WO2009071208A1 - Betriebsverfahren für einen kryodruck-tank - Google Patents

Betriebsverfahren für einen kryodruck-tank Download PDF

Info

Publication number
WO2009071208A1
WO2009071208A1 PCT/EP2008/009890 EP2008009890W WO2009071208A1 WO 2009071208 A1 WO2009071208 A1 WO 2009071208A1 EP 2008009890 W EP2008009890 W EP 2008009890W WO 2009071208 A1 WO2009071208 A1 WO 2009071208A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tank
pressure
hydrogen
heat exchanger
pressure control
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/009890
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Brunner
Thomas Hagler
Sylvain Bastian
Klaus Szoucsek
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE502008003383T priority Critical patent/DE502008003383D1/de
Priority to AT08857457T priority patent/ATE507432T1/de
Priority to EP08857457A priority patent/EP2217845B1/de
Publication of WO2009071208A1 publication Critical patent/WO2009071208A1/de
Priority to US12/792,331 priority patent/US9625094B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0147—Shape complex
    • F17C2201/0166—Shape complex divided in several chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/03—Orientation
    • F17C2201/035—Orientation with substantially horizontal main axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/056—Small (<1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/03—Thermal insulations
    • F17C2203/0391—Thermal insulations by vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0626—Multiple walls
    • F17C2203/0629—Two walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
    • F17C2205/0123—Mounting arrangements characterised by number of vessels
    • F17C2205/013—Two or more vessels
    • F17C2205/0149—Vessel mounted inside another one
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0376—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact
    • F17C2227/0379—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact inside the vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0376—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact
    • F17C2227/0383—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact outside the vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
    • F17C2260/011—Improving strength
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/03—Dealing with losses
    • F17C2260/031—Dealing with losses due to heat transfer
    • F17C2260/033—Dealing with losses due to heat transfer by enhancing insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to an operating method for a cryopressure tank in which cryogenic hydrogen for supplying a consumer, in particular an internal combustion engine and / or a fuel cell of a motor vehicle, can be stored under supercritical pressure at 13 bar or more, to compensate for the removal supplied by hydrogen from the cryopressure tank pressure reduction and heated in a heat exchanger hydrogen via a tank pressure control valve and branching from a branch leading to the consumer branch supplied to a heat exchanger provided in the cryogenic pressure tank and after flowing through the same in the supply line downstream of the branch of the Branch line is initiated.
  • Reference is made in particular to the prior art German patent applications 10 2007 011 530.1 and 10 2007 011 742.8, in addition to US Pat. No. 6,708,502 B1 and to the technology used in the vehicle "Hydrogen 7" by the applicant of the present patent application.
  • cryogenic hydrogen to supply the run as an engine Fzg. -Antriebsaggregats
  • a cryogenic tank as a cryogenic tank
  • which consists of a metallic inner tank, a metallic outer tank and an intermediate vacuum superinsulation to reduce the heat input into the inner tank.
  • the typical operating pressure of this storage tank is between 1 bar absolute and 10 bar absolute, and the operating temperatures in the so-called “cold regular operation" are between 20 K (Kelvin) and about 30 K, ie the cryogenic hydrogen contained in the storage tank or in the inner tank thereof has these mentioned physical values, which are in the pressure-density diagram of the hydrogen in the so-called subcritical range, on.
  • cryogenic pressure accumulator can be filled with warm compressed gas at 350 bar and low storage capacity or alternatively with liquid hydrogen at low pressure of about 1 bar (absolute) with a higher storage capacity.
  • this minimum pressure level in the tank is adjusted by a targeted heat input into the cryogenic tank, which is accomplished by a subset of the hydrogen removed from the tank after heating the same in an external heat exchanger as a heat transfer medium by a in After passing through this internal heat exchanger, the heat transfer medium hydrogen is again supplied to the supply line leading to the consumer Cryo-tank is allowed to prevail, is relatively low, only a continuously adapted subset of extracted and heated in an external heat exchanger hydrogen may be supplied as a heat transfer medium provided in the cryogenic tank (internal) heat exchanger, which is why the adapted throttling or Dosing of the amount of heat carrier is provided depending on the internal pressure in the cryogenic tank controlled tank pressure control valve.
  • cryogenic hydrogen can be stored under absolute pressure values of the order of 13 bar or more, namely up to, for example, 350 bar, as mentioned in the cited US Pat. No. 6,708,502 B1
  • absolute pressure values of the order of 13 bar or more, namely up to, for example, 350 bar
  • the solution to this problem is characterized in that either over a cycle times of a conventional clock valve significantly over time either the removed amount of hydrogen is passed after heating without restriction in the heat exchanger provided in the cryogenic pressure tank, wherein the tank pressure control valve is fully open , or no return of heated hydrogen in the provided in the cryogenic pressure tank heat exchanger, and that in the supply line downstream of the branch of the branch line, a pressure control unit is provided, which ensures that despite upstream of this pressure control unit caused by the switching of the tank pressure control valve changes the pressure in the supply line is ensured a sufficient and continuous supply of the consumer with hydrogen under required pressure.
  • the tank pressure threshold values of a control that controls the tank pressure control valve ie, this opening or closing control
  • a pressure control unit is provided as indicated.
  • said tank pressure control valve can remain open continuously, in particular even if, subsequently, an increased pressure value in the cryopressure tank adjusts, which exceeds an upper threshold value mentioned in the preceding paragraph for the activation of the tank pressure control valve, more precisely for the closing thereof. It was recognized that from a certain system-specific partial filling level despite continuously open tank pressure control valve and thus significant heat input via the internal heat exchanger into the tank itself an additional, not completely avoidable heat input via the insulation of the tank cause no critical pressure increase in the cryopressor tank which could exceed a design-specific limit value for the tank internal pressure.
  • FIG. 1 in which a cryopressure tank, including its periphery required for understanding the present invention, is shown in principle.
  • the reference numeral 1 in its entirety a cryopressure tank is characterized in the cryogenic hydrogen to supply a consumer, not shown, for example, a fuel engine and / or a fuel cell of a motor vehicle, under absolute pressure values of the tank internal pressure in the order of 150 bar or more, but at least under supercritical pressure at 13 bar and more, can be stored.
  • This cryopressure tank 1 consists of a pressure-resistant inner tank 1a, is stored within the cryogenic hydrogen, and also from a surrounding insulating layer 1 b, in which there is substantially vacuum, and from a vacuum enclosing outer shell 1c.
  • the inner tank 1a can be filled with cryogenic hydrogen under supercritical pressure. Hydrogen can be removed from the inner tank 1a via a removal line 3, which opens into a cryogenic valve unit 4 which is only roughly illustrated and not essential for the present explanation.
  • a first or external heat exchanger 5 is connected, on the one hand, a first heat carrier circuit 15 and secondly, a subsequent to the extraction line 3 supply line 6 is performed, which ultimately leads to the aforementioned consumer.
  • the supply line 6 communicates with the first heat carrier circuit 15 in heat-transmitting connection, so that the guided in the supply line 6 hydrogen in the external heat exchanger 5 is heated.
  • a second valve unit 7 connects. Through this second valve unit 7, the supply line 5 is passed while passing a tank pressure control valve 7a and a pressure control unit 7b.
  • a so-called branch line 8 branches off from the tank pressure control valve 7a, through which hydrogen withdrawn from the cryodressing tank 1 and heated in the first heat exchanger 5 is introduced into a second (internal) heat exchanger 9 provided inside the inner tank 1a of the cryopressure tank 1.
  • FIG 2 shows a diagram in which the course of the plotted on the ordinate tank internal pressure above the plotted on the abscissa filling level of the cryopressing tank 1 of Figure 1, more precisely the inner tank 1a thereof, as a mass of stored hydrogen (“H2 mass ”) is shown.
  • m tank vo n of 100% -Be spa-compressed tank is designated 1, while features “m Tank ⁇ ⁇ EER” means a minimum filling level that can not under operating conditions physically be reached, that is, since a non-removable Hydrogen (H 2 ) -Restmenge, which is characterized in Fig.2 with these words, remains in the tank, this can of course not be completely emptied.
  • a complete, ie 100% filled cryopressure tank 1 is a high internal tank pressure, which is above the pressure value p Ant ⁇ eb, min .
  • the internal pressure in the inner tank 1a naturally decreases with the initially closed tank pressure control valve 7a (and thus not through the internal heat exchanger 9 - see FIG.
  • the tank pressure control valve 7a is in turn over a longer period of time, the usual cycle times of a conventional clock valve significantly exceeded, held until again the lower tank pressure threshold, namely the pressure value p Antneb . m i n is reached.
  • Vorhaltereglung significantly greater than without implementation of this proposed method is in carrying out this so-called.
  • Vorhalteregelung course with the words “H 2 -Reservemenge at reduced pressure supply” marked amount of hydrogen from the tank 1 with a pressure value below the value P A nt r eib mm "removable.
  • the method proposed here in general is characterized by very simple implementability with low requirements on the executive control and technology or on the corresponding components.
  • the number of switching operations to be performed by the tank pressure control valve 7a is significantly lower than in the case of continuous pressure regulation to a substantially constant pressure level which is practiced in the aforementioned vehicle "Hydrogen 7" can depend on the withdrawn from the inner tank amount of hydrogen, the switching times of the tank pressure control valve 7a in the order of 15 minutes and more, so significantly above the usual cycle times of a conventional clock valve, while the upper and lower threshold for the control of tank pressure regulating valve 7a to example 10 bar and more may differ from each other, ie, (P 1 -. P an t ⁇ eb mm ⁇ 10 bar)., wherein it should be noted that this, as well as a myriad of details quite differing designed by above explanations can be without departing from the content of the claims

