EP4571171A1 - Verfahren und fördervorrichtung - Google Patents

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EP4571171A1
EP4571171A1 EP23020549.4A EP23020549A EP4571171A1 EP 4571171 A1 EP4571171 A1 EP 4571171A1 EP 23020549 A EP23020549 A EP 23020549A EP 4571171 A1 EP4571171 A1 EP 4571171A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conditioning
cryogen
vessel
container
hydrogen
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
EP23020549.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Petya TONEVA
Kathrin Wellenhofer
Jonas Herrenkind
Anton Wellenhofer
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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Priority to PCT/EP2024/086647 priority patent/WO2025125689A1/de
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Pending legal-status Critical Current

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    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships

Definitions

  • the invention relates to a method for conveying a cryogen and a conveying device for conveying a cryogen.
  • storage tanks for liquid hydrogen can have a pressure build-up evaporator, which allows pressure to be built up within the storage tank so that gaseous hydrogen can be made available to a consumer, for example in the form of a fuel cell, at a stable supply pressure of approximately 6 bar.
  • a pressure build-up evaporator which allows pressure to be built up within the storage tank so that gaseous hydrogen can be made available to a consumer, for example in the form of a fuel cell, at a stable supply pressure of approximately 6 bar.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for conveying a cryogen.
  • a method for conveying a cryogen from a storage vessel to a consumer comprises the following steps: a) introducing the cryogen from the storage vessel into a first conditioning vessel, b) introducing heat into the cryogen contained in the first conditioning vessel, whereby the cryogen is brought into its supercritical state, c) blowing off a gaseous phase of the cryogen from a second conditioning vessel into the storage vessel, wherein steps b) and c) are carried out simultaneously, and wherein during step c) heat is transferred from the gaseous phase to the cryogen received in the first conditioning vessel, and d) discharging the cryogen from the first conditioning vessel to the consumer, wherein the cryogen received in the first conditioning vessel is maintained in the supercritical state during step d).
  • the storage vessel can be operated at the lowest possible pressure. This extends the cryogen's holding time. Because heat is transferred from the gaseous phase to the cryogen in the first conditioning vessel when the gaseous phase is vented, this not only reduces the amount of heat introduced into the storage vessel, but also increases the cryogen's holding time. This also allows a smaller heating element for heating the first conditioning vessel to be used.
  • the first conditioning vessel and the second conditioning vessel are preferably provided, which can be operated alternately or intermittently.
  • the method is particularly preferably carried out with more than two conditioning vessels, for example with three conditioning vessels.
  • Steps a), b), c), and d) are preferably carried out alternately between the conditioning vessels.
  • Step b), or bringing the cryogen into its supercritical state can also be referred to as conditioning or conditioning process.
  • the conditioning vessels are preferably part of a conveying device for conveying the cryogen. This means, in particular, that the method is carried out with the aid of the conveying device.
  • the term "conditioning vessel" can be understood to mean both the first conditioning vessel and the second conditioning vessel.
  • the cryogen is preferably hydrogen.
  • cryogen and “hydrogen” can therefore be interchanged here. In principle, however, the cryogen can also be any other cryogen. Examples of cryogenic fluids or liquids, or cryogens for short, include the aforementioned hydrogen, liquid helium, liquid nitrogen, or liquid oxygen. A “cryogen” is therefore understood to mean, in particular, a liquid.
  • the cryogen can also be vaporized and thus converted into the gaseous phase. After vaporization, the cryogen is a gas or can be referred to as gaseous or vaporized cryogen. The gaseous phase can condense and thereby transform into a liquid phase of the cryogen.
  • the first conditioning vessel is filled with the liquid phase in step a).
  • cryogen can be understood to mean both the liquid and gaseous phases of the cryogen.
  • the liquid phase can, in particular, be evaporated and thus converted into the gaseous phase.
  • the gaseous phase can condense and thus be converted into the liquid phase. If both the gaseous and liquid phases exist simultaneously, a phase boundary exists between the liquid and gaseous phases. The cryogen is thus in the two-phase region.
  • the storage vessel is filled with both the liquid and gaseous phases. This means that a phase boundary is provided within the storage vessel.
  • Cryogen can be converted from the liquid phase to the gaseous phase through phase transitions.
  • the liquid phase evaporates.
  • the gaseous phase can transition from gaseous to liquid into the liquid phase through a phase transition.
  • the gaseous phase condenses.
  • the cryogen thus has at least two states of matter: liquid and gaseous.
  • the cryogen can also transition into a solid phase, for example in the form of ice.
  • the storage container is preferably suitable for holding hydrogen, the storage container can also be used as a hydrogen storage container or as a hydrogen storage tank
  • the consumer is preferably a fuel cell.
  • a "fuel cell” in this context is understood to be a galvanic cell that 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.
  • the cryogen is supplied to the consumer itself, particularly in gaseous form, at a defined supply pressure. This means that the cryogen is vaporized before or upstream of the consumer. For example, the cryogen is supplied to the consumer at a supply pressure of 6 bar and a temperature of 10 to 25 °C.
  • a withdrawal line is preferably provided between the storage vessel and the conditioning vessel.
  • the storage vessel is preferably arranged above the conditioning vessel with respect to a direction of gravity, so that the cryogen flows from the storage vessel into the conditioning vessel solely due to the hydrostatic pressure of the liquid phase.
  • a valve provided between the storage vessel and the conditioning vessel is preferably closed. This means that the conditioning vessel is separated from the storage vessel and forms a closed system.
  • the critical point is a thermodynamic state of a substance, in this case cryogen, characterized by an equalization of the densities of the liquid and gaseous phases. At the critical point, a phase boundary no longer exists. The differences between the two aforementioned states of matter cease to exist at the critical point. The cryogen is then in its supercritical state. At the critical point, the cryogen exhibits a characteristic pressure and a critical temperature. For example, hydrogen has a critical pressure of 12.3 bar and a critical temperature of -239.9 °C.
  • the cryogen can be brought into the supercritical state, for example, by pressurising it.
  • heat can be introduced into the conditioning vessel so that the pressure in the Conditioning vessel increases.
  • the cryogen is preferably constantly maintained in the supercritical state, so that even when the cryogen is discharged from the conditioning vessel, the supercritical state is maintained while the consumer is supplied with the cryogen.
  • blowing off the gaseous phase of the cryogen means that the gaseous phase is directed from the conditioning vessel into the storage vessel.
  • the gaseous phase can be introduced into a gas zone or a liquid zone of the storage vessel.
  • the heat can be transferred from the gaseous phase to the cryogen contained in the conditioning vessel with the aid of a recuperator provided on the conditioning vessel.
  • the gaseous phase is passed through this recuperator, which can be designed, for example, as a coiled tube, whereby the gaseous phase releases heat to the cryogen contained in the conditioning vessel.
  • the gaseous phase cools and may partially condense.
  • step c) the gaseous phase is expanded by means of a valve, in particular by means of a Joule-Thomson valve.
  • the valve is specifically located downstream of the recuperator. During expansion, the gaseous phase can partially liquefy. The liquid phase is then fed into the storage vessel. By expanding the gaseous phase with the help of the valve, further heat can be extracted from the gaseous phase, which is then not introduced into the storage vessel. This further extends the cryogen's holding time.
  • step d heat is introduced into the cryogen to maintain the cryogen in the supercritical state.
  • a heating element can be provided in or on the conditioning vessel.
  • the heating element can, for example, be an electrical heating element.
  • the heating element may also have a heating medium that is used to introduce heat into the cryogen.
  • step d heat is transferred from the gaseous phase to the cryogen contained in the first conditioning vessel.
  • the cryogen is introduced from the storage vessel into the second conditioning vessel, wherein heat is introduced into the cryogen received in the second conditioning vessel, whereby the cryogen is brought into its supercritical state, wherein the gaseous phase is vented from the first conditioning vessel into the storage vessel, wherein the introduction of heat and the venting are carried out simultaneously, wherein during the venting heat is transferred from the gaseous phase to the cryogen received in the second conditioning vessel, wherein the cryogen is discharged from the second conditioning vessel to the consumer, and wherein the cryogen received in the second conditioning vessel is maintained in the supercritical state during the discharge.
  • step a) is performed using the second conditioning vessel, and step c) is performed using the first conditioning vessel.
  • the conditioning vessels are thus operated alternately. In the event that more than two conditioning vessels are provided, it is particularly intended that one of the conditioning vessels is always operated in step d), so that the consumer can be continuously supplied with cryogen.
  • the first conditioning container and the second conditioning container are operated intermittently.
  • the multiple conditioning vessels are operated intermittently, as previously explained. This makes it possible to supply a continuous volume flow of cryogen to the consumer.
  • the first conditioning container is separated from the storage container by means of a valve by closing the valve.
  • the second conditioning tank can also be separated from the storage tank using such a valve.
  • the valve is preferably a shut-off valve.
  • the valve can be an on-off valve. This means that the valve can be placed in two states, namely an open state and a closed state.
  • the aforementioned valve is provided in or on the extraction line provided between the storage tank and the conditioning tank.
  • step d) a valve provided between the first conditioning container and the consumer is opened.
  • This valve is closed during step b).
  • a similar valve is also assigned to the second conditioning tank. The valve is located downstream of the respective conditioning tank.
  • the density of the cryogen decreases during step d).
  • the cryogen is continuously maintained in the supercritical state, and the consumer is supplied with the cryogen.
  • the decrease in density results from the cryogen being removed from the respective conditioning vessel during step d).
  • an operating pressure within the first conditioning container is kept constant during step c).
  • constant can be understood as a deviation from the operating pressure of ⁇ 1 bara.
  • the operating pressure within the conditioning vessel is maintained at 14 bara. This keeps the operating pressure above the critical pressure.
  • step d) is terminated after reaching a predetermined temperature.
  • the predetermined temperature is, for example, -230 °C. After reaching the predetermined temperature, preferably no further heat is introduced into the conditioning container.
  • the first conditioning container is depressurized until a supply pressure of the consumer is reached.
  • the supply pressure for example, is 6 bara.
  • the first conditioning tank is released into the storage tank once the supply pressure is reached.
  • the cryogen is no longer fed to the consumer but to the storage vessel.
  • the cryogen is in gaseous form. Heat is then extracted from the gaseous phase during feeding to the storage vessel in order to heat the cryogen in one of the conditioning vessels.
  • the cryogen can be introduced into the storage vessel either from above, i.e., into the gas zone of the storage vessel, from the side, or from below, i.e., into the liquid zone of the storage vessel. In the latter case, at least partial condensation of the gaseous phase in the storage vessel is possible.
  • a conveying device for conveying a cryogen from a storage container to a consumer.
  • the conveying device comprises a first conditioning vessel arranged between the storage vessel and the consumer, and a second conditioning vessel arranged between the storage vessel and the consumer.
  • the conveying device is configured to introduce the cryogen from the storage vessel into the first conditioning vessel, introduce heat into the cryogen contained in the first conditioning vessel in order to bring the cryogen into its supercritical state, vent a gaseous phase of the cryogen from the second conditioning vessel into the storage vessel, transfer heat from the gaseous phase to the cryogen contained in the first conditioning vessel during the venting, discharge the cryogen from the first conditioning vessel to the consumer, and maintain the cryogen contained in the first conditioning vessel in the supercritical state during the discharge.
  • the aforementioned method is carried out, in particular, with the aid of the conveying device.
  • the conveying device can have any number of such conditioning vessels. However, the conveying device has at least two conditioning vessels. However, the conveying device can also have three, four, five, or more than five conditioning vessels.
  • the storage vessel can be part of the conveying device. However, this is not mandatory.
  • the conditioning vessels are operated intermittently, so that, for example, the cryogen is introduced from the storage vessel into the second conditioning vessel, heat is introduced into the cryogen contained in the second conditioning vessel to bring the cryogen into its supercritical state, the gaseous phase of the cryogen is vented from the first conditioning vessel into the storage vessel, during venting, heat is transferred from the gaseous phase to the cryogen contained in the second conditioning vessel, the cryogen is discharged from the second conditioning vessel to the consumer, and the cryogen contained in the second conditioning vessel is maintained in the supercritical state during discharge.
  • the conveying device is designed to convey the cryogen, as previously mentioned, from the storage container to the consumer by switching valves of the conveying device accordingly.
  • a first recuperator for transferring heat from the gaseous phase to the cryogen is associated with the first conditioning vessel, and a second recuperator for transferring heat from the gaseous phase to the cryogen is associated with the second conditioning vessel.
