WO2022106053A1 - Verfahren und fördervorrichtung - Google Patents

Verfahren und fördervorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2022106053A1
WO2022106053A1 PCT/EP2021/025439 EP2021025439W WO2022106053A1 WO 2022106053 A1 WO2022106053 A1 WO 2022106053A1 EP 2021025439 W EP2021025439 W EP 2021025439W WO 2022106053 A1 WO2022106053 A1 WO 2022106053A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conditioning tank
cryogen
storage container
consumer
hydrogen
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/025439
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Posselt
Anton WALLENHOFER
Eva Müller
Stefan Felbinger
Christian Zach
Harald Zenz
Kathrin Wellenhofer
Hakemi NABEEL
Julia KLEINER
Petya TONEVA
Kay DOST
Original Assignee
Linde Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde Gmbh filed Critical Linde Gmbh
Priority to KR1020237020030A priority Critical patent/KR20230104719A/ko
Priority to JP2023528721A priority patent/JP2023550729A/ja
Priority to EP21806150.5A priority patent/EP4248124A1/de
Priority to AU2021383247A priority patent/AU2021383247A1/en
Priority to US18/252,975 priority patent/US20230417368A1/en
Publication of WO2022106053A1 publication Critical patent/WO2022106053A1/de

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
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/02—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases
    • 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
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • 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
    • 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
    • F17C2205/0326—Valves electrically actuated
    • 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
    • F17C2221/011—Oxygen
    • 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
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/014—Nitrogen
    • 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
    • F17C2221/016—Noble gases (Ar, Kr, Xe)
    • F17C2221/017—Helium
    • 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
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, 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
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/035—Propane butane, e.g. LPG, GPL
    • 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
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0115—Single phase dense or supercritical, i.e. at high pressure and high density
    • 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
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • 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
    • F17C2223/04—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by other properties of handled fluid before transfer
    • F17C2223/042—Localisation of the removal point
    • 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
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/01—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0107—Single phase
    • F17C2225/0115—Single phase dense or supercritical, i.e. at high pressure and high density
    • 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
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/01—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0107—Single phase
    • F17C2225/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • 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
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2225/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • 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
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2225/035—High pressure, i.e. between 10 and 80 bars
    • 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
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0107—Propulsion of the fluid by pressurising the ullage
    • 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
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0121—Propulsion of the fluid by gravity
    • 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
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0304—Heat exchange with the fluid by heating using an electric heater
    • 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
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0309—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
    • 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
    • F17C2227/0388—Localisation of heat exchange separate
    • F17C2227/0393—Localisation of heat exchange separate using a vaporiser
    • 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
    • F17C2227/04—Methods for emptying or filling
    • 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
    • F17C2227/04—Methods for emptying or filling
    • F17C2227/041—Methods for emptying or filling vessel by vessel
    • F17C2227/042—Methods for emptying or filling vessel by vessel with change-over from one vessel to another
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/01—Intermediate tanks
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/043—Pressure
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/0439—Temperature
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/06—Controlling or regulating of parameters as output values
    • F17C2250/0605—Parameters
    • F17C2250/0636—Flow or movement of content
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/07—Actions triggered by measured parameters
    • F17C2250/072—Action when predefined value is reached
    • F17C2250/077—Action when predefined value is reached when empty
    • 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
    • F17C2260/016—Preventing slosh
    • 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
    • F17C2260/02—Improving properties related to fluid or fluid transfer
    • 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
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • 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
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships
    • 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
    • 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
    • F17C2270/0186—Applications for fluid transport or storage in the air or in space
    • 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 a method for delivering a cryogen and a delivery device for delivering a cryogen.
  • Storage tanks for liquid hydrogen can, according to the applicant's internal knowledge, have a pressure build-up evaporator, which makes it possible to build up pressure inside the storage tank, so that gaseous hydrogen can be made available to a consumer, for example in the form of a fuel cell, with a stable supply pressure of around 6 bara can.
  • a pressure build-up evaporator which makes it possible to build up pressure inside the storage tank, so that gaseous hydrogen can be made available to a consumer, for example in the form of a fuel cell, with a stable supply pressure of around 6 bara can.
  • the applicant is also aware of the internal state of the art in which the hydrogen is stored in the storage tank with almost no pressure.
  • the hydrogen is pumped with the help of a cryopump and fed to the fuel cell at the aforementioned supply pressure.