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen Kryodruck-Tank, in dem kryogener Wasserstoff zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, unter überkritischem Druck bei 13 bar oder mehr gespeichert werden kann, wobei zum Ausgleich des aus der Entnahme von Wasserstoff aus dem Kryodruck-Tank resultierenden Druckabbaus entnommener und in einem Wärmetauscher erwärmter Wasserstoff über ein Tankdruck-Regelventil und eine von einer zum Verbraucher führenden Versorgungsleitung abzweigende Zweigleitung einem im Kryo-Drucktank vorgesehenen Wärmetauscher zugeführt und nach Durchströmen desselben in die Versorgungsleitung stromab des Abzweigs der Zweigleitung eingeleitet wird. Jeweils über eine die Taktzeiten eines üblichen Taktventils signifikant überschreitende Zeitspanne hinweg wird entweder die entnommene Menge von Wasserstoff nach Erwärmung ohne Beschränkung in den im Kryo-Drucktank vorgesehenen Wärmetauscher geführt, wobei das Tankdruck-Regelventil vollständig geöffnet ist, oder es erfolgt überhaupt keine Rückführung von erwärmten Wasserstoff in den im Kryo-Drucktank vorgesehenen Wärmetauscher. Dabei ist in der Versorgungsleitung stromab der Abzweigung der Zweigleitung eine Druckregeleinheit vorgesehen, die sicherstellt, dass trotz stromauf der Druckregeleinheit durch das Schalten des Tankdruck-Regelventils verursachter Änderungen des Drucks in der Versorgungsleitung eine ausreichende und kontinuierliche Versorgung des Verbrauchers mit Wasserstoff unter benötigtem Druck gewährleistet ist.