  • a line leads from the first conditioning tank to the storage tank, by means of which the gaseous phase can be blown off into the storage tank.
  • This line runs spirally around an inner container of the second conditioning tank and thus forms the second recuperator.
  • the second conditioning tank is also assigned such a line, by means of which the gaseous phase can be blown off into the storage tank.
  • This line runs spirally around an inner container of the first conditioning tank and forms the first recuperator.
  • the recuperators are each connected in a heat-conducting manner to the inner container of the respective conditioning tank. For example, a welded or soldered connection can be provided.
  • One in this case is not necessarily limited to exactly one element. Rather, multiple elements, such as two, three, or more, can also be considered. Any other counting term used here should also not be understood as requiring a precise limitation to the corresponding number of elements. Rather, numerical deviations upwards and downwards are possible.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of a conveying device for conveying hydrogen
  • Fig. 2 shows a pressure-enthalpy diagram of hydrogen
  • Fig. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for producing hydrogen.
  • the Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of a conveying device 1 for conveying hydrogen H2.
  • the hydrogen H2 can be conveyed from a storage container 2 to a consumer 3.
  • the storage container 2 is particularly suitable for holding liquid hydrogen LH2.
  • the storage container 2 is constructed rotationally symmetrically to a central or symmetry axis 4.
  • the storage container 2 is part of the conveying device 1.
  • the storage container 2 can also not be part of the conveying device 1.
  • the conveying device 1 is designed to continuously supply the consumer 3 with gaseous hydrogen GH2 at a supply pressure of approximately 6 bara and a supply temperature of 10 to 25 °C, regardless of the sea state or other movements of the storage container 2.
  • the conveying device 1 can be referred to as a hydrogen conveying device.
  • the storage vessel 2 can also be referred to as a storage tank.
  • cryogenic fluids or liquids, or cryogens for short in addition to the aforementioned liquid hydrogen LH2
  • Liquid hydrogen LH2 is contained in storage tank 2. As long as the hydrogen H2 is in the two-phase region, a gas zone 5 with gaseous hydrogen GH2 and a liquid zone 6 with liquid hydrogen LH2 can be provided in storage tank 2. Thus, after being filled into storage tank 2, the hydrogen H2 has two phases with different states of aggregation, namely liquid and gaseous. This means that a phase boundary 7 is present in storage tank 2 between the liquid hydrogen LH2 and the gaseous hydrogen GH2.
  • the consumer 3 is preferably a fuel cell.
  • a "fuel cell” is understood here to be a galvanic cell that 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.
  • the central axis 4 of the storage tank 2 can be oriented perpendicular to a direction of gravity g. This means that the storage tank 2 is lying or horizontal However, the storage tank 2 can also be positioned upright or vertically. In this case, the central axis 4 is oriented parallel to the direction of gravity g.
  • This sloshing also known as sloshing, leads to the cooling of the gaseous hydrogen GH2 above the liquid hydrogen LH2 and thus to an abrupt pressure drop in a gas cushion of gaseous hydrogen GH2 formed above the liquid hydrogen LH2. Depending on the current sea state, this can have adverse effects on the supply pressure available for the operating components of consumer 3, which can lead to unstable operation of consumer 3.
  • liquid-cooled and liquid-bearing pump In order to provide the supply pressure for consumer 3, it is possible, according to internal company knowledge, to use a liquid-cooled and liquid-bearing pump to pump the liquid hydrogen LH2.
  • a liquid-cooled and liquid-bearing pump has moving parts. Furthermore, intermittent operation of the pump can lead to the formation of bubbles in the liquid hydrogen LH2 due to its heating. This can lead to a malfunction of the pump.
  • the liquid hydrogen LH2 can also be first evaporated and then brought to the required supply pressure with the help of a compressor. However, this is energetically unfavorable.
  • the storage vessel 2 can also be operated directly at the supply pressure. In this case, an equilibrium is established in the storage vessel 2 between the liquid zone 6 and the gas zone 5 layered above it. Due to the low surface tension of liquid hydrogen LH2, however, movement of the storage vessel 2 causes the liquid hydrogen LH2 and the gaseous hydrogen GH2 to mix with each other and thus The liquid hydrogen LH2 cools the warmer gaseous hydrogen GH2. Maintaining the supply pressure is then impossible until equilibrium is restored between the temperature of the liquid hydrogen LH2 and the gaseous hydrogen GH2. This needs to be improved.
  • the conveying device 1 comprises a first conditioning container 8 and a second conditioning container 9.
  • the conditioning containers 8, 9 are suitable for receiving hydrogen H2.
  • the first conditioning container 8 is assigned a first heating element 10 for introducing heat Q into the hydrogen H2 received in the first conditioning container 8.
  • the second conditioning container 9 is assigned a second heating element 11 for introducing heat Q into the hydrogen H2 received in the second conditioning container 9.
  • the heating elements 10, 11 can be electrical heating elements. With the help of the heating elements 10, 11, a pressure build-up can be achieved in the respective conditioning container 8, 9.
  • the conveying device 1 has, in particular, at least two conditioning containers 8, 9. This means that the conveying device 1 can also have more than two conditioning containers 8, 9, for example three, four, or five conditioning containers 8, 9.
  • the first conditioning container 8 is arranged below the storage container 2 with respect to the direction of gravity g, and preferably below the second conditioning container 9.
  • the second conditioning container 9 can also be placed below the storage container 2 with respect to the direction of gravity g.
  • the conditioning containers 8, 9 are operated intermittently or alternately.
  • the conditioning vessels 8, 9 each comprise an inner vessel in which the hydrogen H2 is contained, and an outer vessel in which the inner vessel is arranged.
  • the conditioning vessels 8, 9 are thus—like the storage vessel 2—double-walled.
  • a gap is provided between the inner and outer vessels.
  • a vacuum is applied to the gap.
  • An insulating element or damping element for thermal insulation of the inner vessel is arranged in the gap.
  • the damping element can be multi-layered. This means that the damping element comprises a plurality of layers or plies. In particular, the damping element is a so-called multilayer insulation (MLI).
  • a withdrawal line 12 leads from the storage tank 2 and to the consumer 3.
  • a valve V1.1 and a valve V4.1 are connected to the withdrawal line 12.
  • a line 13 leads from the first conditioning tank 8 and enters the withdrawal line 12 between the valves V1.1 and V4.1.
  • a line 14 leads from the first conditioning tank 8.
  • the line 14 is spirally wound around the inner container of the second conditioning tank 9.
  • This spiral geometry of the line 14 forms a recuperator 15 provided on the second conditioning tank 9.
  • a valve V3.2 is connected to the line 14.
  • the recuperator 15 is thermally connected to the inner container of the second conditioning tank 9. For example, a welded or soldered connection can be provided.
  • valve V3.2 Downstream of valve V3.2, line 14 opens into a line 16, which is in fluid communication with storage tank 2.
  • Line 16 leads to the second conditioning tank 9 and is in fluid communication with it.
  • a valve V3.1 is connected into line 16 downstream of line 14.
  • Valves V3.1 and V3.2 are thus connected in parallel.
  • Valves V3.1 and V3.2 are preferably Joule-Thomson valves. This means that valves V3.1 and V3.2 are suitable for liquefying the gaseous hydrogen GH2 by expanding it.
  • the line 16 is spirally wound around the inner container of the first conditioning container 8. This spiral geometry of the line 16 forms a recuperator 17 provided on the first conditioning container 8.
  • the recuperator 17 is connected to the inner container of the first conditioning container 8 in a heat-conducting manner. For example, a welded or soldered connection may be provided.
  • the recuperator 17 assigned to the first conditioning container 8 is referred to as the first recuperator
  • the recuperator 15 assigned to the second conditioning container 9 is referred to as the second recuperator.
  • a line 18 with a valve V2.2 flows out of line 14.
  • Line 18 flows into a line 19, which flows out of line 16.
  • Line 19 has a valve V2.1. Valves V2.1 and V2.2 are connected in parallel.
  • Line 18 flows out downstream of valve V2.1. into line 19.
  • Line 19 flows into the liquid zone 6 of the storage tank 2.
  • a line 20 flows out of the second conditioning tank 9.
  • Line 20 flows into a line 21.
  • Line 21 flows out of the extraction line 12 upstream of valve V1.1 and re-enters the extraction line 12 between valve V4.1 and consumer 3.
  • Line 21 has a valve V1.2 and a valve V4.2.
  • Line 20 flows into line 21 between the two valves V1.2 and V4.2.
  • An evaporator 22 is connected upstream of consumer 3, with the aid of which the liquid hydrogen LH2 is evaporated and can be supplied to consumer 3 as gaseous hydrogen GH2.
  • the Fig. 2 shows a pressure-enthalpy diagram of hydrogen H2.
  • a pressure-enthalpy diagram is a phase diagram with the specific enthalpy h on the abscissa axis and the pressure p on the ordinate axis.
  • the Fig. 2 shows a log-pH diagram, which scales the pressure p logarithmically.
  • a denotes the two-phase region in which gaseous hydrogen GH2 and liquid hydrogen LH2 exist simultaneously.
  • the pure gas phase of hydrogen H2 is denoted by b.
  • the supercritical region is denoted by c.
  • the pure liquid phase of hydrogen H2 is denoted by d.
  • the critical point Pc is a thermodynamic state of a substance, in this case hydrogen H2, which is characterized by the equalization of the densities of the liquid and gaseous phases. The differences between the two states of matter cease to exist at the critical point Pc.
  • the hydrogen H2 is then in its supercritical state.
  • the hydrogen H2 has a critical pressure pc of 12.3 bara and a critical temperature Tc of -239.9 °C.
  • gaseous hydrogen GH2 there is both gaseous hydrogen GH2 and liquid hydrogen LH2 in the storage tank 2.
  • the gaseous hydrogen GH2 is expanded into storage tank 2 via lines 14 and 16.
  • valve V3.2 which can be a Joule-Thomson valve, is opened.
  • the gaseous hydrogen GH2 can be liquefied at valve V3.2.
  • the gaseous hydrogen GH2 or the liquid hydrogen LH2 is fed to gas zone 5 via line 16. Valves V1.1, V2.1, V2.2, V3.1, and V4.1 are closed.
  • valve V3.2 can be closed and valve V2.2 open.
  • the gaseous hydrogen GH2 is introduced into the liquid zone 6 via lines 14, 18, and 19.
  • the liquid hydrogen LH2 in the storage tank 2 then cools the supplied gaseous hydrogen GH2, causing it to at least partially condense.
  • the first conditioning vessel 8 is filled with liquid hydrogen LH2 via the withdrawal line 12 and the line 13.
  • the valves V1.2, V2.2, V3.2, V4.1, V4.2 are closed and the valve V1.1 is open.
  • the storage vessel 2 is positioned above the first conditioning vessel 8 with respect to the direction of gravity g, the liquid hydrogen LH2 flows independently into the first conditioning vessel 8 due to the static pressure.
  • the liquid hydrogen LH2 in the storage vessel 2 or in the first conditioning vessel 8 at a point A has an initial pressure p1 of 1 bara, a temperature T of -253 °C and a density of 71 kg/m 3 .
  • Point A is an intersection of the two-phase line 23 with a 1-bar line 24.
  • the first conditioning vessel 8 is then isolated from the storage vessel 2 by closing the valve V1.1.
  • the valves V1.2, V2.2, V3.2, V4.1, V4.2 remain closed.
  • heat Q is introduced into the liquid hydrogen LH2, which is held in the first conditioning vessel 8, in order to increase the pressure p in the first conditioning vessel 8.
  • This is shown in the Fig. 2 represented by a transition from point A to point B.
  • the operating pressure p2 is 14 bara
  • the temperature T is -251 °C
  • the density 71 kg/m 3 This means that the operating pressure p2 is higher than the critical pressure pc.
  • the transition from point A to point B can be called conditioning or a conditioning process.
  • the temperature T has risen by 2 °C during the transition from point A to point B.
  • the hydrogen H2 in the first conditioning vessel 8 is now in the supercritical state. Since no phase boundary 7 exists in the supercritical state of the hydrogen H2, movements of the first conditioning vessel 8, for example during rough seas, have no undesirable effects.
  • the valve V4.1 is opened at point B, and the hydrogen H2 is supplied to the consumer 3. With the aid of the evaporator 22, the hydrogen H2 is evaporated and brought to a supply pressure p3 for the consumer 3 of approximately 6 bara at a temperature T of 10 to 25 °C.
