EP4689474A1 - Wasserstoff-tanksystem - Google Patents

Wasserstoff-tanksystem

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EP4689474A1
EP4689474A1 EP24715149.1A EP24715149A EP4689474A1 EP 4689474 A1 EP4689474 A1 EP 4689474A1 EP 24715149 A EP24715149 A EP 24715149A EP 4689474 A1 EP4689474 A1 EP 4689474A1
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EP
European Patent Office
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tank
hydrogen
pump
storage tank
storage
Prior art date
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Pending
Application number
EP24715149.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anja MAROSKY
Thomas Scherer
Stefan Weiland
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.)
MT Aerospace AG
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MT Aerospace AG
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
Application filed by MT Aerospace AG, MTU Aero Engines AG filed Critical MT Aerospace AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • F17C2270/0189—Planes

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen tank system, in particular for a fuel cell aircraft propulsion system.
  • hydrogen can have special requirements, for example with regard to storage in a tank or tank system.
  • the hydrogen can be carried in liquid form as cryogenic hydrogen, i.e. as so-called liquid hydrogen.
  • a drive system such as a fuel cell
  • it must then typically be available in gaseous form, i.e. supplied to the drive system in gaseous form.
  • the present invention is based on the technical problem of providing an advantageous hydrogen tank system.
  • This firstly has a main tank from which the drive or the fuel cell system can be supplied with gaseous hydrogen. It also has a storage tank in which liquid hydrogen is stored during operation. Furthermore, a pressure increasing device and a supply line are provided, the latter opening into the main tank.
  • the pressure increasing device can be used to increase a gas pressure, for example in the storage tank itself or in an additional pump tank (see below in detail), whereby liquid hydrogen can be pressed into the main tank via the supply line by increasing the gas pressure.
  • the division into main and storage tanks can be advantageous, for example, in that the tanks can be optimized for their respective application purposes.
  • the main tank which provides the gaseous hydrogen during operation (and, for example, stores liquid hydrogen in a lower section)
  • this can mean, for example, a design for permanently higher tank pressures, for example in the range of 4 bar to 8 bar.
  • the tank pressures can be lower due to the lower evaporation pressure, for example in a range between 1 bar and 3 bar. Due to the lower structural load, the design requirements can therefore be lower, which can result in economic advantages, but especially in terms of weight.
  • the solution can also open up modularity, so for example, depending on the application, such as the planned flight duration, a main tank can be equipped with one or more storage tanks of different sizes.
  • a main tank can be equipped with one or more storage tanks of different sizes.
  • individually smaller tanks can also be better accommodated, for example, making integration into an aircraft easier, especially with regard to round/cylindrical tank geometries.
  • the redistribution of liquid hydrogen driven by gas pressure is comparatively easy to implement, also with regard to the modular connection of different tanks, and is also robust, for example compared to a pump with mechanically moving parts, etc.
  • the main and storage tanks may differ, for example, in that the main tank is designed for a higher operating pressure. Alternatively or additionally, a difference may also be that the storage tank has a larger internal volume, e.g. an internal volume that is at least 1.5, 2, 2.5 or 3 times larger (upper limits can ultimately depend on the propulsion system or aircraft as a whole; exemplary values can be 100, 50 or 10 times). Regardless of these possible differences to the storage tank, the main tank can also be equipped with an evaporator, for example, in order to be able to provide gaseous hydrogen.
  • an evaporator for example, in order to be able to provide gaseous hydrogen.
  • the pressure increasing device with which the gas pressure can be increased for injecting liquid hydrogen into the main tank, is a heater.
  • This can be used to heat the liquid hydrogen in the corresponding tank, i.e. storage or pump tank (see below), and thus to increase the gas pressure in this tank.
  • it is arranged, for example, in a lower section of the tank.
  • the supply line is equipped with an adjustment element with which a flow through the supply line can be adjusted.
  • the latter can generally only comprise two states, closed and open, but alternatively the flow rate can also be adjusted, for example.
  • a butterfly valve or a gate valve is also possible, but the supply line adjustment element is preferably a valve.
  • Electronic control is generally preferred, so the supply line adjustment element can be given a respective setting state, for example by a control unit.
  • a control unit can also preferably be part of the tank system independently of the supply line adjustment element, for example for controlling the pressure booster device.
  • the control unit can be provided locally, for example microcontroller-based, or globally, for example as a functional subunit of an on-board computer. Independently of these details, commands can be stored in the control unit that cause it to control the tank system so that it is operated in a manner disclosed here.
  • a pump tank is provided in addition to the storage tank, wherein the pressure increasing device, in particular heating, is arranged in the pump tank.
  • the pump tank can, for example, create a certain decoupling in that only a portion of the hydrogen needs to be heated to increase the pressure.
  • the pump tank can preferably have a smaller internal volume than the storage tank and/or the main tank.
  • the liquid hydrogen can on the one hand be pressed from the pump tank into the main tank, but on the other hand the pressure in the storage tank can also be increased by increasing the pressure in the pump tank and the liquid hydrogen can be supplied from there.
  • a lower section of the pump tank is fluidically connected to a lower section of the storage tank.
  • this can, for example, range from 0% to 50% in relation to a vertical extension of the internal volume of the corresponding tank, which ranges from 0% at the bottom to 100% at the top.
  • An "upper section”, on the other hand, can range from 50% to 100%.
  • an arrangement "in a lower section” can then mean, for example, between 0% and 30%, in particular between 0% and 20%.
  • an arrangement "in an upper section” can then mean in detail, for example, between 70% and 100%, in particular between 80% and 100%.
  • this connection between the storage and pump tank which is also referred to below as the liquid storage/pump tank line, can be used, for example, to fill the pump tank with liquid hydrogen from the storage tank.
  • this line is equipped with an adjustment element, see the above disclosure for further details, in particular with an electronically controllable valve.
  • a pump tank connection point of the liquid storage/pump tank line is located at a lower geodetic height than its storage tank connection point. This allows the liquid hydrogen to flow from the storage tank into the pump tank by gravity when the setting element of the liquid storage/pump tank line is opened.
  • an upper section of the pump tank and an upper section of the storage tank are fluidically connected to one another.
  • gaseous hydrogen can be exchanged between the pump and storage tank via this gas storage/pump tank line, for example for pressure equalization when the pump tank is filled by gravity from the storage tank or for pressurizing the storage tank when the main tank is filled from the storage tank.
  • the gas storage/pump tank line is preferably equipped with an adjustment element for adjusting a flow rate, see the above disclosure for further details, in particular with an electronically controllable valve.
  • the supply line through which the liquid hydrogen is supplied to the main tank is fluidically connected to the storage tank.
  • the liquid hydrogen is supplied to the main tank directly from the storage tank.
  • pressure increasing device in the storage tank is discussed below, first the use of the pump tank in this regard is examined in more detail. If this is fluidically connected to the storage tank via the gas storage/pump tank line, increasing the pressure in the pump tank can also increase the pressure in the gas phase of the storage tank (with the adjustment element open), so that liquid hydrogen can be pressed into the main tank via the supply line (with the supply line adjustment element open, if present).