Description

Betriebsverfahren für einen Kryodruck-Tank
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen Kryodruck-Tank, in dem kryogener Wasserstoff zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, unter überkritischem Druck bei 13 bar oder mehr gespeichert werden kann, wobei zum Ausgleich des aus der Entnahme von Wasserstoff aus dem Kryodruck-Tank resultierenden Druckabbaus entnommener und in einem Wärmetauscher erwärmter Wasserstoff über ein Tankdruck-Regelventil und eine von einer zum Verbraucher führenden Versorgungsleitung abzweigende Zweigleitung einem im Kryo-Drucktank vorgesehenen Wärmetauscher zugeführt und nach Durchströmen desselben in die Versorgungsleitung stromab des Abzweigs der Zweigleitung eingeleitet wird. Zum Stand der Technik wird insbesondere auf die nicht vorveröffentlichen deutschen Patentanmeldungen 10 2007 011 530.1 und 10 2007 011 742.8 verwiesen, daneben noch auf die US 6,708,502 B1 sowie auf die beim Fahrzeug „Hydrogen 7" der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung angewendete Technologie.
Stand der Technik beim genannten Fahrzeug „Hydrogen 7", das mit einem sog. Kryo-Tank zur Speicherung von kryogenem Wasserstoff (zur Versorgung des als Brennkraftmaschine ausgeführten Fzg. -Antriebsaggregats) ausgerüstet ist, ist ein „unterkritischer" Speicherbehälter (als Kryo-Tank), der aus einem metallischen Innentank, einem metallischen Außentank und einer dazwischen liegenden Vakuum-Superisolation zur Minderung des Wärmeeintrags in den Innentank besteht. Der typische Betriebsdruck dieses Speicherbehälters liegt zwischen 1 bar absolut und 10 bar absolut, und die Betriebstemperaturen im sog. „kalten Regulärbetrieb" liegen zwischen 20 K (Kelvin) und ca. 30 K, d.h. der im Speicherbehälter bzw. im Innentank desselben enthaltene kryogene Wasserstoff weist diese genannten physikalischen Werte, die im Druck-Dichte-Diagramm des Wasserstoffs im sog. unterkritischen Bereich liegen, auf.
Weiteren bekannten Stand der Technik stellt die sog. Kryo-Druckspeicherung dar, wozu auf die o.g. US 6,708,502 B1 verwiesen wird, in der verschiedene Arten von isolierten Druckspeichern für kryogene Speichermedien mit inneren und äußeren Diffusionssperren, die einen CFK-Innentank umhüllen, beschrieben sind. Nach diesem Stand der Technik kann der beschriebene sog. Kryo-Druckspeicher mit warmen Druckgas bei 350 bar und niedriger Speicherkapazität oder alternativ mit flüssigem Wasserstoff bei niedrigem Druck von ca. 1 bar (absolut) mit höherer Speicherkapazität befüllt werden.
In den beiden eingangs genannten nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen ist beschrieben, dass in einem sog. Kryodruck-Tank, der wie der im vorhergehenden Absatz genannte Kryo-Druckspeicher ausgebildet sein kann, tiefkalter kryogener Wasserstoff bei überkritischem Druck, d.h. bei zumindest 13 bar absolut oder signifikant höheren Drücken, nämlich bei 150 bar und mehr, gespeichert bzw. solcher Wasserstoff im Rahmen des Betankens mit überkritischem Druck in einen geeigneten Kryodruck-Tank eingefüllt werden kann. Hinsichtlich der signifikanten Vorteile dieser Technologie insbesondere bei relativ hohen Druckwerten wird auf die Ausführungen in den genannten, nicht vorveröffentlichten Schriften verwiesen.
Es kann erwünscht sein, den Wasserstoff zur Versorgung des Verbrauchers mit einem gewissen Mindest-Druckniveau entnehmen zu können. Beim genannten Fahrzeug „Hydrogen7" wird dieses Mindest-Druckniveau im Tank durch einen gezielten Wärmeeintrag in den Kryo-Tank eingestellt, der dadurch bewerkstelligt wird, dass eine Teilmenge des aus dem Tank entnommenen Wasserstoffs nach Erwärmung desselben in einem externen Wärmetauscher als Wärmeträgermittel durch einen im Kryo-Tank vorgesehenen (internen) Wärmetauscher hindurchgeführt wird, wobei eine Wärmeabgabe an den im Kryo-Tank gespeicherten Wasserstoff erfolgt. Nach Durchströmen dieses internen Wärmetauschers wird der Wärmeträger-Wasserstoff wieder der zum Verbraucher führenden Versorgungsleitung zugeführt. Da der Maximaldruck, der in diesem bekannten Kryo-Tank herrschen darf, relativ niedrig ist, darf nur eine kontinuierlich angepasste Teilmenge von entnommenem und in einem externen Wärmetauscher erwärmten Wasserstoff als Wärmeträgermittel dem im Kryo-Tank vorgesehenen (internen) Wärmetauscher zugeführt werden, weshalb zur angepassten Drosselung bzw. Dosierung der Menge von Wärmeträgemittel ein in Abhängigkeit vom Innendruck im Kryo-Tank angesteuertes Tankdruck-Regelventil vorgesehen ist. Dessen geeignete kontinuierliche Ansteuerung ist jedoch relativ aufwändig. Für einen Kryodruck-Tank nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , in dem kryogener Wasserstoff unter Absolutdruckwerten in der Größenordnung von 13 bar oder mehr - nämlich bis zu bspw. 350 bar, so wie in der genannten US 6,708,502 B1 erwähnt - gespeichert werden kann, soll hiermit ein demgegenüber vereinfachtes Betriebsverfahren aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils über eine die Taktzeiten eines üblichen Taktventils signifikant überschreitende Zeitspanne hinweg entweder die entnommene Menge von Wasserstoff nach Erwärmung ohne Beschränkung in den im Kryo-Drucktank vorgesehenen Wärmetauscher geführt wird, wobei das Tankdruck-Regelventil vollständig geöffnet ist, oder überhaupt keine Rückführung von erwärmten Wasserstoff in den im Kryo-Drucktank vorgesehenen Wärmetauscher erfolgt, und dass in der Versorgungsleitung stromab der Abzweigung der Zweigleitung eine Druckregeleinheit vorgesehen ist, die sicherstellt, dass trotz stromauf dieser Druckregeleinheit durch das Schalten des Tankdruck-Regelventils verursachter Änderungen des Drucks in der Versorgungsleitung eine ausreichende und kontinuierliche Versorgung des Verbrauchers mit Wasserstoff unter benötigtem Druck gewährleistet ist.
In der Erkenntnis, dass an einem Kryodruck-Tank, der Innendruck-Werte in der Größenordnung von 150 bar und mehr (bspw. die genannten 350 bar) erlaubt, weitaus größere Schwankungen des Tank-Innendrucks als bspw. an einem Kryo- Tank des eingangs genannten Fahrzeugs „Hydrogen 7" möglich sind, wird anstelle der bekannten aufwändigen Regelung des Tank-Innendrucks für das hierfür vorgesehene Tankdruck-Regelventil eine einfache sog. „Schwarz-Weiß- Betriebsweise" mit langen Taktzeiten vorgeschlagen, dahingehend dass dieses weiterhin in Abhängigkeit vom Innendruck im Kryodruck-Tank angesteuerte Tankdruck-Regelventil jeweils über eine relativ lange Zeitspanne, die die üblichen Taktzeiten eines üblichen Taktventils signifikant überschreitet, abwechselnd entweder vollständig geschlossen oder vollständig geöffnet ist. Entsprechend breit sind daher die Tankdruck-Schwellwerte einer das Tankdruck-Regelventil ansteuernden, d.h. dieses öffnenden bzw. schließenden Regelung zu setzen. Es wurde erkannt, dass die mit einer solchen Regelstrategie zwangsweise größeren bzw. relativ großen Druckschwankungen in einer den aus dem Tank entnommenen Wasserstoff führenden Versorgungsleitung toleriert werden können, wenn in dieser Versorgungsleitung stromab der Abzweigung der genannten Zweigleitung von der Versorgungsleitung eine Druckregeleinheit wie angegeben vorgesehen ist.