  • the initial filling of the first conditioning tank 8 is solely a function of the temperature T. A fill level measurement is unnecessary.
  • the hydrogen H2 is delivered to the consumer 3 by opening the valve V4.1.
  • the pressure p in the first conditioning tank 8 is simultaneously maintained at a pressure p of 14 bara by further supplying heat Q, preferably with the aid of the first heating element 10 and, if necessary, additionally with the aid of the first recuperator 17.
  • the fill level is purely a function of the temperature T.
  • the hydrogen H2 remains in the supercritical state. This is in the Fig. 2 represented by a transition from point B to point C. At point C, the operating pressure p2 is still 14 bara, the temperature T -230 °C and the density 9.8 kg/m 3 .
  • valve V4.1 remains open. From point B to point C, the two-phase region a is not crossed.
  • the temperature T is chosen such that a significant drop in density between points B and C. This allows maximum use of the hydrogen H2.
  • the temperature T reached at point C is a compromise between the maximum use of the hydrogen H2 and a heat input into the storage tank 2.
  • the introduction of heat Q can be stopped in order to reduce the temperature T in the first conditioning vessel 8 by expanding the supercritical hydrogen H2.
  • the hydrogen H2 has a supply pressure p3 of 6 bara, a temperature T of -242 °C and a density of 6.2 kg/m 3 .
  • valve V4.1 is closed, and the hydrogen H2, as explained above, is released into storage tank 2.
  • a utilization of 92% of the hydrogen H2 can be achieved. Release occurs from point D to point A.
  • the conditioning tanks 8, 9 are operated intermittently. While the hydrogen H2 is being conditioned in the first conditioning tank 8, the second conditioning tank 9 is at point D. This means that the hydrogen H2 in the second conditioning tank 9 is expanded via line 16 into the storage tank 2. For this purpose, the valve V2.1 or the valve V3.1 can be opened.
  • the hydrogen H2 flows through the first recuperator 17 and releases heat Q to the hydrogen H2 in the first conditioning tank 8. This means that the hydrogen H2 in the first conditioning tank 8 is conditioned from point A to point B with the help of the heat Q from the first recuperator 17.
  • the first recuperator 17 can also transfer heat Q to the hydrogen H2 stored in the first conditioning tank 8.
  • the second conditioning tank 9 When the second conditioning tank 9 is depressurized, it can be filled from the storage tank 2—as previously explained with reference to the first conditioning tank 8.
  • valves V1.1, V2.1, V3.1, and V4.2 are closed, and valve V1.2 is opened.
  • the second conditioning tank 9 is conditioned. Consumer 3 can then be supplied from the second conditioning tank 9.
  • valve V4.2 is opened.
  • the conveying device 1 can have any number of conditioning tanks 8, 9.
  • the conditioning tanks 8, 9 are then operated in such a way that hydrogen H2 for the consumer 3 can always be withdrawn from one conditioning tank 8, 9. A continuous supply to the consumer 3 is then possible.
  • the advantages of the conveying device 1 are summarized below.
  • the hydrogen H2 in the storage tank 2 can be maintained at equilibrium, resulting in a long retention time for the hydrogen H2. It is sufficient to use conventional bulkheads or walls to prevent sloshing for mechanical reasons. This allows the storage tank 2 to be constructed more lightly. This results in a higher absorption capacity for the hydrogen H2.
  • the storage tank 2 can be operated in a suitable pressure range of 1 to 6 bara.
  • the density of saturated liquid hydrogen H2 is pressure dependent. It is desirable to operate the storage vessel 2 at the lowest possible pressure p. For example, the density 71 kg/m 3 at a pressure p of 1 bara, 60 kg/m 3 at a pressure p of 6 bara, and 28 kg/m 3 at a pressure p of 12 bara.
  • conveying device 1 With the exception of valves V1.1, V1.2, V2.1, V2.2, V3.1, V3.2, V4.1, and V4.2, conveying device 1 has no moving parts. Conveying device 1 is therefore very resistant to failure.
  • the hydrogen H2 in the conditioning vessels 8, 9 can be kept in equilibrium. Walls or bulkheads to prevent sloshing are only required if the conditioning vessels 8, 9 are operated at a pressure p of less than 0.8*pc, preferably less than 0.9*pc.
  • the hydrogen H2 can be removed from the conditioning vessels 8, 9 as a single-phase medium, namely in the supercritical state.
  • the conveying device 1 can also be used under harsh conditions, for example, in heavy seas, since no phase transition can occur between the gas phase and the liquid phase, which could lead to disrupted operation of the consumer 3.
  • the input of heat Q into the storage tank 2 is reduced.
  • the holding time of the storage tank 2 is thereby increased.
  • the recuperators 15, 17, the heating elements 10, 11 can be made smaller.
  • the gaseous hydrogen GH2 can at least partially condense.
  • the valves V3.1, V3.2 which are designed as Joule-Thomson valves, the gaseous hydrogen GH2 can be further cooled or condensed. This further reduces the input of heat Q into the storage tank 2.
  • the Fig. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for conveying hydrogen H2.
  • the method is carried out using the conveying device 1.
  • the method conveys the hydrogen H2 from the storage tank 2 to the consumer.
  • the hydrogen H2, in particular the liquid hydrogen LH2 is introduced from the storage tank 2 into the first conditioning tank 8.
  • the hydrogen H2, in particular the liquid hydrogen LH2 can be introduced from the storage tank 2 into the second conditioning tank 9.
  • step S2 heat Q is introduced into the hydrogen H2 held in the first conditioning tank 8, thereby bringing the hydrogen H2 into its supercritical state. If the hydrogen H2 was introduced into the second conditioning tank 9 in step S1, heat Q is introduced into the hydrogen H2 held in the second conditioning tank 9 in step S2, thereby bringing the hydrogen H2 into its supercritical state.
  • a step S3 comprises blowing off the gaseous hydrogen GH2 from the second conditioning tank 9 into the storage tank 2, wherein steps S2 and S3 are carried out simultaneously, and wherein, during step S3, heat Q is transferred from the gaseous hydrogen GH2 to the hydrogen H2 held in the first conditioning tank 8.
  • step S3 can also comprise blowing off the gaseous hydrogen GH2 from the first conditioning tank 8 into the storage tank 2, wherein, during step S3, heat Q is transferred from the gaseous hydrogen GH2 to the hydrogen H2 held in the second conditioning tank 9.
  • step S4 the hydrogen H2 is discharged from the first conditioning tank 8 to the consumer 3, wherein the hydrogen H2 held in the first conditioning tank 8 is maintained in the supercritical state during step S4.
  • step S4 the hydrogen H2 can be discharged from the second conditioning tank 9 to the consumer 3, wherein the hydrogen H2 held in the second conditioning tank 9 is also maintained in the supercritical state during step S4.
  • the first conditioning tank 8 and the second conditioning tank 9 can thus be operated intermittently.
  • the gaseous hydrogen GH2 can be expanded using valves 3.1, 3.2, which can be configured as Joule-Thomson valves. This further extracts heat Q from the gaseous hydrogen GH2. As a result, less heat Q is introduced into the storage tank 2.
  • the gaseous hydrogen GH2 can liquefy during the expansion.
  • heat Q is introduced into the hydrogen H2 to maintain the hydrogen H2 in the supercritical state during step S4.
  • the introduction of heat Q can be achieved by means of the recuperators 15, 17 and/or by means of the heating elements 10, 11.
  • step S1 the first conditioning tank 8 is separated from the storage tank 2 by closing the valve V1.1.
  • the second conditioning tank 9 can be separated from the storage tank 2 by closing the valve V1.1.
  • Valve V1.2 is separated from storage tank 2 by closing valve V1.2.
  • Valves V4.1, V4.2 are also closed to separate conditioning tanks 8, 9 from storage tank 2.
  • step S4 the valve V4.1 provided between the first conditioning tank 8 and the consumer 3 is opened.
  • step S4 the valve V4.2 provided between the second conditioning tank 9 and the consumer 3 can be opened.
  • step S4 the density of the hydrogen H2.
  • the operating pressure p2 within the first conditioning vessel 8 is kept constant.
  • the operating pressure p2 within the second conditioning vessel 9 is kept constant.
  • Step S4 is preferably terminated after a predetermined temperature is reached.
  • the first conditioning tank 8 is depressurized until the supply pressure p3 of the consumer 3 is reached.
  • the second conditioning tank 9 is depressurized until the supply pressure p3 of the consumer 3 is reached.
  • the first conditioning tank 8 or the second conditioning tank 9 is depressurized into the storage tank 2 once the supply pressure p3 is reached.

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Abstract

Ein Verfahren zum Fördern eines Kryogens (H2) von einem Speicherbehälter (2) zu einem Verbraucher (3), mit folgenden Schritten: a) Einleiten (S1) des Kryogens (H2) aus dem Speicherbehälter (2) in einen ersten Konditionierbehälter (8), b) Einbringen (S2) von Wärme (Q) in das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2), wodurch das Kryogen (H2) in seinen überkritischen Zustand verbracht wird, c) Abblasen (S3) einer gasförmigen Phase (GH2) des Kryogens (H2) aus einem zweiten Konditionierbehälter (9) in den Speicherbehälter (2), wobei die Schritte b) und c) gleichzeitig durchgeführt werden, und wobei während des Schritts c) Wärme (Q) von der gasförmigen Phase (GH2) auf das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2) übertragen wird, und d) Ausleiten (S4) des Kryogens (H2) aus dem ersten Konditionierbehälter (8) zu dem Verbraucher (3), wobei das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2) während des Schritts d) in dem überkritischen Zustand gehalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern eines Kryogens und eine Fördervorrichtung zum Fördern eines Kryogens.
  • Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff können gemäß betriebsinternen Erkenntnissen einen Druckaufbauverdampfer aufweisen, welcher es ermöglicht, innerhalb des Speicherbehälters einen Druck aufzubauen, so dass gasförmiger Wasserstoff einem Verbraucher, beispielsweise in Form einer Brennstoffzelle, mit einem stabilen Versorgungsdruck von etwa 6 bara zur Verfügung gestellt werden kann. Bei einem Betrieb eines derartigen Speicherbehälters im maritimen Bereich, kann die natürliche Bewegung durch den Seegang dazu führen, dass die Betriebsbedingungen in dem Speicherbehälter nur sehr schwer so stabil gehalten werden können, dass der erforderliche Versorgungsdruck für die Brennstoffzelle konstant bereitgestellt werden kann.
  • Es ist ferner betriebsinterner Stand der Technik bekannt, bei dem der Wasserstoff in dem Speicherbehälter annähernd drucklos gelagert wird. In diesem Fall wird der Wasserstoff mit Hilfe einer Kryopumpe gefördert und der Brennstoffzelle mit dem zuvor erwähnten Versorgungsdruck zugeführt. Eine derartige Kryopumpe weist jedoch bewegliche Teile auf, was zu einem gewissen Wartungsaufwand und damit zu Stillstandszeiten führen kann. Weiterhin ist es gemäß betriebsinternen Erkenntnissen auch möglich, den Wasserstoff vor der Brennstoffzelle zu verdampfen und anschließend zu verdichten, um den erforderlichen Versorgungsdruck zu erreichen. Dies ist jedoch energetisch ungünstig.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Fördern eines Kryogens zur Verfügung zu stellen.
  • Demgemäß wird ein Verfahren zum Fördern eines Kryogens von einem Speicherbehälter zu einem Verbraucher vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Einleiten des Kryogens aus dem Speicherbehälter in einen ersten Konditionierbehälter, b) Einbringen von Wärme in das in dem ersten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen, wodurch das Kryogen in seinen überkritischen Zustand verbracht wird, c) Abblasen einer gasförmigen Phase des Kryogens aus einem zweiten Konditionierbehälter in den Speicherbehälter, wobei die Schritte b) und c) gleichzeitig durchgeführt werden, und wobei während des Schritts c) Wärme von der gasförmigen Phase auf das in dem ersten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen übertragen wird, und d) Ausleiten des Kryogens aus dem ersten Konditionierbehälter zu dem Verbraucher, wobei das in dem ersten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen während des Schritts d) in dem überkritischen Zustand gehalten wird.
