EP4479673A1 - Speicherbehälter für kryogene flüssigkeit, wasserfahrzeug mit entsprechendem speicherbehälter und verfahren zum speichern einer kryogenen flüssigkeit - Google Patents

Speicherbehälter für kryogene flüssigkeit, wasserfahrzeug mit entsprechendem speicherbehälter und verfahren zum speichern einer kryogenen flüssigkeit

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Publication number
EP4479673A1
EP4479673A1 EP23704254.4A EP23704254A EP4479673A1 EP 4479673 A1 EP4479673 A1 EP 4479673A1 EP 23704254 A EP23704254 A EP 23704254A EP 4479673 A1 EP4479673 A1 EP 4479673A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
storage container
liquid
container
area
shielding wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23704254.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Wellenhofer
Jürgen BICHLMEIER
Stefan Felbinger
Harald Zenz
Petya TONEVA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4479673A1 publication Critical patent/EP4479673A1/de
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    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships

Definitions

  • Storage tank for cryogenic liquid watercraft with corresponding storage tank and method for storing a cryogenic liquid
  • the invention relates to a storage tank for a cryogenic liquid, a watercraft with a corresponding storage tank and a corresponding method for storing a cryogenic liquid.
  • storage containers for liquid hydrogen can have a cylindrical geometry with a tubular base section and two curved cover sections that close the base section at the front.
  • movement of the liquid hydrogen in the storage container caused by swell must be expected.
  • the mass inertia of the liquid hydrogen and the existing curvature of the storage container can result in extensive sloshing of the liquid hydrogen both at its base section and at the cover sections. This sloshing, also referred to as sloshing, can lead to various disadvantages, which are also explained below.
  • DE 102012 207 575 A1 discloses a method for supplying a pump with cryogenic liquid and a device and a container for carrying out the method.
  • the container is pressurized to improve removal.
  • a fuel tank proposed in US 2018/072436 A1 comprises a tank body that collects the fuel in a liquid state therein, and a holding container that is provided inside the tank body and arranged at a predetermined distance from an inner wall of the tank body so that the fuel in a liquid state can be held therein when the interior of the tank body is in a low-gravity state.
  • US Pat. No. 5,901,557 A discloses a container for storing a cryogenic fluid which has a passive thermodynamic venting system for the effective transfer of heat in a reduced gravity environment.
  • the holding tank is partitioned with a screen trap so that the vent system's heat exchanger passes through a chamber containing only the liquid phase of the cryogenic fluid.
  • a screen gallery, screen trap, and blade assembly cooperate to separate the gas and liquid phases of the cryogenic fluid.
  • the thermodynamic venting system includes a throttling device for reducing the temperature of the cryogenic fluid.
  • US 3,933,448 A discloses a surface tension device for use in a liquid intake reservoir.
  • This comprises a porous membrane which maintains a gas/liquid separation and thereby isolates accumulated gas from the liquid received and subsequently discharged free of entrained gases, and a porous baffle maintained spaced from the vessel wall and a liquid receiving chamber separate from the liquid storage chamber forms, in which pure liquid is absorbed and then drawn off through an opening.
  • the baffle is characterized by a ski shape. This can ensure that the available liquid from the reservoir is taken up essentially completely.
  • the present invention sets itself the task of improving the storage of cryogenic liquids such as liquid hydrogen, in particular on ships.
  • the storage container proposed according to the invention for a cryogenic liquid has a container interior from which a withdrawal area for liquid is separated. A drain opening for the liquid is formed in the drain area.
  • the extraction area is partitioned off from the interior of the container by means of a shielding wall while keeping liquid passages free, the shielding wall being imperforate at least in sections.
  • the imperforate, and therefore fluid-impermeable, design of the shielding wall can be achieved in particular by providing the shielding wall as a whole or at least in the corresponding sections in the form of a flat material, in particular a metal sheet of suitable thickness, or by connecting several flat materials, in particular several metal sheets. The connection can take place in particular by welding. “Sectionally unperforated” is to be understood here in particular as meaning that one or more partial surfaces of the shielding wall are imperforate.
  • the shielding wall can be shaped in a suitable manner, in particular to increase its stability or by adapting it to a container shape.
  • the shielding wall can be non-sieve-shaped and/or without bores, slits, holes or openings of any kind, which in the sense understood here are all intended to fall under the term “perforation”.
  • a “non-sieve-shaped” design in the terminology understood here should also be present in particular if a corresponding wall is not designed in the form of a grid of woven or connected wire or rod-shaped material or with regularly arranged holes.
  • the shielding wall can be imperforate in more than 50%, 60%, 70%, 80% or 90% of its (total) area and thus liquid-impermeable.
  • the present invention differs in particular by the provision of the imperforate shielding wall from disclosures such as DE 102012 207 575 A1, US 2018/072436 A1, US Pat. No. 5,901,557 and US Pat a perforated or sieve-shaped element is absolutely necessary for the proposed solutions.
  • the vent may be an inlet vent of a vent line that exits the storage tank inside or outside the vent area, vertically downward or laterally.
