l dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der erste Kryobehälter 7 mit dem größeren Behältervolumen V1 bei einem gleichen Füllstand eine längere Hold Time aufweist als der zweite Kryobehälter 8 mit dem kleineren Behältervolumen V2. Im dargestellten Beispiel wurde eine minimale Hold Time von vier Tagen gewählt.
  • Um für den Betrieb Fluid aus den Kryobehältern 7, 8 zu entnehmen, umfasst das System 1 eine erste Entnahmeleitung 11, die an den ersten Kryobehälter 7 zur Entnahme eines ersten Massenstroms M1 von Fluid anschließt, und eine zweite Entnahmeleitung 12, die an den zweiten Kryobehälter 8 zur Entnahme eines zweiten Massenstroms M2 von Fluid anschließt.
  • Das erfindungsgemäße System 1 umfasst Mittel 13, die dazu ausgebildet sind, die zwei Massenströme M1, M2 unterschiedlich groß auszubilden. Dies wird mit dem Ziel eingesetzt, dass eine möglichst große Zeit nach einer Beendigung der Entnahme erreicht wird, bei welcher eines der beiden Überdruckventile 9, 10 auslöst. Dies wird dann erreicht, wenn die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 während der Entnahme im Wesentlichen gleich groß ist.
  • Die Mittel 13 können beispielsweise als Steuereinheit 14 ausgebildet sein, welche die Massenströme M1, M2 steuert. Dies kann beispielsweise über Ventile 15, 16 erzielt werden, die jeweils in den Entnahmeleitungen 11, 12 angeordnet sind und von der Steuereinheit 14 angesteuert werden. In alternativen Ausführungsformen können die Mittel 13 jedoch auch nur eine starre Drossel in einer der Entnahmeleitungen 11, 12 umfassen.
  • Um zu bestimmen, wie groß die Massenströme im ersten bzw. zweiten Betriebsmodus sein sollen, kann die Steuereinheit 14 eine Recheneinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die aktuelle Hold Time des ersten und/oder des zweiten Kryobehälters 7, 8 zu berechnen. Dazu kann das System 1 insbesondere eine Messeinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, ein aktuelles Volumen des Fluids und/oder einen aktuellen Arbeitsdruck des Fluids im ersten Kryobehälters 7 und/oder im zweiten Kryobehälter 8 zu messen und an die Steuereinheit 14 zu senden. Auch andere Messwerte könnten gemessen und an die Steuereinheit 14 gesandt werden, um die Massenströme M1, M2 noch effizienter zu steuern.
  • Alternativ kann die Steuereinheit 14 die Steuerung der Massenströme M1, M2 auch ohne unmittelbare Messungen am Fluid in den Kryobehältern 7, 8 durchführen, beispielsweise indem die Massenströme M1, M2 nach einem vorbestimmten Schema gesteuert werden, beispielsweise auch in Abhängigkeit von der Entnahmezeit bzw. einem erwarteten Entnahmevolumen des Fluids.
  • Durch die genannten Mittel 13, mittels welchen die Massenströme M1, M2 unterschiedlich groß ausgebildet werden können, kann das System 1 in einem ersten Betriebsmodus und/oder in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Im ersten Betriebsmodus werden die Massenströme M1, M2 derart eingestellt, dass die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 konvergiert. Im zweiten Betriebsmodus können die Massenströme M1, M2 derart eingestellt werden, dass die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 im Wesentlichen mit der gleichen Rate abnimmt, wenn die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 im Wesentlichen gleich groß sind.
  • Grundsätzlich könnte vorgesehen werden, dass das System 1 nur im ersten oder nur im zweiten Betriebsmodus betrieben wird. Wird das System 1 beispielsweise nur im ersten Betriebsmodus betrieben und werden nach dem Erreichen einer gleichen Hold Time die Massenströme M1, M2 gleich groß angesetzt, wird die Hold Time wieder divergieren. In manchen Fällen kann diese Divergenz jedoch in Kauf genommen werden, beispielsweise wenn eine vereinfachte Steuerung erzielt werden soll. Auch könnte das System 1 wieder in den ersten Betriebsmodus versetzt werden, wenn die Divergenz einen Schwellwert überschreitet.
