WO2006032323A1 - Wärmeübertrager für wasserstoffbetriebene kraftstoffversorgungsanlagen - Google Patents

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hydrogen
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fuel
supply system
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Jürgen TURINI
Johann Schnagl
Christopher Von Kuensberg Sarre
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    • Y10S123/00—Internal-combustion engines
    • Y10S123/12—Hydrogen

Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply system according to the preamble of claim 1.
  • cryogenic hydrogen has the advantage that one achieves a higher energy density than when storing gaseous hydrogen.
  • the hydrogen tank must be extremely well insulated. Nevertheless, a certain heat input into the hydrogen tank and thus a constant evaporation of small amounts of liquid hydrogen is inevitable.
  • cryogenic Was ⁇ serstoff of about -25o C 0 preheated to a temperature devis ⁇ half the ambient temperature. This is necessary because at such low temperatures seals of the fuel system would become brittle and leaking, resulting in malfunction of various components of the fuel system would result, for example on valves.
  • the object of the invention is to provide a fuel supply system for a hydrogen-powered internal combustion engine or for a fuel cell, wherein the hydrogen taken from the hydrogen tank is preheated, being ensured that the temperatures at surfaces of the individual components of the fuel system at least equal to the temperature of Ambient air are.
  • the invention is based on a fuel supply system for a combustion engine operable with hydrogen or for a fuel cell, wherein a hydrogen tank and a heat exchanger is provided.
  • the hydrogen tank stores frozen liquid hydrogen.
  • the stored hydrogen has a temperature which is in the range of about -250 0 C.
  • the heat exchanger is provided for heating the hydrogen taken from the hydrogen tank.
  • the heat exchanger preheats the hydrogen from the temperature prevailing in the hydrogen tank to a temperature which is equal to the ambient temperature or which is above the ambient temperature.
  • the heat exchanger has a fuel inlet connected to the hydrogen tank. From the fuel inlet, the hydrogen flows through the "hydrogen range" of the heat exchanger to a fuel outlet, via which the preheated hydrogen is removed from the heat exchanger.
  • the heat exchanger further has a coolant inlet, flows through the hot coolant from the cooling circuit of the internal combustion engine or the fuel cell in a "coolant region" of the heat exchanger, which is in “thermal communication" with the "hydrogen region".
  • a coolant region of the heat exchanger, which is in “thermal communication” with the "hydrogen region”.
  • In the heat exchanger gives the hot coolant Heat to the hydrogen from and then flows through a coolant outlet again out of the heat exchanger out.
  • the core of the invention is that the heat exchanger is surrounded by a fluid-tight "jacket” or a fluid-tight "shell".
  • the jacket may have the form of a "box”.
  • the jacket may also be in the form of a tube, a circular cylinder or a "tank” with convex end faces, as known from tank trucks, and between the jacket and the heat exchanger there is a space through which a fluid flows.
  • the volume flow of the fluid flowing through the intermediate space is adjusted to ensure that the temperature at the surface of the jacket is at least equal to or above the ambient temperature, thereby ensuring that neither the ambient air nor the moisture contained therein in the area of the heat exchanger That is, icing of the heat exchanger or of the heat exchanger surrounding the jacket and the "subsequent" components of the fuel system is avoided.
  • the ambient air liquefies locally in the region of the heat exchanger, i. that oxygen is distilled off from the ambient air.
  • the "after" the heat exchanger arranged components of the fuel system also have at least ambient air temperature, since they are traversed by the already preheated in the heat exchanger hydrogen.
  • the jacket which surrounds the heat exchanger, can be flanged directly onto the hydrogen tank. This ensures that all components of the fuel system in which cryogenic hydrogen is found have at least ambient air temperature on their surface.
  • the jacket surrounding the heat exchanger is impermeable to hydrogen.
  • a hydrogen sensor may be arranged, which detects leakage of hydrogen from the heat exchanger into the intermediate space and thus into the fluid circuit in the event of a leak in one of the hydrogen-carrying components of the fuel system.
  • the heat exchanger can be connected to the hydrogen tank via a plurality of lines through which hydrogen flows.