  • a cryopump has moving parts, which can lead to a certain amount of maintenance and thus to downtimes.
  • this is energetically unfavorable.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for conveying a cryogen.
  • a method for delivering a cryogen from a storage container to a consumer comprises the following steps: a) Introducing the cryogen from the storage vessel into a conditioning tank, the cryogen being discharged only due to its hydrostatic pressure flows from the storage vessel into the conditioning tank, b) bringing the cryogen received in the conditioning tank to its supercritical state, and c) discharging the cryogen from the conditioning tank to the consumer, the cryogen received in the conditioning tank being in the supercritical state during step c). is held.
  • the cryogen contained in the conditioning tank is kept in the supercritical state and there is therefore no phase boundary, movement of the conditioning tank, for example in rough seas, has no negative effects on the temperature distribution within the conditioning tank. Furthermore, the storage container can be operated at as low a pressure as possible. This increases the hold time of the cryogen.
  • the cryogen is preferably hydrogen.
  • cryogen and “hydrogen” can therefore be arbitrarily interchanged. In principle, however, the cryogen can also be any other cryogen.
  • cryogenic fluids or liquids, or cryogens for short are liquid helium, liquid nitrogen or liquid oxygen, in addition to the aforementioned hydrogen.
  • a “cryogen” is thus to be understood in particular as a liquid.
  • the cryogen can also be vaporized and thus converted into the gaseous phase. After vaporization, the cryogen is a gas, or may be referred to as gaseous or vaporized cryogen.
  • the consumer is preferably a fuel cell.
  • a "fuel cell” is to be understood here as meaning a galvanic cell which converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel, in this case hydrogen, and an oxidizing agent, in this case oxygen, into electrical energy.
  • the cryogen is supplied to the consumer itself, in particular in gaseous form, with a defined supply pressure. That is, the cryogen is vaporized before or upstream of the consumer. For example, the cryogen is supplied to the consumer with a supply pressure of 6 bara and a temperature of 10 to 25 °C.
  • a gas zone and an underlying liquid zone are formed in the storage container after or during the filling of the cryogen. Between the gas zone and a phase boundary is provided in the liquid zone.
  • the cryogen After being filled into the storage container, the cryogen preferably has two phases with different states of aggregation, namely liquid and gaseous. The liquid phase can change into the gaseous phase and vice versa. A purely liquid filling is also possible.
  • a line running between the storage container and the conditioning tank is preferably provided for introducing the cryogen from the storage container into the conditioning tank.
  • the storage container is preferably arranged above the conditioning tank with respect to a direction of gravity, so that the cryogen flows from the storage container into the conditioning tank solely due to the static pressure.
  • cryogen in this case the cryogen, due to the influence of gravitation or gravity.
  • hydrostatic pressure means in particular that the cryogen is conveyed “exclusively” from the storage container into the conditioning tank with the aid of the hydrostatic pressure becomes.
  • the terms “only”, “alone”, “merely” or “exclusively” can be arbitrarily interchanged with one another.
  • Exclusively means in particular that there is no other way of conveying the cryogen other than due to its hydrostatic pressure. In particular, "flow” may be replaced by "being promoted”.
  • the cryogen can flow or be conveyed solely because of its hydrostatic pressure from the storage container to the conditioning tank by arranging the storage container, viewed along a direction of gravity, at least in sections above or above the conditioning tank.
  • a point or area where the cryogen is discharged or withdrawn from the storage vessel is located higher or above a point or area where the cryogen is introduced or added to the conditioning tank.
  • a pump for conveying the cryogen from the storage container into the conditioning tank is therefore not required and can therefore be dispensed with.
  • the method, in particular step a) of the method is accordingly carried out "without a pump" or "without a pump".
  • step a) the cryogen is introduced or conveyed without a pump or without a pump from the storage container into the conditioning tank. Accordingly, step a) can also be described as follows: pump-free introduction of the cryogen from the storage container into the conditioning tank. The omission of a pump leads to greater reliability of the process, since there are no moving parts.
  • a valve provided between the storage tank and the conditioning tank is preferably closed.
  • the "supercritical state” or the “critical point” means a thermodynamic state of the cryogen characterized by equalization of the densities of the liquid and gaseous phases. The differences between the two states of matter cease to exist at the critical point. This means that there is no longer a phase boundary in the supercritical state.