  • Dadurch, dass das in dem ersten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen in dem überkritischen Zustand gehalten wird und somit keine Phasengrenze vorhanden ist, hat eine Bewegung des ersten Konditionierbehälters, beispielsweise bei hohem Seegang, keine negativen Auswirkungen auf die Temperaturverteilung innerhalb des ersten Konditionierbehälters. Ferner kann der Speicherbehälter bei einem möglichst niedrigen Druck betrieben werden. Dies verlängert die Haltezeit des Kryogens. Dadurch, dass bei dem Abblasen der gasförmigen Phase Wärme von der gasförmigen Phase auf das sich in dem ersten Konditionierbehälter befindende Kryogen übertragen wird, wird zum einen ein Eintrag von Wärme in den Speicherbehälter reduziert, was ebenfalls die Haltezeit des Kryogens erhöht, und zum anderen kann hierdurch ein Heizelement zum Beheizen des ersten Konditionierbehälters kleiner dimensioniert werden.
  • Zur Durchführung des Verfahrens sind bevorzugt der erste Konditionierbehälter und der zweite Konditionierbehälter vorgesehen, welche wechselseitig oder intermittierend betrieben werden können. Besonders bevorzugt wird das Verfahren jedoch mit mehr als zwei Konditionierbehältern, beispielsweise mit drei Konditionierbehältern, durchgeführt. Die Schritte a), b), c) und d) werden bevorzugt wechselweise zwischen den Konditionierbehältern durchgeführt. Der Schritt b) oder das Verbringen des Kryogens in seinen überkritischen Zustand kann auch als Konditionierung oder Konditioniervorgang bezeichnet werden. Die Konditionierbehälter sind bevorzugt Teil einer Fördervorrichtung zum Fördern des Kryogens. Das heißt insbesondere, dass das Verfahren mit Hilfe der Fördervorrichtung durchgeführt wird. Im Folgenden kann unter dem Begriff "Konditionierbehälter" sowohl der erste Konditionierbehälter als auch der zweite Konditionierbehälter zu verstehen sein.
  • Das Kryogen ist vorzugsweise Wasserstoff. Die Begriffe "Kryogen" und "Wasserstoff" können daher vorliegend beliebig miteinander getauscht werden. Grundsätzlich kann das Kryogen jedoch auch ein beliebiges anderes Kryogen sein. Beispiele für kryogene Fluide oder Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind neben dem zuvor erwähnten Wasserstoff flüssiges Helium, flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff. Unter einem "Kryogen" ist somit insbesondere eine Flüssigkeit zu verstehen. Das Kryogen kann auch verdampft und so in die gasförmige Phase überführt werden. Nach dem Verdampfen ist das Kryogen ein Gas oder kann als gasförmiges oder verdampftes Kryogen bezeichnet werden. Die gasförmige Phase kann kondensieren und hierdurch in eine flüssige Phase des Kryogens übergehen. Insbesondere wird der erste Konditionierbehälter bei dem Schritt a) mit der flüssigen Phase befüllt.
  • Unter einem "Kryogen" kann vorliegend insbesondere sowohl die flüssige als auch die gasförmige Phase des Kryogens zu verstehen sein. Die flüssige Phase kann insbesondere verdampft und so in die gasförmige Phase überführt werden. Umgekehrt kann die gasförmige Phase kondensieren und dadurch in die flüssige Phase überführt werden. Liegen sowohl die gasförmige Phase als auch die flüssige Phase gleichzeitig vor, so befindet sich zwischen der flüssigen Phase und der gasförmigen Phase eine Phasengrenze. Das Kryogen befindet sich somit im Zweiphasengebiet. Insbesondere ist der Speicherbehälter sowohl mit der flüssigen Phase als auch mit der gasförmigen Phase befüllt. Das heißt, dass innerhalb des Speicherbehälters eine Phasengrenze vorgesehen ist.
  • Das Kryogen kann mit Hilfe von Phasenübergängen von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase überführt werden. Dies bedeutet vorliegend insbesondere, dass die flüssige Phase durch einen Phasenübergang von flüssig zu gasförmig in die gasförmige Phase übergehen kann. Dabei verdampft die flüssige Phase. Umgekehrt kann die gasförmige Phase durch einen Phasenübergang von gasförmig zu flüssig in die flüssige Phase übergehen. Dabei kondensiert die gasförmige Phase. Das Kryogen weist somit zumindest zwei Aggregatszustände, nämlich flüssig und gasförmig, auf. Das Kryogen kann auch in eine feste Phase, beispielsweise in Form von Eis, übergehen.
  • Da der Speicherbehälter bevorzugt zur Aufnahme von Wasserstoff geeignet ist, kann der Speicherbehälter auch als Wasserstoff-Speicherbehälter oder als Wasserstoff-Speichertank bezeichnet werden. Der Verbraucher ist bevorzugt eine Brennstoffzelle. 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. Das Kryogen wird dem Verbraucher selbst insbesondere in gasförmiger Form mit einem definierten Versorgungsdruck zugeführt. Das heißt, das Kryogen wird vor dem Verbraucher oder stromaufwärts des Verbrauchers verdampft. Beispielsweise wird das Kryogen dem Verbraucher mit einem Versorgungsdruck von 6 bara und einer Temperatur von 10 bis 25 °C zugeführt.
  • Zum Einleiten des Kryogens aus dem Speicherbehälter in den jeweiligen Konditionierbehälter ist vorzugsweise eine zwischen dem Speicherbehälter und dem Konditionierbehälter verlaufende Entnahmeleitung vorgesehen. Dabei ist der Speicherbehälter bezüglich einer Schwerkraftrichtung bevorzugt oberhalb des Konditionierbehälters angeordnet, so dass das Kryogen allein aufgrund des hydrostatischen Drucks der flüssigen Phase von dem Speicherbehälter in den Konditionierbehälter strömt. Nach dem Einleiten des Kryogens aus dem Speicherbehälter in den Konditionierbehälter wird vorzugsweise ein zwischen dem Speicherbehälter und dem Konditionierbehälter vorgesehenes Ventil geschlossen. Das heißt, dass der Konditionierbehälter von dem Speicherbehälter separiert wird und ein abgeschlossenes System bildet.
  • In der Thermodynamik ist der kritische Punkt ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes, vorliegend des Kryogens, der sich durch ein Angleichen der Dichten von flüssiger Phase und gasförmiger Phase kennzeichnet. An dem kritischen Punkt existiert somit keine Phasengrenze mehr. Die Unterschiede zwischen den beiden vorgenannten Aggregatszuständen hören an dem kritischen Punkt auf zu existieren. Das Kryogen befindet sich dann in seinem überkritischen Zustand. An dem kritischen Punkt weist das Kryogen einen charakteristischen Druck und eine kritische Temperatur auf. Beispielsweise weist Wasserstoff einen kritischen Druck von 12,3 bara und eine kritische Temperatur von -239,9 °C auf.
  • Das Kryogen kann beispielsweise dadurch in den überkritischen Zustand gebracht werden, dass es unter Druck gesetzt wird. Beispielsweise kann in den Konditionierbehälter Wärme eingebracht werden, so dass der Druck in dem Konditionierbehälter ansteigt. Während des Schritts d) wird das Kryogen vorzugsweise ständig in dem überkritischen Zustand gehalten, so dass auch bei dem Ausleiten des Kryogens aus dem Konditionierbehälter der überkritische Zustand beibehalten wird, während der Verbraucher mit dem Kryogen versorgt wird.
  • Unter einem "Abblasen" der gasförmigen Phase des Kryogens ist vorliegend zu verstehen, dass die gasförmige Phase aus dem Konditionierbehälter in den Speicherbehälter geleitet wird. Dabei kann die gasförmige Phase in eine Gaszone oder in eine Flüssigkeitszone des Speicherbehälters eingeleitet werden. Die Wärme kann von der gasförmigen Phase auf das in dem Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen mit Hilfe eines an dem Konditionierbehälter vorgesehenen Rekuperators übertragen werden. Durch diesen Rekuperator, der beispielsweise als eine Rohrwindung ausgeführt sein kann, wird die gasförmige Phase hindurchgeleitet, wobei die gasförmige Phase Wärme an das in dem Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen abgibt. Dabei kühlt die gasförmige Phase ab und kann teilweise kondensieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird während des Schritts c) die gasförmige Phase mit Hilfe eines Ventils, insbesondere mit Hilfe eines Joule-Thomson-Ventils, entspannt.
  • Das Ventil ist insbesondere stromabwärts des Rekuperators platziert. Bei dem Entspannen kann sich die gasförmige Phase teilweise verflüssigen. Die flüssige Phase wird dann dem Speicherbehälter zugeführt. Durch das Entspannen der gasförmigen Phase mit Hilfe des Ventils kann der gasförmigen Phase weiter Wärme entzogen werden, welche dann nicht in den Speicherbehälter eingebracht wird. Hierdurch wird die Haltezeit des Kryogens weiter verlängert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts d) Wärme in das Kryogen eingebracht, um das Kryogen in dem überkritischen Zustand zu halten.
  • Dies kann mit Hilfe des zuvor erwähnten Rekuperators durch eine Übertragung von Wärme von der gasförmigen Phase auf das Kryogen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Heizelement in oder an dem Konditionierbehälter vorgesehen sein. Das Heizelement kann beispielsweise ein elektrisches Heizelement sein. Das Heizelement kann auch ein Heizmedium aufweisen, mit dessen Hilfe die Wärme in das Kryogen eingebracht wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts d) Wärme von der gasförmigen Phase auf das in dem ersten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen übertragen.
  • Hierdurch kann auch während des Schritts d) der Eintrag von Wärme mit Hilfe des Heizelements reduziert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Schritt d) das Kryogen aus dem Speicherbehälter in den zweiten Konditionierbehälter eingeleitet, wobei Wärme in das in dem zweiten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen eingebracht wird, wodurch das Kryogen in seinen überkritischen Zustand verbracht wird, wobei die gasförmige Phase aus dem ersten Konditionierbehälter in den Speicherbehälter abgeblasen wird, wobei das Einbringen von Wärme und das Abblasen gleichzeitig durchgeführt werden, wobei während des Abblasens Wärme von der gasförmigen Phase auf das in dem zweiten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen übertragen wird, wobei das Kryogen aus dem zweiten Konditionierbehälter zu dem Verbraucher ausgeleitet wird, und wobei das in dem zweiten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen während des Ausleitens in dem überkritischen Zustand gehalten wird.
  • Mit anderen Worten werden die zuvor erwähnten Schritte a), b) und d) mit Hilfe des zweiten Konditionierbehälters und der Schritt c) wird mit Hilfe des ersten Konditionierbehälters durchgeführt. Wie zuvor erwähnt, werden die Konditionierbehälter somit wechselweise betrieben. Für den Fall, dass mehr als zwei Konditionierbehälter vorgesehen sind, ist insbesondere vorgesehen, dass stets einer der Konditionierbehälter in dem Schritt d) betrieben wird, so dass der Verbraucher kontinuierlich mit dem Kryogen versorgt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden der ersten Konditionierbehälter und der zweite Konditionierbehälter intermittierend betrieben.
  • Für den Fall, dass mehr als zwei Konditionierbehälter vorgesehen sind, werden die mehreren Konditionierbehälter intermittierend betrieben, wie zuvor bereits erläutert wurde. Hierdurch ist es möglich, dem Verbraucher einen kontinuierlichen Volumenstrom des Kryogens zuzuführen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Schritt a) der erste Konditionierbehälter mit Hilfe eines Ventils von dem Speicherbehälter separiert, indem das Ventil geschlossen wird.
  • Umgekehrt kann nach dem Schritt a) auch der zweite Konditionierbehälter mit Hilfe eines derartigen Ventils von dem Speicherbehälter separiert werden. Das Ventil ist vorzugsweise ein Absperrventil. Das Ventil kann ein Auf-Zu-Ventil sein. Das heißt, das Ventil kann in zwei Zustände, nämlich in einen geöffneten Zustand und in einen geschlossenen Zustand, verbracht werden. Das vorgenannte Ventil ist in oder an der zwischen dem Speicherbehälter und dem Konditionierbehälter vorgesehenen Entnahmeleitung vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Schritt d) ein zwischen dem ersten Konditionierbehälter und dem Verbraucher vorgesehenes Ventil geöffnet.
  • Dieses Ventil ist während des Schritts b) geschlossen. Ebenso ist dem zweiten Konditionierbehälter ein derartiges Ventil zugeordnet. Das Ventil ist jeweils stromabwärts des jeweiligen Konditionierbehälters platziert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt während des Schritts d) die Dichte des Kryogens ab.