  • One advantage of this variant can be, for example, that the pressure is generated without heating the hydrogen in the storage tank.
  • the pump tank used to generate pressure can be filled via a liquid storage/pump tank line discussed above, but in a preferred embodiment the filling can also take place from the main tank.
  • a lower section of the main tank can be fluidically connected to the pump tank, in particular a lower section thereof, namely via a liquid pump/main tank line.
  • This is preferably equipped with an adjustment element for adjusting a flow rate, see above for possible details, in particular with an electronically controllable valve.
  • a gas pump/main tank line can also be provided, which connects the upper sections of the pump and main tank to one another and can, for example, create pressure equalization.
  • This is also preferably equipped with an adjustment element for adjusting a flow rate, see above for further details, in particular an electrically controllable valve.
  • these two adjustment elements When filling the pump tank, these two adjustment elements can be open, but the supply line adjustment element is closed. After filling the pump tank, the adjustment elements of the pump/main tank lines are closed and the pressure in the pump tank is increased using the pressure booster (e.g. until it exceeds the pressure in the main tank). The supply line adjustment element can then be opened and the liquid hydrogen can be pushed from the storage tank into the main tank due to the pressure increase in the storage tank via the gas storage/pump tank line.
  • the supply line that opens into the main tank is connected to a lower section of the pump tank.
  • the gas pressure in the pump tank increases, the liquid hydrogen is pressed from the pump tank into the main tank when the supply line adjustment element is opened.
  • the pump tank is filled from the storage tank, preferably via the liquid storage/pump tank line equipped with an adjustment element.
  • a gas storage/pump tank line equipped with an adjustment element is also preferably provided, with both adjustment elements being used to fill the pump tank. are opened and then closed to increase the pressure in the pump tank and fill the main tank.
  • the pressure increasing device is arranged in the storage tank itself, in other words the pump function is implemented within the storage tank.
  • the supply line connects a lower section of the storage tank to the main tank.
  • the pressure in the storage tank is preferably first increased (until it is greater than the pressure in the main tank, then the setting element is opened and liquid hydrogen is pressed into the main tank.
  • the pressure boosting device intended as a heater is in the storage tank, but is arranged in a separate compartment. Part of the internal volume of the storage tank is therefore partially separated, so that although there is a fluidic connection with the rest of the internal volume, the heater arranged in the compartment is partially thermally insulated. This creates a certain thermal decoupling.
  • the compartment is preferably in fluidic connection with both an upper section and a lower section of the rest of the internal volume, i.e. with both the liquid and the gas phase. Liquid hydrogen can flow in at the bottom and then be heated with the heater, with the gas escaping at the top and thus the pressure increase can be passed on to the entire internal volume.
  • the invention also relates to a storage tank with an integrated pressure boosting device and/or a pump tank with an integrated pressure boosting device.
  • the invention also relates to a fuel cell system, in particular a fuel cell aircraft propulsion system, with a hydrogen tank system as disclosed here.
  • the fuel cell system can additionally have fuel cells, which can typically be provided in the form of one or more stacks.
  • the gaseous hydrogen from the main tank is supplied to the fuel cells as a reaction gas; oxygen or air can serve as a further reaction gas.
  • the fuel cells can then, for example, supply an electric motor with electrical power.
  • the invention further relates to an aircraft, in particular an airplane, with such a fuel cell system or drive.
  • the fuel cell system is installed with the hydrogen tank system in the aircraft, in particular an airplane.
  • the tanks of the hydrogen tank system for example the main tank and the storage tank, and if present also the pump tank, are structurally integrated in or on the aircraft, for example integrated in the fuselage and/or wing.
  • the hydrogen tank system is integrated into the aircraft in such a way that it, including the tank system, can be used as intended, i.e. for aviation/flight operations. Accordingly, for example, during operation, i.e. during flight, gaseous hydrogen is made available from the main tank and conversely the main tank is filled with liquid hydrogen, depending on the design, from the storage or pump tank, see above in detail.
  • the invention further relates to a method for operating a tank or fuel cell system or corresponding aircraft, wherein liquid hydrogen is stored in the storage tank.
  • the pressure increasing device is used to increase the gas pressure, either in the storage tank itself or in a pump tank, in order to press liquid hydrogen into the main tank, for example after opening the supply line adjustment element.
  • the invention relates to the use of a main tank and/or a storage tank and/or a pressure increasing device in a hydrogen tank system disclosed here.
  • Figure 1 shows a first hydrogen tank system in schematic representation
  • FIG. 2 shows a second hydrogen tank system in a schematic representation
  • Figure 3 shows a third hydrogen tank system in a schematic representation
  • Figure 4 shows a fourth hydrogen tank system in a schematic representation
  • Figure 5 shows a fifth hydrogen tank system in schematic representation
  • Figure 6 shows a sixth hydrogen tank system in a schematic representation
  • Figure 7 shows a fuel cell aircraft propulsion system in a schematic representation
  • Figure 8 shows an aircraft with an aircraft propulsion system according to Figure 7.
  • Figure 1 shows a hydrogen tank system 1 that has a main tank 10 and a storage tank 20.
  • Liquid hydrogen 2.1 is stored in the inner volume 21 of the storage tank 20, and gaseous hydrogen 2.2 is present in the upper area.
  • the main tank 10 is filled with liquid hydrogen 2.1 from the storage tank 20, for which purpose a supply line 30 connects a lower section 20.1 of the storage tank 20 to the main tank 10 (the reference number 20.2 designates an upper section).
  • the supply line 30 is equipped with a supply line adjustment element 31, in this case an electronically controllable valve.
  • a pressure increasing device 40 is arranged in the storage tank 20, which is provided in the form of a heater 41. By heating the liquid hydrogen 2.1, the pressure in the gas phase, i.e. the gaseous hydrogen 2.2, can be increased.
  • the supply line adjustment element 31 is initially closed. If the gas pressure P20 in the storage tank 20 is greater than the gas pressure pw in the main tank 10, the supply line Adjustment element 31 is opened and liquid hydrogen 2.1 can be pressed into the main tank 10 via the supply line 30.
  • Figure 2 shows a hydrogen tank system 1 that is comparable in principle to that shown in Figure 1.
  • the same reference symbols refer to the same parts or parts with a similar function, and reference is always made to the description of the other figures. Therefore, the differences are primarily emphasized below.
  • the heater 41 is arranged in the storage tank 20 in a separate compartment 25.
  • this is designed as a tubular, for example essentially hollow-cylindrical body, which is open at the upper end and provided with inflow openings at the lower end. Liquid hydrogen 2.1 can flow in through the latter, and gaseous hydrogen 2.2 can exit at the upper end.
  • the compartment 25 creates a certain thermal insulation from the remaining internal volume 21 or liquid hydrogen 2.1, so the heater 41 at least does not act directly on the entire liquid hydrogen 2.1.