  • the cryogen can be brought into the supercritical state, for example, by pressurizing it.
  • heat can be introduced into the conditioning tank so that the pressure in the conditioning tank increases.
  • the pressure in the conditioning tank is increased solely with the aid of the introduction of heat. This means in particular that the cryogen is brought into the supercritical state only or exclusively with the aid of heat.
  • the cryogen is kept continuously or permanently in the supercritical state.
  • the product removal in this case the removal of the cryogen, takes place in the supercritical state of the cryogen.
  • the pressure in the conditioning tank is thus permanently kept constant during operation of the same.
  • the cryogen is in particular always or constantly in a single-phase state, namely in the supercritical state. "Always" means that leaving the supercritical state is not desired and in particular also has not taken place or cannot take place. This can be achieved, for example, by continuously supplying heat during step c), ie while the cryogen is being removed from the conditioning tank.
  • the cryogen is preferably constantly kept in the supercritical state, so that the supercritical state is maintained even when the cryogen is discharged from the conditioning tank while the consumer is supplied with the cryogen.
  • step c) i.e. during the removal of the cryogen from the conditioning tank, heat is continuously introduced into the conditioning tank in order to keep the pressure in the conditioning tank constant during step c), so that the cryogen also always remains in the supercritical state during the cryogen purge.
  • the pressure in the conditioning tank is kept, in particular kept constant, exclusively with the aid of the introduction of heat.
  • the conditioning tank is separated from the storage container with the aid of a valve by closing the valve.
  • the valve is preferably a shut-off valve.
  • the valve can be an on-off valve. This means that the valve can be brought into two states, namely an open state and a closed state.
  • the aforesaid valve is provided in or on the line provided between the storage tank and the conditioning tank.
  • a valve provided between the conditioning tank and the consumer is opened in step c).
  • a line is also provided between the conditioning tank and the consumer, which can be shut off with the aid of the aforementioned valve.
  • the valve is placed downstream of the conditioning tank.
  • heat is introduced into the conditioning tank during step b) in order to bring the cryogen into the supercritical state.
  • a heating element can be provided in or on the conditioning tank.
  • the heating element can be an electrical heating element, for example.
  • the heating element can also have a heating medium, with the aid of which the heat is introduced into the cryogen.
  • heat is introduced into the conditioning tank during step c) in order to keep the cryogen in the supercritical state.
  • step c) the density of the cryogen in the conditioning tank decreases.
  • the cryogen is continuously maintained in the supercritical state and the cryogen is supplied to the consumer.
  • a pressure within the conditioning tank is kept constant during step c).
  • Constant can be understood to mean a deviation from a setpoint pressure of ⁇ 1 bar.
  • the pressure within the conditioning tank is maintained at 14 bara.
  • step c) is terminated after a predetermined temperature has been reached in the conditioning tank.
  • the predetermined temperature is -230°C, for example. After the predetermined temperature has been reached, preferably no more heat is introduced into the conditioning tank.
  • the conditioning tank is expanded into the consumer until a supply pressure of the consumer is reached.
  • the supply pressure is, for example, 6 bara. Due to the fact that the conditioning tank is expanded into the consumer, the conditioning tank can be further emptied.
  • the conditioning tank is decompressed into the storage container.
  • the gaseous cryogen can be introduced into the storage container either from above, ie into a gas zone of the storage container, or laterally or from below, ie into a liquid zone of the storage container. In the latter case, at least partial condensation of the introduced gaseous cryogen in the storage container is possible.
  • a first conditioning tank and a second conditioning tank are operated intermittently.
  • step a) is carried out with the first conditioning tank, while step b) or c) is carried out with the second conditioning tank.
  • step b) or c) is carried out with the second conditioning tank.
  • a conveying device for conveying a cryogen from a storage container to a consumer comprises a conditioning tank arranged between the storage container and the consumer, the storage container and the conditioning tank being arranged in such a way that the cryogen flows from the storage container into the conditioning tank solely because of its hydrostatic pressure, the conditioning tank being set up to flow from the storage container into bringing cryogen introduced into the conditioning tank into its supercritical state and supplying it to the consumer and maintaining the cryogen received in the conditioning tank in the supercritical state while supplying the cryogen to the consumer.
  • the conveying device may include the storage container.