  • Während des Abnehmens der Dichte wird das Kryogen kontinuierlich in dem überkritischen Zustand gehalten, und der Verbraucher wird mit dem Kryogen versorgt. Die Abnahme der Dichte resultiert daraus, dass während des Schritts d) das Kryogen dem jeweiligen Konditionierbehälter entnommen wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts c) ein Betriebsdruck innerhalb des ersten Konditionierbehälters konstant gehalten.
  • Unter "konstant" kann vorliegend eine Abweichung von dem Betriebsdruck von ± 1 bara zu verstehen sein. Vorzugsweise wird der Betriebsdruck innerhalb des Konditionierbehälters auf 14 bara gehalten. Damit wird der Betriebsdruck über dem kritischen Druck gehalten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Schritt d) nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur beendet.
  • Die vorbestimmte Temperatur beträgt beispielsweise -230 °C. Nach dem Erreichen der vorbestimmten Temperatur wird vorzugsweise keine Wärme mehr in den Konditionierbehälter eingebracht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der erste Konditionierbehälter bis zum Erreichen eines Versorgungsdrucks des Verbrauchers entspannt.
  • Der Versorgungsdruck liegt beispielsweise bei 6 bara. Dadurch, dass der Konditionierbehälter in den Verbraucher entspannt wird, kann der Konditionierbehälter weiter entleert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der erste Konditionierbehälter ab dem Erreichen des Versorgungsdrucks in den Speicherbehälter entspannt.
  • Das heißt, sobald der Druck in dem Konditionierbehälter unter den Versorgungsdruck abfällt, wird das Kryogen nicht mehr dem Verbraucher, sondern dem Speicherbehälter zugeführt. Dabei ist das Kryogen gasförmig. Der gasförmigen Phase wird dann bei dem Zuführen zu dem Speicherbehälter Wärme entzogen, um das Kryogen in einem der Konditionierbehälter aufzuwärmen. Bei dem Zuführen zu dem Speicherbehälter kann das Kryogen entweder von oben, das heißt in die Gaszone des Speicherbehälters, seitlich oder von unten, das heißt in die Flüssigkeitszone des Speicherbehälters, in den Speicherbehälter eingeleitet werden. Im letztgenannten Fall ist eine zumindest teilweise Kondensation der gasförmigen Phase in dem Speicherbehälter möglich.
  • Ferner wird eine Fördervorrichtung zum Befördern eines Kryogens von einem Speicherbehälter zu einem Verbraucher vorgeschlagen. Die Fördervorrichtung umfasst einen ersten Konditionierbehälter, der zwischen dem Speicherbehälter und dem Verbraucher angeordnet ist, und einen zweiten Konditionierbehälter, der zwischen dem Speicherbehälter und dem Verbraucher angeordnet ist. Dabei ist die Fördervorrichtung dazu eingerichtet, das Kryogen aus dem Speicherbehälter in den ersten Konditionierbehälter einzuleiten, Wärme in das in dem ersten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen einzubringen, um das Kryogen in seinen überkritischen Zustand zu verbringen, eine gasförmige Phase des Kryogens aus dem zweiten Konditionierbehälter in den Speicherbehälter abzublasen, während des Abblasens Wärme von der gasförmigen Phase auf das in dem ersten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen zu übertragen, das Kryogen aus dem ersten Konditionierbehälter zu dem Verbraucher auszuleiten und das in den ersten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen während des Ausleitens in dem überkritischen Zustand zu halten.
  • Das vorgenannte Verfahren wird insbesondere mit Hilfe der Fördervorrichtung durchgeführt. Die Fördervorrichtung kann beliebige viele derartige Konditionierbehälter aufweisen. Die Fördervorrichtung weist jedoch zumindest zwei Konditionierbehälter auf. Die Fördervorrichtung kann jedoch auch drei, vier, fünf oder mehr als fünf Konditionierbehälter aufweisen. Der Speicherbehälter kann Teil der Fördervorrichtung sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Wie zuvor erwähnt, werden die Konditionierbehälter intermittierend betrieben, so dass beispielsweise das Kryogen aus dem Speicherbehälter in den zweiten Konditionierbehälter eingeleitet wird, Wärme in das in dem zweiten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen eingebracht wird, um das Kryogen in seinen überkritischen Zustand zu verbringen, die gasförmige Phase des Kryogens aus dem ersten Konditionierbehälter in den Speicherbehälter abgeblasen wird, während des Abblasens Wärme von der gasförmigen Phase auf das in dem zweiten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen übertragen wird, das Kryogen aus dem zweiten Konditionierbehälter zu dem Verbraucher ausgeleitet wird und das in dem zweiten Konditionierbehälter aufgenommene Kryogen während des Ausleitens in dem überkritischen Zustand gehalten wird. Die Fördervorrichtung ist dadurch dazu eingerichtet, das Kryogen, wie zuvor erwähnt, von dem Speicherbehälter zu dem Verbraucher zu fördern, dass Ventile der Fördervorrichtung entsprechend geschaltet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist dem ersten Konditionierbehälter ein erster Rekuperator zum Übertragen von Wärme von der gasförmigen Phase auf das Kryogen zugeordnet, wobei dem zweiten Konditionierbehälter ein zweiter Rekuperator zum Übertragen von Wärme von der gasförmigen Phase auf das Kryogen zugeordnet ist.
  • Insbesondere führt von dem ersten Konditionierbehälter eine Leitung zu dem Speicherbehälter, mit deren Hilfe die gasförmige Phase in den Speicherbehälter abgeblasen werden kann. Diese Leitung verläuft spiralförmig um einen Innenbehälter des zweiten Konditionierbehälters um und bildet so den zweiten Rekuperator. Dementsprechend ist dem zweiten Konditionierbehälter ebenfalls eine derartige Leitung zugeordnet, mit deren Hilfe die gasförmige Phase in den Speicherbehälter abgeblasen werden kann. Diese Leitung ist um einen Innenbehälter des ersten Konditionierbehälters spiralförmig herumgeführt und bildet den ersten Rekuperator. Die Rekuperatoren sind insbesondere jeweils wärmeleitend mit dem Innenbehälter des jeweiligen Konditionierbehälters verbunden. Es kann beispielsweise eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung vorgesehen sein.
  • Die für das Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Fördervorrichtung entsprechend und umgekehrt.
  • "Ein" ist vorliegend nicht zwangsweise als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine genaue Beschränkung auf genau die entsprechende Anzahl von Elementen verwirklicht sein muss. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich.
  • Weitere mögliche Implementierungen des Verfahrens und/oder der Fördervorrichtung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Verfahrens und/oder der Fördervorrichtung hinzufügen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und/oder der Fördervorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens und/oder der Fördervorrichtung. Im Weiteren werden das Verfahren und/oder die Fördervorrichtung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Fördervorrichtung zum Fördern von Wasserstoff;
  • Fig. 2 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm von Wasserstoff; und
  • Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Fördern von Wasserstoff.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Fördervorrichtung 1 zum Fördern von Wasserstoff H2.
  • Mit Hilfe der Fördervorrichtung 1 kann der Wasserstoff H2 von einem Speicherbehälter 2 zu einem Verbraucher 3 gefördert werden. Der Speicherbehälter 2 ist insbesondere zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff LH2 geeignet. Der Speicherbehälter 2 ist rotationssymmetrisch zu einer Mittel- oder Symmetrieachse 4 aufgebaut. Der Speicherbehälter 2 ist Teil der Fördervorrichtung 1. Alternativ kann der Speicherbehälter 2 auch nicht Teil der Fördervorrichtung 1 sein. Die Fördervorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, den Verbraucher 3 unabhängig vom Seegang oder sonstigen Bewegungen des Speicherbehälters 2 kontinuierlich mit gasförmigem Wasserstoff GH2 mit einem Versorgungsdruck von etwa 6 bara und einer Versorgungstemperatur von 10 bis 25 °C zu versorgen. Die Fördervorrichtung 1 kann als Wasserstoff-Fördervorrichtung bezeichnet werden.
  • Der Speicherbehälter 2 kann auch als Speichertank bezeichnet werden. Wie zuvor erwähnt, ist der Speicherbehälter 2 zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff LH2 (Siedepunkt 1 bara: 20,268 K = -252,882 °C) geeignet. Daher kann der Speicherbehälter 2 auch als Wasserstoff-Speicherbehälter oder als Wasserstoff-Speichertank bezeichnet sein. Der Speicherbehälter 2 kann jedoch auch für andere kryogene Flüssigkeiten eingesetzt werden. Beispiele für kryogene Fluide oder Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind neben dem zuvor erwähnten flüssigen Wasserstoff LH2 flüssiges Helium He (Siedepunkt 1 bara: 4,222 K = -268,928 °C), flüssiger Stickstoff N2 (Siedepunkt 1 bara: 77,35 K = -195,80 °C) oder flüssiger Sauerstoff O2 (Siedepunkt 1 bara: 90,18 K = -182,97 °C).
  • Der Speicherbehälter 2 umfasst einen Innenbehälter, in dem der Wasserstoff H2 aufgenommen ist, und einen Außenbehälter, in dem der Innenbehälter angeordnet ist. Der Speicherbehälter 2 ist somit doppelwandig. Zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter ist ein Spalt vorgesehen. Der Spalt ist mit einem Vakuum beaufschlagt. In dem Spalt ist ein Isolationselement oder Dämmelement zur Wärmedämmung des Innenbehälters angeordnet. Das Dämmelement kann mehrlagig sein. Das heißt, das Dämmelement umfasst eine Vielzahl an Lagen oder Schichten. Insbesondere ist das Dämmelement eine sogenannte Multilayer Insulation (MLI).
  • In dem Speicherbehälter 2 ist der flüssige Wasserstoff LH2 aufgenommen. In dem Speicherbehälter 2 können, solange sich der Wasserstoff H2 im Zweiphasengebiet befindet, eine Gaszone 5 mit gasförmigem Wasserstoff GH2 und eine Flüssigkeitszone 6 mit flüssigem Wasserstoff LH2 vorgesehen sein. Der Wasserstoff H2 weist also nach dem Einfüllen in den Speicherbehälter 2 zwei Phasen mit unterschiedlichen Aggregatszuständen, nämlich flüssig und gasförmig, auf. Das heißt, in dem Speicherbehälter 2 befindet sich eine Phasengrenze 7 zwischen dem flüssigen Wasserstoff LH2 und dem gasförmigen Wasserstoff GH2.
  • Der Verbraucher 3 ist bevorzugt eine Brennstoffzelle. Unter einer "Brennstoffzelle" ist vorliegend eine galvanische Zelle zu verstehen, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes, vorliegend Wasserstoff, und eines Oxidationsmittels, vorliegend Sauerstoff, in elektrische Energie wandelt.
  • Die Mittelachse 4 des Speicherbehälters 2 kann senkrecht zu einer Schwerkraftrichtung g orientiert sein. Das heißt, der Speicherbehälter 2 ist liegend oder horizontal positioniert. Der Speicherbehälter 2 kann jedoch auch stehend oder vertikal positioniert sein. In diesem Fall ist die Mittelachse 4 parallel zu der Schwerkraftrichtung g orientiert.
  • Insbesondere bei maritimen Anwendungen muss mit durch den Seegang verursachter Bewegung des in dem Speicherbehälter 2 aufgenommenen flüssigen Wasserstoffs LH2 gerechnet werden. Ist der Speicherbehälter 2, wie in der Fig. 1 gezeigt, liegend angeordnet, wird durch die Massenträgheit des flüssigen Wasserstoffs LH2 und die durch den liegenden Einbau vorhandene Krümmung des Speicherbehälters 2 sowohl an dessen zylinderförmiger Außenwandung als auch an dessen Enden ein großflächiges Schwappen des flüssigen Wasserstoffs LH2 begünstigt.
  • Dieses Schwappen, auch als Sloshing bezeichnet, führt zur Abkühlung des gasförmigen Wasserstoffs GH2 über dem flüssigen Wasserstoff LH2 und dadurch zu einem abrupten Druckabfall eines sich über dem flüssigen Wasserstoff LH2 gebildeten Gaspolsters des gasförmigen Wasserstoffs GH2. Dies kann in Abhängigkeit von dem aktuellen Seegang nachteilige Auswirkungen auf den für Betriebskomponenten des Verbrauchers 3 zur Verfügung stehenden Versorgungsdruck haben, was zu einem instabilen Betrieb des Verbrauchers 3 führen kann.