Insbesondere wurde erkannt, dass dann, wenn der Kryodruck-Tank nur noch signifikant teilweise mit einem sog. Teil-Befüllungsgrad, beispielsweise zu weniger als der Hälfte oder zu weniger als 30% gefüllt ist, das genannte Tankdruck- Regelventil kontinuierlich geöffnet bleiben kann, insbesondere auch dann, wenn sich zeitlich nachfolgend ein erhöhter Druckwert im Kryodruck-Tank einstellt, der einen im vorhergehenden Absatz genannten oberen Schwellwert für die Ansteuerung des Tankdruck-Regelventils, genauer für das Schließen desselben, überschreitet. Es wurde erkannt, dass ab einem gewissen systemspezifischen Teil- Befüllungsgrad trotz kontinuierlich geöffnetem Tankdruck-Regelventil und somit nennenswertem Wärmeeintrag über den internen Wärmetauscher in den Tank selbst ein zusätzlicher, nicht vollständig vermeidbarer Wärmeeintrag über die Isolation des Tanks keine kritische Druckerhöhung im Kryodruck-Tank bewirken kann, die einen auslegungsspezifischen Grenzwert für den Tank-Innendruck übersteigen könnte. Über das kontinuierlich offene Tankdruck-Regelventil wird dann eine solch große Menge von Wärme in den Kryodruck-Tank eingebracht, dass eine längere Versorgung des Verbrauchers mit Wasserstoff unter benötigtem höheren Druck möglich ist, als wenn mit Erreichen dieses systemspezifischen TeN- Befüllungsgrads das Tankdruck-Regelventil nicht kontinuierlich, d.h. nicht andauernd geöffnet bliebe. Letzteres bzw. die entsprechende vorgeschlagene Regelstrategie für die Ansteuerung eines Tankdruck-Regelventils wird im weiteren als Vorhalteregelung bezeichnet und anhand der beigefügten Figur 2 erläutert.
Zunächst sei jedoch auf die beigefügte Figur 1 verwiesen, in der prinzipiell ein Kryodruck-Tank inklusive seiner für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlichen Peripherie dargestellt ist. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 in seiner Gesamtheit ein Kryodruck-Tank gekennzeichnet, in dem kryogener Wasserstoff zur Versorgung eines nicht dargestellten Verbrauchers, beispielsweise einer Brenn- kraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, unter Absolutdruckwerten des Tank-Innendrucks in der Größenordnung von 150 bar oder mehr, zumindest jedoch unter überkritischem Druck bei 13 bar und mehr, gespeichert werden kann. Dieser Kryodruck-Tank 1 besteht aus einem druckfesten Innentank 1a, innerhalb dessen kryogener Wasserstoff gespeichert wird, und ferner aus einer diesen umgebenden Isolationsschicht 1 b, in der im wesentlichen Vakuum vorliegt, sowie aus einer dieses Vakuum einschließenden Außenhülle 1c.
Über eine Befüllleitung 2 kann der Innentank 1a mit kryogenem Wasserstoff unter überkritischem Druck befüllt werden. Über eine Entnahmeleitung 3, die in einer nur grob dargestellten und für die vorliegende Erläuterung nicht wesentlichen Kryo- Ventileinheit 4 mündet, kann Wasserstoff aus dem Innentank 1a entnommen werden. An diese Ventileinheit 4 ist ein erster bzw. externer Wärmetauscher 5 angeschlossen, durch den einerseits ein erster Wärmeträgerkreislauf 15 und zweitens eine sich an die Entnahmeleitung 3 anschließende Versorgungsleitung 6 geführt ist, die letztlich zum bereits genannten Verbraucher führt. Die Versorgungsleitung 6 steht mit dem ersten Wärmeträgerkreislauf 15 in wärmeübertragender Verbindung, so dass der in der Versorgungsleitung 6 geführte Wasserstoff im externen Wärmetauscher 5 erwärmt wird.
An den externen ersten Wärmetauscher 5 schließt sich eine zweite Ventileinheit 7 an. Durch diese zweite Ventileinheit 7 ist die Versorgungsleitung 5 unter Passieren eines Tankdruck-Regelventils 7a sowie einer Druckregeleinheit 7b hindurchgeführt. Vom Tankdruck-Regelventil 7a zweigt eine sog. Zweigleitung 8 ab, durch die aus dem Kryodrucktank 1 entnommener und im ersten Wärmetauscher 5 erwärmter Wasserstoff in einen zweiten, innerhalb des Innentanks 1a des Kryodruck-Tanks 1 vorgesehenen (internen) Wärmetauscher 9 eingeleitet wird. Nach Durchströmen dieses zweiten, im Kryodruck-Tank 1 vorgesehenen Wärmetauschers 9 wird dieser Wasserstoff über eine Rückführleitung 10 in die Versorgungsleitung 5 stromab des Abzweigs der Zweigleitung 8 eingeleitet, wobei diese Rückführleitung 10 zuvor durch den ersten externen Wärmetauscher 5 geführt ist, in dem der im zweiten internen Wärmetauscher 9 abgekühlte Wasserstoff durch Wärmetausch mit dem genannten Wärmeträgerkreislauf 15 wieder erwärmt wird. Es fungiert also der durch die Zweigleitung 8 sowie den zweiten internen Wärmetauscher 9 und die Rückführ- leitung 10 geführte Wasserstoff als Wärmeträgermittel zur Erwärmung des im Kryodruck-Tank 1 gespeicherten Wasserstoffs, wobei diese Erwärmung durch die Zufuhr von Wärmeträgermittel zum internen Wärmetauscher 9 und somit durch die Schaltstrategie des Tankdruck-Regelventils 7a gesteuert wird, welche der Figurenbeschreibung vorangehend bereits ausführlich erläutert wurde.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, in dem der Verlauf des auf der Ordinate aufgetragenen Tank-Innendrucks über dem auf der Abszisse aufgetragenen Befüllungsgrad des Kryodruck-Tanks 1 aus Figur 1 , genauer des Innentanks 1a desselben, als Masse von gespeichertem Wasserstoff („H2-Masse") dargestellt ist.
Mit „Pτank,mιn" ist der zugelassene minimale Tank-Innendruck (im Innentank 1a) bezeichnet und mit „pAntπeb.mm" der minimale Druckwert, den der aus dem Kryodruck- Tank 1 entnommene Wasserstoff aufweisen muss, um im Verbraucher, hier einer als Fahrzeug-Antriebsaggregat fungierenden Brennkraftmaschine, ohne Funktionsbeschränkung derselben bzw. desselben verwendet werden zu können. Verwendbar ist zwar entnommener Wasserstoff auch noch mit niedrigeren Druckwerten, jedoch ist dann der Verbraucher nur noch beschränkt funktionsfähig, insbesondere kann die maximal mögliche Leistung der Brennkraftmaschine dann nicht mehr erreicht werden.
Mit „mTank,von" ist der 100%-Befüllungsgrad des Kryodruck-Tanks 1 bezeichnet, während „mTankιιeer" einen Minimal-Befüllungsgrad kennzeichnet, der unter Betriebs- Randbedingungen physikalisch nicht unterschritten werden kann, d.h. da eine nicht entnehmbare Wasserstoff-(H2)-Restmenge, die in Fig.2 mit diesen Worten gekennzeichnet ist, im Tank verbleibt, kann dieser selbstverständlich nicht vollständig entleert werden.