  • the storage container is preferably constructed rotationally symmetrical to a central or symmetrical axis.
  • the storage container is thus preferably cylindrical.
  • the conditioning tank can also be cylindrical.
  • the conditioning tank can also be referred to as a conditioning container.
  • the fact that the conditioning tank is "set up" to bring the cryogen introduced into the conditioning tank into its supercritical state and to convey it to the consumer means here that the conditioning tank has means, for example a heating element or the like, with the help of which the supercritical state can be achieved . Means are also provided for maintaining the supercritical state, for example in the form of the aforementioned heating element.
  • the conditioning tank has, for example, a line and a valve, or a line and a valve are assigned to the conditioning tank.
  • the storage container is preferably arranged or positioned at least partially higher than the conditioning tank, viewed along the direction of gravity.
  • the conditioning tank includes a heating element for applying heat to the cryogen held in the conditioning tank to bring the cryogen into the supercritical state.
  • the pressure in the conditioning tank can be increased with the aid of the introduction of heat. This puts the cryogen in the supercritical state.
  • the conveying device further comprises a first conditioning tank and a second conditioning tank, wherein the first conditioning tank and the second conditioning tank can be operated intermittently.
  • the consumer is preferably preceded by an evaporator which vaporizes the cryogen supplied to the consumer and thus brings it to a supply pressure of, for example, 6 bara at a temperature of 10 to 25.degree.
  • the evaporator can, for example, a be an electric vaporizer.
  • the vaporizer can also vaporize the cryogen using a heating medium.
  • the conditioning tank is arranged with respect to a direction of gravity in such a way that the cryogen automatically flows into the storage container due to gravity.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment of a vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic view of an embodiment of a delivery device for delivering hydrogen
  • Fig. 3 shows the pressure-enthalpy diagram of hydrogen
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for conveying hydrogen.
  • the vehicle 1 shows a greatly simplified schematic side view of an embodiment of a vehicle 1.
  • the vehicle 1 can be, for example, a maritime watercraft, in particular a ship.
  • the vehicle 1 can be referred to as a maritime vehicle.
  • the vehicle 1 can be a maritime passenger ferry.
  • the vehicle 1 can also be a land vehicle or an aircraft.
  • the vehicle 1 is a watercraft.
  • the vehicle 1 comprises a hull 2 which is buoyant.
  • a bridge 3 is provided on or on the hull 2 .
  • the vehicle 1 is preferably operated with hydrogen.
  • the vehicle 1 can have any consumer 4 .
  • the consumer 4 is preferably a fuel cell.
  • a "fuel cell” is to be understood here as meaning a galvanic cell which converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel, in this case hydrogen, and an oxidizing agent, in this case oxygen, into electrical energy. With the help of the electrical energy obtained, an electric motor (not shown) can be driven, for example, which in turn drives a ship's propeller to drive the vehicle 1 .
  • a storage container 5 for storing liquid hydrogen is provided for supplying the consumer 4 with hydrogen. For stable operation of the consumer 4, it is necessary to supply the consumer 4 with gaseous hydrogen a defined supply pressure.
  • the storage container 5 is constructed rotationally symmetrically to a central or symmetrical axis 6 .
  • the storage container 5 can be arranged, for example, inside the hull 2 , in particular inside a machine room, on the bridge 3 or on a deck of the hull 2 functioning as a foundation 7 .
  • the axis of symmetry 6 can be oriented perpendicular to a direction of gravity g. That is, the storage tank 5 is positioned lying down or horizontally. Thus the axis of symmetry 6 is placed parallel to the foundation 7 . However, the storage container 5 can also be positioned standing or vertically. In this case, the axis of symmetry 6 is oriented parallel to the direction of gravity g. In the event that the vehicle 1 is a vehicle that has been converted to a hydrogen drive, for example, the storage container 5 can also be placed in a chimney or chimney of the vehicle 1 , for example.
  • This sloshing also referred to as sloshing, leads to the cooling of the vapor phase above the liquid hydrogen and thus to the pressure reduction of a gas cushion that has formed above the liquid hydrogen. Depending on the current sea state, this can have adverse effects on the supply pressure available for the operating components of the consumer 4, which can lead to unstable operation of the consumer 4.
  • the storage container 5 can also be operated directly at the supply pressure.