  • Ist das System 1 dazu ausgebildet, sowohl im ersten als auch im zweiten Betriebszustand betrieben zu werden, wird das System 1 bevorzugt zuerst im ersten Betriebszustand betrieben, bis die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 im Wesentlichen gleich groß ist. Danach wird das System 2 im zweiten Betriebszustand betrieben, sodass die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 im Wesentlichen mit der gleichen Rate abnimmt. Sollte es vorkommen, dass die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 beispielsweise durch äußere Einflüsse wieder abweicht, kann abermals in den ersten Betriebsmodus gewechselt werden, bis die Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 wieder gleich groß ist, um danach wieder in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln.
  • In der Regel wird Fluid im ersten und/oder im zweiten Betriebszustand in der Flüssigphase entnommen, um eine möglichst hohe Leistung zu erzielen. Jedoch kann Fluid in ersten und/oder im zweiten Betriebszustand auch in der Gasphase entnommen werden, wodurch beispielsweise eine Economizer-Funktion erreicht werden kann. Die Steuereinheit 14 kann dazu bei der Einstellung der Massenströme M1, M2 auch eine Auswahl vornehmen, ob Fluid in der Gasphase oder in der Flüssigphase entnommen werden soll, um eine konvergierende bzw. gleichbleibende Hold Time zu erzielen.
  • Mit Hinblick auf Figur 2 wird dies nun an einem praktischen Beispiel erläutert. Sind beide Kryobehälter 7, 8 vollgefüllt, würde man zuerst nur aus dem 500 1 Kryobehälter 7 Fluid entnehmen, bis dieser eine restliche Hold Time von 7,2 Tagen aufweist, was der Hold Time des vollen 300 1 Kryobehälters 8 entspricht. Im Allgemeinen kann jedoch auch im ersten Betriebsmodus gerade so viel Fluid, bevorzugt in der Gasphase, aus dem kleinen Kryobehälter 8 entnommen werden, um den Druck darin konstant zu halten, wodurch eine maximale Hold Time dieses Kryobehälters 8 erzielt wird.
  • Beispielsweise hält ein voller Kryobehälter 7 mit 500 1 ca. 160 kg LNG. Ein 300 l Kryobehälter 8 hält hingegen ca. 95 kg LNG. Im ersten Betriebsmodus werden die ersten 65 kg nur aus dem 500 1 Kryobehälter 7 entnommen. In dieser Zeit wird aus dem 300 l Kryobehälter 8 gerade so viel entnommen, um den Druck konstant zu halten.
  • Wird die Fahrt nach den entnommenen 65 kg LNG weiter fortgesetzt, wird in den zweiten Betriebsmodus gewechselt und die Entnahmeraten der beiden Kryobehälter 7, 8 so angepasst, dass beide Kryobehälter 7, 8 dieselbe verbleibende Hold Time aufweisen.
  • Eine Verkürzung der Hold Time um einen Tag tritt in der Folge ein, wenn aus dem 500 l Kryobehälter 7 ca. 18,5 kg LNG entnommen werden und aus dem 300 1 Kryobehälter 8 ca. 16,7 kg LNG entnommen werden. Somit kann unter Einhaltung dieses Entnahmeverhältnisses der 500 1 Kryobehälter 7 bis zu einer Restmenge von ca. 34 kg LNG (Füllstand 13 %) und der 300 1 Kryobehälter 8 bis zu einer Restmenge von 42 kg (Füllstand 37 %) betrieben werden. Bei diesen Füllständen wird die minimale Hold Time von vier Tagen erreicht.
  • In Summe ergibt dies für den 500 1 Kryobehälter 7 einen nutzbaren LNG-Inhalt von 160 kg - 34 kg = 126 kg. Für den 300 1 Kryobehälter 8 ergibt dies einen nutzbaren LNG-Inhalt von 95 kg - 42 kg = 53 kg. Insgesamt verfügt das System 1 somit über einen nutzbaren LNG-Inhalt von 126 kg + 53 kg = 179 kg.
  • Ohne eine Anpassung der Massenströme M1, M2 sind nur zweimal 53 kg = 106 kg nutzbar für die verbleibende Hold Time von vier Tagen, weil jede weitere entnommene Masse die Hold Time des kleineren Kryobehälters 8 unter vier Tage absenkt.