Mit „m*" ist ein Teil-Befüllungsgrad des Kryodruck-Tanks 1 gekennzeichnet, bei welchem trotz andauernd geöffnetem Tankdruck-Regelventil 7a aus Figur 1 und weiterem selbstverständlich nicht vollständig unterbindbarem Wärmeeintrag durch die Tank-Isolation (= Isolationsschicht 1b des Tanks 1 ) hindurch kein einen auslegungsspezifischen Grenzwert überschreitender Druck innerhalb des Innentanks 1a des Kryodruck-Tanks 1 entstehen kann. Mit vollständig, d.h. zu 100% befülltem Kryodruck-Tank 1 liegt ein hoher Tank- Innendruck vor, der oberhalb des Druckwerts pAntπeb,min liegt. Mit Entnahme von Wasserstoff aus dem Kryodruck-Tank 1 nimmt mit zunächst geschlossenem Tankdruck-Regelventil 7a (und somit nicht durchströmtem internen Wärmetauscher 9 - vgl. Fig.1 ) der Innendruck im Innentank 1a selbstverständlich ab. Wenn der Druckwert PAntπeb.mm erreicht ist, wird eine Maßnahme zur Erhöhung des Innendrucks ergriffen, indem wie geschildert der dann entnommene und erwärmte Wasserstoff als Wärmeträger fungierend durch entsprechendes Schalten des Tankdruck- Regelventils 7a vollständig (d.h. nicht nur ein Teil des Wasserstoff-Stromes) für eine längere Zeitspanne durch den zweiten, innerhalb des Kryodruck-Tanks 1 angeordneten Wärmetauscher 9 geleitet wird. Nachdem sich als Folge hiervon ein gewisser höherer Innendruck pi (als oberer Tankdruck-Schwellwert für die regelungstechnische Ansteuerung des Tankdruck-Regeventils 7a) eingestellt hat, wird das Tankdruck-Regelventil 7a wieder in den ursprünglichen Schaltzustand gebracht, in welchem überhaupt kein Wasserstoff von der Versorgungsleitung 5 in die Zweigleitung 8 gelangt, um den Tank-Innendruck nicht weiter ansteigen zu lassen. In diesem geschlossenen Schaltzustand wird das Tankdruck-Regelventil 7a wiederum über eine längere Zeitspanne, die übliche Taktzeiten eines üblichen Taktventils signifikant überschreitet, gehalten, bis abermals der untere Tankdruck- Schwellwert, nämlich der Druckwert pAntneb.min erreicht ist.
Dieser Prozess des vollständigen Öffnens und Schließens des Tankdruck- Regelventils 7a in Abhängigkeit vom Druck im Innentank 1a wird solange durchgeführt, bis der Teil-Befüllungsgrad m* erreicht ist. Dann wird bzw. bleibt das Tankdruck-Regelventil 7a kontinuierlich, d.h. zeitlich andauernd geöffnet, womit sich bei weiterer Entnahme von Wasserstoff aus dem Innentank 1a der mit den Worten „Druckverlauf mit Vorhalteregelung" gekennzeichnete Druckverlauf einstellt. Würde hingegen das Tankdruck-Regelventil 7a der vorangegangenen, d.h. vor dem Erreichen des Teil-Befüllungsgrades m* durchgeführten Logik folgend angesteuert werden, so stellte sich der mit den Worten „Druckverlauf ohne Vorhalteregelung" gekennzeichnete Druckverlauf ein. Aus Fig.2 erkennbar ist, dass sich mit Durchführung des vorgeschlagenen und hier als Vorhalteregelung bezeichneten Verfahrens im zugehörigen Druckverlauf (mit Vorhalteregelung) eine Überhöhung des Tank-Innendrucks über den von der vorangegangenen Ansteuerlogik eingestellten höheren Druckwert P1 hinaus, welcher der obere Schwellwert für die Regelung des Tank-Innendrucks ist, ergibt. Wie man aus einem direkten Vergleich der beiden Druckverläufe mit bzw. ohne Vorhalteregelung ersehen kann, ist die ohne Funktionsbeschränkung des Verbrauchers, d.h. bis zum endgültigen Unterschreiten des Druckwertes pAπtπeb.mm nutzbare Menge von Wasserstoff, die in Fig.2 mit den Worten „Nutzbare Speichermasse mit bzw. ohne Vorhalteregelung" gekennzeichnet ist, mit Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens, d.h. mit der sog. Vorhaltereglung, signifikant größer als ohne Durchführung dieses vorgeschlagenen Verfahrens. Entsprechend geringer ist bei Durchführung dieser sog. Vorhalteregelung selbstverständlich die mit den Worten „H2-Reservemenge bei reduzierter Druckbereitstellung" gekennzeichnete Menge von aus dem Tank 1 mit einem Druckwert unterhalb des Wertes PAntreib mm" entnehmbaren Wasserstoffs.
Abgesehen von dem anhand von Fig.2 erläuterten Vorteil zeichnet sich das hier allgemein, d.h. ohne sog. Vorhalteregelung vorgeschlagene Verfahren durch einfachste Umsetzbarkeit mit geringen Anforderungen an die die ausführende Regelung und Technik bzw. an die entsprechenden Bauteile aus. Insbesondere ist die Anzahl der vom Tankdruck-Regelventil 7a durchzuführenden Schaltvorgänge („auf" bzw. „zu") signifikant geringer als im Falle einer kontinuierlichen Druckregelung auf ein im wesentlichen konstantes Druckniveau, welches beim eingangs genannten Fahrzeug „Hydrogen 7" praktiziert wird. Vorliegend können in Abhängigkeit von der aus dem Innentank entnommenen Menge von Wasserstoff die Schaltzeiten des Tankdruck-Regelventils 7a in der Größenordnung von 15 Minuten und mehr, also signifikant über den üblichen Taktzeiten eines üblichen Taktventils liegen, während sich der obere und untere Schwellwert für die Ansteuerung des Tankdruck-Regelventils 7a um bspw. 10 bar und mehr voneinander unterscheiden können, d.h. (P1 - PAntπeb.mm ≥10 bar), wobei noch darauf hingewiesen sei, dass dies sowie eine Vielzahl von Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für einen Kryodruck-Tank (1 ), in dem kryogener Wasserstoff zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle eines Kraftfahrzeugs, unter überkritischem Druck bei 13 bar oder mehr gespeichert werden kann, wobei zum Ausgleich des aus der Entnahme von Wasserstoff aus dem Kryodruck- Tank (1) resultierenden Druckabbaus entnommener und in einem Wärmetauscher (5) erwärmter Wasserstoff über ein Tankdruck-Regelventil (7a) und eine von einer zum Verbraucher führenden Versorgungsleitung (6) abzweigende Zweigleitung (8) einem im Kryo-Drucktank (1 ) vorgesehenen Wärmetauscher (9) zugeführt und nach Durchströmen desselben in die Versorgungsleitung (6) stromab des Abzweigs der Zweigleitung (8) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils über eine die Taktzeiten eines üblichen Taktventils signifikant überschreitende Zeitspanne hinweg entweder die entnommene Menge von Wasserstoff nach Erwärmung ohne Beschränkung in den im Kryo-Drucktank (1 ) vorgesehenen Wärmetauscher (9) geführt wird, wobei das Tankdruck-Regelventil (7a) vollständig geöffnet ist, o- der überhaupt keine Rückführung von erwärmten Wasserstoff in den im Kryo-Drucktank (1 ) vorgesehenen Wärmetauscher (9) erfolgt, und dass in der Versorgungsleitung (6) stromab der Abzweigung der Zweigleitung (8) eine Druckregeleinheit (7b) vorgesehen ist, die sicherstellt, dass trotz stromauf der Druckregeleinheit (7b) durch das Schalten des Tankdruck-Regelventils (7a) verursachter Änderungen des Drucks in der Versorgungsleitung (6) eine ausreichende und kontinuierliche Versorgung des Verbrauchers mit Wasserstoff unter benötigtem Druck gewährleistet ist.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen eines Teil-Befüllungsgrades (m*) des Kryodruck-Tanks (1 ), bei welchem trotz weiteren Wärmeeintrags auch durch die Tank-Isolation kein einen auslegungsspezifischen Grenzwert übersteigender Druck innerhalb des Kryodruck-Tanks (1 ) entstehen kann, das Tankdruck-Regelventil (7a) kontinuierlich geöffnet bleibt.
PCT/EP2008/009890 2007-12-03 2008-11-21 Betriebsverfahren für einen kryodruck-tank Ceased WO2009071208A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE502008003383T DE502008003383D1 (de) 2007-12-03 2008-11-21 Betriebsverfahren für einen kryodruck-tank
AT08857457T ATE507432T1 (de) 2007-12-03 2008-11-21 Betriebsverfahren für einen kryodruck-tank
EP08857457A EP2217845B1 (de) 2007-12-03 2008-11-21 Betriebsverfahren für einen kryodruck-tank
US12/792,331 US9625094B2 (en) 2007-12-03 2010-06-02 Operating method for a cryo-compressed tank