  • an equilibrium is established in the storage container 5 with a liquid phase and a gas phase layered on top. Due to the low surface tension of liquid hydrogen, a movement of the storage container 5, for example when the same is arranged on or on a vehicle 1 as mentioned above, causes the liquid phase and the gas phase to mix with one another and the liquid hydrogen thus cools the warmer gaseous hydrogen. It is then not possible to maintain the supply pressure until an equilibrium is established between the temperature of the liquid hydrogen and the gaseous hydrogen.
  • FIG. 2 shows a schematic view of an embodiment of a conveying device 8 which can have the storage container 5 .
  • the storage container 5 can also not be part of the conveying device 8 .
  • the conveying device 8 is set up to continuously supply the consumer 4 with gaseous hydrogen H2 at a constant supply pressure of approximately 6 bara, regardless of the sea state or other movements of the storage container 5 .
  • the liquid hydrogen H2 is accommodated in the storage container 5 .
  • a gas zone 9 with vaporized hydrogen H2 and a liquid zone 10 with liquid hydrogen H2 can be provided in the storage container 5.
  • the hydrogen H2 therefore has two phases with different states of aggregation, namely liquid and gaseous. This means that in the storage container 5 there is a phase boundary 11 between the liquid hydrogen H2 and the gaseous hydrogen H2.
  • the conveyor device 8 comprises a conveyor device 12A, 12B.
  • Two conveyor devices 12A, 12B namely a first conveyor device 12A and a second conveyor device 12B, are preferably provided. Exactly one conveyor device 12A, 12B can also be provided.
  • the conveyors 12A, 12B can be operated intermittently.
  • the conveyor devices 12A, 12B are constructed identically.
  • the components of the first conveyor 12A are identified by the letter “A” in FIG.
  • the components of the second conveyor 12B are correspondingly denoted by the letter “B” in FIG.
  • first conveyor device 12A Only the first conveyor device 12A will be discussed, with the explanations relating to the first conveyor device 12A being able to be transferred accordingly to the second conveyor device 12B.
  • the first conveyor 12A comprises a conditioning tank 13A which is suitable for receiving hydrogen H2.
  • the conditioning tank 13A can also be referred to as a conditioning vessel.
  • the conditioning tank 13A is placed below the storage tank 5 with respect to the direction of gravity g.
  • the conditioning tank 13A has a heater 14A for applying heat W to the hydrogen H2.
  • a line 15A leads from the storage container 5 to the conditioning tank 14.
  • the line 15A opens out of the storage container 5 on an underside of the latter. This means that the line 15A opens out of the storage container 5 below the phase boundary 11, so that liquid hydrogen H2 can be supplied to the conditioning tank 13A.
  • a line 16A branches off from the line 15A to the conditioning tank 13A.
  • line 15A Upstream of line 16A, line 15A includes a valve V1A.
  • Valve V1A is a shut-off valve.
  • the valve V1A can be an on-off valve.
  • the valve V1A is cold resistant. This means that valve V1A also fulfills its valve function at low temperatures, for example at the boiling point of hydrogen H2 of -252.882 °C.
  • the valve V1A can be a solenoid valve or a shut-off valve.
  • Valve V1A should preferably be operated automatically.
  • line 15A Downstream of line 16A, line 15A includes a valve V4A.
  • the valves V1A, V4A can be constructed identically.
  • the consumer 4 is placed downstream of the valve V4A. This means that the line 15A leads to the consumer 4.
  • a line 17A leads upwards from the conditioning tank 13A, counter to the direction of gravity g.
  • the line 17A opens into a line 18A, which in turn opens into the storage container 5 on the upper side, ie above the phase boundary 11 .
  • the line 18A has a valve V3A.
  • the valve V3A can be constructed identically to the valves V1A, V4A.
  • a line 19A branches off from the line 18A upstream of the valve V3A and opens into the storage container 5 at the side.
  • the line 19A opens into the storage container 5 below the phase boundary 11 .
  • the line 17A has a valve V2A.
  • the valve V2A can be constructed identically to the valves V1A, V3A, V4A.
  • the first conveyor 12A also includes a pressure controller 20A and a temperature controller 21A.
  • An evaporator 22 is connected upstream of the consumer 4. The evaporator 22 can evaporate the hydrogen H2 electrically or with the aid of a heating medium
  • a pressure-enthalpy diagram is a state diagram with the specific enthalpy h on the abscissa axis and the pressure p on the ordinate axis.