  • the term "central clutch" is to be understood as meaning that in the individual connecting lines between the hydrogen tank and the heat exchanger there is in each case arranged a detachable "line coupling.”
  • the hydrogen tank and the heat exchanger This is not only advantageous with regard to assembly or disassembly, but also enables the hydrogen tank and the heat exchanger to be manufactured, tested and optimized independently of each other.
  • Valves and various sensors can be arranged in the area between the hydrogen tank and the heat exchanger "shielded" in a so-called “subsystem capsule".
  • the auxiliary system capsule is flowed through or flowed through by hot coolant.
  • the space between the jacket and the heat exchanger may be connected to the cooling circuit of the internal combustion engine.
  • the intermediate space may be connected to the cooling circuit of the fuel cell.
  • the gap may also be connected to a separate cooling circuit which is separate from the cooling circuit of the internal combustion engine or the fuel cell, so the gap does not necessarily have to be with coolant from the cooling circuit flow through the internal combustion engine or the fuel cell, but can also be traversed by another suitable medium.
  • the jacket can be made very stiff as a "protective jacket", which protects the heat exchanger and the conduit system disposed within the shell in an accident from mechanical damage.
  • FIGURE 1 shows the basic principle of the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a fuel supply system 1 for an internal combustion engine 2 which can be operated with hydrogen.
  • the fuel supply system 1 has a hydrogen tank 3, in which liquid hydrogen is stored, a heat exchanger 4 and a here only very schematically dargestell ⁇ tes, the heat exchanger 4 connecting to the engine "Fluid system" 5, which may include lines, valves, injectors, etc. and which is primarily intended to supply hydrogen from the heat exchanger 4 to the engine 2.
  • the fuel tank 3 is connected via a partial flow line 6 and a main flow line 7 to a first fuel inlet 8 or to a second fuel inlet 9 of the heat exchanger.
  • the first fuel inlet 8 is in fluid communication with a first fuel outlet 10 and the second fuel inlet 9 with a second fuel outlet 11.
  • the fuel exits 10, 11 in turn are connected via connecting lines 12, 13 with the fluid system 5 in connection, on the one hand supplies the engine 2 with preheated hydrogen and if necessary via a line 14 a small portion of the preheated hydrogen back into the hydrogen tank 3 passes.
  • the engine 2 is cooled by a radiator 15. Hotde ⁇ medium is pumped by a coolant pump, not shown here via a coolant inlet 16 into the heat exchanger 4. In the heat exchanger 4, the coolant releases heat to the hydrogen and pre-heats it. The cooled coolant flows back via a coolant outlet 17 in the direction of the cooler 15. The coolant inlet 16 and the coolant outlet 17 can be closed by a thermostatic valve 18. The thermostatic valve 18 is controlled so that the coolant outlet 17 of the heat exchanger 4, a predetermined target temperature of eg 50 0 C is maintained. As can be seen from FIG. 1, the heat exchanger 4 is surrounded by a jacket 19. The jacket 19 is flanged directly to the fuel tank 3 in the embodiment shown here.
  • the jacket 19 is arranged at a distance from the heat exchanger 4.
  • the "gap" 20 between the jacket 19 and the heat exchanger 4 is flowed through by coolant of the cooling circuit, which is indicated here only schematically by arrows 21 - 25. This ensures that the temperature at the surface of the jacket 19 is at least outside temperature or above.
  • line couplings may be arranged in each case.
  • the hydrogen tank 3 is detachably connected to the heat exchanger.
  • the line couplings as well as various sensors (not shown) can be arranged separately in a "secondary system capsule" (not shown) arranged between the hydrogen tank 3 and the heat exchanger 4.
  • the auxiliary system capsule is flowed through or flowed through by hot coolant, which ensures that it is arranged therein Valves and sensors are kept at a certain minimum operating temperature, which is necessary for proper function.