  • the extraction opening can also be an outlet opening in a container wall in the extraction area. The present invention can thus be used with both horizontally and vertically arranged storage tanks.
  • the present invention makes it possible in particular to prevent a negative effect of the initially mentioned sloshing, which consists in gas being able to enter the extraction opening and remain there with correspondingly large sloshing movements (so-called entrainment). In this case, a purely liquid withdrawal of the cryogenic liquid is not possible.
  • the present invention overcomes this disadvantage with simple means. While the prior art typically provides internals such as sheet piling or baffles in a horizontal and/or radial design, for example in the manner of a honeycomb structure, in the entire interior of a corresponding container to avoid the sloshing movements, the present invention enables the mitigation of the negative effects with simpler technical means.
  • a “cryogenic liquid” is understood to mean, in particular, a liquefied gas with a boiling point (significantly) below ⁇ 100° C., for example liquefied inert gas, liquefied hydrogen, liquefied oxygen or liquefied methane or natural gas.
  • the invention is therefore not restricted to this, although it is predominantly described with reference to liquid hydrogen.
  • One suitability in particular for liquid hydrogen results from its low density of only approx. 70 kg/m 3 compared, for example, to 1,000 kg/m 3 for water, which is why it can be set in motion particularly easily.
  • the invention prevents gas from being entrained by the liquid withdrawal and enables optimized use of the entire interior space of a corresponding storage container.
  • the solution provided according to embodiments of the present invention is more space-saving and lighter. The only thing to be avoided is local two-phase states, which could lead to disadvantages in downstream process steps or apparatus.
  • an unperforated wall offers manufacturing, stability and cost advantages.
  • an outlet opening or removal opening is provided in the extraction area and if this is designed in the form of a cylinder segment, this can be provided in particular in an area of a crest line of the cylinder segment. If we are talking about an arrangement of the outlet opening “in an area of a crest line of the cylinder segment”, this means that the outlet opening is not directly on or at the crest line must be arranged, but can also be offset in a certain area. In any case, however, the exhaust port is located within the partitioned cylinder segment.
  • the shielding wall is connected to a container wall of the storage container by means of several fastening walls arranged parallel to one another.
  • the fastening walls can in particular be arranged perpendicularly to its central axis and be connected to the container wall in the cylinder segment.
  • the fastening walls can be designed in particular in the manner of bulkheads with suitable openings which chamber the extraction area and allow fluid to be exchanged between the chambers.
  • the fastening walls can be designed in the form of incomplete circular segments, which define chambers arranged one behind the other in particular along the central axis of the extraction area and leave passages between the chambers free.
  • these fastening walls can in particular alternately leave passages free on the first and second of the two sides arranged parallel to the central axis between the chambers. The alternating passages on both sides allow the liquid to disperse between the chambers formed, but it is all retained in the vent area.
  • the fastening walls define an at least partially meandering interior of the extraction area. Due to the meandering design of the interior, accordingly of the configuration just explained, the retention of liquid in the cylinder segment or a differently shaped trigger area is ensured in a particularly effective manner.
  • the storage container is closed at both ends by hemispherical or dome-shaped sections, as is known in principle from corresponding tanks.
  • the negative effects of sloshing movements, which can occur at corresponding ends, can also be reliably prevented in embodiments of the invention.
  • the storage container has a double wall that is designed for vacuum insulation.
  • a watercraft that has a storage container, as explained above in different configurations, is also the subject of the present invention.
  • the cylindrical section can be arranged horizontally or vertically.
  • the extraction opening can be led out vertically downwards or laterally.
  • Figure 1 illustrates a watercraft according to an embodiment of the invention.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate a storage container according to an embodiment of the invention in a schematic longitudinal view.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate a storage container according to an embodiment of the invention in schematic perspective representation.
  • a watercraft according to an embodiment of the present invention is shown in a simplified, schematic manner and denoted overall by 50 .
  • the watercraft 50 can be a maritime passenger ferry.
  • the watercraft 50 includes a hull 51 that is buoyant.
  • a bridge 52 is optionally provided on or on the fuselage 51 .
  • the watercraft 50 is preferably operated with hydrogen.
  • the watercraft 50 can have a fuel cell 53 .
  • a “fuel cell” is to be understood here as meaning a galvanic cell which converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel, in this case hydrogen, and an oxidizing agent, in this case oxygen, into electrical energy. With the help of the electrical energy obtained, an electric motor (not shown) can be driven, for example, which in turn drives a ship's propeller to drive the watercraft 50 .
  • a storage tank 100 for storing liquid hydrogen is provided for supplying the fuel cell 53 with hydrogen.
  • the storage container 100 is provided rotationally symmetrical to a central or symmetrical axis 54 of the watercraft 50 .
  • the storage container 100 is oriented vertically in FIG. 1, but horizontally in the following figures.
  • the storage container 100 can be arranged, for example, inside the hull 51, in particular inside a machine room, on the bridge 52 or on a deck of the hull 51 acting as a foundation 55.
