EP4537003A1 - Verfahren zur entnahme von wasserstoff, zum vollständigen entleeren eines flüssigwasserstofftanks und dessen verwendung - Google Patents

Verfahren zur entnahme von wasserstoff, zum vollständigen entleeren eines flüssigwasserstofftanks und dessen verwendung

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EP4537003A1
EP4537003A1 EP23726898.2A EP23726898A EP4537003A1 EP 4537003 A1 EP4537003 A1 EP 4537003A1 EP 23726898 A EP23726898 A EP 23726898A EP 4537003 A1 EP4537003 A1 EP 4537003A1
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EP
European Patent Office
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hydrogen
tank
liquid hydrogen
heating
liquid
Prior art date
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Pending
Application number
EP23726898.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Maus
Jens Franzen
Pia Jacobi
Roland Dold
Ottmar Gehring
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Daimler Truck Holding AG
Original Assignee
Daimler Truck AG
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Publication date
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    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for removing hydrogen from a liquid hydrogen tank according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for completely emptying a liquid hydrogen tank from which hydrogen is removed according to the method.
  • the invention ultimately also relates to the use of one of the methods or both methods in a liquid hydrogen tank of a vehicle, in particular a commercial vehicle.
  • the time course of the supplied heating power and/or the tank pressure is recorded, the course being monitored for a sudden change in the heating power and/or the pressure gradient.
  • the liquid hydrogen tank 1 In practice, it is therefore generally common for the liquid hydrogen tank 1 to include a heating device 5 integrated into its internal volume, with which heat can be supplied from the outside in order to evaporate hydrogen. This allows the tank pressure to be maintained or adjusted to a desired pressure value. This makes the continuous removal of hydrogen from the liquid hydrogen tank 1 possible.
  • the condition described, in which the liquid hydrogen has completely evaporated and the liquid hydrogen tank 1 is about to become empty, can be detected via a sudden change in the heating power or the pressure gradient when the heating power is introduced in a pulsating manner.
  • a warning message can be generated, for example if the liquid hydrogen tank 1 in a vehicle is used to provide hydrogen for a Fuel cell system is used.
  • the warning message can then be issued to the driver or, in the case of an autonomous vehicle, to a control center.
  • This is particularly efficient because, in this state of the liquid hydrogen tank 1, a level indicator based on pressure and temperature is relatively worthless for the reasons already described above.
  • the fact is that the cold hydrogen gas contained in the liquid hydrogen tank 1 can still be covered a short distance, so that emergency operation is possible.
  • Nitrogen introduced would liquefy or even solidify at these temperatures, which is why the gas and thus the liquid hydrogen tank 1 must be heated to a temperature of at least -196 ° C, the boiling point of the nitrogen, before the nitrogen can be filled.
  • this temperature can change accordingly, or when using helium or, to a limited extent, neon, heating can be eliminated entirely because their boiling point is below -230°C.
  • noble gases have the disadvantage of correspondingly high costs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entnahme von Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank (1) mit einer integrierten Heizeinrichtung (5) zum Verdampfen des flüssigen Wasserstoffs und mit einer Entleerleitung (4) zur Entnahme des verdampften Wasserstoffs, wobei zur Entnahme des verdampften Wasserstoffs Heizleistung zugeführt wird, um den Tankdruck aufrecht zu halten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der zugeführten Heizleistung und/oder des Tankdrucks erfasst wird, wobei der Verlauf auf eine sprunghafte Änderung der Heizleistung und/oder des Druckgradienten des Tankdrucks überwacht wird. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum vollständigen Entleeren eines Flüssigwasserstofftanks (1). Ferner ist die Verwendung der beiden Verfahren in einem Fahrzeug angegeben.

Description

Verfahren zur Entnahme von Wasserstoff, zum vollständigen Entleeren eines Flüssigwasserstofftanks und dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entnahme von Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum vollständigen Entleeren eines mit Flüssigwasserstofftanks, welchen Wasserstoff nach dem Verfahren entnommen wird. Die Erfindung betrifft letztlich außerdem die Verwendung eines der Verfahrens oder beider Verfahren bei einem Flüssigwasserstofftank eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs.
Den gattungsgemäßen Stand der Technik bildet hier im Wesentlichen die
DE 10 2004 061 025 A1. Diese zeigt einen Behälter für kondensiertes Gas, welcher insbesondere als Kryo-Tank für tiefkalten flüssigen Wasserstoff ausgebildet ist. Dieser Flüssigwasserstofftank weist zur Entnahme von Wasserstoff eine Heizeinrichtung auf, welche in das Innere des Flüssigwasserstofftanks integriert ausgeführt ist. Zur Entnahme des Wasserstoffs wird über diese Heizeinrichtung Wärme in den flüssigen Wasserstoff eingebracht, um diesen zu verdampfen und den Tankdruck aufrecht zu halten, sodass der verdampfte Wasserstoff über eine Entleerleitung abgeführt und beispielsweise zur Versorgung eines Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann.