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Abstract

Kraftstoffversorgungsanlage für einen mit Wasserstoff betreibbaren Verbrennungsmotor bzw. für eine Brennstoffzelle, mit: einem Wasserstofftank, der zur Speicherung tiefgekühlten, flüssigen Wasserstoffs vorgesehen ist, einem Wärmeübertrager, der zur Vorwärmung des tiefgekühlten Wasserstoffs vorgesehen ist, wobei der Wärmeübertrager mindestens einen Kraftstoffeingang aufweist, welcher in Fluidverbindung mit dem Wasserstofftank steht, mindestens einen mit dem Kraftstoffeingang in Fluidverbindung stehenden Kraftstoffausgang, über den vorgewärmter Wasserstoff aus dem Wärmeübertrager abgeführt wird, mindestens einen Kühlmitteleingang, über den dem Wärmeübertrager heisses Kühlmittel aus einem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle zugeführt wird und mindestens einen mit dem Kühlmitteleingang in Fluidverbindung stehenden Kühlmittelausgang, über den abgekühltes Kühlmittel, das Wärme an den Wasserstoff abgegeben hat, aus dem Wärmeübertrager abgeführt wird. Der Wärmeübertrager ist von einem fluiddichten Mantel umschlossen. Zwischen dem Wärmeübertrager und dem Mantel ist ein Zwischenraum vorgesehen ist, der von einem Fluid durchströmt ist, das Wärme an den Wärmeübertrager abgibt und den Wärmeübertrager gegenüber der Umgebung isoliert.

Description

Wärmeübertrager für wasserstoffbetriebene Kraftstoffversorgungs¬ anlagen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Seit geraumer Zeit werden Fahrzeuge mit wasserstoffbetriebenen Ver¬ brennungsmotoren erforscht. Hinsichtlich der Speicherung des für den Be¬ trieb des Verbrennungsmotors benötigten Wasserstoffs gibt es zwei gegen¬ läufige Ansätze, nämlich die Speicherung gasförmigen Wasserstoffs bei Um¬ gebungstemperatur und sehr hohem Druck sowie die Speicherung flüssigen, kryogenen Wasserstoffs bei einer Temperatur von ca. -2500C und relativ geringem Druck. Die Speicherung kryogenen Wasserstoffs hat den Vorteil, dass man eine höhere Energiedichte erreicht als bei einer Speicherung gasförmigen Wasserstoffs. Um den Wasserstoff längere Zeit, d.h. mehrere Wochen flüssig zu halten, muss der Wasserstofftank extrem gut isoliert sein. Dennoch ist ein gewisser Wärmeeintrag in den Wasserstofftank und dadurch bedingt eine ständige Verdampfung geringer Mengen flüssigen Wasserstoffs unvermeidlich. Um den Druckanstieg im Wasserstofftank zu begrenzen, muss bei längeren Standzeiten des Fahrzeugs ständig eine geringe Menge verdampften Wasserstoffs an die Umgebung abgeführt werden. Der abzuführende Wasserstoff kann dabei zu Wasser oxidiert, d.h. in einen „ungefährlichen" Zustand gebracht werden.
Für den Betrieb des Verbrennungsmotors muss der flüssige, kryogene Was¬ serstoff von ca. -25O0C auf eine Temperatur vorgewärmt werden, die ober¬ halb der Umgebungstemperatur liegt. Dies ist schon deshalb erforderlich, weil bei derart niedrigen Temperaturen Dichtungen der Kraftstoffanlage verspröden und undicht würden, was Funktionsstörungen an verschiedenen Komponenten der Kraftstoffanlage zur Folge hätte, z.B. an Ventilen.