  • FIG 3 shows a hydrogen tank system 1 which, in addition to the main tank 10 and storage tank 20, has a pump tank 50 in which the pressure increasing device 40 is arranged.
  • the illustration is not to scale, in particular the storage tank 20 is in reality not only larger than the pump tank 50, but also larger than the main tank 10.
  • the supply line 30 connects a lower section 50.1 of the pump tank 50 to the main tank 10.
  • the liquid hydrogen 2.1 is thus pressed from the pump tank 50 into the main tank 10 by increasing the gas pressure pso by means of the pressure increasing device 40 (with the supply line adjustment element 31 open).
  • the adjustment elements 61, 71 are closed.
  • the adjustment element 61 is assigned to a liquid storage/pump tank line 60, which connects the lower section 20.1 of the storage tank 20 with the lower section 50.1 of the pump tank 50.
  • the adjustment element 71 is assigned to a gas storage/pump tank line 70, which upper sections 20.2, 50.2 with each other.
  • both adjustment elements 61, 71 are opened with the feed line adjustment element 31 closed, so that liquid hydrogen 2.1 flows from the storage tank 20 into the pump tank 50.
  • the pump tank connection point 62 is arranged at a lower geodetic height than the storage tank connection point 63.
  • Figure 4 shows a hydrogen tank system 1 comparable to that shown in Figure 3.
  • several storage tanks with corresponding fluidic connections are provided, namely a first storage tank 20a and a second storage tank 20b.
  • These are connected to the pump tank 50 via a respective line system, i.e. via a first liquid storage/pump tank line 60a and a first gas storage/pump tank line 70a in the case of the first storage tank 20a and via a second liquid storage/pump tank line 60b and a second gas storage/pump tank line 70b in the case of the second storage tank 20b.
  • the main tank 10 is filled analogously to Figure 4 with the setting elements 61a, b, 71a, b closed.
  • the pump tank 50 can be filled either from the first or the second storage tank 20a, b, i.e. either by opening the adjustment elements 61a, 71b or the adjustment elements 61b and 71b.
  • FIG. 5 shows a hydrogen tank system 1 in which the pressure increasing device 40 is also arranged in a pump tank 50.
  • the pressure increasing device 40 by increasing the gas pressure (pst) in the pump tank 50, the liquid hydrogen 2.1 is not pressed out of the pump tank 50, but rather out of the storage tank 20 into the main tank 10.
  • the supply line 30 connects the lower section 20.1 of the storage tank 20 to the main tank 10.
  • the gas storage/pump tank line connects the upper section 20.2 of the storage tank 20 to the upper section 50.2 of the pump tank 50, so that by increasing the gas pressure (pso) the gas pressure (P20) in the storage tank 20 is also increased.
  • the supply line adjustment element 31 and the adjustment element 61 are initially closed, and as soon as the gas pressure P20 is greater than the gas pressure pw, the liquid hydrogen 2.1 can be pressed into the main tank 10 by opening the supply line adjustment element 31.
  • the supply line adjustment element 31 is closed and the adjustment element 61 is opened so that the liquid hydrogen 2.1 can flow into the pump tank 50 under gravity.
  • the hydrogen tank system 1 according to Figure 6 is similar in its basic structure to that according to Figure 5.
  • the main tank 10 is therefore pressed in from the storage tank 20 as a result of an increase in the gas pressure pso and thus the gas pressure P20 via the supply line 30.
  • the lower section 50.1 of the pump tank 50 is connected to the main tank 10 via a liquid pump/main tank line 80 and the adjustment element 81 can be opened for filling.
  • the upper section 50.2 of the pump tank 50 is connected to the upper section 10.2 of the main tank 10 via a gas pump/main tank line 90 for pressure equalization.
  • the adjustment element 91 is optional.
  • the adjustment element 81 and, if present, also the adjustment element 91 are opened, with the supply line adjustment element 31 closed. Then the adjustment element(s) 81, 91 between the pump tank 50 and the main tank 10 are closed, after which the pressure increase and consequently the main tank filling can take place as described for Figure 5.
  • FIG. 7 shows a fuel cell system 100 which has several fuel cells 105 in the form of fuel cell stacks 106 and a hydrogen tank system 1.
  • the latter supplies the fuel cells 105 with gaseous hydrogen 2.2, and the fuel cells 105 provide an electric motor 107 with electrical power P which is used to drive a propeller 108 and thus to generate thrust for the fuel cell aircraft propulsion system 109.
  • Figure 8 shows an aircraft 110, in this case an airplane 111, which is equipped with such a flight propulsion system 109.
  • Hydrogen tank system 1 liquid hydrogen 2.1 gaseous hydrogen 2.2
  • Storage tank 20 lower section 20.1 upper section 20.2 first storage tank 20a second storage tank 20b
  • Liquid storage/pump tank line 60 first liquid storage/pump tank line 60a second liquid storage/pump tank line 60b
  • Gas storage/pump tank line 70 first gas storage/pump tank line 70a second gas storage/pump tank line 70b
  • Fuel cells 105 Fuel cell stacks 106

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserstoff-Tanksystem (1), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem (100) eines Flugantriebs (109), mit einem Haupttank (10) zum Bevorraten von flüssigem Wasserstoff (2.1) und zum Zurverfügungstellen von gasförmigem Wasserstoff (2.2), einem Lagertank (20) zum Lagern von flüssigem Wasserstoff (2.1), und einer Druckerhöhungseinrichtung (40), wobei die Druckerhöhungseinrichtung (40) dazu eingerichtet, durch Erhöhen eines Gasdrucks p20, p50 flüssigen Wasserstoff (2.1) über eine Zuführleitung (30) in den Haupttank (10) einzudrücken.

Description

WASSERSTOFF-TANKSYSTEM
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserstoff-Tanksystem, insbesondere für einen Brennstoffzellenflugantrieb.
Stand der Technik
Im Vergleich zu konventionellen Treibstoffen, bspw. Kerosin, können sich bei Wasserstoffbesondere Anforderungen ergeben, etwa hinsichtlich der Bevorratung in einem Tank bzw. Tanksystem. Der Wasserstoff kann als kryogener Wasserstoff in flüssiger Form mitgeführt werden, also als sogenannter Flüssigwasserstoff. Für die Nutzung in einem Antriebssystem, etwa einer Brennstoffzelle, muss er dann jedoch typischerweise in Gasform zur Verfügung stehen, also dem Antriebssystem gasförmig zugeführt werden.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein vorteilhaftes W asserstoff-Tanksy stem anzugeb en .