Solche Flüssigwasserstofftanks oder Tanks für flüssigen Wasserstoff, welcher auch mit LH2 bezeichnet wird, sind dafür ausgelegt, im Betrieb den tiefkalten flüssigen Wasserstoff möglichst lange zu halten und sind daher nach außen hin thermisch sehr gut isoliert. Die Entnahme des Wasserstoffs kann hier typischerweise nicht flüssig erfolgen, da die Entnahmeleitung üblicherweise in dem in Richtung der Schwerkraft im bestimmungsgemäßen Einsatz oberen Bereich des Tanks angebracht ist. Daher wird ein gasförmiger Anteil des Wasserstoffs aus einem sich typischerweise bildenden Gaspolster über der Flüssigkeit entnommen. Dabei wird das verdampfte Gas abgezogen und der flüssige Anteil wird aufgrund des sinkenden Gasdrucks zur Kompensation des niedrigen Dampfdrucks teilweise verdampfen, wodurch der Druck wieder steigt. Allerdings kühlt sich dabei die verbleibende Flüssigkeit weiter ab, sodass der resultierende Gasdruck bei kontinuierlicher Entnahme zunehmend abfällt. Um dem entgegen zu wirken und sicher zu stellen, dass immer ein ausreichender Druck zur Entnahme des verdampften Wasserstoffs vorliegt, sind in derartige Flüssigwasserstofftanks typischerweise Heizelemente integriert, wie es im oben genannten Stand der Technik beschreiben ist. Diese dienen dann dazu von außen Wärme zuzuführen und damit den Gasdruck auf einen für die Entnahme geeigneten Druckwert, welcher nachfolgend als Tankdruck bezeichnet wird, zu halten.
In der Praxis ist es nun so, dass Temperatur und Druck erfasst werden, um den Füllstand des Tanks festzustellen. Weiterhin kann ein Füllstandssensor zum Einsatz kommen, welcher prinzipbedingt nur bis zu einem unteren Niveau messen kann. Liegt dann der Flüssigkeitsspiegel unterhalb dieser Restfüllmenge, so kann dies nicht mehr durch den Sensor erfasst werden. Dies ist, insbesondere wenn es zu einer weitgehend vollständigen Entleerung des Tanks kommt, in der Praxis sehr ungenau. Außerdem wäre es, falls eine vollständige Entleerung des Flüssigwasserstofftanks, beispielsweise zu Wartungszwecken, notwendig ist, wünschenswert zu erkennen, wann der flüssige Anteil vollständig entleert bzw. verdampft worden ist. All dies kann der im Stand der Technik gezeigte Aufbau nicht leisten.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Entnahme von Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet und eine effiziente Erkennung der Entleerung des Flüssigwasserstofftanks gewährleistet. Ferner ist es die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein darauf basierendes Verfahren zum vollständigen Entleeren des Flüssigwasserstofftanks, beispielsweise für Reparatur- oder Wartungsarbeiten, anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine besonders geeignete Verwendung der Verfahren anzugeben. Erfindungsgemäß wird die erstgenannte Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 , und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 , gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Die weiteren Ansprüche lösen unter Einbeziehung der Merkmale eben dieses Anspruchs 1 die Aufgabe durch die Ansprüche 7 bezüglich der vollständigen Entleerung und 9 bezüglich der Verwendung. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entnahme von Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank sieht es vergleichbar wie im Stand der Technik vor, dass eine integrierte Heizeinrichtung in dem Flüssigwasserstofftank betrieben wird, um flüssigen Wasserstoff zu verdampfen und das so entstandene Wasserstoffgas durch eine Entleerleitung abzuführen. Dabei wird, wie es allgemein und insbesondere auch aus dem oben genannten Stand der Technik bekannt ist, zur Entnahme von Wasserstoff Heizleistung zugeführt, um den Tankdruck aufrecht zu halten.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf der zugeführten Heizleistung und/oder des Tankdrucks erfasst wird, wobei der Verlauf auf eine sprunghafte Änderung der Heizleistung und/oder des Druckgradienten hin überwacht wird.