Würde der Wasserstoff beim Ausströmen aus dem Wasserstofftank nicht vorgewärmt werden, so würden an den Oberflächen der einzelnen „Kraftstoffanlagenkomponenten", d.h. an den Oberflächen der Kraftstoffleitungen, an den Ventilen, etc. ebenfalls sehr tiefe Temperaturen auftreten. Dies wiederum hätte zur Folge, dass die in der Umgebungsluft enthaltene Feuchtigkeit lokal kondensiert. Das abgeschiedene Wasser würde auf den Bauteiloberflächen sofort gefrieren, was allmählich eine vollständige Vereisung der Kraftstoffanlage zur Folge hätte. Aufgrund der extrem niedrigen Temperatur des Wasserstoffs bestünde sogar die Gefahr, dass sich die Umgebungsluft im Bereich dieser extrem kalten Komponenten lokal verflüssigt bzw. dass Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausdestilliert wird. All diese Effekte sind unerwünscht und bergen erhebliche Gefahren.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, den für die Verbrennung vorgesehenen Wasserstoff in einem Wärmeübertrager auf eine Temperatur, die oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, vorzuwärmen, wobei die für die Vorwärmung benötigte Wärmeleistung, die bei Versuchsmotoren in einem Bereich zwischen 20 und 25 KW liegt, dem Kühlkreislauf des Verbrennungs¬ motors entzogen wird. Die bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren über den Kühler ungenutzt an die Umgebung abgegebene Wärme wird also zur Vorwärmung des Wasserstoffs verwendet. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffversorgungsanlage für einen mit Wasserstoff betreibbaren Verbrennungsmotor oder für eine Brennstoffzelle zu schaffen, bei welcher der dem Wasserstofftank entnommene Wasserstoff vorgewärmt wird, wobei sichergestellt ist, dass die Temperaturen an Oberflächen der einzelnen Komponenten der Kraftstoffanlage mindestens gleich der Temperatur der Umgebungsluft sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffversorgungsanlage für einen mit Was¬ serstoff betreibbaren Verbrennungsmotor oder für eine Brennstoffzelle aus, wobei ein Wasserstofftank und ein Wärmeübertrager vorgesehen ist. Im Wasserstofftank ist tiefgekühlter flüssiger Wasserstoff gespeichert. Der gespeicherte Wasserstoff weist eine Temperatur auf, die im Bereich von ca. -2500C liegt. Der Wärmeübertrager ist zur Erwärmung des dem Wasserstofftank entnommenen Wasserstoffs vorgesehen. Durch den Wärmeübertrager wird der Wasserstoff von der im Wasserstofftank herrschenden Temperatur auf eine Temperatur vorgewärmt, die gleich der Umgebungstemperatur ist oder die über der Umgebungstemperatur liegt. Der Wärmeübertrager weist einen Kraftstoffeingang auf, der an den Wasserstofftank angeschlossen ist. Vom Kraftstoffeingang aus durchströmt der Wasserstoff den "Wasserstoffbereich" des Wärmeübertragers hin zu einem Kraftstoffausgang, über den der vorgewärmte Wasserstoff aus dem Wärmeübertrager abgeführt wird. Der Wärmeübertrager weist ferner einen Kühlmitteleingang auf, über den heißes Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle in einen "Kühlmittelbereich" des Wärmeübertragers strömt, der in „thermischer Verbindung" mit dem „Wasserstoffbereich" steht. Im Wärmeübertrager gibt das heiße Kühlmittel Wärme an den Wasserstoff ab und strömt anschließend über einen Kühlmittelausgang wieder aus dem Wärmeübertrager heraus.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Wärmeübertrager von einem fluiddichten „Mantel" bzw. einer fluiddichten „Hülle" umgeben ist. Der Mantel bzw. die Hülle kann die Form eines "Kasten" haben. Der Mantel kann auch die Form einer Röhre, eines Kreiszylinders oder eines „Tanks" mit konvexen Stirnflächen haben, wie er von Tankfahrzeugen bekannt ist. Zwischen dem Mantel und dem Wärmeübertrager ist ein Zwischenraum vorgesehen, der von einem Fluid durchströmt ist. Die Temperatur und der Volumenstrom des durch den Zwischenraum strömenden Fluids sind so abgestimmt, dass sichergestellt ist, dass die Temperatur an der Oberfläche des Mantels mindestens gleich der Umgebungstemperatur ist-oder darüber liegt. Dadurch ist sichergestellt, dass weder die Umgebungsluft noch die darin enthaltene Feuchtigkeit im Bereich des Wärmeübertragers, d.h. an der Oberfläche des Mantels kondensiert. Somit wird eine Vereisung des Wärmeübertragers bzw. des den Wärmeübertrager umgebenden Mantels und der „nachfolgenden" Komponenten der Kraftstoffanlage vermieden. Insbesondere wird vermieden, dass sich die Umgebungsluft lokal im Bereich des Wärmeübertragers verflüssigt, d.h. dass Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausdestilliert wird. Die "nach" dem Wärmeübertrager angeordneten Komponenten der Kraftstoffanlage haben ebenfalls mindestens Umgebungslufttemperatur, da sie von dem im Wärmeübertrager bereits vorgewärmten Wasserstoff durchströmt werden.