Dies wird erfindungsgemäß mit dem Tanksystem nach Anspruch 1 gelöst. Dieses weist zunächst einen Haupttank auf, aus dem der Antrieb bzw. das Brennstoffzellensystem mit gasförmigem Wasserstoff versorgt werden kann. Ferner weist es einen Lagertank auf, in dem im Betrieb flüssiger Wasserstoff gelagert wird. Weiterhin sind eine Druckerhöhungseinrichtung sowie eine Zuführleitung vorgesehen, wobei letztere in den Haupttank mündet. Mit der Druckerhöhungseinrichtung kann ein Gasdruck erhöht werden, bspw. in dem Lagertank selbst oder in einem zusätzlichen Pumptank (siehe unten im Detail), wobei sich durch das Erhöhen des Gasdrucks flüssiger Wasserstoff über die Zuführleitung in den Haupttank eindrücken lässt. Die Aufteilung in Haupt- und Lagertank kann bspw. dahingehend von Vorteil sein, dass die Tanks damit auf ihren jeweiligen Anwendungszweck hin optimiert werden können. Im Falle des Haupttanks, der im Betrieb den gasförmigen Wasserstoff zur Verfügung stellt (und bspw. in einem unteren Abschnitt flüssigen Wasserstoff bevorratet), kann dies bspw. eine Auslegung auf dauerhaft höhere Tankdrücke bedeuten, etwa im Bereich von 4 bar bis 8 bar. In dem Lagertank hingegen, in dem der flüssige Wasserstoff z. B. möglichst lange kalt vorgehalten wird, können aufgrund des niedrigeren Verdampfungsdrucks die Tankdrücke geringer sein, bspw. in einem Bereich zwischen 1 bar bis 3 bar liegen. Wegen der geringeren strukturellen Last können deshalb bspw. die konstruktiven Anforderungen geringer sein, was z. B. ökonomische, aber insbesondere auch Gewichtsvorteile ergeben kann.
Unabhängig davon kann die Lösung auch eine Modularität eröffnen, kann also bspw. je nach Anwendungsfall, etwa in Abhängigkeit von der geplanten Flugdauer, ein Haupttank mit einem oder mehreren bzw. unterschiedlich großen Lagertanks ausgestattet werden. Mehrere und dafür jeweils für sich kleinere Tanks können sich bspw. auch besser unterbringen lassen, also speziell im Hinblick auf runde/zylindrische Tankgeometrien die Integration in z. B. ein Flugzeug vereinfachen. Dabei ist die über den Gasdruck getriebene Umverteilung des flüssigen Wasserstoffs auch hinsichtlich der modularen Verbindbarkeit unterschiedlicher Tanks vergleichsweise einfach zu implementieren und zudem robust, etwa im Vergleich zu einer Pumpe mit mechanisch bewegten Teilen etc.
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in der gesamten Offenbarung und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird; jedenfalls implizit richtet sich die Offenbarung stets gleichermaßen auf Vorri chtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekte. Wird bspw. ein für einen bestimmten Betrieb geeignetes Tanksystem beschrieben, ist dies zugleich als Offenbarung eines entsprechenden Betriebsverfahrens zu verstehen.
Generell sind „ein“ und „eine“ im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmte Artikel und damit ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als „mindestens ein“ bzw. „mindestens eine“ zu lesen. Es kann bspw. insbesondere mehrere Lagertanks und/oder mehrere Zuführleitungen geben. Mit Blick auf das Antriebssystem insgesamt bzw. das Luftfahrzeug kann es dann bspw. auch mehrere Haupttanks geben, etwa um eine Redundanz zu schaffen.
Der Haupt- und der Lagertank können sich bspw. dahingehend unterscheiden, dass der Haupttank für einen höheren Betriebsdruck ausgelegt ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Unterschied auch darin liegen, dass der Lagertank ein größeres Innenvolumen hat, z. B. ein um mindestens das 1,5-, 2-, 2,5- oder 3-Fache größeres Innenvolumen (Obergrenzen können dann letztlich auch vom Antriebs system bzw. Luftfahrzeug insgesamt abhängen, exemplarische Werte können bei dem 100-, 50- bzw. 10-Fachen liegen). Auch unabhängig von diesen möglichen Unterschieden zum Lagertank kann der Haupttank bspw. mit einem Verdampfer ausgestattet sein, um gasförmigen Wasserstoff zur Verfügung stellen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckerhöhungseinrichtung, mit welcher der Gasdruck zum Eindrücken von flüssigem Wasserstoff in den Haupttank erhöht werden kann, eine Heizung. Mit dieser lässt sich der flüssige Wasserstoff in dem entsprechenden Tank, also Lager- oder Pumptank (siehe unten), erwärmen und lässt sich damit der Gasdruck in diesem Tank erhöhen. Dazu ist sie bspw. in einem unteren Abschnitt des Tanks angeordnet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Zuführleitung mit einem Einstellelement ausgestattet, mit dem sich ein Durchfluss durch die Zuführleitung einstellen lässt. Letzteres kann im Allgemeinen auch nur zwei Zustände umfassen, gesperrt und offen, alternativ kann sich aber bspw. auch die Durchflussmenge einstellen lassen. Im Allgemeinen ist bspw. auch eine Absperrklappe oder ein Absperrschieber möglich, bevorzugt handelt es sich bei dem Zuführleitungs-Einstellelement jedoch um ein Ventil. Generell ist ein elektronisches Ansteuern bevorzugt, kann dem Zuführleitungs-Einstellelement also bspw. von einer Steuereinheit ein jeweiliger Stellzustand vorgegeben werden. Eine Steuereinheit kann auch unabhängig von dem Zuführleitungs-Einstellelement bevorzugt Teil des Tanksystems sein, bspw. zum Ansteuem der Druckerhöhungseinrichtung. Die Steuereinheit kann z. B. lokal, etwa Mikrocontroller-basiert, oder auch global vorgesehen sein, z. B. als funktionale Untereinheit eines Bordcomputers. Unabhängig von diesen Details können in der Steuereinheit Befehle hinterlegt sein, die sie zu einem Ansteuern des Tanksystems dahingehend veranlassen, dass dieses in einer vorliegend offenbarten Weise betrieben wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich zu dem Lagertank ein Pumptank vorgesehen, wobei die Druckerhöhungseinrichtung, insbesondere Heizung, in dem Pumptank angeordnet ist. Der Pumptank kann bspw. eine gewisse Entkopplung dahingehend schaffen, dass nur ein Teil des Wasserstoffs zur Druckerhöhung erwärmt werden muss. Der Pumptank kann bevorzugt ein kleineres Innenvolumen als der Lagertank und/oder der Haupttank haben. Wie nachstehend im Einzelnen deutlich wird, kann der flüssige Wasserstoff einerseits aus dem Pumptank in den Haupttank gedrückt werden, es kann aber andererseits auch über eine Druckerhöhung im Pumptank der Druck im Lagertank erhöht und der flüssige Wasserstoff von dort zugeführt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist ein unterer Abschnitt des Pumptanks fluidisch mit einem unteren Abschnitt des Lagertanks verbunden. Soweit generell im Rahmen dieser Offenbarung auf einen „unteren Abschnitt“ eines Tanks Bezug genommen wird, kann dieser z. B., bezogen auf eine vertikale Erstreckung des Innenvolumens des entsprechenden Tanks, die von 0 % unten bis 100 % oben reicht, von 0 % bis 50 % reichen. Ein „oberer Abschnitt“ kann hingegen von 50 % bis 100 % reichen. Im Einzelnen kann eine Anordnung „in einem unteren Abschnitt“ dann bspw. zwischen 0 % und 30 % meinen, insbesondere zwischen 0 % und 20 %. Ferner kann eine Anordnung „in einem oberen Abschnitt“ dann im Detail bspw. zwischen 70 % und 100 % meinen, insbesondere zwischen 80 % und 100 %.