  • the axis of symmetry 54 is in particular oriented perpendicular to a direction of gravity g. That is, the storage tank 100 is positioned horizontally.
  • movement of the liquid hydrogen contained in the storage container 100 caused by the swell must be expected. This sloshing, also referred to as sloshing, leads to the disadvantages mentioned at the beginning, in particular the entrainment mentioned.
  • FIGS. 2A and 2B a storage container according to an embodiment of the invention is shown transparently in longitudinal and cross section and is denoted overall by 100, with a longitudinal axis of the storage container 100 being arranged parallel to the plane of the paper and parallel to the direction of writing.
  • the storage container 100 is shown rotated through 90° about the longitudinal axis.
  • the storage container 100 has a double wall which is formed from an inner wall 11 and an outer wall 12 .
  • An intermediate space 13 between the inner wall 11 and the outer wall 12 can be evacuated, for example.
  • the double wall surrounds an interior space 14 of the container, with a withdrawal area 15 for liquid being separated from the interior space 14 of the container.
  • the withdrawal area 15 there is a withdrawal opening 16 for the liquid.
  • the discharge opening 16 represents an entry opening into a discharge line 17 which leads out of the storage container 100 .
  • the extraction area 15 is partitioned off from the interior of the container by means of a shielding wall 18 with the formation of liquid passages.
  • the shielding wall is imperforate.
  • the storage container 100 has a cylindrical section 110, with the shielding wall 18 being provided in at least part of the cylindrical section 110, here in its central area, by means of which a cylinder segment corresponding to the extraction area 15 is partitioned off.
  • the shielding wall 18 makes contact with the inner wall 11 of the storage container on two sides 18a, 18b (as illustrated in Figure 2A) arranged parallel to a central axis of the cylindrical section 110 and is here in particular welded to it.
  • the cylinder segment or the extraction area 15 is connected to the rest of the container interior 14 at the front and rear via corresponding connection openings 19 .
  • the shielding wall 15 is connected to the inner wall 11 of the storage container by means of a plurality of fastening walls 20 arranged parallel to one another, with the fastening walls 20 being in the form of incomplete circle segments in the concrete example illustrated here, chambers arranged in the extraction area 15 and alternately leave passages free on the first and second of the two sides arranged parallel to the central axis between the chambers and in this way define an at least partially meandering interior of the cylinder segment 5 .
  • the storage container as a whole is closed at both ends by hemispherical or dome-shaped sections 120 .
  • FIGS. 3A and 3B illustrate a storage container 100 according to an embodiment of the invention in a schematic perspective representation, the storage container 100 being illustrated in transverse section in FIG. 3A and in longitudinal section in FIG. 3B. Reference is made to the explanations for FIGS. 2A and 2B.

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Abstract

Es wird ein Speicherbehälter (100) für eine kryogene Flüssigkeit vorgeschlagen, der einen Behälterinnenraum (14), in dem ein Äbzugsbereich (15) für die Flüssigkeit ausgebildet ist, aufweist, wobei in den Äbzugsbereich (15) eine Abzugsöffnung (16) für die Flüssigkeit angeordnet ist. Es ist vorgesehen, dass der Abzugsbereich (15) mittels einer Abschirmwand (18) ), die zumindest abschnittsweise unperforiert ausgebildet ist, unter Ausbildung von Flüssigkeitsdurchtritten (17) von dem Behälterinnenraum (14) abgegliedert ist. Aus einem abgegliederten Raum kann eine Abzugsleitung vertikal nach unten oder zur Seite herausgeführt sein. Ein entsprechendes Wasserfahrzeug (50) und ein entsprechendes Verfahren zur Speicherung von Flüssigwasserstoff sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Speicherbehälter für kryogene Flüssigkeit, Wasserfahrzeug mit entsprechendem Speicherbehälter und Verfahren zum Speichern einer kryogenen Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter für eine kryogene Flüssigkeit, ein Wasserfahrzeug mit einem entsprechenden Speicherbehälter und ein entsprechendes Verfahren zum Speichern einer kryogenen Flüssigkeit.
Hintergrund
Wie in der WO 2021/204419 A1 der Anmelderin beschrieben, können beispielsweise Speicherbehälter für Flüssigwasserstoff eine zylinderförmige Geometrie mit einem rohrförmigen Basisabschnitt sowie zwei gewölbten Deckelabschnitten aufweisen, die den Basisabschnitt stirnseitig verschließen. Bei maritimen Anwendungen derartiger Speicherbehälter muss mit durch Seegang verursachter Bewegung des flüssigen Wasserstoffs in dem Speicherbehälter gerechnet werden. Für den Fall, dass der Speicherbehälter liegend oder vertikal angeordnet ist, kann es durch die Massenträgheit des flüssigen Wasserstoffs und die vorhandene Krümmung des Speicherbehälters sowohl an dessen Basisabschnitt als auch an den Deckelabschnitten zu einem großflächigen Schwappen des flüssigen Wasserstoffs kommen. Dieses Schwappen, auch als Sloshing bezeichnet, kann zu unterschiedlichen Nachteilen führen, die auch nachfolgend noch erläutert sind.