  • Um den Versorgungsdruck für den Verbraucher 3 zur Verfügung stellen zu können, ist es gemäß betriebsinternen Erkenntnissen möglich, eine flüssiggekühlte und flüssiggelagerte Pumpe zum Pumpen des flüssigen Wasserstoffs LH2 einzusetzen. Eine derartige Pumpe weist jedoch bewegliche Teile auf. Weiterhin kann es bei einem intermittierenden Betrieb der Pumpe aufgrund einer Erwärmung derselben zur Blasenbildung in dem flüssigen Wasserstoff LH2 kommen. Dies kann zu einer Betriebsstörung der Pumpe führen. Alternativ kann der flüssige Wasserstoff LH2 auch zunächst verdampft und dann mit Hilfe eines Verdichters auf den nötigen Versorgungsdruck gebracht werden. Dies ist jedoch energetisch ungünstig.
  • Ferner kann der Speicherbehälter 2 auch direkt bei dem Versorgungsdruck betrieben werden. In diesem Fall stellt sich in dem Speicherbehälter 2 ein Gleichgewicht zwischen der Flüssigkeitszone 6 und der darüber geschichteten Gaszone 5 ein. Aufgrund der niedrigen Oberflächenspannung von flüssigem Wasserstoff LH2 führt eine Bewegung des Speicherbehälters 2 jedoch dazu, dass sich der flüssige Wasserstoff LH2 und der gasförmige Wasserstoff GH2 miteinander mischen und so der flüssige Wasserstoff LH2 den wärmeren gasförmigen Wasserstoff GH2 abkühlt. Das Halten des Versorgungsdrucks ist dann nicht möglich, bis sich wieder ein Gleichgewicht zwischen einer Temperatur des flüssigen Wasserstoffs LH2 und des gasförmigen Wasserstoffs GH2 einstellt. Dies gilt es zu verbessern.
  • Mit Hilfe der Fördervorrichtung 1 können die zuvor erwähnten Sloshing-Effekte vermieden oder zumindest reduziert werden. Neben dem Speicherbehälter 2 umfasst die Fördervorrichtung 1 einen ersten Konditionierbehälter 8 und einen zweiten Konditionierbehälter 9. Die Konditionierbehälter 8, 9 sind dazu geeignet, Wasserstoff H2 aufzunehmen. Dem ersten Konditionierbehälter 8 ist ein erstes Heizelement 10 zum Einbringen von Wärme Q in den in dem ersten Konditionierbehälter 8 aufgenommenen Wasserstoff H2 zugeordnet. Dem zweiten Konditionierbehälter 9 ist ein zweites Heizelement 11 zum Einbringen von Wärme Q in den in dem zweiten Konditionierbehälter 9 aufgenommenen Wasserstoff H2 zugeordnet. Die Heizelemente 10, 11 können elektrische Heizelemente sein. Mit Hilfe der Heizelemente 10, 11 kann ein Druckaufbau in dem jeweiligen Konditionierbehälter 8, 9 erzielt werden.
  • Die Fördervorrichtung 1 weist insbesondere zumindest zwei Konditionierbehälter 8, 9 auf. Das heißt, dass die Fördervorrichtung 1 auch mehr als zwei Konditionierbehälter 8, 9, beispielsweise drei, vier oder fünf Konditionierbehälter 8, 9, aufweisen kann. Der erste Konditionierbehälter 8 ist bezüglich der Schwerkraftrichtung g betrachtet unterhalb des Speicherbehälters 2 und bevorzugt unterhalb des zweiten Konditionierbehälter 9 angeordnet. Der zweite Konditionierbehälter 9 kann bezüglich der Schwerkraftrichtung g ebenfalls unterhalb des Speicherbehälters 2 platziert sein. Die Konditionierbehälter 8, 9 werden intermittierend oder abwechselnd betrieben.
  • Die Konditionierbehälter 8, 9 umfassen jeweils einen Innenbehälter, in dem der Wasserstoff H2 aufgenommen ist, und einen Außenbehälter, in dem der Innenbehälter angeordnet ist. Die Konditionierbehälter 8, 9 sind somit - wie der Speicherbehälter 2 - doppelwandig. Zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter ist ein Spalt vorgesehen. Der Spalt ist mit einem Vakuum beaufschlagt. In dem Spalt ist ein Isolationselement oder Dämmelement zur Wärmedämmung des Innenbehälters angeordnet. Das Dämmelement kann mehrlagig sein. Das heißt, das Dämmelement umfasst eine Vielzahl an Lagen oder Schichten. Insbesondere ist das Dämmelement eine sogenannte Multilayer Insulation (MLI).
  • Aus dem Speicherbehälter 2 mündet eine Entnahmeleitung 12 aus, die zu dem Verbraucher 3 führt. In die Entnahmeleitung 12 sind ein Ventil V1.1 und ein Ventil V4.1 geschaltet. Aus dem ersten Konditionierbehälter 8 mündet eine Leitung 13 aus, die zwischen den Ventilen V1.1, V4.1 in die Entnahmeleitung 12 einmündet.
  • Aus dem ersten Konditionierbehälter 8 mündet eine Leitung 14 aus. Die Leitung 14 ist spiralförmig um den Innenbehälter des zweiten Konditionierbehälters 9 gewunden. Diese spiralförmige Geometrie der Leitung 14 bildet einen an dem zweiten Konditionierbehälter 9 vorgesehenen Rekuperator 15. In die Leitung 14 ist ein Ventil V3.2 geschaltet. Der Rekuperator 15 ist wärmeleitend mit dem Innenbehälter des zweiten Konditionierbehälters 9 verbunden. Es kann beispielsweise eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung vorgesehen sein.
  • Stromabwärts des Ventils V3.2 mündet die Leitung 14 in eine Leitung 16 ein, die in Fluidverbindung mit dem Speicherbehälter 2 steht. Die Leitung 16 führt zu dem zweiten Konditionierbehälter 9 und steht in Fluidverbindung mit diesem. In die Leitung 16 ist stromabwärts der Leitung 14 ein Ventil V3.1 geschaltet. Die Ventile V3.1, V3.2 sind somit parallel zueinander geschaltet. Die Ventile V3.1, V3.2 sind bevorzugt Joule-Thomson-Ventile. Das heißt, dass die Ventile V3.1, V3.2 dazu geeignet sind, durch ein Entspannen des gasförmigen Wasserstoffs GH2 diesen zu verflüssigen.
  • Die Leitung 16 ist spiralförmig um den Innenbehälter des ersten Konditionierbehälters 8 gewunden. Diese spiralförmige Geometrie der Leitung 16 bildet einen an dem ersten Konditionierbehälter 8 vorgesehenen Rekuperator 17. Der Rekuperator 17 ist wärmeleitend mit dem Innenbehälter des ersten Konditionierbehälters 8 verbunden. Es kann beispielsweise eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung vorgesehen sein. Nachfolgend wird der dem ersten Konditionierbehälter 8 zugeordnete Rekuperator 17 als erster Rekuperator und der dem zweiten Konditionierbehälter 9 zugeordnete Rekuperator 15 als zweiter Rekuperator bezeichnet.
  • Stromaufwärts des Ventils V3.2 mündet eine Leitung 18 mit einem Ventil V2.2 aus der Leitung 14 aus. Die Leitung 18 mündet in eine Leitung 19 ein, die aus der Leitung 16 ausmündet. Die Leitung 19 weist ein Ventil V2.1 auf. Die Ventile V2.1, V2.2 sind parallel zueinander geschaltet. Die Leitung 18 mündet stromabwärts des Ventils V2.1 in die Leitung 19 ein. Die Leitung 19 mündet in die Flüssigkeitszone 6 des Speicherbehälters 2 ein.
  • Aus dem zweiten Konditionierbehälter 9 mündet eine Leitung 20 aus. Die Leitung 20 mündet in eine Leitung 21 ein. Die Leitung 21 mündet stromaufwärts des Ventils V1.1 aus der Entnahmeleitung 12 aus und zwischen dem Ventil V4.1 und dem Verbraucher 3 wieder in die Entnahmeleitung 12 ein. Die Leitung 21 weist ein Ventil V1.2 sowie ein Ventil V4.2 auf. Die Leitung 20 mündet zwischen den beiden Ventilen V1.2, V4.2 in die Leitung 21 ein. Dem Verbraucher 3 ist ein Verdampfer 22 vorgeschaltet mit dessen Hilfe der flüssige Wasserstoff LH2 verdampft und dem Verbraucher 3 als gasförmiger Wasserstoff GH2 zugeführt werden kann.
  • Die Fig. 2 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramms des Wasserstoffs H2.
  • Die Funktionalität der Fördervorrichtung 1 wird nachfolgend anhand des in der Fig. 2 gezeigten Druck-Enthalpie-Diagramms erläutert. Ein Druck-Enthalpie-Diagramm ist ein Zustandsdiagramm mit der spezifischen Enthalpie h auf der Abszissenachse und dem Druck p auf der Ordinatenachse. Die Fig. 2 zeigt ein Log-p-h-Diagramm, welches den Druck p logarithmisch skaliert. In der Fig. 2 bezeichnet a das Zweiphasengebiet, in dem der gasförmige Wasserstoff GH2 und der flüssige Wasserstoff LH2 gleichzeitig vorliegen. Die reine Gasphase des Wasserstoffs H2 ist mit b bezeichnet. Der überkritische Bereich ist mit c bezeichnet. Die reine Flüssigphase des Wasserstoffs H2 ist mit d bezeichnet.
  • In der Fig. 2 ist die Zweiphasenlinie 23 mit dem kritischen Punkt Pc eingezeichnet. In der Thermodynamik ist der kritische Punkt Pc ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes, vorliegend Wasserstoff H2, der sich durch Angleichen der Dichten von flüssiger Phase und gasförmiger Phase kennzeichnet. Die Unterschiede zwischen beiden Aggregatzuständen hören an dem kritischen Punkt Pc auf zu existieren. Der Wasserstoff H2 befindet sich dann in seinem überkritischen Zustand. An dem kritischen Punkt Pc weist der Wasserstoff H2 einen kritischen Druck pc von 12,3 bara und eine kritische Temperatur Tc von -239,9 °C auf.
  • Es befindet sich sowohl gasförmiger Wassersstoff GH2 als auch flüssiger Wasserstoff LH2 in dem Speicherbehälter 2. In dem ersten Konditionierbehälter 8 befindet sich gasförmiger Wasserstoff GH2. Der gasförmige Wasserstoff GH2 wird über die Leitungen 14, 16 in den Speicherbehälter 2 entspannt. Hierzu ist das Ventil V3.2, welches ein Joule-Thomson-Ventil sein kann, geöffnet. An dem Ventil V3.2 kann der gasförmige Wasserstoff GH2 verflüssigt werden. Über die Leitung 16 wird der gasförmige Wasserstoff GH2 oder der flüssige Wasserstoff LH2 der Gaszone 5 zugeführt. Die Ventile V1.1, V2.1, V2.2, V3.1, V4.1 sind geschlossen.
  • Alternativ kann das Ventil V3.2 auch geschlossen und das Ventil V2.2 geöffnet sein. In diesem Fall wird der gasförmige Wasserstoff GH2 über die Leitungen 14, 18, 19 in die Flüssigkeitszone 6 eingeleitet. Der flüssige Wasserstoff LH2 in dem Speicherbehälter 2 kühlt dann den zugeführten gasförmigen Wasserstoff GH2 ab, so dass dieser zumindest teilweise kondensiert.
  • Anschließend wird der erste Konditionierbehälter 8 über die Entnahmeleitung 12 und die Leitung 13 mit flüssigem Wasserstoff LH2 befüllt. Hierzu sind zumindest die Ventile V1.2, V2.2, V3.2, V4.1, V4.2 geschlossen und das Ventil V1.1 ist geöffnet. Da der Speicherbehälter 2 bezüglich der Schwerkraftrichtung g oberhalb des ersten Konditionierbehälters 8 platziert ist, strömt der flüssige Wasserstoff LH2 selbstständig aufgrund des statischen Drucks in den ersten Konditionierbehälter 8. Beispielsweise weist der flüssige Wasserstoff LH2 in dem Speicherbehälter 2 beziehungsweise in dem ersten Konditionierbehälter 8 an einem Punkt A einen Ausgangsdruck p1 von 1 bara, eine Temperatur T von -253 °C und eine Dichte
    Figure imgb0001
    von 71 kg/m3 auf. Der Punkt A ist dabei ein Schnittpunkt der Zweiphasenlinie 23 mit einer 1-bar-Linie 24.