Eine solche Überwachung auf eine sprunghafte Änderung der Heizleistung und/oder des Druckgradienten hin ermöglicht es festzustellen, wenn der Flüssigwasserstofftank leer wird, bzw. wenn der in ihm gespeicherte flüssige Wasserstoff vollständig verdampft worden ist, sodass nach der Entnahme des restlichen Gases aus dem Flüssigwasserstofftank dieser entsprechend leer ist. Anders als beim Einsatz von Druck- und Temperatursensoren ermöglicht die Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Heizleistung und/oder des Druckgradienten hier eine sehr zuverlässige und effiziente Möglichkeit, das vollständige Verdampfen des flüssigen Wasserstoffs und damit die bevorstehende vollständige Entleerung des Tanks effizient vorherzusagen. Der zeitliche Verlauf der Heizleistung und/oder des Druckgradienten ist dabei zuverlässig und aussagekräftig, anders als es bei der Überwachung von Temperaturen und Drücken alleine ist, insbesondere da die Temperaturen innerhalb des Flüssigwasserstofftanks mit zunehmender Entleerung desselben starken Schwankungen ausgesetzt sind und in Abhängigkeit der Position des Temperatursensors innerhalb des Flüssigwasserstofftanks sehr stark variieren können.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei als Heizeinrichtung ein elektrisches Heizelement eingesetzt werden, dessen Heizleistung kontinuierlich oder pulsweitenmoduliert auf den Tankdruck geregelt wird, wobei die elektrische Heizleistung erfasst und in dem eingangs genannten Sinne ausgewertet wird. Dies ist besonders einfach und effizient, da die Erfassung einer Heizleistung bei einem elektrischen Heizelement durch das Messen der elektrischen Größen Spannung und Strom einfach und effizient möglich ist.
Ergänzend oder alternativ hierzu kann es in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung einen Wärmetauscher aufweist, welcher von einem Heizmedium durchströmt wird, wobei die Heizleistung anhand des Volumenstroms des Heizmediums und der Differenz der Temperatur vor und nach dem Wärmetauscher erfasst wird. Eine solche Beheizung kann beispielsweise über ein Kühlsystem eines ohnehin vorhandenen Aufbaus erfolgen. Wird der Wasserstoff beispielsweise in einem Brennstoffzellensystem in elektrische Leistung umgesetzt, hat dieses Brennstoffzellensystem typischerweise einen Kühlkreislauf. Das Kühlmedium eines solchen Kühlkreislaufs kann nun als Heizmedium für den Wärmetauscher zur Beheizung der Heizeinrichtung des Flüssigwasserstofftanks eingesetzt werden. Die dabei anfallende Abwärme des Brennstoffzellensystems, welche ohnehin weggekühlt werden muss, steht dabei ohne zusätzlichen Energieeinsatz zur Verfügung. Diese Art der Beheizung kann damit den Gesamtwirkungsgrad steigern. Um hier nun die eingebrachte Heizleistung entsprechend erfassen zu können, lässt sich der Volumenstrom und die Temperaturdifferenz im oben genannten Sinn erfassen. Insbesondere kann der Volumenstrom als Regelgröße zum Einstellen des notwendigen Tankdrucks dienen und auf diesen hin geregelt werden. Dies kann vorzugsweise durch einen in ihrer Drehzahl kontinuierlich steuerbare Fördereinrichtung für das Heizmedium, eine puls-weiten-moduliert oder proportional angesteuerte Ventileinrichtung oder dergleichen erfolgen. Eine sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es vor, dass bei einer Überwachung der Heizleistung diese auf ein sprunghaftes Absinken hin überwacht wird. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass typischerweise zum Verdampfen des flüssigen Wasserstoffs in dem Flüssigwasserstofftank über die Heizeinrichtung im Inneren dieses Flüssigwasserstofftanks die Energiezufuhr notwendig ist, um den Wasserstoff zu verdampfen. Diese sogenannte Verdampfungsenthalpie liegt dabei bei in etwa 350 kJ/kg H2. Sobald der flüssige Wasserstoff vollständig verdampft ist und sich also nur noch gasförmiger Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank befindet, muss diese Verdampfungsenthalpie nicht mehr aufgebracht werden. Die zuzuführende Energie sinkt also bei gleichmäßiger Wasserstoffentnahme und damit gleichmäßigem Tankdruck deutlich ab, sodass sich dies durch ein sprunghaftes Absinken der Heizleistung zum Aufrechterhalten des Tankdrucks bemerkbar macht. Dieser sprunghafte Abfall der Heizleistung ist also ein zuverlässiger Indikator dafür, dass der flüssige Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank vollständig verdampft worden ist.