Aus der DE 102012 207 575 A1 ist ein Verfahren zur Versorgung einer Pumpe mit kryogener Flüssigkeit sowie eine Vorrichtung und ein Behälter zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Um eine zuverlässige Versorgung einer Pumpe zu erreichen, wird der Behälter zur verbesserten Entnahme mit einem Druck beaufschlagt.
Ein in der US 2018/072436 A1 vorgeschlagener Treibstofftank umfasst einen Tankkörper, der darin den Treibstoff in einem flüssigen Zustand sammelt, und einen Haltebehälter, der innerhalb des Tankkörpers vorgesehen und mit einem vorbestimmten Abstand von einer Innenwand des Tankkörpers angeordnet ist, so dass der Treibstoff in einem flüssigen Zustand darin gehalten werden kann, wenn sich das Innere des Tankkörpers in einem Zustand geringer Gravitation befindet. Aus der US 5,901,557 A ist ein Behälter zur Lagerung eines kryogenen Fluids bekannt, der ein passives thermodynamisches Entlüftungssystem zur effektiven Übertragung von Wärme in einer Umgebung mit reduzierter Schwerkraft aufweist. Der Vorratsbehälter ist mit einer Siebfalle unterteilt, so dass der Wärmetauscher des Entlüftungssystems durch eine Kammer verläuft, die nur die flüssige Phase des kryogenen Fluids enthält. Ein Siebstollen, eine Siebfalle und eine Schaufelanordnung wirken zusammen, um die Gas- und die Flüssigkeitsphase des kryogenen Fluids zu trennen. Das thermodynamische Entlüftungssystem umfasst eine Drosseleinrichtung zur Reduzierung der Temperatur des kryogenen Fluids.
Die US 3,933,448 A offenbart eine Oberflächenspannungsvorrichtung zur Verwendung in einem Flüssigkeitsaufnahmereservoir. Diese umfasst eine poröse Membran, die eine Trennung zwischen Gas und Flüssigkeit aufrechterhält und dadurch angesammeltes Gas von der aufgenommenen und anschließend frei von mitgerissenen Gasen abgegebenen Flüssigkeit isoliert, und ein poröses Ablenkblech, das von der Gefäßwand beabstandet gehalten wird und eine von der Flüssigkeitsspeicherkammer getrennte Flüssigkeitsaufnahmekammer bildet, in der reine Flüssigkeit aufgenommen und anschließend durch eine Öffnung abgezogen wird. Das Ablenkblech ist durch eine Schiform gekennzeichnet. Durch diese kann eine im wesentlichen vollständige Aufnahme der verfügbaren Flüssigkeit aus dem Reservoir gewährleistet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe, die Speicherung von kryogenen Flüssigkeiten wie Flüssigwasserstoff, insbesondere auf Schiffen, zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Speicherbehälter für eine kryogene Flüssigkeit, ein Wasserfahrzeug mit einem entsprechenden Speicherbehälter und ein entsprechendes Verfahren zum Speichern einer kryogenen Flüssigkeit vorgeschlagen. Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Speicherbehälter für eine kryogene Flüssigkeit weist einen Behälterinnenraum auf, von dem ein Abzugsbereich für Flüssigkeit abgegliedert ist. In dem Abzugsbereich ist eine Abzugsöffnung für die Flüssigkeit ausgebildet. Erfindungsgemäß ist der Abzugsbereich mittels einer Abschirmwand unter Freihaltung von Flüssigkeitsdurchtritten von dem Behälterinnenraum abgegliedert, wobei die Abschirmwand zumindest abschnittsweise unperforiert ausgebildet ist.