Im Betrieb kann diese Verbindung zwischen Lager- und Pumptank, die nachstehend auch als Flüssig-Lager/Pumptankleitung bezeichnet wird, bspw. zum Befüllen des Pumptanks mit flüssigem Wasserstoff aus dem Lagertank genutzt werden. Bevorzugt ist diese Leitung mit einem Einstellelement ausgestattet, vgl. die vorstehende Offenbarung bezüglich weiterer Details, insbesondere mit einem elektronischen ansteuerbaren Ventil.
In bevorzugter Ausgestaltung liegt eine Pumptank-Anschlussstelle der Flüssig-La- ger/Pumptankleitung auf einer geringeren geodätischen Höhe als deren Lagertank- Anschlussstelle. Damit kann der flüssige Wasserstoff schwerkraftgetrieben aus dem Lager- in den Pumptank gelangen, wenn das Einstellelement der Flüssig-La- ger/Pumptankleitung geöffnet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind ein oberer Abschnitt des Pumptanks und ein oberer Abschnitt des Lagertanks fluidisch miteinander verbunden. Über diese Gas-Lager/Pumptankleitung kann im Betrieb gasförmiger Wasserstoff zwischen Pump- und Lagertank ausgetauscht werden, etwa für einen Druckausgleich beim schwerkraftgetriebenen Befüllen des Pumptanks aus dem Lagertank oder zur Druckbeaufschlagung des Lagertanks beim Befüllen des Haupttanks aus diesem. Bevorzugt ist die Gas-Lager/Pumptankleitung mit einem Einstellelement zum Einstellen eines Durchflusses ausgestattet, vgl. die vorstehende Offenbarung bezüglich weiterer Details, insbesondere mit einem elektronischen ansteuerbaren Ventil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zuführleitung, über die dem Haupttank der flüssige Wasserstoff zugeführt wird, fluidisch an den Lagertank angeschlossen. In anderen Worten wird der flüssige Wasserstoff dem Haupttank direkt aus dem Lagertank zugeführt. Eine weitere Möglichkeit dafür, „Druckerhöhungseinrichtung im Lagertank“, wird nachstehend diskutiert, zunächst wird die diesbezügliche Nutzung des Pumptanks näher betrachtet. Ist dieser über die Gas-Lager/Pumptankleitung fluidisch mit dem Lagertank verbunden, kann durch eine Druckerhöhung im Pumptank auch der Druck in der Gasphase des Lagertanks erhöht werden (bei geöffnetem Einstellelement), sodass über die Zuführleitung flüssiger Wasserstoff in den Haupttank gedrückt werden kann (bei geöffnetem Zuführleitungs- Einstellelement, soweit vorhanden). Ein Vorteil dieser Variante kann bspw. darin bestehen, dass die Druckerzeugung ohne Erwärmen des Wasserstoffs im Lagertank erfolgt. Der zur Druckerzeugung genutzte Pumptank kann dabei einerseits über eine vorstehend diskutierte Flüssig-Lager/Pumptankleitung befüllt werden, andererseits kann in bevorzugter Ausgestaltung die Befüllung aber auch aus dem Haupttank erfolgen. Dazu kann ein unterer Abschnitt des Haupttanks mit dem Pumptank, insbesondere einem unteren Abschnitt davon, fluidisch verbunden sein, nämlich über eine Flüssig- Pump/Haupttankleitung. Diese ist bevorzugt mit einem Einstellelement zum Einstellen eines Durchflusses ausgestattet, siehe vorne bezüglich möglicher Details, insbesondere mit einem elektronischen ansteuerbaren Ventil. Optional kann zusätzlich eine Gas-Pump/Haupttankleitung vorgesehen sein, welche die oberen Abschnitte von Pump- und Haupttank miteinander verbindet und bspw. einen Druckausgleich schaffen kann. Auch diese ist bevorzugt mit einem Einstellelement zum Einstellen eines Durchflusses ausgestattet, siehe vorne bezüglich weiterer Details, insbesondere einem elektrisch ansteuerbaren Ventil.
Beim Befüllen des Pumptanks können diese beiden Einstellelemente geöffnet sein, ist das Zuführleitungs-Einstellelement hingegen geschlossen. Nach dem Befüllen des Pumptanks werden die Einstellelemente der Pump/Haupttankleitungen geschlossen und wird mittels der Druckerhöhungseinrichtung der Druck im Pumptank erhöht (bspw. bis er den Druck im Haupttank übersteigt). Dann kann das Zuführleitungs- Einstellelement geöffnet und kann damit der flüssige Wasserstoff, aufgrund der über die Gas-Lager/Pumptankleitung vermittelten Druckerhöhung im Lagertank, aus dem Lager- in den Haupttank gedrückt werden.
Gemäß einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Zuführleitung, die in den Haupttank mündet, an einen unteren Abschnitt des Pumptanks angeschlossen. Mit dem Erhöhen des Gasdrucks im Pumptank wird der flüssige Wasserstoff aus diesem in den Haupttank gedrückt, wenn das Zuführleitungs-Einstellelement geöffnet ist. Das Befüllen des Pumptanks erfolgt aus dem Lagertank, bevorzugt über die mit einem Einstellelement ausgestattete Flüssig-Lager/Pumptankleitung. Weiter bevorzugt ist auch eine mit einem Einstellelement ausgestattete Gas-Lager/Pumptanklei- tung vorgesehen, wobei zum Befüllen des Pumptanks beide Einstellelemente geöffnet sind und anschließend für die Druckerhöhung im Pumptank und das Befüllen des Haupttanks geschlossen werden.
Gemäß einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Druckerhöhungseinrichtung im Lagertank selbst angeordnet, ist also in anderen Worten die Pumpfunktion innerhalb des Lagertanks realisiert. Die Zuführleitung verbindet dabei einen unteren Abschnitt des Lagertanks mit dem Haupttank. Zum Befüllen des Haupttanks wird bevorzugt zunächst der Druck im Lagertank erhöht (bis er größer als der Druck im Haupttank ist, dann wird das Einstellelement geöffnet und damit flüssiger Wasserstoff in den Haupttank gedrückt.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die als Heizung vorgesehene Druckerhöhungseinrichtung dabei zwar im Lagertank, dort jedoch in einem gesonderten Kompartiment angeordnet. Ein Teil des Innenvolumens des Lagertanks ist also teilweise abgetrennt, sodass zwar eine fluidische Verbindung mit dem übrigen Innenvolumen besteht, die in dem Kompartiment angeordnete Heizung aber teilweise thermisch isoliert ist. Damit wird eine gewisse thermische Entkopplung geschaffen. Bevorzugt ist das Kompartiment sowohl mit einem oberen Abschnitt als auch mit einem unteren Abschnitt des übrigen Innenvolumens in fluidischer Verbindung, also mit sowohl der Flüssigais auch der Gasphase. Unten kann flüssiger Wasserstoff einströmen und dann mit der Heizung erwärmt werden, wobei oben das Gas austreten und damit die Druckerhöhung an das gesamte Innenvolumen weitergegeben werden kann.