  • Figure 3 shows a log p-h diagram which scales the pressure p logarithmically.
  • a designates the two-phase region in which the gaseous and liquid phases of the hydrogen H2 are present at the same time.
  • the pure gas phase is denoted by b.
  • the supercritical range is denoted by c.
  • the pure liquid phase is denoted.
  • the critical point Pc is a thermodynamic state of a substance, in this case hydrogen H2, which changes when the densities of liquid and gaseous phase marks. The differences between the two states of matter cease to exist at the critical point Pc.
  • the hydrogen H2 is then in its supercritical state.
  • the hydrogen H2 has a critical pressure pc of 12.3 bara and a critical temperature Tc of -239.9 °C.
  • the supply pressure p4 for the consumer 4 is around 6 bara.
  • gaseous hydrogen H2 is in the conditioning tank 13A. This can be relaxed either in a low-pressure system or in the storage tank 5.
  • the valves V1A, V2A, V4A are closed and the valve V3A is open.
  • the gaseous hydrogen H2 is introduced into the gas zone 9 via the lines 17A, 18A.
  • the valves V1A, V3A, V4A can be closed and the valve V2A opened.
  • the gaseous hydrogen H2 is introduced into the liquid zone 10 via the lines 17A, 19A.
  • the liquid hydrogen H2 in the storage container 5 then cools the supplied gaseous hydrogen H2 so that it at least partially condenses.
  • the conditioning tank 13A is then filled with liquid hydrogen H2 via the line 15A.
  • the valves V2A, V3A, V4A are closed and the valve V1A is open.
  • the storage tank 5 is placed above the conditioning tank 13A with respect to the direction of gravity g, the liquid hydrogen H2 flows into the conditioning tank 13A by itself due to the static pressure.
  • the storage container 5 is completely or partially filled with liquid hydrogen H2.
  • the liquid hydrogen H2 in the storage container 5 or in the conditioning tank 13A at a point A has a pressure p of 1 bara, a temperature T of ⁇ 253° C. and a density p of 71 kg/m 3 .
  • the point A is an intersection of the two-phase line 23 with a 1-bar line 24.
  • the conditioning tank 13A is then isolated from the storage vessel 5 by means of closing the valve V1A.
  • the valves V2A, V3A, V4A are still closed.
  • Heat W is introduced into the liquid hydrogen H2 with the aid of the heating element 14A in order to increase the pressure p in the conditioning tank 13A.
  • FIG. 3 This is shown in FIG. 3 by a transition from point A to point B.
  • the pressure p is 14 bara
  • the temperature T is -251 °C
  • the density p 71 kg/m 3 This means that the pressure p is higher than the critical pressure pc.
  • the temperature T has increased by 2 °C in the transition from point A to point B.
  • the hydrogen H2 in the conditioning tank 13A is now in the supercritical state. Since there is no phase boundary in the supercritical state, movements of the conditioning tank 13A, for example in rough seas, have no undesired effects.
  • the valve V4A is opened at point B and the hydrogen H2 is fed to the consumer 4.
  • the hydrogen H2 is evaporated with the aid of the evaporator 22 and brought to the supply pressure p4 at a temperature T of 10 to 25°C.
  • the initial filling of the conditioning tank 13A is only a function of the temperature T. There is no need to measure the fill level.
  • the hydrogen H2 is delivered to the consumer 4 by opening the valve V4A.
  • the pressure p in the conditioning tank 13A is maintained at a pressure p of 14 bara at the same time by further supplying heat W.
  • the degree of filling is purely a function of the temperature T.
  • the density p of the hydrogen H2 in the conditioning tank 13A steadily decreases as the conditioning tank 13A is emptied.
  • the hydrogen H2 still remains in the supercritical state. That is, the hydrogen H2 in the conditioning tank 13A is single-phase.
  • the temperature T is selected in such a way that there is a significant drop in the density p between points B and C. This allows maximum use of the hydrogen H2.
  • the temperature T reached at point C is a compromise between the maximum utilization of the hydrogen H2 and a heat input into the storage container 5.
  • the introduction of heat W may be stopped to reduce the temperature T in the conditioning tank 13A by expansion of the supercritical hydrogen H2.
  • This enables maximum use of the hydrogen H2.