Die unperforierte, und dadurch fluidundurchlässige, Ausbildung der Abschirmwand kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die Abschirmwand insgesamt oder zumindest in den entsprechenden Abschnitten in Form eines Flachmaterials, insbesondere eines Blechs geeigneter Dicke, oder durch Verbinden mehrerer Flachmaterialien, insbesondere mehrerer Bleche, bereitgestellt wird. Das Verbinden kann dabei insbesondere durch Verschweißen erfolgen. Mit „abschnittsweise unperforiert“ soll hier insbesondere verstanden werden, dass ein oder mehrere Teilflächen der Abschirmwand unperforiert ausgebildet sind. Die Abschirmwand kann in geeigneter Weise geformt sein, insbesondere zur Erhöhung ihrer Stabilität oder durch Anpassung an eine Behälterform. Die Abschirmwand kann dabei zumindest in den genannten Abschnitten nichtsiebförmig und/oder ohne Bohrungen, Schlitze, Löcher oder Durchtritte irgendwie geformter Art ausgebildet sein, die im hier verstandenen Sinne alle unter den Begriff einer „Perforierung“ fallen sollen. Hierbei soll eine „nichtsiebförmige“ Ausbildung im hier verstandenen Sprachgebrauch insbesondere auch dann vorliegen, wenn eine entsprechende Wand nicht in Form eines Gitters aus verwobenem oder verbundenem draht- oder stabförmigem Material oder mit regelmäßig angeordneten Löchern ausgebildet ist. Insbesondere kann die Abschirmwand in mehr als 50%, 60%, 70%, 80% oder 90% ihrer (Gesamt-)Fläche unperforiert und damit flüssigkeitsundurchlässig ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich insbesondere durch die Bereitstellung der unperforierten Abschirmwand von Offenbarungen wie der DE 102012 207 575 A1 , der US 2018/072436 A1 , der US 5,901 ,557 A und der US 3,933,448 A, die einerseits andere Gebiete der Technik betreffen und andererseits für die jeweils vorgeschlagenen Lösungen zwingend eines perforierten oder siebförmigen Elements bedürfen. Durch die Bereitstellung einer unperforierten Abschirmwand kann die Stabilität erhöht und ggf. die Abschirmwand als strukturelles Element verwendet werden. Ferner erleichtert sich die Fertigung und diese wird kostengünstiger. In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Abzugsöffnung um eine Einlassöffnung einer Abzugsleitung handeln, die innerhalb oder außerhalb des Abzugsbereichs aus dem Speicherbehälter herausgeführt ist, und zwar vertikal nach unten oder in seitlicher Richtung. In anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Abzugsöffnung aber auch um eine Austrittsöffnung in einer Behälterwand in dem Abzugsbereich handeln. Die vorliegende Erfindung kann auf diese Weise sowohl bei horizontal als auch bei vertikal angeordneten Speicherbehältern eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es in entsprechenden Ausgestaltungen insbesondere, einen negativen Effekt des eingangs erwähnten Sloshings zu verhindern, der darin besteht, dass bei entsprechend großen Schwappbewegungen Gas in die Abzugsöffnung eintreten und dort verbleiben kann (sogenanntes Entrainment). In diesem Fall ist ein rein flüssiges Abziehen der kryogenen Flüssigkeit nicht möglich. Die vorliegende Erfindung überwindet diesen Nachteil mit einfachen Mitteln. Während gemäß dem Stand der Technik typischerweise zur Vermeidung der Schwappbewegungen an sich Einbauten wie Spundwände oder Leitbleche in horizontaler und/oder radialer Ausführung, beispielsweise nach Art einer Wabenstruktur, im gesamten Innenraum eines entsprechenden Behälters bereitgestellt werden, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Mitigation der negativen Effekte mit einfacheren technischen Mitteln.
Eine andere, aus dem Stand der Technik bekannte Lösung zur Verhinderung eines Entrainments ist die Verwendung einer dichten Wand, die die Abzugsöffnung umgibt und eine bestimmte Höhe aufweist. Diese hat jedoch den Nachteil, dass stets ein gewisser Flüssigkeitsstand in einem entsprechenden Behälter (höher als die Wandhöhe) erforderlich ist und damit eine Vollentleerung nicht möglich ist. Die vorliegende Erfindung überwindet auch diesen Nachteil.
Unter einer „kryogenen Flüssigkeit“ sei insbesondere ein verflüssigtes Gas mit einem Siedepunkt (deutlich) unterhalb von -100 °C verstanden, beispielsweise verflüssigtes Edelgas, verflüssigter Wasserstoff, verflüssigter Sauerstoff oder verflüssigtes Methan oder Erdgas. Die Erfindung ist daher, wenngleich überwiegend unter Bezugnahme auf Flüssigwasserstoff beschrieben, nicht hierauf beschränkt. Eine Eignung insbesondere für Flüssigwasserstoff ergibt sich jedoch aus dessen geringer Dichte von nur ca. 70 kg/m3, verglichen beispielsweise mit 1.000 kg/m3 für Wasser, weswegen dieser sich besonders einfach in Bewegung setzen lässt.
Insgesamt verhindert die Erfindung ein Entrainment von Gas durch den Flüssigkeitsabzug und ermöglicht eine optimierte Nutzung des gesamten Innenraums eines entsprechenden Speicherbehälters. Im Vergleich zu Einbauten, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist die gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung vorgesehene Lösung platzsparender und leichter. Es sind lediglich lokale Zweiphasenzustände zu vermeiden, die in stromabwärtigen Verfahrensschritten bzw. Apparaten zu Nachteilen führen könnten. Wie erwähnt, bietet eine unperforierte Wand dabei Fertigungs-, Stabilitäts- und Kostenvorteile.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Speicherbehälter einen zylindrischen Abschnitt aufweist, wobei die Abschirmwand in zumindest einem Teil des zylindrischen Abschnitts bereitgestellt ist. In diesem Fall kann mittels der Abschirmwand der Abzugsbereich als ein Zylindersegment von dem Behälterinnenraum abgegliedert sein. Die Abschirmwand kann dabei an zwei parallelen Seiten den zylinderförmigen Abschnitt kontaktieren. An diesen Seiten kann die Abschirmwand, die insbesondere eben, aber auch gewölbt ausgebildet sein kann, insbesondere mit der Wand des zylinderförmigen Abschnitts verbunden, insbesondere verschweißt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass Flüssigkeit in dem von der Abschirmwand abgegliederten Bereich, d.h. einem entsprechenden Zylindersegment, nicht mit der übrigen Flüssigkeit in dem Behälter „mitschwappt“. Hierdurch bleibt der abgegliederte Bereich mit Flüssigkeit gefüllt, so dass kein Gas in die Abzugsöffnung eintreten kann. Durch eine entsprechende Verschweißung und Wahl der Dicke der Abschirmwand kann letztere auch ein strukturelles bzw.