Die Überwachung des zeitlichen Verlaufs der Heizleistung setzt also eine gleichmäßige Entnahme des Wasserstoffs und damit einen gleichmäßigen Tankdruck, welcher insbesondere durch die Heizleistung eingeregelt wird, voraus. Ist dies nicht der Fall und die Heizleistung wird schaltend bzw. pulsierend zugeführt, dann wird sich auch der Druck zyklisch an dieses Pulsieren der Heizleistung anpassen. Dies bedeutet, dass der Druck zyklisch ansteigt, wenn geheizt wird bzw. absinkt, wenn nicht geheizt wird. Auch hier ist es so, dass für den Fall, dass der flüssige Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank vollständig verdampft ist, die Verdampfungsenthalpie in eine Änderung des Drucks fließt. Hierfür kann nun für den Fall des zyklischen An- und Ausschaltens der Heizleistung der Druckgradient überwacht werden. Wenn zum aktuellen Zeitpunkt geheizt wird, dann wird der Druck schneller ansteigen als zuvor, der Druckgradient macht also einen Sprung nach oben. Wird zum aktuellen Zeitpunkt gerade nicht geheizt, weil die Heizleistung zu diesem Zeitpunkt gemäß ihres Pulsierens abgeschaltet ist, dann sinkt der Druck sehr viel schneller ab als davor, der Druckgradient macht also einen Sprung nach unten. Ein solcher Sprung im Druckgardient kann für den Fall der pulsierend zugeführten Heizleistung bei dieser besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ideal genutzt werden um festzustellen, dass der flüssige Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank vollständig verdampft worden ist. Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es nun ferner vorgesehen werden, dass im Falle einer erfassten sprunghaften Änderung, sei es der Heizleistung und/oder des Druckgradienten, eine Warnmeldung generiert wird. Eine solche Warnmeldung kann beispielsweise vor einem leeren Tank für Flüssigwasserstoff warnen und stellt damit sicher, dass ein zügiges Nachtanken des Flüssigwasserstofftanks erfolgen kann, bzw. kann für den Fall einer gewollten Entleerung des Flüssigwasserstofftanks, beispielsweise für Wartungszwecke, zur Demontage oder dergleichen, anzeigen, dass der flüssige Wasserstoff vollständig verdampft worden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum vollständigen Entleeren eines Flüssigwasserstofftanks, welche nach dem oben beschriebenen Verfahren in einer der beschriebenen Ausgestaltungen Wasserstoff entnommen wird, kann es nun vorsehen, dass nach dem Erfassen der sprunghaften Änderung, beispielsweise wenn gemäß der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung die Warnmeldung generiert wird, der Flüssigwasserstofftank falls notwendig bis zum Erreichen einer Grenztemperatur weiter beheizt und anschließend inertem Gas gespült wird. Dieses Gas kann insbesondere Stickstoff sein. Die Grenztemperatur wird dabei größer oder gleich der Siedetemperatur des inerten Gases vorgegeben. Bei Stickstoff wären dies beispielsweise -196° C. Hierdurch wird sichergestellt, dass der zum Spülen des Flüssigwasserstofftanks eingeleitete Stickstoff innerhalb des sehr gut thermisch isolierten Flüssigwasserstofftanks nicht verflüssig wird, sondern gasförmig vorliegt, um den gasförmig in dem Flüssigwasserstofftank verbliebenen Wasserstoff auszuspülen, sodass eine sichere Wartung, Demontage oder dergleichen des Flüssigwasserstofftanks möglich ist.
Das eingangs beschriebene Verfahren zur Entnahme von Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank eignet sich nun insbesondere zur Entnahme von Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank eines zumindest teilweise mittels des entnommenen Wasserstoffs angetriebenen Fahrzeugs. Der entnommene Wasserstoff wird dabei einem Verbraucher innerhalb des Fahrzeugs zugeführt, beispielsweise einer mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmaschine, wie einer Brennkraftmaschine, einer Gasturbine oder dergleichen, oder er wird in einem Brennstoffzellensystem verstromt und zum elektrischen Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt. Speziell für solche Anwendungsfälle eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren ideal. Es ermöglicht sicher, zuverlässig und weitgehend unabhängig von Umgebungsparametern, welche sehr leicht variieren können, den leeren Zustand des Flüssigwasserstofftanks rechtzeitig und zuverlässig festzustellen.
Außerdem ermöglicht das Verfahren, insbesondere in Kombination mit dem zuvor beschriebenen Verfahren zur vollständigen Entleerung eines Flüssigwasserstofftanks, eine sichere Entleerung, um beispielsweise Wartungsarbeiten, Reparaturmaßnahmen oder dergleichen an dem Fahrzeug durchführen zu können, bei denen kein Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank verbleiben soll. Sei es, weil die Wartung unmittelbar den Flüssigwasserstofftank oder die Tankanlage betrifft oder weil eine längere Wartungsphase oder Abstellzeit zu erwarten ist, während welcher das Ausdiffundieren von Wasserstoff, beispielsweise innerhalb einer Fahrzeughalle, zuverlässig verhindert werden soll.
Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung dieser Verwendung in einem Fahrzeug kann es dabei vorgesehen sein, dass im Falle einer Warnmeldung eine Restreichweite des Fahrzeugs abgeschätzt und zusammen mit der Warnmeldung ausgegeben wird. Wie bereits erwähnt erfasst die sprunghafte Änderung der Heizleistung und/oder des Druckgradienten den Zeitpunkt, zudem der gesamte flüssige Wasserstoff innerhalb des Flüssigwasserstofftanks verdampft ist. Der Flüssigwasserstofftank ist zu diesem Zeitpunkt noch mit gasförmigen Wasserstoff gefüllt, sodass zu diesem Zeitpunkt, welcher über die sprunghafte Änderung erfasst worden ist, eine dem Volumen des Flüssigwasserstofftanks entsprechende Restmenge an gasförmigem Wasserstoff vorliegt. Diese vom Volumen und Druck abhängige Restmenge kann anhand einer einfachen Druckmessung bestimmt werden und erlaubt es die Restreichweite des Fahrzeugs abzuschätzen, welche mit diesem bereits verdampften gasförmigen Wasserstoff noch zu erzielen ist. Die Warnung an eine das Fahrzeug fahrende Person oder eine Leitstelle im Falle eines autonom oder teilweise autonom fahrenden Fahrzeugs ermöglicht es also entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise das Umschalten auf eine andere Energiequelle, das Nachtanken von Wasserstoff oder dergleichen, zu veranlassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren und ihrer Verwendung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
Die einzige beigefügte Figur 1 zeigt dabei die schematische Darstellung eines Flüssigwasserstofftanks, mit welchem die erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden können, und welcher sich insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug eignet.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter Flüssigwasserstofftank innerhalb einer angedeuteten thermischen Isolierung 2 zu erkennen. Solche Flüssigwasserstofftanks 1 , welche auch als kryogene Tanks bzw. Kryo-Tanks bezeichnet werden, dienen zum Speichern von flüssigem Wasserstoff bei entsprechend niedrigen Temperaturen, sodass dieser Wasserstoff flüssig zumindest in dem in Richtung der Schwerkraft Fg unteren Bereich des Flüssigwasserstofftanks 1 vorliegt. Der Flüssigwasserstofftank 1 kann über eine Befüllleitung 3 betankt werden. Über eine Entnahmeleitung 4 kann Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank 1 entnommen werden. Bei der hier gewählten vereinfachten Darstellung wird dabei auf Ventilelemente, Filter, Rückschlagelemente und dergleichen innerhalb dieser beiden Leitungen 3, 4 verzichtet. Typischerweise ist bei einem Flüssigwasserstofftank 1 außerdem ein hier nicht dargestellter Ablasskamin vorgesehen, über weichen bei einem in dem Flüssigwasserstofftank 1 auftretenden sicherheitskritischen Überdruck Gas durch ein Überdruckventil, ein Berstelement oder dergleichen abgelassen werden kann.
Aus dem Flüssigwasserstofftank 1 wird nun im regulären Betrieb, oder auch für den Fall, dass dieser vollständig entleert werden muss, um beispielsweise den Flüssigwasserstofftank 1 selbst oder eine mit ihm verbundene Tankanlage zu warten, Wasserstoff entnommen. Dabei ist eine vollständige Entnahme des flüssigen Wasserstoffs als Flüssigkeit typischerweise weder vorgesehen noch möglich, insbesondere da die Befüllleitung 3, wie es hier angedeutet ist, typischerweise nicht in dem in Richtung der Schwerkraft g im bestimmungsgemäßen Einsatz unteren Bereich des Flüssigwasserstofftanks 1 bzw. seines Innenvolumens endet. Vielmehr ist für die Entnahme die Entnahmeleitung 4 zuständig, über welche gasförmiger kalter Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank 1 entnommen wird. Dieser gasförmige Wasserstoff, welcher sich als Gaspolster (g) oberhalb der Flüssigkeit (f) in dem Flüssigwasserstofftank 1 sammelt, ist typischerweise immer vorhanden und kann über die Entnahmeleitung 4 entnommen werden. Hierdurch sinkt der Gasdruck in dem Flüssigwasserstofftank 1 ab und ein Teil des flüssigen Wasserstoffs verdampft zur Kompensation des abfallenden Tankdrucks. Hierdurch steigt der Gasdruck wieder an. Allerdings kühlt sich die verbleibende Flüssigkeit durch die zum Verdampfen benötigte Verdampfungsenthalpie weiter ab, sodass bei einer kontinuierlichen Entnahme der resultierende Tankdruck ebenfalls immer weiter absinkt. Sobald der Tankdruck unter den Atmosphärendruck absinkt, ist damit prinzipbedingt keine Entnahme mehr möglich. In der Praxis erfolgt die Entnahme typischerweise zum Verbrauch des Wasserstoffs, beispielsweise in einem Brennstoffzellensystem. Da hier ein gewisser Wasserstoffdruck innerhalb des ihn verbrauchenden Systems erforderlich ist, wäre eine Entnahme nur bis zu diesem notwendigen Systemdruck möglich.