Die Erfindung betrifft auch einen Lagertank mit integrierter Druckerhöhungseinrichtung und/oder einen Pumptank mit integrierter Druckerhöhungseinrichtung.
Die Erfindung betrifft auch ein Brennstoffzellensystem, insbesondere einen Brennstoffzellenflugantrieb, mit einem vorliegend offenbarten Wasserstoff-Tanksystem. Das Brennstoffzellensystem kann zusätzlich Brennstoffzellen aufweisen, die typischerweise in Form einer oder mehrerer Stapel vorgesehen sein können. Der gasförmige Wasserstoff aus dem Haupttank wird den Brennstoffzellen als Reaktionsgas zugeführt, als weiteres Reaktionsgas kann Sauerstoff bzw. Luft dienen. Die Brennstoffzellen können dann bspw. einen Elektromotor mit elektrischer Leistung versorgen. Die Erfindung betrifft ferner ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug, mit einem solchen Brennstoffzellensystem bzw. Antrieb. Das Brennstoffzellensystem ist mit dem Wasserstoff-Tanksystem in dem Luftfahrzeug, insbesondere Flugzeug, verbaut. In anderen Worten sind die Tanks des Wasserstoff-Tanksystems, bspw. der Haupttank und der Lagertank, und soweit vorhanden auch der Pumptank, strukturell in oder an dem Flugzeug integriert, bspw. im Rumpf und/oder Flügel integriert. Insbesondere wenn eine Mehrzahl Lagertanks vorgesehen sind (siehe vorne im Detail, kann z. B. einer oder auch mehrere davon auch als Zusatztank außen am Luftfahrzeug bzw. Flugzeug angehängt sein, bspw. unterhalb des Flügels. Unabhängig von solchen Details ist das Wasserstoff-Tanksystem solchermaßen in das Luftfahr- zeug/Flugzeug integriert, dass dieses samt Tanksystem bestimmungsgemäß gebraucht, also zur Luftfahrt/zum Flugbetrieb genutzt werden kann. Demensprechend wird bspw. im Betrieb, also während des Flugs, aus dem Haupttank gasförmiger Wasserstoff zur Verfügung gestellt und umgekehrt der Haupttank mit flüssigem Wasserstoff befüllt, je nach Bauform aus dem Lager- oder Pumpank, siehe vorne im Detail.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Tank- bzw. Brennstoffzellensystems oder entsprechenden Flugzeugs, wobei in dem Lagertank flüssiger Wasserstoff gelagert wird. Mit der Druckerhöhungseinrichtung wird, entweder im Lagertank selbst oder in einem Pumptank, der Gasdruck erhöht um damit, bspw. nach Öffnen des Zuführleitungs-Einstellelements, flüssigen Wasserstoff in den Haupttank zu drücken.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Haupttanks und/oder eines Lagertanks und/oder einer Druckerhöhungseinrichtung in einem vorliegend offenbarten W asserstoff-Tanksy stem .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Figur 1 ein erstes Wasserstoff-Tanksystem in schematischer Darstellung;
Figur 2 ein zweites Wasserstoff-Tanksystem in schematischer Darstellung; Figur 3 ein drittes Wasserstoff-Tanksystem in schematischer Darstellung; Figur 4 ein viertes Wasserstoff-Tanksystem in schematischer Darstellung;
Figur 5 ein fünftes Wasserstoff-Tanksystem in schematischer Darstellung;
Figur 6 ein sechstes Wasserstoff-Tanksystem in schematischer Darstellung; Figur 7 einen Brennstoffzellenflugantrieb in schematischer Darstellung; Figur 8 ein Flugzeug mit einem Flugantrieb gemäß Figur 7.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Wasserstoff-Tanksystem 1, das einen Haupttank 10 und einen Lagertank 20 aufweist. Im Innenvolumen 21 des Lagertanks 20 wird flüssiger Wasserstoff 2.1 gelagert, im oberen Bereich liegt gasförmiger Wasserstoff 2.2 vor. Dies gilt analog für den Haupttank 10, aus dem der gasförmige Wasserstoff 2.2 dann als Reaktionsgas einem Antrieb, insbesondere Brennstoffzellenflugantrieb (siehe unten), zur Verfügung gestellt wird (mit einem strichlierten Pfeil angedeutet).
Der Haupttank 10 wird aus dem Lagertank 20 mit flüssigem Wasserstoff 2.1 befüllt, wozu eine Zuführleitung 30 einen unteren Abschnitt 20.1 des Lagertanks 20 mit dem Haupttank 10 verbindet (das Bezugszeichen 20.2 bezeichnet einen oberen Abschnitt). Die Zuführleitung 30 ist mit einem Zuführleitungs-Einstellelement 31 ausgestattet, vorliegend einem elektronisch ansteuerbaren Ventil. In dem Lagertank 20 ist eine Druckerhöhungseinrichtung 40 angeordnet, die in Form einer Heizung 41 vorgesehen ist. Durch Aufheizen des flüssigen Wasserstoffs 2.1 lässt sich der Druck in der Gasphase, also des gasförmigen Wasserstoffs 2.2 erhöhen. Das Zuführleitungs-Einstellelement 31 ist hierbei zunächst geschlossen. Wenn der Gasdruck P20 im Lagertank 20 größer als der Gasdruck pw im Haupttank 10 ist, kann das Zuführleitungs Einstellelement 31 geöffnet und kann damit flüssiger Wasserstoff 2.1 über die Zuführleitung 30 in den Haupttank 10 gedrückt werden.
Figur 2 zeigt ein jenem gemäß Figur 1 im prinzipiellen Aufbau vergleichbares Wasserstoff-Tanksystem 1. Generell bezeichnen im Rahmen dieser Offenbarung gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bzw. Teile mit vergleichbarer Funktion und wird insofern immer auch auf die Beschreibung der anderen Figuren verwiesen. Deshalb werden im Folgenden vorrangig die Unterschiede betont.
Bei dem Wasserstoff-Tanksystem 1 gemäß Figur 2 ist die Heizung 41 in dem Lagertank 20 in einem gesonderten Kompartiment 25 angeordnet. Dieses ist vorliegend als rohrförmiger, bspw. im Wesentlichen hohlzylindrischer Körper ausgeführt, der am oberen Ende offen und am unteren Ende mit Einströmöffnungen versehen ist. Über letztere kann flüssiger Wasserstoff 2.1 einströmen, am oberen Ende kann gasförmiger Wasserstoff 2.2 austreten. Zum übrigen Innenvolumen 21 bzw. flüssigen Wasserstoff 2.1 hin schafft das Kompartiment 25 eine gewisse thermische Isolation, die Heizung 41 wirkt also zumindest nicht direkt auf den gesamten flüssigen Wasserstoff 2.1.