Verstärkungselement des Speicherbehälters insgesamt bilden.
Ist in einer entsprechenden Ausgestaltung eine Auslassöffnung bzw. Entnahmeöffnung in dem Abzugsbereich vorgesehen und ist dieser in Form eines Zylindersegments ausgebildet, kann diese insbesondere in einem Bereich einer Scheitellinie des Zylindersegments vorgesehen sein. Ist hier von einer Anordnung der Auslassöffnung „in einem Bereich einer Scheitellinie des Zylindersegments“ die Rede, sei hierunter verstanden, dass die Auslassöffnung nicht direkt auf bzw. an der Scheitellinie angeordnet sein muss, sondern auch in einem bestimmten Bereich dazu versetzt sein kann. In jedem Fall befindet sich die Auslassöffnung jedoch innerhalb des abgegliederten Zylindersegments.
Die Abgliederung eines Zylindersegments von einem zylindrischen Bereich des Speicherbehälters kann insbesondere bei einer horizontalen Anordnung vorgesehen sein. Bei einer vertikalen Ausführung kann ein gewölbter Tankboden nach demselben Prizip abgegliedert werden. In beiden Fällen ergeben sich die Vorteile der Erfindung im Wesentlichen in derselben Weise.
In einer Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere bei einer Abgliederung eines Zylindersegments von einem zylindrischen Abschnitt, ist insbesondere vorgesehen, dass die Abschirmwand mittels mehrerer parallel zueinander angeordneter Befestigungswände mit einer Behälterwand des Speicherbehälters verbunden ist. Im Falle des des zylinderförmigen Abschnitts und einer Abgliederung eines Zylindersegments können die Befestigungswände insbesondere senkrecht zu dessen Mittelachse angeordnet sein und in dem Zylindersegment mit der Behälterwand verbunden sein. Die Befestigungswände können insbesondere nach Art von Schottwänden mit geeigneten Durchlässen ausgebildet sein, die den Abzugsbereich kammern und einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den Kammern erlauben.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Befestigungswände in Form von unvollständigen Kreissegmenten ausgebildet sind, die insbesondere entlang der Mittelachse des Abzugsbereichs hintereinander angeordnete Kammern definieren und Durchlässe zwischen den Kammern freilassen. Im Falle der Abgliederung eines Zylindersegments in der zuvor erläuterten Weise können diese Befestigungswände insbesondere abwechselnd Durchlässe an der ersten und der zweiten der zwei parallel zu der Mittelachse angeordneten Seiten zwischen den Kammern freilassen. Durch die abwechselnden Durchtritte an beiden Seiten kann die Flüssigkeit sich zwischen den gebildeten Kammern verteilen, aber wird insgesamt in dem Abzugsbereich zurückgehalten.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Befestigungswände einen zumindest teilweise mäanderförmigen Innenraum des Abzugsbereichs definieren. Durch die mäanderförmige Ausbildung des Innenraums wird, entsprechend der soeben erläuterten Ausgestaltung, das Zurückhalten von Flüssigkeit in dem Zylindersegment oder einem anders geformten Abzugsbereich in besonders effektive Weise sichergestellt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Speicherbehälter an beiden Enden durch halbkugel- oder kalottenförmige Abschnitte verschlossen sind, wie grundsätzlich bei entsprechenden Tanks bekannt. Auch die negativen Effekte von Schwappbewegungen, die an entsprechenden Enden auftreten können, können in Ausgestaltungen der Erfindung sicher verhindert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Speicherbehälter eine Doppelwand aufweist, die zur Vakuumisolation eingerichtet ist.
Ein Wasserfahrzeug, das einen Speicherbehälter aufweist, wie er zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde, ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Der zylinderförmige Abschnitt kann horizontal oder vertikal anfgeordnet sein. Die Abzugsöffnung kann vertikal nach unten oder seitlich herausgeführt sein. Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen sei auf die obigen Erläuterungen bezüglich des Speicherbehälters und seiner Ausgestaltungen ausdrücklich verwiesen, da diese ein entsprechendes Wasserfahrzeug in gleicher Weise betreffen.
Entsprechendes gilt auch für ein Verfahren zur Speicherung von Flüssigwasserstoff, bei dem ein Speicherbehälter, wie er zuvor in Ausgestaltungen erläutert wurde, insbesondere in einem entsprechenden Wasserfahrzeug, verwendet wird.