In der Praxis ist es daher allgemein üblich, dass der Flüssigwasserstofftank 1 eine in sein Innenvolumen integrierte Heizeinrichtung 5 umfasst, mit welcher von außen Wärme zugeführt werden kann, um Wasserstoff zu verdampfen. Damit kann der Tankdruck aufrecht gehalten bzw. auf einen gewünschten Druckwert eingeregelt werden. Dies macht die kontinuierliche Entnahme von Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank 1 möglich.
Um Festzustellen, ob der Flüssigwasserstofftank 1 entleert worden ist, ist es notwendig zu erkennen, ob weiterhin flüssiger Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank 1 vorhanden ist oder ob sich nur noch kaltes Wasserstoffgas in dem Flüssigwasserstofftank 1 befindet. Neben einem Drucksensor 6, welcher beispielsweise zur Regelung der Heizleistung der Heizeinrichtung 5 Verwendung findet, ist typischerweise auch ein hier nicht dargestellter Temperatursensor in dem Flüssigwasserstofftank 1 vorhanden. Dieser ist jedoch zum Feststellen eines leeren Tanks nur bedingt nutzbar, da die Temperatur, insbesondere bei einer schnellen Entleerung, lokal sehr stark variieren kann. Dies gilt insbesondere, wenn Reste an flüssigem Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank 1 vorhanden sind, welche beispielsweise aufgrund dynamischer Bewegungen des Flüssigwasserstofftanks 1 , falls dieser in einem Fahrzeug verbaut ist, auch in verschiedene Bereiche des Innenvolumens des Flüssigwasserstofftanks 1 gelangen können, beispielsweise durch Schwapp- Bewegungen oder dergleichen.
Die typische Entnahmeprozedur für Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank 1 kann man sich nun jedoch zunutze machen, da solange sich noch flüssiger Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank 1 befindet, dieser, damit der Druck im Bereich des Drucksensors 6 aufrechterhalten wird, über eine kontinuierliche Wärmezufuhr verdampft werden muss. Die benötigte Energiezufuhr entspricht dabei der Verdampfungsenthalpie von ca. 350 kJ/kg H2, welche über die Heizeinrichtung 5 aufgebracht werden muss. Sobald nun der flüssige Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank 1 vollständig verdampft ist und sich nur noch kalter gasförmiger Wasserstoff in dem Volumen des Flüssigwasserstofftanks 1 befindet, muss diese Verdampfungsenthalpie nicht mehr aufgebracht werden. Die zuzuführende Energie und damit die zum Aufrechterhalten des Tankdrucks erforderliche Heizleistung sinkt also sprunghaft ab.
Es wird daher vorgeschlagen, eine gleichmäßige Entnahme von Wasserstoff über die Entnahmeleitung 4 mit der Messung des Verlaufs der notwendigen Heizleistung am Heizelement 5 zu verbinden, sodass über den zeitlichen Verlauf der zugeführten Heizleistung festgestellt werden kann, wenn der flüssige Wasserstoff vollständig verdampft ist und der Flüssigwasserstofftank also kurz vor seiner Entleerung steht. Die gleichmäßige Entnahme lässt sich im regulären Betrieb dabei entsprechend erfassen und gegebenenfalls rechnerisch anpassen. Für den Fall einer Entnahme zur Entleerung des Flüssigwasserstofftanks 1 aus Wartungsgründen bietet sich die Entnahme über eine Blende mit festem Querschnitt an, sodass ein konstanter Entnahmemassenstrom gewährleistet ist.
Die Leistungsmessung kann dann über ein Tanksteuergerät erfolgen, indem im Falle einer Beheizung des Heizelements 5 beispielsweise über ein Kühlmittel eines Kühlkreislaufs des Fahrzeugs die Leistung indirekt ermittelt wird. In diesem Fall erfolgt die Berechnung der zugeführten Heizleistung über den Volumenstrom dieses Kühlmittels und die Differenz aus der Vor- und Rücklauftemperatur, also der Temperatur des Heizmediums vor und nach der in diesem Fall als Wärmetauscher ausgebildeten Heizeinrichtung 5. Alternativ dazu kann beim Einsatz einer Heizeinrichtung 5, welche als elektrisches Heizelement ausgebildet ist, die Heizleistung über die elektrischen Größen unmittelbar erfasst werden.