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007057978A DE102007057978A1 (de) 2007-12-03 2007-12-03 Betriebsverfahren für einen Kryodruck-Tank
DE102007057978.2 2007-12-03

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US12/792,331 Continuation US9625094B2 (en) 2007-12-03 2010-06-02 Operating method for a cryo-compressed tank

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009071208A1 true WO2009071208A1 (de) 2009-06-11

Family

ID=40377445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/009890 Ceased WO2009071208A1 (de) 2007-12-03 2008-11-21 Betriebsverfahren für einen kryodruck-tank

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9625094B2 (de)
EP (1) EP2217845B1 (de)
AT (1) ATE507432T1 (de)
DE (2) DE102007057978A1 (de)
WO (1) WO2009071208A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023046879A1 (de) 2021-09-27 2023-03-30 Zieger Johannes Kryotank
EP4394233A1 (de) 2022-12-31 2024-07-03 Cryomotive GmbH Verfahren zum betrieb eines kryodrucktanks
EP4644761A1 (de) 2024-05-02 2025-11-05 Cryomotive GmbH Computerimplementiertes verfahren zur parametrisierung einer regelung einer entnahme von kryogenem wasserstoff aus einem kryodrucktank
EP4644762A1 (de) 2024-05-02 2025-11-05 Cryomotive GmbH Wasserstoffspeichersystem und verfahren zur regelung einer entnahme von kryogenem wasserstoff aus einem kryodrucktank