Die Erfindung und Ausgestaltungen hiervon werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 veranschaulicht ein Wasserfahrzeug gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
Figuren 2A und 2B veranschaulichen einen Speicherbehälter gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in einer schematischen Längsdarstellung. Figuren 3A und 3B veranschaulichen einen Speicherbehälter gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in schematischen perspektivischen Darstellung.
In den Figuren sind einander baulich und/oder funktional entsprechende Komponenten mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden lediglich der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist ein Wasserfahrzeug gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vereinfacht schematisch dargestellt und insgesamt mit 50 bezeichnet. Insbesondere kann das Wasserfahrzeug 50 eine maritime Personenfähre sein.
Das Wasserfahrzeug 50 umfasst einen Rumpf 51 , der schwimmfähig ist. An oder auf dem Rumpf 51 ist optional eine Brücke 52 vorgesehen. Das Wasserfahrzeug 50 wird vorzugsweise mit Wasserstoff betrieben. Hierzu kann das Wasserfahrzeug 50 eine Brennstoffzelle 53 aufweisen. Unter einer „Brennstoffzelle“ ist vorliegend eine galvanische Zelle zu verstehen, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs, vorliegend Wasserstoff, und eines Oxidationsmittels, vorliegend Sauerstoff, in elektrische Energie wandelt. Mit Hilfe der erhaltenen elektrischen Energie kann beispielsweise ein nicht gezeigter Elektromotor angetrieben werden, der wiederum eine Schiffsschraube zum Antreiben des Wasserfahrzeug 50 antreibt.
Zum Versorgen der Brennstoffzelle 53 mit Wasserstoff ist ein Speicherbehälter 100 zum Speichern von flüssigem Wasserstoff vorgesehen. Der Speicherbehälter 100 ist rotationssymmetrisch zu einer Mittel- oder Symmetrieachse 54 des Wasserfahrzeugs 50 bereitgestellt. Zur Veranschaulichung unterschiedlicher Alternativen ist der Speicherbehälter 100 in Figur 1 vertikal, in den nachfolgenden Figuren hingegen horizontal ausgerichtet. Der Speicherbehälter 100 kann beispielsweise innerhalb des Rumpfs 51, insbesondere innerhalb eines Maschinenraums, auf der Brücke 52 oder auf einem als Fundament 55 fungierenden Deck des Rumpfs 51 angeordnet sein. Dabei ist die Symmetrieachse 54 insbesondere senkrecht zu einer Schwerkraftrichtung g orientiert. Das heißt, der Speicherbehälter 100 ist horizontal bzw. liegend positioniert. Bei maritimen Anwendungen muss mit durch den Seegang verursachter Bewegung des in dem Speicherbehälter 100 aufgenommenen flüssigen Wasserstoffs gerechnet werden. Dieses Schwappen, auch als Sloshing bezeichnet, führt zu den eingangs erwähnten Nachteilen, insbesondere dem angesprochenen Entrainment.
In den Figuren 2A und 2B ist jeweils ein Speicherbehälter gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im Längs- und Querschnitt transparent dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet, wobei eine Längsachse des Speicherbehälters 100 jeweils parallel zur Papierebene und parallel zur Schriftrichung angeordnet ist. In den Ansichten der Figuren 2A und 2B ist der Speicherbehälter 100 um 90° um die Längsachse gedreht dargestellt.
Der Speicherbehälter 100 weist im hier veranschaulichten Beispiel eine Doppelwand auf, die aus einer Innenwand 11 und einer Außenwand 12 gebildet ist. Ein Zwischenraum 13 zwischen der Innenwand 11 und der Außenwand 12 kann beispielsweise evakuiert sein. Die Doppelwand umgibt einen Behälterinnenraum 14, wobei von dem Behälterinnenraum 14 ein Abzugsbereich 15 für Flüssigkeit abgegliedert ist. In dem Abzugsbereich 15 ist eine Abzugsöffnung 16 für die Flüssigkeit angeordnet. Im hier veranschaulichten Beispiel stellt die Abzugsöffnung 16 eine Eintrittsöffnung in eine Abzugsleitung 17 dar, die aus dem Speicherbehälter 100 herausgeführt ist.
Wie hier veranschaulicht, ist der Abzugsbereich 15 mittels einer Abschirmwand 18 unter Ausbildung von Flüssigkeitsdurchtritten von dem Behälterinnenraum abgegliedert. Die Abschirmwand ist unperforiert ausgebildet. In dem konkret veranschaulichten Beispiel weist der Speicherbehälter 100 einen zylinderförmigen Abschnitt 110 auf, wobei in zumindest einem Teil des zylinderförmigen Abschnitts 110, hier in dessen zentralem Bereich, die Abschirmwand 18 bereitgestellt ist, mittels derer ein Zylindersegment entsprechend dem Abzugsbereich 15 abgegliedert ist.