  • FIG. 3 This is shown in FIG. 3 by a transition from point C to point D.
  • the hydrogen H2 has the supply pressure p4 of 6 bara, a temperature T of -242° C. and a density p of 6.2 kg/m 3 .
  • the valve V4A is closed and the hydrogen H2, as explained in the introduction, expanded into the storage container 5.
  • a utilization of the hydrogen H2 of 92% can be achieved.
  • the conveyors 12A, 12B can be operated intermittently, so that, for example, the first conveyor 12A delivers the hydrogen H2 to the consumer 4 while the conditioning tank 13B of the second conveyor 12B is being filled, for example.
  • This intermittent operation makes it possible to continuously supply the consumer 4 with hydrogen H2 at the required supply pressure p4.
  • the advantages of the conveyor device 8 or the conveyor device 12A, 12B are summarized below.
  • the hydrogen H2 in the storage tank 5 can be kept at its equilibrium, resulting in a long holding time of the hydrogen H2. It is sufficient to use standard bulkheads or walls to prevent sloshing for mechanical reasons only. This allows the storage tank 5 to be constructed more easily. There is a higher absorption capacity for the hydrogen H2.
  • the storage container 5 can be operated in a suitable pressure range from 1 to 6 bara.
  • the density p of saturated liquid hydrogen H2 depends on the pressure. Operation of the storage container 5 at the lowest possible pressure p is desirable. For example, the density p is 71 kg/m 3 at a pressure p of 1 bara, 60 kg/m 3 at a pressure p of 6 bara and 28 kg/m 3 at a pressure p of 12 bara.
  • the conveying device 8 has no moving parts. The conveyor device 8 is therefore very unsusceptible to faults.
  • the hydrogen H2 in the conditioning tank 13A, 13B can be balanced. Walls or bulkheads to prevent sloshing are only required if the conditioning tank 13A, 13B is operated at a pressure p of less than 0.8*pc, preferably less than 0.9*pc.
  • the hydrogen H2 can be taken from the conditioning tank 13A, 13B as a single-phase medium.
  • the conveying device 8 can also be used under rough conditions, for example in heavy seas, since no phase transition between the gas phase and the liquid phase can take place, which could lead to malfunctioning of the consumer 4 .
  • the hydrogen H2 can be taken from the conditioning tank 13A, 13B as a single-phase medium.
  • a level control of the conditioning tank 13A, 13B is not necessary, since a stop temperature can be set at the point C, for example, at which the supply to the consumer 4 is stopped.
  • a simple pressure-temperature control scheme is possible using the heating element 14A, 14B. The fact that it is possible, the gaseous hydrogen H2 via the line 19A, 19B directly in the Introduce liquid hydrogen H2, an equilibrium can be reached quickly in the storage container 5.
  • a step S1 the hydrogen H2 is introduced from the storage container 5 into the conditioning tank 13A, 13B.
  • the valves V1A, V1B are open.
  • the valves V2A, V2B, V3A, V3B, V4A, V4B are closed.
  • the hydrogen H2 is introduced into the conditioning tank 13A, 13B due to the static pressure of the hydrogen H2 contained in the storage container 5 .
  • the storage container 5 is placed above the conditioning tanks 13A, 13B with respect to the direction of gravity g.
  • a step S2 the hydrogen H2 contained in the conditioning tank 13A, 13B is brought into its supercritical state.
  • the valves V1A, V1B are closed.
  • Heat W is introduced into the conditioning tank 13A, 13B by means of the heating element 14A, 14B.
  • the pressure p in the conditioning tank 13A, 13B increases until the supercritical state is reached.
  • a step S3 the hydrogen H2 is conducted from the conditioning tank 13A, 13B to the consumer 4, the hydrogen H2 received in the conditioning tank 13A, 13B being kept in the supercritical state during the step S3.
  • heat W is continuously introduced into the conditioning tank 13A, 13B during step S3.