  • Eine weitere Erhöhung des nutzbaren Kryobehälter-Inhalts kann erzielt werden, wenn überdies ein dritter Betriebszustand vorgesehen wird. Hierbei kann der kleinere Kryobehälter 8 auf einen geringeren Druck abgesenkt werden, um durch das damit geschaffene größere Druckintervall wieder eine Hold Time von vier Tagen zu erzielen. Dies ist möglich, wenn gegen Ende der geplanten Fahrt der Motor im Teillastbetrieb aus dem kleineren Kryobehälter 8 mit geringeren Drücken versorgt wird. Dazu muss entweder aus dem einen oder aus dem anderen Kryobehälter 7, 8 entnommen werden, da eine gleichzeitige Entnahme zu einem Druckausgleich zwischen den Kryobehältern 7, 8 führen würde. Um zu regeln, aus welchem Kryobehälter 7, 8 Fluid entnommen wird, kann ein Fahrstreckenprofil herangezogen werden, welches beispielsweise aus einer vorab aufgezeichneten Karte ausgelesen werden kann.
  • Wird im dritten Betriebsmodus beispielsweise der Druck des 300 1 Kryobehälters von 8 bar auf 6 bar abgesenkt, so reduziert sich die Restmasse für 4 Tage Hold Time um 16 kg von 42 kg auf 26 kg und die gesamte nutzbare Masse erhöht sich von 179 kg auf 195 kg.
  • Der dritte Betriebsmodus kann entweder von der vorgenannten Steuereinheit 14 gesteuert werden oder von einer davon gesonderten Steuereinheit, die mit der vorgenannten Steuereinheit 14 in Verbindung stehen kann. Insbesondere können zur Einstellung des Druck Wärmetauscher angesteuert werden, die in den jeweiligen Kryobehälter 7, 8 ragen.
  • Auch könnte ein vierter Betriebsmodus vorgesehen werden, der beispielsweise als Startmodus gewählt wird, wenn der Druck in einem oder in beiden Kryobehältern 7, 8 über einem gewünschten Arbeitsdruck liegt. Im Stand der Technik wird zu diesem Zweck aus beiden Kryobehältern 7, 8 so viel Fluid wie möglich entnommen, sodass der Arbeitsdruck schnellstmöglich erreicht wird. Im vorliegenden vierten Betriebsmodus können die Massenströme M1, M2 in diesem vierten Betriebsmodus unterschiedlich groß ausgebildet sein, um einerseits den Arbeitsdruck schnell zu erreichen, andererseits aber auch um eine konvergierende bzw. gleichbleibende Hold Time zu erzielen. Im vierten Betriebsmodus wird Fluid in der Regel in der Gasphase entnommen. Jedoch könnte Fluid auch in der Flüssigphase entnommen werden, wenn dies dabei hilft, eine konvergierende bzw. gleichbleibende Hold Time zu erzielen.
  • In weiteren Ausführungsformen können die Kryobehälter 7, 8 auch ein gleich großes Volumen V1, V2 aufweisen. Die Einstellung von unterschiedlichen Massenströmen M1, M2 kann dann vorteilhaft sein, wenn der Füllstand der beiden Kryobehälter unterschiedlich groß ist, da sich dadurch eine unterschiedliche Hold Time der beiden Kryobehälter 7, 8 ergibt. In Ausführungsformen mit unterschiedlich großen Kryobehältern 7, 8 wird üblicherweise kein zweiter Betriebsmodus vorgesehen, d.h. der zweite Betriebsmodus wird in manchen Ausführungsformen nur vorgesehen, wenn die Kryobehälter ein unterschiedlich großes Behältervolumen V1, V2 aufweisen.

Claims (13)

  1. System (1) zur Bereitstellung eines Fluids, umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Kryobehälter (7, 8) zum Speichern des Fluids, wobei das System (1) eine erste Entnahmeleitung (11), die an den ersten Kryobehälter (7) zur Entnahme eines ersten Massenstroms (M1) von Fluid anschließt, und eine zweite Entnahmeleitung (12) umfasst, die an den zweiten Kryobehälter (8) zur Entnahme eines zweiten Massenstroms (M2) von Fluid anschließt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das System (1) Mittel (13) umfasst, die dazu ausgebildet sind, die zwei Massenströme (M1, M2) unterschiedlich groß auszubilden, sodass in einem ersten Betriebsmodus eine Hold Time der beiden Kryobehälter (7, 8) bei der Entnahme konvergiert und/oder in einem zweiten Betriebsmodus die Hold Time der beiden Kryobehälter (7, 8) im Wesentlichen mit der gleichen Rate abnimmt, wenn die Hold Time der beiden Kryobehälter (7, 8) im Wesentlichen gleich groß sind,
    wobei die Hold Time die Zeitspanne von einer Beendigung der Entnahme bis zu jenem Zeitpunkt ist, bei dem der Druck im Kryobehälter (7, 8) einen vordefinierten Schwellwert erreicht,
    wobei die Mittel (13) eine Steuereinheit (14) umfassen, die dazu ausgebildet ist, den ersten und/oder den zweiten Massenstrom (M1, M2) zu regeln, und
    a) wobei die Steuereinheit (14) eine Recheneinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die aktuelle Hold Time des ersten und/oder des zweiten Kryobehälters (7, 8) zu berechnen, oder
    b) wobei die Steuereinheit (14) dazu ausgebildet ist, die Massenströme (M1, M2) ohne unmittelbare Messungen am Fluid in den Kryobehältern (7, 8) nach einem vorgeschriebenen Schema zu steuern.