Der Mantel, der den Wärmeübertrager umgibt, kann unmittelbar an den Was¬ serstofftank angeflanscht sein. Dadurch ist sichergestellt, dass sämtliche Komponenten der Kraftstoffanlage, in denen sich kryogener Wasserstoff be¬ findet, an ihrer Oberfläche mindestens Umgebungslufttemperatur haben. Vorzugsweise ist der Mantel, welcher den Wärmeübertrager umgibt, undurchlässig gegenüber Wasserstoff. Somit kann selbst bei einem Leck im „Wasserstoffbereich" des Wärmeübertragers bzw. an einer der von Wasserstoff durchströmten Komponenten der Kraftstoffanlage innerhalb des Mantels Wasserstoff nicht unkontrolliert in die Umgebungsluft entweichen. Zusätzlich kann in dem Zwischenraum zwischen dem Mantel und dem Wärmeübertrager bzw. in dem Fluidkreislauf, der den Zwischenraum mit Fluid versorgt, ein Wasserstoffsensor angeordnet sein, der im Falle eines Lecks in einer der wasserstoffführenden Komponenten der Kraftstoffanlage einen Austritt von Wasserstoff aus dem Wärmeübertrager in den Zwischenraum und somit in den Fluidkreislauf detektiert.
Der Wärmeübertrager kann über mehrere von Wasserstoff durchströmte Leitungen mit dem Wasserstofftank verbunden sein. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager über eine sogenannte „Zentralkupplung" mit dem Wasserstofftank verbunden. Unter dem Begriff „Zentralkupplung" ist zu verstehen, dass in den einzelnen Verbindungsleitungen zwischen dem Wasserstofftank und dem Wärmeübertrager jeweils eine lösbare „Leitungskupplung" angeordnet ist. Der Wasserstofftank und der Wärmeübertrager sind somit lösbar miteinander verbunden. Dies ist nicht nur mit Blick auf die Montage bzw. Demontage von Vorteil, sondern ermöglicht, dass der Wasserstofftank und der Wärmeübertrager unabhängig voneinander gefertigt, geprüft bzw. optimiert werden können.
Ventile und diverse Sensoren können im Bereich zwischen dem Wasserstofftank und dem Wärmeübertrager „abgeschirmt" in einer sogenannten „Nebensystemkapsel" angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Nebensystemkapsel von heißem Kühlmittel angeströmt bzw. durchströmt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die in der Nebensystemkapsel angeordneten Ventile und Sensoren auf einer gewissen Mindestbetriebstemperatur gehalten werden, was für eine einwandfreie Funktion dieser Komponenten wichtig ist. Würden die Ventile nicht "beheizt", werden, so würden ihre Dichtungen verspröden, was zu Undichtigkeiten führen könnte.
Der Zwischenraum zwischen dem Mantel und dem Wärmeübertrager kann an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen sein. Für den Anwendungsfall einer Brennstoffzelle kann der Zwischenraum an den Kühlkreislauf der Brennstoffzelle angeschlossen sein. Der Zwischenraum kann unmittelbar an den „Kühlmittelbereich" des Wärmeübertragers angeschlossen sein. Alternativ dazu kann der Zwischenraum auch an einen separaten Kühlkreislauf angeschlossen sein, der von dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle getrennt ist. Der Zwischenraum muss also nicht notwendigerweise mit Kühlmittel des Kühlkreislaufs des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle durchströmt werden, sondern kann auch von einem anderen geeigneten Medium durchströmt werden.
Der Mantel kann sehr steif als „Schutzmantel" ausgebildet sein, der den Wärmetauscher und das innerhalb des Mantels angeordnete Leitungssystem bei einem Unfall vor mechanischen Beschädigungen schützt.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung nä¬ her erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung in schematischer Darstellung.