  • Der erste Konditionierbehälter 8 wird dann mit Hilfe eines Schließens des Ventils V1.1 von dem Speicherbehälter 2 isoliert. Die Ventile V1.2, V2.2, V3.2, V4.1, V4.2 sind nach wie vor geschlossen. Mit Hilfe des ersten Heizelements 10 und zusätzlich mit Hilfe des ersten Rekuperators 17 wird - wie nachfolgend noch mit Bezug auf den zweiten Rekuperator 15 erläutert wird - Wärme Q in den flüssigen Wasserstoff LH2 eingebracht, der in dem ersten Konditionierbehälter 8 aufgenommen ist, um den Druck p in dem ersten Konditionierbehälter 8 zu erhöhen. Dies ist in der Fig. 2 durch einen Übergang von dem Punkt A zu einem Punkt B dargestellt. An dem Punkt B beträgt ein Betriebsdruck p2 14 bara, die Temperatur T -251 °C und die Dichte
    Figure imgb0002
    71 kg/m3. Das heißt, dass der Betriebsdruck p2 höher als der kritische Druck pc ist. Der Übergang von dem Punkt A zu dem Punkt B kann als Konditionierung oder als Konditioniervorgang bezeichnet werden.
  • Die Temperatur T ist bei dem Übergang von dem Punkt A zu dem Punkt B um 2 °C angestiegen. Der Wasserstoff H2 in dem ersten Konditionierbehälter 8 befindet sich nun in dem überkritischen Zustand. Da in dem überkritischen Zustand des Wasserstoffs H2 keine Phasengrenze 7 existiert, haben Bewegungen des ersten Konditionierbehälters 8, beispielsweise bei Seegang, keine unerwünschten Auswirkungen. Das Ventil V4.1 wird an dem Punkt B geöffnet und der Wasserstoff H2 wird dem Verbraucher 3 zugeführt. Mit Hilfe des Verdampfers 22 wird der Wasserstoff H2 verdampft und auf einen Versorgungsdruck p3 für den Verbraucher 3 von etwa 6 bara bei einer Temperatur T von 10 bis 25 °C gebracht.
  • Das initiale Befüllen des ersten Konditionierbehälters 8 ist lediglich eine Funktion der Temperatur T. Eine Füllstandsmessung ist verzichtbar. Wie zuvor erwähnt, wird der Wasserstoff H2 über ein Öffnen des Ventils V4.1 an den Verbraucher 3 abgegeben. Der Druck p in dem ersten Konditionierbehälter 8 wird gleichzeitig durch weiteres Zuführen von Wärme Q bevorzugt mit Hilfe des ersten Heizelements 10 und gegebenenfalls zusätzlich mit Hilfe des ersten Rekuperators 17 auf einem Druck p von 14 bara gehalten. Der Füllgrad ist eine reine Funktion der Temperatur T.
  • Bei dem Entleeren und gleichzeitigen Aufheizen des ersten Konditionierbehälters 8 nimmt die Dichte
    Figure imgb0003
    des Wasserstoffs H2 in dem ersten Konditionierbehälter 8 ab. Der Wasserstoff H2 bleibt nach wie vor in dem überkritischen Zustand. Dies ist in der Fig. 2 durch einen Übergang von dem Punkt B zu einem Punkt C dargestellt. An dem Punkt C beträgt der Betriebsdruck p2 nach wie vor 14 bara, die Temperatur T -230 °C und die Dichte
    Figure imgb0004
    9,8 kg/m3. Während des Übergangs von dem Punkt B zu dem Punkt C bleibt das Ventil V4.1 geöffnet. Von dem Punkt B zu dem Punkt C wird das Zweiphasengebiet a nicht durchschritten.
  • Die Temperatur T wird dabei derart gewählt, dass ein signifikanter Abfall der Dichte
    Figure imgb0005
    zwischen den Punkten B und C erfolgt. Dies erlaubt eine maximale Nutzung des Wasserstoffs H2. Die erreichte Temperatur T an dem Punkt C ist ein Kompromiss zwischen der maximalen Nutzung des Wasserstoffs H2 und einem Wärmeeintrag in den Speicherbehälter 2. Wenn eine gewisse Temperatur T erreicht ist, wird der Transfer des Wasserstoffs H2 zu dem Verbraucher 3 gestoppt. Die Temperatur T wird gehalten und ein gewisser Druckabfall wird zugelassen, um den ersten Konditionierbehälter 8 weiter zu entleeren.
  • Alternativ kann das Einbringen von Wärme Q gestoppt werden, um die Temperatur T in dem ersten Konditionierbehälter 8 durch eine Expansion des überkritischen Wasserstoffs H2 zu reduzieren. Dies ermöglicht eine maximale Nutzung des Wasserstoffs H2. Dies ist in der Fig. 2 durch einen Übergang von dem Punkt C zu einem Punkt D dargestellt. An dem Punkt D weist der Wasserstoff H2 den Versorgungsdruck p3 von 6 bara, eine Temperatur T von -242 °C und eine Dichte
    Figure imgb0006
    von 6,2 kg/m3 auf. An dem Punkt D wird das Ventil V4.1 geschlossen und der Wasserstoff H2, wie einleitend erläutert, in den Speicherbehälter 2 entspannt. Es kann eine Nutzung des Wasserstoffs H2 von 92% erreicht werden. Entspannen erfolgt von dem Punkt D zu dem Punkt A.
  • Wie zuvor schon erwähnt, werden die Konditionierbehälter 8, 9 intermittierend betrieben. Während der Wasserstoff H2 in dem ersten Konditionierbehälter 8 konditioniert wird, befindet sich der zweite Konditionierbehälter 9 an dem Punkt D. Das heißt, der sich in dem zweiten Konditionierbehälter 9 befindende Wasserstoff H2 wird über die Leitung 16 in den Speicherbehälter 2 entspannt. Hierzu kann das Ventil V2.1 oder das Ventil V3.1 geöffnet werden. Der Wasserstoff H2 durchströmt den ersten Rekuperator 17 und gibt Wärme Q an den Wasserstoff H2 ab, der sich in dem ersten Konditionierbehälter 8 befindet. Das heißt, dass der Wasserstoff H2 in dem ersten Konditionierbehälter 8 mit Hilfe der Wärme Q des ersten Rekuperators 17 von dem Punkt A zu dem Punkt B konditioniert wird.
  • Auch von dem Punkt B zu dem Punkt C kann der erste Rekuperator 17 Wärme Q an den in dem ersten Konditionierbehälter 8 aufgenommenen Wasserstoff H2 abgeben. Wenn der zweite Konditionierbehälter 9 entspannt ist, kann dieser - wie zuvor mit Bezug auf den ersten Konditionierbehälter 8 erläutert - aus dem Speicherbehälter 2 befüllt werden. Hierzu werden die Ventile V1.1, V2.1, V3.1, V4.2 geschlossen und das Ventil V1.2 geöffnet. Der zweite Konditionierbehälter 9 wird konditioniert. Anschließend kann der Verbraucher 3 aus dem zweiten Konditionierbehälter 9 versorgt werden. Hierzu wird das Ventil V4.2 geöffnet.
  • Wie zuvor erläutert, kann die Fördervorrichtung 1 beliebig viele Konditionierbehälter 8, 9 aufweisen. Die Konditionierbehälter 8, 9 werden dann so betrieben, dass immer aus einem Konditionierbehälter 8, 9 Wasserstoff H2 für den Verbraucher 3 entnommen werden kann. Es ist dann eine kontinuierliche Versorgung des Verbrauchers 3 möglich.
  • Die Vorteile der Fördervorrichtung 1 werden nachfolgend zusammengefasst. Der Wasserstoff H2 in dem Speicherbehälter 2 kann an seinem Gleichgewicht gehalten werden, wodurch sich eine lange Haltezeit des Wasserstoffs H2 ergibt. Es ist ausreichend, lediglich aus mechanischen Gründen übliche Schotten oder Wände zum Verhindern des Sloshings einzusetzen. Hierdurch kann der Speicherbehälter 2 leichter konstruiert werden. Es ergibt sich eine höhere Aufnahmekapazität für den Wasserstoff H2.
  • Der Speicherbehälter 2 kann in einem geeigneten Druckbereich von 1 bis 6 bara betrieben werden. Die Dichte
    Figure imgb0007
    von gesättigtem flüssigen Wasserstoff H2 ist druckabhängig. Wünschenswert ist ein Betrieb des Speicherbehälters 2 bei einem möglichst geringen Druck p. Beispielsweise beträgt die Dichte
    Figure imgb0008
    71 kg/m3 bei einem Druck p von 1 bara, 60 kg/m3 bei einem Druck p von 6 bara und 28 kg/m3 bei einem Druck p von 12 bara. Die Fördervorrichtung 1 weist mit Ausnahme der Ventile V1.1, V1.2, V2.1, V2.2, V3.1, V3.2, V4.1, V4.2 keine beweglichen Teile auf. Die Fördervorrichtung 1 ist daher sehr störunanfällig.
  • Der Wasserstoff H2 in den Konditionierbehältern 8, 9 kann im Gleichgewicht gehalten werden. Wände oder Schotten zum Verhindern des Sloshings sind nur erforderlich, wenn die Konditionierbehälter 8, 9 bei einem Druck p von weniger als 0,8*pc, bevorzugt von weniger als 0,9*pc, betrieben werden. Der Wasserstoff H2 ist den Konditionierbehältern 8, 9 als einphasiges Medium, nämlich in dem überkritischen Zustand, entnehmbar. Die Fördervorrichtung 1 kann auch unter rauen Bedingungen, beispielsweise bei starkem Seegang, eingesetzt werden, da kein Phasenübergang zwischen der Gasphase und der Flüssigphase stattfinden kann, was zu einem gestörten Betrieb des Verbrauchers 3 führen könnte.
  • Es ist ein stabiler und störungsfreier Betrieb des Verbrauchers 3 möglich, da der Wasserstoff H2 den Konditionierbehältern 8, 9 als einphasiges Medium entnehmbar ist. Eine Füllstandskontrolle der Konditionierbehälter 8, 9 ist verzichtbar, da beispielsweise an dem Punkt C eine Stoptemperatur gesetzt werden kann, bei der die Versorgung des Verbrauchers 3 gestoppt wird. Es ist ein einfaches Druck-Temperatur-Kontrollschema mit Hilfe der Heizelemente 10, 11 möglich. Dadurch, dass es möglich ist, den gasförmigen Wasserstoff GH2 über die Leitung 19 direkt in den flüssigen Wasserstoff LH2 einzuleiten, kann in dem Speicherbehälter 2 schnell ein Gleichgewicht erreicht werden.
  • Dadurch, dass dem gasförmigen Wasserstoff GH2 mit Hilfe der Rekuperatoren 15, 17 Wärme Q entzogen und zum Konditionieren eingesetzt wird, wird der Eintrag von Wärme Q in den Speicherbehälter 2 reduziert. Die Haltezeit des Speicherbehälters 2 wird dadurch erhöht. Durch den Einsatz der Rekuperatoren 15, 17 können die Heizelemente 10, 11 kleiner dimensioniert werden. In den Rekuperatoren 15, 17 kann der gasförmige Wasserstoff GH2 zumindest teilweise kondensieren. Mit Hilfe der als Joule-Thomson-Ventile ausgebildeten Ventile V3.1, V3.2 kann der gasförmige Wasserstoff GH2 weiter heruntergekühlt beziehungsweise kondensiert werden. Hierdurch wird der Eintrag von Wärme Q in den Speicherbehälter 2 weiter reduziert.
  • Die Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Fördern von Wasserstoff H2.
  • Das Verfahren wird mit Hilfe der Fördervorrichtung 1 durchgeführt. Mit Hilfe des Verfahrens wird der Wasserstoff H2 von dem Speicherbehälter 2 zu dem Verbraucher gefördert. In einem Schritt S1 wird der Wasserstoff H2, insbesondere der flüssige Wasserstoff LH2, aus dem Speicherbehälter 2 in den ersten Konditionierbehälter 8 eingeleitet. Alternativ kann in dem Schritt S1 der Wasserstoff H2, insbesondere der flüssige Wasserstoff LH2, aus dem Speicherbehälter 2 in den zweiten Konditionierbehälter 9 eingeleitet werden.