  2. System nach Anspruch 1, wobei der erste Kryobehälter (7) ein Behältervolumen (V1) aufweist, welches größer ist als ein Behältervolumen (V2) des zweiten Kryobehälters (8).
  3. System nach Anspruch 1, wobei der erste Kryobehälter (7) ein Behältervolumen (V1) aufweist, welches gleich groß ist wie ein Behältervolumen (V2) des zweiten Kryobehälters (8), wobei die Entnahmeleitungen (11, 12) einen unterschiedlichen Strömungswiderstand aufweisen.
  4. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit (14) dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebsmodus Fluid nur aus dem ersten Kryobehälter (7) zu entnehmen, bis die Hold Time des ersten Kryobehälters (7) im Wesentlichen der Hold Time des zweiten Kryobehälters (8) entspricht.
  5. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit (14) dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebsmodus im Wesentlichen nur eine solche Menge an Fluid aus dem zweiten Kryobehälter (8) zu entnehmen, dass die Hold Time des zweiten Kryobehälters (8) konstant bleibt, und das restliche Fluid aus dem ersten Kryobehälter (7) zu entnehmen.
  6. System (1) nach Anspruch 5, wobei das System (1) dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebsmodus Fluid nur in gasförmigen Zustand aus dem zweiten Kryobehälter (8) zu entnehmen.
  7. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit (14) dazu ausgebildet ist, nach einem erstmaligen Erreichen der gleichen Hold Time der beiden Kryobehälter (7, 8) vom ersten in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln.
  8. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit (14) dazu ausgebildet ist, bei einer Entnahme des Fluids aus dem ersten und/oder dem zweiten Kryobehälter (7, 8) zwischen einer Entnahme des Fluids in einer Flüssigphase und/oder einer Entnahme des Fluids in Gasphase zu wählen.
  9. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das System (1) in einen dritten Betriebszustand versetzbar ist, und wobei das System (1) im dritten Betriebsmodus dazu ausgebildet ist, während des Betriebs einen unterschiedlichen Arbeitsdruck in den beiden Kryobehältern (7, 8) auszubilden und Fluid nur aus dem ersten oder nur aus dem zweiten Kryobehälter (7, 8) zu entnehmen.
  10. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das System (1) in einen vierten Betriebszustand versetzbar ist, wenn der Druck in beiden Kryobehältern (7, 8) zwischen einem Arbeitsdruck und dem genannten Schwellwert liegt, und wobei das System (1) im vierten Betriebsmodus dazu ausgebildet ist, die zwei Massenströme (M1, M2) derart zu wählen, dass der Druck in beiden Kryobehältern (7, 8) auf den Arbeitsdruck gesenkt wird und dabei die Hold Time der beiden Kryobehälter (7, 8) bei der Entnahme konvergiert und/oder im Wesentlichen mit der gleichen Rate zunimmt.
  11. System (1) nach Anspruch 10, wobei Fluid im vierten Betriebsmodus nur in der Gasphase aus den Kryobehältern (7, 8) entnommen wird.
  12. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das System (1) ein erstes Ventil (15) in der ersten Entnahmeleitung (11) und ein zweites Ventil (16) in der zweiten Entnahmeleitung (12) umfasst, und wobei die Steuereinheit (14) dazu ausgebildet ist, die Ventile (15, 16) anzusteuern, um den ersten und den zweiten Massenstrom (M1, M2) einzustellen.
  13. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das System (1) eine Messeinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, einen aktuellen Füllstand des Fluids und/oder einen aktuellen Arbeitsdruck des Fluids im ersten Kryobehälters (7) und/oder im zweiten Kryobehälter (8) zu messen und an die Steuereinheit (14) zu senden.
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