Unabhängig davon, wie die Heizleistung, welche der Heizeinrichtung 5 zum Aufrechterhalten des Tankdrucks zugeführt wird, erfasst wird, ist es nun so, dass bei kontinuierlichem Tankdruck bzw. kontinuierlicher Entnahme oder, im Falle einer dynamischen Entnahme, auch rechnerisch auf eine solche kontinuierliche Entnahme umgerechneten Werten, in dem Augenblick, in dem der flüssige Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank 1 vollständig verdampft worden ist, die Verdampfungsenthalpie nicht mehr aufgebracht werden muss. Die notwendige Wärmemenge sinkt also sprunghaft ab, sodass auch die zur kontinuierlichen Entnahme bzw. zur Aufrechterhaltung des Tankdrucks erforderliche Heizleistung sprunghaft abfällt. Dieses sprunghafte Abfallen der Heizleistung ist dann ein Indiz dafür, dass der flüssige Wasserstoff vollständig verdampft worden ist. Der Flüssigwasserstofftank 1 ist also, bis auf den verbleibenden restlichen kalten gasförmigen Wasserstoff in dem Volumen des Flüssigwasserstofftanks 1 , leer.
Für den Fall, dass die Heizleistung pulsierend aufgebracht wird, also immer wieder ein- - und ausgeschaltet wird, ist es so, dass auch der Druck innerhalb des Volumens zyklisch ansteigt, immer dann, wenn gerade geheizt wird, bzw. absinkt, immer dann, wenn gerade nicht geheizt wird. In diesem Fall lässt sich das Erreichen des Zustandes, bei welchem der flüssige Wasserstoff in dem Volumen vollständig verdampft ist, durch einen Sprung in dem Druckgradienten erfassen. Wenn zum aktuellen Zeitpunkt gerade geheizt wird, steigt der Druck schneller an als zuvor, der Druckgradient macht also einen Sprung nach oben. Wird zum aktuellen Zeitpunkt gerade nicht geheizt, dann fällt der Druck dementsprechend schneller ab als zuvor, der Druckgradient macht in diesem Fall also einen Sprung nach unten.
Über eine sprunghafte Änderung der Heizleistung bzw. des Druckgradienten, wenn die Heizleistung pulsierend eingebracht wird, lässt sich der beschriebene Zustand, bei welchem der flüssige Wasserstoff vollständig verdampft ist und der Flüssigwasserstofftank 1 also kurz vor dem Leerwerden steht, erfassen. In diesem Fall lässt sich eine Warnmeldung generieren, beispielsweise wenn der Flüssigwasserstofftank 1 in einem Fahrzeug zur Bereitstellung von Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem genutzt wird. Die Warnmeldung kann dann an den Fahrer oder im Falle eines autonom fahrenden Fahrzeugs an eine Leitzentrale ausgegeben werden. Dies ist besonders effizient, da in diesem Zustand des Flüssigwasserstofftanks 1 eine Füllstandsanzeige, welche auf Druck und Temperatur basiert, aus den oben schon beschriebenen Gründen relativ wertlos ist. Dabei ist es so, dass mit dem in dem Flüssigwasserstofftank 1 befindlichen kalten Wasserstoffgas noch eine kurze Strecke zurückgelegt werden kann, sodass also ein Notbetrieb möglich ist. Die Warnmeldung, welche ausgegeben wird, kann insbesondere die Warnung vor dem leeren Flüssigwasserstofftank 1 sowie eine aufgrund der restlichen Gasmenge in dem Flüssigwasserstofftank 1 abgeschätzte Restreichweite umfassen. Dabei ist es auch denkbar und sinnvoll in bei der Abschätzung der Restreichweite den Ladezustand einer typischerweise vorhanden Hybridbatterie, das aktuelle Fahrzeuggewicht, eine Streckentopografie oder ähnliches mit zu berücksichtigen.