Figur 3 zeigt ein Wasserstoff-Tanksystem 1, das zusätzlich zu dem Haupttank 10 und Lagertank 20 einen Pumptank 50 aufweist, in dem die Druckerhöhungseinrichtung 40 angeordnet ist. Wie auch im Falle der Figuren 1 und 2 ist die Darstellung nicht maßstäblich, insbesondere der Lagertank 20 ist in realiter nicht nur größer als der Pumptank 50, sondern auch größer als der Haupttank 10. Die Zuführleitung 30 verbindet einen unteren Abschnitt 50.1 des Pumptanks 50 mit dem Haupttank 10. Der flüssige Wasserstoff 2.1 wird also aus dem Pumptank 50 durch Erhöhen des Gasdrucks pso mittels der Druckerhöhungseinrichtung 40 in den Haupttank 10 gedrückt (bei geöffnetem Zuführleitungs-Einstellelement 31).
Dabei sind die Einstellelemente 61, 71 geschlossen. Das Einstellelement 61 ist einer Flüssig-Lager/Pumptankleitung 60 zugeordnet, die den unteren Abschnitt 20.1 des Lagertanks 20 mit dem unteren Abschnitt 50.1 des Pumptanks 50 verbindet. Das Einstellelement 71 ist einer Gas-Lager/Pumptankleitung 70 zugeordnet, welche die oberen Abschnitte 20.2, 50.2 miteinander verbindet. Zum Befüllen des Pumptanks 50 werden, bei geschlossenem Zuführleitungs-Einstellelement 31, beide Einstellelemente 61, 71 geöffnet, sodass flüssiger Wasserstoff 2.1 aus dem Lagertank 20 in den Pumptank 50 fließt. Dies erfolgt, anders als die Befüllung des Haupttanks 10, schwerkraftgetrieben, die Pumptank- Anschlussstelle 62 ist auf einer geringeren geodätischen Höhe als die Lagertank-Anschlussstelle 63 angeordnet.
Figur 4 zeigt ein jenem gemäß Figur 3 vergleichbares Wasserstoff-Tanksystem 1. Im Unterschied dazu sind jedoch mehrere Lagertanks mit entsprechender fluidischer Anbindung vorgesehen, nämlich ein erster Lagertank 20a und ein zweiter Lagertank 20b. Diese sind über ein jeweiliges Leitungssystem an den Pumptank 50 angebunden, also über eine erste Flüssig-Lager/Pumptankleitung 60a sowie eine erste Gas- Lager/Pumptankleitung 70a im Falle des ersten Lagertanks 20a und über eine zweite Flüssig-Lager/Pumptankleitung 60b und eine zweite Gas-Lager/Pumptankleitung 70b im Falle des zweiten Lagertanks 20b. Die Befüllung des Haupttanks 10 erfolgt analog Figur 4 bei geschlossenen Einstellelementen 61a, b, 71a, b. Der Pumptank 50 kann entweder aus dem ersten oder dem zweiten Lagertank 20a, b befüllt werden, also entweder durch Öffnen der Einstellelemente 61a, 71b oder der Einstellelemente 61b und 71b.
Figur 5 zeigt ein Wasserstoff-Tanksystem 1, bei dem die Druckerhöhungseinrichtung 40 ebenfalls in einem Pumptank 50 angeordnet ist. Durch Erhöhen des Gasdrucks pst) im Pumptank 50 wird in diesem Fall jedoch nicht der flüssige Wasserstoff 2.1 aus dem Pumptank 50, sondern aus dem Lagertank 20 in den Haupttank 10 gedrückt. Die Zuführleitung 30 verbindet den unteren Abschnitt 20.1 des Lagertanks 20 mit dem Haupttank 10. Ferner verbindet dazu die Gas-Lager/Pumptankleitung den oberen Abschnitt 20.2 des Lagertanks 20 mit dem oberen Abschnitt 50.2 des Pumptanks 50, sodass durch Erhöhen des Gasdrucks pso auch der Gasdruck P20 in dem Lagertank 20 erhöht wird. Dabei sind das Zuführleitungs-Einstellelement 31 und das Einstellelement 61 zunächst geschlossen, und sobald der Gasdruck P20 größer als der Gasdruck pw ist, kann durch Öffnen des Zuführleitungs-Einstellelements 31 der flüssige Wasserstoff 2.1 in den Haupttank 10 gedrückt werden. Zum Befüllen des Pumptanks 50 wird das Zuführleitungs-Einstellelement 31 geschlossen und wird das Einstellelement 61 geöffnet, sodass der flüssige Wasserstoff 2.1 schwerkraftgetrieben in den Pumptank 50 fließen kann.
Das Wasserstoff-Tanksystem 1 gemäß Figur 6 gleicht in seinem prinzipiellen Aufbau jenem gemäß Figur 5. Der Haupttank 10 wird also aus dem Lagertank 20 infolge einer Erhöhung des Gasdrucks pso und damit des Gasdrucks P20 über die Zuführlei- tung 30 eingedrückt. Ein Unterschied besteht jedoch in der Befüllung des Pumptanks 50 mit flüssigem Wasserstoff 2.1, die gemäß Figur 6 aus dem Haupttank 10 erfolgt. Dazu ist der untere Abschnitt 50.1 des Pumptanks 50 über eine Flüssig-Pump/Haupt- tankleitung 80 mit dem Haupttank 10 verbunden und kann zum Befüllen das Einstellelement 81 geöffnet werden. Ferner ist der obere Abschnitt 50.2 des Pumptanks 50 zum Druckausgleich über eine Gas-Pump/Haupttankleitung 90 mit dem oberen Abschnitt 10.2 des Haupttanks 10 verbunden. Das Einstellelement 91 ist optional. Zum Befüllen wird das Einstellelement 81 und, soweit vorhanden, auch das Einstellelement 91 geöffnet, wobei das Zuführleitungs-Einstellelement 31 geschlossen ist. Danach wird das bzw. werden die Einstellelemente 81, 91 zwischen Pumptank 50 und Haupttank 10 geschlossen, danach kann die Druckerhöhung und infolgedessen Haupttankbefüllung wie für Figur 5 beschrieben erfolgen.
Figur 7 zeigt ein Brennstoffzellensystem 100, welches mehrere Brennstoffzellen 105 in Form von Brennstoffzellenstapeln 106 und ein Wasserstoff-Tanksystem 1 aufweist. Von letzterem werden die Brennstoffzellen 105 mit gasförmigem Wasserstoff 2.2 versorgt, und die Brennstoffzellen 105 stellen einem Elektromotor 107 elektrische Leistung P zur Verfügung, die zum Antreiben eines Propellers 108 und damit zur Vorschuberzeugung des Brennstoffzellenflugantriebs 109 genutzt wird.