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012204819A1 (de) 2012-03-26 2013-09-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Betriebsverfahren für eine Brennstoffzellen-Anlage
DE102012204818A1 (de) 2012-03-26 2013-09-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Betriebsverfahren für einen Kryo-Drucktank
DE102012210067A1 (de) 2012-06-14 2013-12-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kryo-Drucktank-System eines Kraftfahrzeugs
DE102012216778A1 (de) * 2012-09-19 2014-05-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug-Drucktank
DE102013214044A1 (de) 2013-07-17 2015-01-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Bestimmen der Masse des in einem Kryodrucktank gespeicherten Mediums
DE102014207300B4 (de) * 2014-04-16 2021-07-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Tanks, insbesondere eines Kraftfahrzeugtanks
DE102014211503A1 (de) * 2014-06-16 2015-12-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Überwachungsvorrichtung für einen Drucktank sowie Drucktank
DE102014219425A1 (de) * 2014-09-25 2016-03-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Behälter zur kryogenen Speicherung von Kraftstoff
DE102015217085A1 (de) * 2015-09-07 2017-03-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Optimieren des bei einer Wiederauffüllung erreichbaren Befüllungsgrads eines kryogenen Drucktanks in einem Kraftfahrzeug, Befüllungsgradoptimierungsvorrichtung zur Optimierung des bei einer Wiederauffüllung erreichbaren Befüllungsgrads eines kryogenen Drucktanks in einem Kraftfahrzeug sowie Drucktank mit einer solchen Befüllungsgradoptimierungsvorrichtung
US11371654B2 (en) 2017-04-25 2022-06-28 Chart Inc. Pressure building cryogenic fluid delivery system
US10495257B2 (en) * 2017-05-08 2019-12-03 Honda Motor Co., Ltd. Heat load reduction on hydrogen filling station
US11619146B2 (en) * 2017-05-18 2023-04-04 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Two-phase thermal pump
DE102017118951B4 (de) 2017-08-18 2019-11-14 Arianegroup Gmbh Kühlung einer Abdampfung von Flüssiggas zum Antrieb von Maschinen, Anlagen oder Fahrzeugen
CN109630876A (zh) * 2018-11-23 2019-04-16 东南大学 一种深冷高压储氢供氢装置
US11559964B2 (en) 2019-06-06 2023-01-24 Northrop Grumman Systems Corporation Composite structures, composite storage tanks, vehicles including such composite storage tanks, and related systems and methods
DE102019125184A1 (de) * 2019-09-19 2021-03-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter sowie Kraftfahrzeug
US12264783B2 (en) 2019-09-19 2025-04-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Pressure vessel and motor vehicle
EP4274983B1 (de) * 2021-01-06 2026-04-15 Verne Inc. Kryokomprimierte wasserstoffspeicher-mehrtanksysteme und deren wärmeverwaltung
US12135112B2 (en) * 2021-09-03 2024-11-05 China Energy Investment Corporation Limited System having cryotank with offset pump housing, method of making and method of using the same
US20240377034A1 (en) * 2021-09-15 2024-11-14 Cryoshelter LH2 GmbH System comprising a cryogenic container and a heat exchanger with a connection block
FR3130934B1 (fr) * 2021-12-22 2024-07-12 Faurecia Systemes Dechappement Ensemble de stockage de fluide cryogénique
FR3130928B1 (fr) * 2021-12-22 2024-07-05 Faurecia Systemes Dechappement Dispositif de stockage et d’alimentation en hydrogène et ensemble correspondant
US11885465B2 (en) * 2022-05-10 2024-01-30 General Electric Company Systems for refueling cryo-compressed hydrogen tanks and methods for operating the same
DE102022114284A1 (de) * 2022-06-07 2023-12-07 Daimler Truck AG Verfahren zur Entnahme von Wasserstoff, zum vollständigen Entleeren eines Flüssigwasserstofftanks und dessen Verwendung
DE102022206671A1 (de) * 2022-06-30 2024-01-04 Magna Energy Storage Systems Gesmbh Kryotanksystem
DE102023200257B3 (de) * 2023-01-13 2024-05-29 Magna Energy Storage Systems Gesmbh Kryotank umfassend eine Entnahmevorrichtung
CN117662966A (zh) * 2023-12-21 2024-03-08 中国铁建重工集团股份有限公司 储气容器
US20250334229A1 (en) * 2024-04-26 2025-10-30 Airbus Sas High-pressure hydrogen distribution system for an aircraft with a tank storing supercritical hydrogen
CN118517637A (zh) * 2024-06-11 2024-08-20 华北电力大学 一种压力自适应强化换热固态储氢双口瓶

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5373700A (en) * 1993-02-12 1994-12-20 Mcintosh; Glen E. Natural gas vehicle fuel vapor delivery system
DE4320556A1 (de) * 1993-06-21 1994-12-22 Linde Ag Speicherbehälter für kryogene Medien
DE19934457A1 (de) * 1999-07-27 2001-02-15 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur Regelung des Drucks in einem Kryotank und dafür geeignete Vorrichtung
US6505469B1 (en) * 2001-10-15 2003-01-14 Chart Inc. Gas dispensing system for cryogenic liquid vessels
US7201002B1 (en) * 2003-04-21 2007-04-10 Cryogenic Group, Inc. Anti-weathering apparatus method for liquid and vapor storage systems