Für den Fall, dass der Flüssigwasserstofftank 1 vollständig entleert werden soll, ist es nun so, dass die sprunghafte Änderung der Heizleistung und/oder des Druckgradienten anzeigt, dass der flüssige Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank 1 vollständig verdampft ist. Hier kann nun zur weiteren Entleerung der Flüssigwasserstofftank 1 mit einem nicht brennbaren inerten Gas, wie beispielsweise Stickstoff, gefüllt werden, um den restlichen Wasserstoff auszuspülen und einen sicheren Zustand zu gewährleisten. Dafür ist es meist notwendig, nachdem der flüssige Wasserstoff komplett verdampft ist, den Flüssigwasserstofftank 1 weiter zu erwärmen, bis der verbliebende gasförmige Wasserstoff in dem Flüssigwasserstofftank 1 durch das nicht brennbare Gas ersetzt werden kann. Typischerweise ist es so, dass das Wasserstoffgas innerhalb des Tanks nach dem vollständigen Verdampfen der flüssigen Phase bei circa -230°C vorliegt. Eingeleiteter Stickstoff würde sich bei diesen Temperaturen verflüssigen oder sogar fest werden, weshalb das Gas und damit der Flüssigwasserstofftank 1 auf eine Temperatur von mindestens -196°C, der Siedetemperatur des Stickstoffs, erwärmt werden muss, bevor der Stickstoff eingefüllt werden kann. Bei der Verwendung anderer inerter bzw. nicht brennbarer Gase oder Gasgemische kann sich diese Temperatur entsprechend ändern bzw. beim Einsatz von Helium oder bedingt auch Neon kann die Beheizung auch gänzlich entfallen, da deren Siedetemperatur unter -230°C liegt. Edelgase bringen jedoch den Nachteil entsprechend hoher Kosten mit sich. Abschließend wird der Flüssigwasserstofftank 1 dann mit dem inerten Gas gespült, bis sich die Innentemperatur des Flüssigwasserstofftanks 1 an die Umgebungstemperatur angepasst hat und die Restkonzentration an Wasserstoff innerhalb des Flüssigwasserstofftanks 1 so gering ist, dass sich beim Kontakt mit Luft kein explosives oder brennbares Gemisch mehr bilden kann.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Entnahme von Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank (1) mit einer integrierten Heizeinrichtung (5) zum Verdampfen des flüssigen Wasserstoffs und mit einer Entleerleitung (4) zur Entnahme des verdampften Wasserstoffs, wobei zur Entnahme des verdampften Wasserstoffs Heizleistung zugeführt wird, um den Tankdruck aufrecht zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der zugeführten Heizleistung und/oder des Tankdrucks erfasst wird, wobei der Verlauf auf eine sprunghafte Änderung der Heizleistung und/oder des Druckgradienten des Tankdrucks überwacht wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Heizeinrichtung (5) ein elektrisches Heizelement eingesetzt wird, dessen Heizleistung kontinuierlich oder pulsierend zugeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass als Heizeinrichtung (5) ein Wärmetauscher von einem Heizmedium durchströmt wird, wobei die Heizleistung anhand des Volumenstroms des Heizmediums und der Differenz der Temperatur vor und nach dem Wärmetauscher erfasst wird. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer kontinuierlich angepassten Heizleistung diese auf das sprunghafte Absinken bei gleichmäßiger Wasserstoffentnahme hin überwacht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei pulsierend zugeführter Heizleistung der Druckgradient überwacht wird, wobei in Abhängigkeit davon, ob aktuell geheizt wird oder nicht, der Druckgradient auf einen sprunghaften Anstieg oder einen sprunghaften Abfall hin überwacht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer erfassten sprunghaften Änderung eine Warnmeldung generiert und ausgegeben wird. Verfahren zum vollständigen Entleeren eines Flüssigwasserstofftanks (1), welchem nach den Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 Wasserstoff entnommen wird, wobei nach einer erfassten sprunghaften Änderung der Flüssigwasserstofftank (1) bis zum Erreichen einer Grenztemperatur beheizt und anschließend mit inertem Gas gespült wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenztemperatur größer oder gleich der Siedetemperatur des inerten Gases vorgegeben wird. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Entnahme von Wasserstoff und/oder des Verfahrens nach Anspruch 7 oder 8 zum Entleeren bei einem Flüssigwasserstofftank (1) eines zumindest teilweise mittels des entnommenen Wasserstoffs angetriebenen Fahrzeugs, wobei der entnommene Wasserstoff einer Verbrennung oder einer Verstromung in einem Brennstoffzellensystem zugeführt wird. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Warnmeldung eine Restreichweite des Fahrzeugs abgeschätzt und zusammen mit der Warnmeldung ausgegeben wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004061025A1 (de) 2004-12-18 2006-06-22 Bayerische Motoren Werke Ag Entnahmeeinrichtung für Gas aus einem Behälter
JP4760353B2 (ja) 2005-12-14 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 液体水素タンク残量検知システム
JP2007292724A (ja) * 2006-03-28 2007-11-08 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 流体識別装置及び流体識別方法
DE102007057978A1 (de) * 2007-12-03 2009-06-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Betriebsverfahren für einen Kryodruck-Tank
DE102012204818A1 (de) * 2012-03-26 2013-09-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Betriebsverfahren für einen Kryo-Drucktank
DE102014211503A1 (de) * 2014-06-16 2015-12-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Überwachungsvorrichtung für einen Drucktank sowie Drucktank
SE541662C2 (en) * 2017-06-12 2019-11-19 Scania Cv Ab Arrangement, system and method for treating a closed container
JP7272280B2 (ja) * 2020-01-06 2023-05-12 トヨタ自動車株式会社 ナビゲーション装置および経路案内方法
EP3961083B1 (de) 2020-08-31 2024-08-21 Salzburger Aluminium Aktiengesellschaft Tanksystem

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