Figur 8 zeigt ein Fluggerät 110, vorliegend ein Flugzeug 111, das mit einem solchen Flugantrieb 109 ausgestattet ist. BEZUGSZEICHENLISTE
Wasserstoff-Tanksystem 1 flüssiger Wasserstoff 2.1 gasförmiger Wasserstoff 2.2
Haupttank 10
Lagertank 20 unterer Ab schnitt 20.1 oberer Abschnitt 20.2 erster Lagertank 20a zweiter Lagertank 20b
Innenvolumen 21
Kompartiment 25
Zuführleitung 30
Zuführleitungs-Einstellelement 31
Druckerhöhungseinrichtung 40
Heizung 41
Pumptank 50 unterer Ab schnitt 50.1 oberer Abschnitt 50.2
Flüssig-Lager/Pumptankleitung 60 erste Flüssig-Lager/Pumptankleitung 60a zweite Flüssig-Lager/Pumptankleitung 60b
Einstellelement 61
Pumptank-Anschlussstelle 62
Lagertank-Anschlussstelle 63
Gas-Lager/Pumptankleitung 70 erste Gas-Lager/Pumptankleitung 70a zweite Gas-Lager/Pumptankleitung 70b
Einstellelement 71
Flüssig-Pump/Haupttankleitung 80
Einstellelement 81 Gas-Pump/Haupttankleitung 90
Einstellelement 91
Brennstoffzellensystem 100
Brennstoffzellen 105 Brennstoffzellenstapeln 106
Elektromotor 107
Propellers 108
Brennstoffzellenflugantrieb 109
Fluggerät 110 elektrische Leistung P
Gasdruck im Haupttank pio
Gasdruck im Lagertank P20
Gasdruck im Pumptank pso

Claims

ANSPRÜCHE
1. Wasserstoff-Tanksystem (1), insbesondere für ein Brennstoffzellensystem (100) eines Flugantriebs (109), mit einem Haupttank (10) zum Bevorraten von flüssigem Wasserstoff (2.1) und zum Zurverfügungstellen von gasförmigem Wasserstoff (2.2), einem Lagertank (20) zum Lagern von flüssigem Wasserstoff (2.1), und einer Druckerhöhungseinrichtung (40), wobei die Druckerhöhungseinrichtung (40) dazu eingerichtet, durch Erhöhen eines Gasdrucks P20, pso flüssigen Wasserstoff (2.1) über eine Zuführleitung (30) in den Haupttank (10) einzudrücken.
2. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach Anspruch 1, bei welchem die Druckerhöhungseinrichtung (40) eine Heizung (41) zum Aufheizen von flüssigem Wasserstoff (2.1) und infolgedessen Erhöhen des Gasdrucks P20, pso aufweist.
3. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Zuführleitung (30) mit einem Zuführleitungs-Einstellelement (31) zum Einstellen eines Durchflusses ausgestattet ist.
4. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches zusätzlich einen Pumptank (50) aufweist, wobei die Druckerhöhungseinrichtung (40) zum Erhöhen des Gasdrucks pso in dem Pumptank (50) angeordnet ist.
5. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach Anspruch 4, bei welchem ein unterer Abschnitt (50.1) des Pumptanks (50) fluidisch mit einem unteren Abschnitt (20.1) des Lagertanks (20) verbunden ist.
6. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach Anspruch 5, bei welchem eine Pumptank- Anschlussstelle (62) der fluidischen Verbindung auf einer geringeren geodätischen Höhe als eine Lagertank-Anschlussstelle (63) liegt.
7. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem ein oberer Abschnitt (50.2) des Pumptanks (50) fluidisch mit einem oberen Abschnitt (20.2) des Lagertanks (20) verbunden ist.
8. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach Anspruch 7, bei welchem die Zuführleitung (30), die in den Haupttank (10) mündet, an einen unteren Abschnitt (20.1) des Lagertanks (20) solchermaßen fluidisch angeschlossen ist, dass durch Erhöhen eines Gasdrucks pso in dem Pumptank (50) und damit Erhöhen eines Gasdrucks P20 in dem Lagertank (20) flüssiger Wasserstoff (2.1) aus dem Lagertank (20) über die Zuführleitung (30) in den Haupttank (10) eingedrückt werden kann.
9. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach Anspruch 8, bei welchem ein unterer Abschnitt (50.1) des Pumptanks (50) fluidisch mit einem unteren Abschnitt (10.1) des Haupttanks (10) zum Befüllen des Pumptanks (50) aus dem Haupttank (10) verbunden ist.
10. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welchem die Zuführleitung (30), die in den Haupttank (10) mündet, an einen unteren Abschnitt (50.1) des Pumptanks (50) solchermaßen fluidisch angeschlossen ist, dass durch Erhöhen eines Gasdrucks pso in dem Pumptank (50) flüssiger Wasserstoff (2.1) aus dem Pumptank (50) über die Zuführleitung (30) in den Haupttank (10) eingedrückt werden kann.
11. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Drückerhöhungseinrichtung (40) zum Erhöhen des Gasdrucks P20 in dem Lagertank (20) angeordnet ist.
12. Wasserstoff-Tanksystem (1) nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch 2, bei welchem die Heizung (41) in dem Lagertank (20) in einem gesonderten Kompartiment (25) angeordnet ist, welches mit dem übrigen Innenvolumen (21) in fluidischer Verbindung steht, jedoch zumindest teilweise thermisch isoliert davon ist.
13. Lagertank (20), in dem eine Druckerhöhungseinrichtung (40) zum Erhöhen eines Gasdrucks P20 in dem Lagertank (20) angeordnet ist, für ein Wasserstoff- Tanksystem (1) nach Anspruch 11 oder 12.
14. Pumptank (50), in dem eine Druckerhöhungseinrichtung (40) zum Erhöhen eines Gasdrucks pso in dem Pumptank (50) angeordnet ist, für ein Wasserstoff- Tanksystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10.
15. Brennstoffzellensystem (100), insbesondere Brennstoffzellenflugantrieb (109), mit einem Wasserstoff-Tanksystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
16. Luftfahrzeug (110), insbesondere Flugzeug (111), mit einem Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 15.
17. Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoff-Tanksystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, eines Brennstoffzellensystems (100) nach Anspruch 15 oder eines Luftfahrzeugs (110) nach Anspruch 16, bei welchem in dem Lagertank (20) flüssiger Wasserstoff (2.1) gelagert wird; mit der Drückerhöhungseinrichtung (40) ein Gasdruck pso, P20 in einem Pumptank (50) und/oder dem Lagertank (20) erhöht wird; mit dem erhöhten Gasdruck pso, P20 flüssiger Wasserstoff (2.1) über die Zuführleitung (30) in den Haupttank (10) eingedrückt wird.
18. Verwendung eines Haupttanks (10), eines Lagertanks (20) und/oder einer Druckerhöhungseinrichtung (40) in einem Wasserstoff-Tanksystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einem Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 15 oder einem Luftfahrzeug (110) nach Anspruch 16.
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