Figur 1 zeigt eine Kraftstoffversorgungsanlage 1 für einen mit Wasserstoff betreibbaren Verbrennungsmotor 2. Die Kraftstoffversorgungsanlage 1 weist einen Wasserstofftank 3 auf, in dem flüssiger Wasserstoff gespeichert ist, einen Wärmeübertrager 4 sowie ein hier nur äußerst schematisch dargestell¬ tes, den Wärmeübertrager 4 mit dem Verbrennungsmotor verbindendes "Fluidsystem" 5, das Leitungen, Ventile, Einspritzdüsen etc. umfassen kann und das primär dazu vorgesehen ist, Wasserstoff aus dem Wärmeübertrager 4 dem Verbrennungsmotor 2 zuzuführen.
Der Kraftstofftank 3 ist über eine Teilstromleitung 6 und eine Hauptstrom¬ leitung 7 mit einem ersten Kraftstoffeingang 8 bzw. mit einem zweiten Kraft¬ stoffeingang 9 des Wärmeübertragers verbunden. Der erste Kraftstoffeingang 8 steht mit einem ersten Kraftstoffausgang 10 und der zweite Kraftstoffeingang 9 mit einem zweiten Kraftstoffausgang 11 in Fluidverbindung. Die Kraftstoffausgänge 10, 11 wiederum stehen über Verbindungsleitungen 12, 13 mit dem Fluidsystem 5 in Verbindung, das einerseits den Verbrennungsmotor 2 mit vorgewärmten Wasserstoff versorgt und das bei Bedarf über eine Leitung 14 einen geringen Teil des vorgewärmten Wasserstoffs zurück in den Wasserstofftank 3 leitet. Durch die Rückleitung vorgewärmten Wasserstoffs in den Wasserstofftank 3 kann während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein Teil des im Wasserstofftank enthaltenen flüssigen Wasserstoffs verdampft werden. Dadurch kann während des Betriebs des Verbrennungsmotors stets ein hinreichend hoher Druck im Wasserstofftank aufrecht erhalten werden, wodurch sich der Einsatz einer Kryopumpe erübrigt.
Der Verbrennungsmotor 2 wird durch einen Kühler 15 gekühlt. Heißes Kühl¬ mittel wird von einer hier nicht dargestellten Kühlmittelpumpe über einen Kühlmitteleingang 16 in den Wärmeübertrager 4 gepumpt. Im Wärmeübertrager 4 gibt das Kühlmittel Wärme an den Wasserstoff ab und wärmt diesen vor. Das abgekühlte Kühlmittel strömt über einen Kühl¬ mittelausgang 17 zurück in Richtung des Kühlers 15. Der Kühlmitteleingang 16 und der Kühlmittelausgang 17 können über ein Thermostatventil 18 kurz¬ geschlossen werden. Das Thermostatventil 18 wird so geregelt, dass am Kühlmittelausgang 17 des Wärmeübertragers 4 eine vorgegebenen Soll- Temperatur von z.B. 500C eingehalten wird. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der Wärmeübertrager 4 von einem Mantel 19 umschlossen. Der Mantel 19 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar an den Kraftstofftank 3 angeflanscht. Der Mantel 19 ist in einem Abstand von dem Wärmeübertrager 4 angeordnet. Der "Zwischenraum" 20 zwischen dem Mantel 19 und dem Wärmeübertrager 4 wird von Kühlmittel des Kühlkreislaufs durchströmt, was hier nur schematisch durch Pfeile 21 - 25 angedeutet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Temperatur an der Oberfläche des Mantels 19 mindestens Außentemperatur hat oder darüberliegt.