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE539336C (de) * 1928-10-13 1931-11-28 Linde Eismasch Ag Verfahren zur Verdampfung verfluessigter tiefsiedender Gase
US3360948A (en) * 1965-10-24 1968-01-02 Air Reduction Prevention of thermal oscillations in cryogenic fluids
US3650290A (en) * 1968-11-19 1972-03-21 Air Reduction Pressure control system for cryogenic fluids
DE7007330U (de) * 1970-02-27 1972-01-27 Linde Ag Vorrichtung zur entnahme eines fluessiggases oder fluessiggasgemisches aus einem waermeisolierten druckbehaelter.
US3733838A (en) * 1971-12-01 1973-05-22 Chicago Bridge & Iron Co System for reliquefying boil-off vapor from liquefied gas
US5357758A (en) * 1993-06-01 1994-10-25 Andonian Martin D All position cryogenic liquefied-gas container
FR2707371B1 (fr) * 1993-07-08 1995-08-11 Air Liquide Installation de fourniture d'un gaz sous haute pression.
US5421162A (en) * 1994-02-23 1995-06-06 Minnesota Valley Engineering, Inc. LNG delivery system
FR2794843B1 (fr) * 1999-06-08 2001-08-03 Air Liquide Dispositif de reglage de pression pour un reservoir cryogenique et installation de fourniture de fluide correspondante
US6708502B1 (en) 2002-09-27 2004-03-23 The Regents Of The University Of California Lightweight cryogenic-compatible pressure vessels for vehicular fuel storage
US7165408B2 (en) * 2004-02-19 2007-01-23 General Motors Corporation Method of operating a cryogenic liquid gas storage tank
DE102006025656B4 (de) * 2006-06-01 2017-09-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Kraftstoffspeicherung und -förderung von kryogenem Kraftstoff
DE102007011530A1 (de) 2007-03-09 2008-09-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Befüllen eines für ein kryogenes Speichermedium, insbesondere Wasserstoff, vorgesehenen Druckspeichers
DE102007011742A1 (de) 2007-03-10 2008-09-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Befüllen eines für ein tiefkaltes Speichermedium, insbesondere Wasserstoff, vorgesehenen Druckspeichers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5373700A (en) * 1993-02-12 1994-12-20 Mcintosh; Glen E. Natural gas vehicle fuel vapor delivery system
DE4320556A1 (de) * 1993-06-21 1994-12-22 Linde Ag Speicherbehälter für kryogene Medien
DE19934457A1 (de) * 1999-07-27 2001-02-15 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur Regelung des Drucks in einem Kryotank und dafür geeignete Vorrichtung
US6505469B1 (en) * 2001-10-15 2003-01-14 Chart Inc. Gas dispensing system for cryogenic liquid vessels
US7201002B1 (en) * 2003-04-21 2007-04-10 Cryogenic Group, Inc. Anti-weathering apparatus method for liquid and vapor storage systems

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023046879A1 (de) 2021-09-27 2023-03-30 Zieger Johannes Kryotank
EP4394233A1 (de) 2022-12-31 2024-07-03 Cryomotive GmbH Verfahren zum betrieb eines kryodrucktanks
WO2024141341A1 (de) 2022-12-31 2024-07-04 Cryomotive GmbH Verfahren zum betrieb eines kryodrucktanks
EP4644761A1 (de) 2024-05-02 2025-11-05 Cryomotive GmbH Computerimplementiertes verfahren zur parametrisierung einer regelung einer entnahme von kryogenem wasserstoff aus einem kryodrucktank
EP4644762A1 (de) 2024-05-02 2025-11-05 Cryomotive GmbH Wasserstoffspeichersystem und verfahren zur regelung einer entnahme von kryogenem wasserstoff aus einem kryodrucktank
WO2025228628A1 (de) 2024-05-02 2025-11-06 Cryomotive GmbH Wasserstoffspeichersystem und verfahren zur regelung einer entnahme von kryogenem wasserstoff aus einem kryodrucktank

Also Published As

Publication number Publication date
DE502008003383D1 (de) 2011-06-09
ATE507432T1 (de) 2011-05-15
DE102007057978A1 (de) 2009-06-04
US20100236259A1 (en) 2010-09-23
US9625094B2 (en) 2017-04-18
EP2217845A1 (de) 2010-08-18
EP2217845B1 (de) 2011-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2217845B1 (de) Betriebsverfahren für einen kryodruck-tank
EP2831491B1 (de) Betriebsverfahren für einen kryo-drucktank
EP2831492B1 (de) Betriebsverfahren für eine brennstoffzellen-anlage
WO2008110453A2 (de) Verfahren zum befüllen eines für ein kryogenes speichermedium, insbesondere wasserstoff, vorgesehenen druckspeichers
DE8916036U1 (de) Vorrichtung zum Abfüllen von kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten, insbesondere Getränken, unter Gegendruck in Gefäße o.dgl.
EP1206663B1 (de) Verfahren zur regelung des drucks in einem kryotank und dafür geeignete vorrichtung
EP2076707B1 (de) Vorrichtung zum schnellen befüllen von druckgasbehältern
DE102007011742A1 (de) Verfahren zum Befüllen eines für ein tiefkaltes Speichermedium, insbesondere Wasserstoff, vorgesehenen Druckspeichers
DE102005007551B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Tieftemperatur-Flüssiggasspeichertanks
DE102007057979B4 (de) Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit kryogenem Wasserstoff
DE10040679A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur druckgeregelten Versorgung aus einem Flüssiggastank
WO2017148604A1 (de) Verfahren zum abkühlen eines ersten kryogenen druckbehälters
EP4244521A1 (de) Druckspeichereinrichtung zum speichern eines mediums und verfahren zum betreiben einer druckspeichereinrichtung
EP1642062B1 (de) Speichersystem für kryogene medien
DE19704361C1 (de) Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung
WO2022096267A1 (de) Thermische Entlastungseinrichtung für einen Gastank und Verfahren zum Herstellen einer thermischen Entlastungseinrichtung für einen Gastank
DE102017217348A1 (de) Druckbehältersystem und Verfahren zum Zuführen von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem
AT524708B1 (de) Expansionsvorrichtung für eine Expansion von Brenngas von einem Speicherdruck auf einen Betriebsdruck zur Zufuhr zu einem Brennstoffzellensystem
DE102019134166A1 (de) Brennstoffversorgungssystem und Kraftfahrzeug
EP4477940B1 (de) Verfahren für den betrieb von gasspeichern
DE102024114886A1 (de) Tanksystem und Verfahren zur Versorgung eines Verbrauchers
DE102019203424A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems, Steuergerät und Kraftstoffsystem
DE102018201494A1 (de) Prüfvorrichtung zur zyklischen Druckbelastung von mindestens einem Druckbehälter
WO2026017331A1 (de) Verfahren zur thermischen energiespeicherung und thermischer energiespeicher
WO2025146291A1 (de) Verfahren zum steuern eines sich im betrieb befindlichen tanksystems, tanksystem, computerprogrammprodukt und computerlesbares medium

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08857457

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008857457

Country of ref document: EP