Die Abschirmwand 18 kontaktiert dabei, in der hier veranschaulichten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, an zwei parallel zu einer Mittelachse des zylinderförmigen Abschnitts 110 angeordneten Seiten 18a, 18b (wie in Figur 2A veranschaulicht) die Innenwand 11 des Speicherbehälters und ist hier insbesondere mit dieser verschweißt. Vorne und hinten ist das Zylindersegment bzw. der Abzugsbereich 15, über entsprechende Verbindungsöffnungen 19 mit einem Rest des Behälterinnenraums 14 verbunden.
Wie in Figur 2A veranschaulicht, ist die Abschirmwand 15 mittels mehrerer, parallel zueinander angeordneter Befestigungswände 20 mit der Innenwand 11 des Speicherbehälters verbunden, wobei die Befestigungswände 20 in dem hier veranschaulichten konkreten Beispiel in Form von unvollständigen Kreissegmenten ausgebildet sind, in dem Abzugsbereich 15 angeordnete Kammern definieren und abwechselnd Durchlässe an der ersten und der zweiten der zwei parallel zu der Mittelachse angeordneten Seiten zwischen den Kammern freilassen und auf diese Weise einen zumindest teilweise mäanderförmigen Innenraum des Zylindersegments 5 definieren.
Der Speicherbehälter insgesamt ist an beiden Enden durch halbkugel- oder kalottenförmige Abschnitte 120 verschlossen.
Figuren 3A und 3B veranschaulichen einen Speicherbehälter 100 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in schematischen perspektivischen Darstellung, wobei der Speicherbehälter 100 in der Figur 3A quer und in der Figur 3B längs geschnitten veranschaulicht ist. Auf die Erläuterungen zu den Figuren 2A und 2B wird verwiesen.

Claims

Patentansprüche
1. Speicherbehälter (100) für eine kryogene Flüssigkeit, der einen Behälterinnenraum (14) aufweist, in dem ein Abzugsbereich (15) für die Flüssigkeit ausgebildet ist, wobei in den Abzugsbereich (15) eine Abzugsöffnung (16) für die Flüssigkeit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abzugsbereich (15) mittels einer Abschirmwand (18), die zumindest abschnittsweise unperforiert ausgebildet ist, unter Freihaltung von Flüssigkeitsdurchtritten (17) von dem Behälterinnenraum (14) abgegliedert ist.
2. Speicherbehälter (100) nach Anspruch 1 , bei dem die Abzugsöffnung (16) eine Einlassöffnung einer Abzugsleitung (17) für die Flüssigkeit ist, wobei die Abzugsleitung (17) innerhalb oder außerhalb des Abzugsbereichs (15) aus dem Speicherbehälter (100) vertikal nach unten oder zur Seite herausgeführt ist.
3. Speicherbehälter (100) nach Anspruch 2, bei dem die Abzugsöffnung (16) eine Austrittsöffnung aus dem Speicherbehälter (100) in dem Abzugsbereich ist.
4. Speicherbehälter (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der einen zylinderförmigen Abschnitt (110) aufweist, wobei die Abschirmwand (15) in zumindest einem Teil des zylinderförmigen Abschnitts (1) bereitgestellt ist, und wobei mittels der Abschirmwand (15) der Abzugsbereich (15) als ein Zylindersegment (5) von dem Behälterinnenraum (14) abgegliedert ist.
5. Speicherbehälter (100) nach Anspruch 14, bei dem die Abschirmwand (18) an zwei parallelen Seiten den zylinderförmigen Abschnitt (110) kontaktiert.
6. Speicherbehälter (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Abschirmwand (18) mittels mehrerer, parallel zueinander angeordneter Befestigungswände (20) mit einer Behälterwand (11 , 12) des Speicherbehälters (100) verbunden ist.
7. Speicherbehälter (100) nach Anspruch 6, bei dem die Befestigungswände (20) in Form von unvollständigen Kreissegmenten ausgebildet sind, hintereinander angeordnete Kammern definieren, und Durchlässe zwischen den Kammern freilassen. Speicherbehälter (100) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem die Befestigungswände (20) einen zumindest teilweise mäanderförmigen Innenraum des Abzugsbereichs 15 definieren. Speicherbehälter (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der an beiden Enden durch halbkugel- oder kalottenförmige Abschnitte (120) verschlossen sind. Speicherbehälter (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der eine Doppelwand (11 , 12) aufweist, die zur Vakuumisolation eingerichtet ist. Wasserfahrzeug (50), das einen Speicherbehälter (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist, wobei der zylinderförmige Abschnitt (1) Speicherbehälter (100) horizontal oder vertikal angeordnet ist. Verfahren zur Speicherung einer kryogenen Flüssigkeit, bei dem ein Speicherbehälter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, insbesondere in einem Wasserfahrzeug (50) nach Anspruch 11 , verwendet wird.
EP23704254.4A 2022-02-14 2023-02-07 Speicherbehälter für kryogene flüssigkeit, wasserfahrzeug mit entsprechendem speicherbehälter und verfahren zum speichern einer kryogenen flüssigkeit Pending EP4479673A1 (de)

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