  • In einem Schritt S2 wird Wärme Q in den in dem ersten Konditionierbehälter 8 aufgenommenen Wasserstoff H2 eingebracht, wodurch der Wasserstoff H2 in seinen überkritischen Zustand verbracht wird. Für den Fall, dass in dem Schritt S1 der Wasserstoff H2 in den zweiten Konditionierbehälter 9 eingeleitet wurde, wird in dem Schritt S2 Wärme Q in den in dem zweiten Konditionierbehälter 9 aufgenommenen Wasserstoff H2 eingebracht, wodurch der Wasserstoff H2 in seinen überkritischen Zustand verbracht wird.
  • Ein Schritt S3 umfasst ein Abblasen des gasförmigen Wasserstoffs GH2 aus dem zweiten Konditionierbehälter 9 in den Speicherbehälter 2, wobei die Schritte S2 und S3 gleichzeitig durchgeführt werden, und wobei während des Schritts S3 Wärme Q von dem gasförmigen Wasserstoff GH2 auf den in dem ersten Konditionierbehälter 8 aufgenommenen Wasserstoff H2 übertragen wird. Alternativ kann der Schritt S3 auch ein Abblasen des gasförmigen Wasserstoffs GH2 aus dem ersten Konditionierbehälter 8 in den Speicherbehälter 2 umfassen, wobei während des Schritts S3 Wärme Q von dem gasförmigen Wasserstoff GH2 auf den in dem zweiten Konditionierbehälter 9 aufgenommenen Wasserstoff H2 übertragen wird.
  • Bei einem Schritt S4 wird der Wasserstoff H2 aus dem ersten Konditionierbehälter 8 zu dem Verbraucher 3 ausgeleitet, wobei der in dem ersten Konditionierbehälter 8 aufgenommene Wasserstoff H2 während des Schritts S4 in dem überkritischen Zustand gehalten wird. Alternativ kann bei dem Schritt S4 der Wasserstoff H2 aus dem zweiten Konditionierbehälter 9 zu dem Verbraucher 3 ausgeleitet werden, wobei der in dem zweiten Konditionierbehälter 9 aufgenommene Wasserstoff H2 während des Schritts S4 auch in diesem Fall in dem überkritischen Zustand gehalten wird. Der erste Konditionierbehälter 8 und der zweite Konditionierbehälter 9 können somit intermittierend betrieben werden.
  • Während des Schritts S3 kann der gasförmige Wasserstoff GH2 mit Hilfe der Ventil 3.1, 3.2, die als Joule-Thomson-Ventile ausgebildet sein können, entspannt werden. Hierdurch wird dem gasförmigen Wasserstoff GH2 weiter Wärme Q entzogen. Hierdurch wird weniger Wärme Q in den Speicherbehälter 2 eingetragen. Der gasförmige Wasserstoff GH2 kann sich bei dem Entspannen verflüssigen.
  • Auch während des Schritts S4 wird Wärme Q in den Wasserstoff H2 eingebracht, um den Wasserstoff H2 während des Schritts S4 in dem überkritischen Zustand zu halten. Das Einbringen von Wärme Q kann mit Hilfe der Rekuperatoren 15, 17 und/oder mit Hilfe der Heizelemente 10, 11 erfolgen.
  • Nach dem Schritt S1 wird der erste Konditionierbehälter 8 mit Hilfe des Ventils V1.1 von dem Speicherbehälter 2 separiert, indem das Ventil V1.1 geschlossen wird. Alternativ kann nach dem Schritt S1 der zweite Konditionierbehälter 9 mit Hilfe des Ventils V1.2 von dem Speicherbehälter 2 separiert werden, indem das Ventil V1.2 geschlossen wird. Auch die Ventile V4.1, V4.2 werden zum Separieren der Konditionierbehälter 8, 9 von dem Speicherbehälter 2 geschlossen.
  • Bei dem Schritt S4 wird das zwischen dem ersten Konditionierbehälter 8 und dem Verbraucher 3 vorgesehene Ventil V4.1 geöffnet. Alternativ kann bei dem Schritt S4 das zwischen dem zweiten Konditionierbehälter 9 und dem Verbraucher 3 vorgesehene Ventil V4.2 geöffnet werden. Während des Schritts S4 nimmt die Dichte
    Figure imgb0009
    des Wasserstoffs H2 ab. Ferner wird während des Schritts S4 der Betriebsdruck p2 innerhalb des ersten Konditionierbehälters 8 konstant gehalten. Alternativ wird während des Schritts S4 der Betriebsdruck p2 innerhalb des zweiten Konditionierbehälters 9 konstant gehalten.
  • Der Schritt S4 wird bevorzugt nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur beendet. Insbesondere wird der erste Konditionierbehälter 8 bis zum Erreichen des Versorgungsdrucks p3 des Verbrauchers 3 entspannt. Alternativ wird der zweite Konditionierbehälter 9 bis zum Erreichen des Versorgungsdrucks p3 des Verbrauchers 3 entspannt. Der erste Konditionierbehälter 8 oder der zweite Konditionierbehälter 9 wird ab dem Erreichen des Versorgungsdrucks p3 in den Speicherbehälter 2 entspannt.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
    • Verwendete Bezugszeichen
    • 1
    Fördervorrichtung
    2
    Speicherbehälter
    3
    Verbraucher
    4
    Mittelachse
    5
    Gaszone
    6
    Flüssigkeitszone
    7
    Phasengrenze
    8
    Konditionierbehälter
    9
    Konditionierbehälter
    10
    Heizelement
    11
    Heizelement
    12
    Entnahmeleitung
    13
    Leitung
    14
    Leitung
    15
    Rekuperator
    16
    Leitung
    17
    Rekuperator
    18
    Leitung
    19
    Leitung
    20
    Leitung
    21
    Leitung
    22
    Verdampfer
    23
    Zweiphasenlinie
    24
    1-bar-Linie
    a
    Zweiphasengebiet
    A
    Punkt
    b
    Gasphase
    B
    Punkt
    c
    überkritischer Bereich
    C
    Punkt
    d
    Flüssigphase
    D
    Punkt
    g
    Schwerkraftrichtung
    GH2
    gasförmiger Wasserstoff/gasförmige Phase
    h
    Enthalpie
    H2
    Wasserstoff/Kryogen
    LH2
    flüssiger Wasserstoff/flüssige Phase
    p
    Druck
    pc
    kritischer Druck
    Pc
    kritischer Punkt
    p1
    Ausgangsdruck
    p2
    Betriebsdruck
    p3
    Versorgungsdruck
    S1
    Schritt
    S2
    Schritt
    S3
    Schritt
    S4
    Schritt
    V1.1
    Ventil
    V1.2
    Ventil
    V2.1
    Ventil
    V2.2
    Ventil
    V3.1
    Ventil
    V3.2
    Ventil
    V4.1
    Ventil
    V4.2
    Ventil

Claims (15)

  1. Verfahren zum Fördern eines Kryogens (H2) von einem Speicherbehälter (2) zu einem Verbraucher (3), mit folgenden Schritten:
    a) Einleiten (S1) des Kryogens (H2) aus dem Speicherbehälter (2) in einen ersten Konditionierbehälter (8),
    b) Einbringen (S2) von Wärme (Q) in das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2), wodurch das Kryogen (H2) in seinen überkritischen Zustand verbracht wird,
    c) Abblasen (S3) einer gasförmigen Phase (GH2) des Kryogens (H2) aus einem zweiten Konditionierbehälter (9) in den Speicherbehälter (2), wobei die Schritte b) und c) gleichzeitig durchgeführt werden, und wobei während des Schritts c) Wärme (Q) von der gasförmigen Phase (GH2) auf das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2) übertragen wird, und
    d) Ausleiten (S4) des Kryogens (H2) aus dem ersten Konditionierbehälter (8) zu dem Verbraucher (3), wobei das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2) während des Schritts d) in dem überkritischen Zustand gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des Schritts c) die gasförmige Phase (GH2) mit Hilfe eines Ventils (V3.1), insbesondere mit Hilfe eines Joule-Thomson-Ventils, entspannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei während des Schritts d) Wärme (Q) in das Kryogen (H2) eingebracht wird, um das Kryogen (H2) in dem überkritischen Zustand zu halten.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei während des Schritts d) Wärme (Q) von der gasförmigen Phase (GH2) auf das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2) übertragen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei nach dem Schritt d) das Kryogen (H2) aus dem Speicherbehälter (2) in den zweiten Konditionierbehälter (9) eingeleitet wird, wobei Wärme (Q) in das in dem zweiten Konditionierbehälter (9) aufgenommene Kryogen (H2) eingebracht wird, wodurch das Kryogen (H2) in seinen überkritischen Zustand verbracht wird, wobei die gasförmige Phase (GH2) aus dem ersten Konditionierbehälter (8) in den Speicherbehälter (2) abgeblasen wird, wobei das Einbringen von Wärme (Q) und das Abblasen gleichzeitig durchgeführt werden, wobei während des Abblasens Wärme (Q) von der gasförmigen Phase (GH2) auf das in dem zweiten Konditionierbehälter (9) aufgenommene Kryogen (H2) übertragen wird, wobei das Kryogen (H2) aus dem zweiten Konditionierbehälter (9) zu dem Verbraucher (3) ausgeleitet wird, und wobei das in dem zweiten Konditionierbehälter (9) aufgenommene Kryogen (H2) während des Ausleitens in dem überkritischen Zustand gehalten wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei der erste Konditionierbehälter (8) und der zweite Konditionierbehälter (9) intermittierend betrieben werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei nach dem Schritt a) der erste Konditionierbehälter (8) mit Hilfe eines Ventils (V1.1) von dem Speicherbehälter (2) separiert wird, indem das Ventil (V1.1) geschlossen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei bei dem Schritt d) ein zwischen dem ersten Konditionierbehälter (8) und dem Verbraucher (3) vorgesehenes Ventil (V4.1) geöffnet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei während des Schritts d) die Dichte des Kryogens (H2) abnimmt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei während des Schritts c) ein Betriebsdruck (p2) innerhalb des ersten Konditionierbehälters (8) konstant gehalten wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei der Schritt d) nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur beendet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Konditionierbehälter (8) bis zum Erreichen eines Versorgungsdrucks (p3) des Verbrauchers (3) entspannt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste Konditionierbehälter (8) ab dem Erreichen des Versorgungsdrucks (p3) in den Speicherbehälter (2) entspannt wird.
  14. Fördervorrichtung (1) zum Fördern eines Kryogens (H2) von einem Speicherbehälter (2) zu einem Verbraucher (3), mit einem ersten Konditionierbehälter (8), der zwischen dem Speicherbehälter (2) und dem Verbraucher (3) angeordnet ist, und einem zweiten Konditionierbehälter (9), der zwischen dem Speicherbehälter (2) und dem Verbraucher (3) angeordnet ist, wobei die Fördervorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, das Kryogen (H2) aus dem Speicherbehälter (2) in den ersten Konditionierbehälter (8) einzuleiten, Wärme (Q) in das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2) einzubringen, um das Kryogen (H2) in seinen überkritischen Zustand zu verbringen, eine gasförmige Phase (GH2) des Kryogens (H2) aus dem zweiten Konditionierbehälter (9) in den Speicherbehälter (2) abzublasen, während des Abblasens Wärme (Q) von der gasförmigen Phase (GH2) auf das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2) zu übertragen, das Kryogen (H2) aus dem ersten Konditionierbehälter (8) zu dem Verbraucher (3) auszuleiten, und das in dem ersten Konditionierbehälter (8) aufgenommene Kryogen (H2) während des Ausleitens in dem überkritischen Zustand zu halten.
  15. Fördervorrichtung nach Anspruch 14, wobei dem ersten Konditionierbehälter (8) ein erster Rekuperator (17) zum Übertragen von Wärme (Q) von der gasförmigen Phase (GH2) auf das Kryogen (H2) zugeordnet ist, und wobei dem zweiten Konditionierbehälter (9) ein zweiter Rekuperator (15) zum Übertragen von Wärme (Q) von der gasförmigen Phase (GH2) auf das Kryogen (H2) zugeordnet ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9683702B2 (en) * 2010-11-30 2017-06-20 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Apparatus for pressurizing delivery of low-temperature liquefied material
AU2021383247A1 (en) * 2020-11-19 2023-06-22 Linde Gmbh Method and conveying device

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