In den Leitungen 6, 7, über die der Wasserstofftank 3 mit dem Wärmeübertrager 4 verbunden ist, können jeweils Leitungskupplungen (nicht dargestellt) angeordnet sein. Über die Leitungskupplungen ist der Wasserstofftank 3 lösbar mit dem Wärmeübertrager verbunden. Die Leitungskupplungen sowie diverse Sensoren (nicht dargestellt) können separiert in einer zwischen dem Wasserstofftank 3 und dem Wärmeübertrager 4 angeordneten „Nebensystemkapsel" (nicht dargestellt) angeordnet sein. Die Nebensystemkapsel wird von heißem Kühlmittel angeströmt oder durchströmt, wodurch sichergestellt ist, dass die darin angeordneten Ventile und Sensoren auf einer gewissen Mindestbetriebstemperatur gehalten werden, die für eine einwandfreie Funktion erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) für einen mit Wasserstoff betreibbaren Verbrennungsmotor (2) bzw. für eine Brennstoffzelle, mit einem Wasserstofftank (3), der zur Speicherung tiefgekühlten, flüssigen Wasserstoffs vorgesehen ist, einem Wärmeübertrager (4), der zur Vorwärmung des tiefgekühlten Wasserstoffs vorgesehen ist, wobei der Wärmeübertrager (4) o mindestens einen Kraftstoffeingang (8, 9) aufweist, wel¬ cher in Fluidverbindung mit dem Wasserstofftank (3) steht, o mindestens einen mit dem Kraftstoffeingang (8, 9) in Fluidverbindung stehenden Kraftstoffausgang (10, 11 ), über den vorgewärmter Wasserstoff aus dem Wärmeübertrager (4) abgeführt wird, o mindestens einen Kühlmitteleingang (16), über den dem Wärmeübertrager (4) heißes Kühlmittel aus einem Kühl¬ kreislauf des Verbrennungsmotors (2) bzw. der Brennstoffzelle zugeführt wird und o mindestens einen mit dem Kühlmitteleingang (16) in Fluidverbindung stehenden Kühlmittelausgang, über den abgekühltes Kühlmittel, das Wärme an den Wasserstoff abgegeben hat, aus dem Wärmeübertrager (4) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (4) von einem fluiddichten Mantel (19) umschlossen ist, wobei zwischen dem Wärmeübertrager (4) und dem Mantel (19) ein Zwischenraum (20) vorgesehen ist, der von einem Fluid durchströmt ist, das Wärme an den Wärmeübertrager (4) abgibt und den Wärmeübertrager (4) gegenüber der Umgebung isoliert.
2. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Mantel (19) undurchlässig gegenüber Wasserstoff ist.
3. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Zwischenraum (20) an einen Fluidkreislauf angeschlossen ist, in dem ein Wasserstoffsensor angeordnet ist, wobei der Wasser¬ stoffsensor einen Austritt von Wasserstoff aus dem Wärmeübertrager (4) in den Fluidkreislauf detektiert.
4. Kraftversorgungsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wasserstofftank (3) über mehrere Fluidkanäle (6, 7) mit dem Wärmeübertrager (4) verbunden ist.
5. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) nach Anspruch 4, wobei in den Fluidkanälen (6, 7) jeweils eine lösbare Leitungskupplung angeordnet ist, so dass der Wasserstofftank (3) lösbar mit dem Wärmeübertrager (4) verbunden ist.
6. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) nach Anspruch 5, wobei die von tiefgekühlten Wasserstoff durchströmten Leitungskupplungen in thermischer Verbindung mit dem in dem Zwischenraum (20) strömenden Fluid stehen und dadurch oberhalb einer vorgegebenen Mindestbetriebstemperatur gehalten werden.
7. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zwischenraum (20) an den Kühlkreislauf des Verbren¬ nungsmotors (2) angeschlossen und von heißem Kühlmittel durch¬ strömt ist.
8. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zwischenraum (20) an einen separaten Kühlkreislauf ange¬ schlossen ist, der von dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors (2) getrennt ist.
9. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in dem Kühlkreislauf des Verbrenungsmotors (2) ein Ther¬ mostatventil (18) angeordnet ist, durch das die Temperatur des Kühl¬ mittels am Kühlmittelausgang (17) des Wärmeübertragers (4) auf eine vorgegebene Soll-Temperatur geregelt wird.
10. Kraftstoffversorgungsanlage (1 ) nach Anspruch 9, wobei der Kühl¬ mittelausgang (17) und der Kühlmitteleingang (16) über das Ther¬ mostatventil (18) miteinander in Fluidverbindung bringbar sind.
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