  • the valve V1A, V1B is open.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Verfahren zum Fördern eines Kryogens (H2) von einem Speicherbehälter (5) zu einem Verbraucher (4), mit folgenden Schritten: a) Einleiten (S1) des Kryogens (H2) aus dem Speicherbehälter (5) in einen Konditioniertank (13A, 13B), wobei das Kryogen (H2) nur aufgrund seines hydrostatischen Drucks von dem Speicherbehälter (5) in den Konditioniertank (13A, 13B) strömt, b) Verbringen (S2) des in dem Konditioniertank (13A, 13B) aufgenommenen Kryogens (H2) in seinen überkritischen Zustand, und c) Ausleiten (S3) des Kryogens (H2) aus dem Konditioniertank (13A, 13B) zu dem Verbraucher (4), wobei das in dem Konditioniertank (13A, 13B) aufgenommene Kryogen (H2) während des Schritts c) in dem überkritischen Zustand gehalten wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Fördervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern eines Kryogens und eine Fördervorrichtung zum Fördern eines Kryogens.
Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff können gemäß betriebsinternen Erkenntnissen der Anmelderin einen Druckaufbauverdampfer aufweisen, welcher es ermöglicht, innerhalb des Speicherbehälters einen Druck aufzubauen, so dass gasförmiger Wasserstoff einem Verbraucher, beispielsweise in Form einer Brennstoffzelle, mit einem stabilen Versorgungsdruck von etwa 6 bara zur Verfügung gestellt werden kann. Bei einem Betrieb eines derartigen Speicherbehälters im maritimen Bereich, kann die natürliche Bewegung durch den Seegang dazu führen, dass die Betriebsbedingungen in dem Speicherbehälter nur sehr schwer so stabil gehalten werden können, dass der erforderliche Versorgungsdruck für die Brennstoffzelle konstant bereitgestellt werden kann.
Der Anmelderin ist ferner betriebsinterner Stand der Technik bekannt, bei dem der Wasserstoff in dem Speicherbehälter annähernd drucklos gelagert wird. In diesem Fall wird der Wasserstoff mit Hilfe einer Kryopumpe gefördert und der Brennstoffzelle mit dem zuvor erwähnten Versorgungsdruck zugeführt. Eine derartige Kryopumpe weist jedoch bewegliche Teile auf, was zu einem gewissen Wartungsaufwand und damit zu Stillstandszeiten führen kann. Weiterhin ist es gemäß betriebsinternen Erkenntnissen auch möglich, den Wasserstoff vor der Brennstoffzelle zu verdampfen und anschließend zu verdichten, um den erforderlichen Versorgungsdruck zu erreichen. Dies ist jedoch energetisch ungünstig.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Fördern eines Kryogens zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Fördern eines Kryogens von einem Speicherbehälter zu einem Verbraucher vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Einleiten des Kryogens aus dem Speicherbehälter in einen Konditioniertank, wobei das Kryogen nur aufgrund seines hydrostatischen Drucks aus dem Speicherbehälter in den Konditioniertank strömt, b) Verbringen des in dem Konditioniertank aufgenommenen Kryogens in seinen überkritischen Zustand, und c) Ausleiten des Kryogens aus dem Konditioniertank zu dem Verbraucher, wobei das in dem Konditioniertank aufgenommene Kryogen während des Schritts c) in dem überkritischen Zustand gehalten wird.
Dadurch, dass das in dem Konditioniertank aufgenommene Kryogen in dem überkritischen Zustand gehalten wird und somit keine Phasengrenze vorhanden ist, hat eine Bewegung des Konditioniertanks, beispielsweise bei hohem Seegang, keine negativen Auswirkungen auf die Temperaturverteilung innerhalb des Konditioniertanks. Ferner kann der Speicherbehälter bei einem möglichst niedrigen Druck betrieben werden. Dies verlängert die Haltezeit des Kryogens.
Das Kryogen ist vorzugsweise Wasserstoff. Die Begriffe "Kryogen" und "Wasserstoff" können daher beliebig miteinander getauscht werden. Grundsätzlich kann das Kryogen jedoch auch ein beliebiges anderes Kryogen sein. Beispiele für kryogene Fluide oder Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind neben dem zuvor erwähnten Wasserstoff flüssiges Helium, flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff. Unter einem "Kryogen" ist somit insbesondere eine Flüssigkeit zu verstehen. Das Kryogen kann auch verdampft und so in die gasförmige Phase überführt werden. Nach dem Verdampfen ist das Kryogen ein Gas oder kann als gasförmiges oder verdampftes Kryogen bezeichnet werden.
Der Verbraucher ist bevorzugt eine Brennstoffzelle. Unter einer "Brennstoffzelle" ist vorliegend eine galvanische Zelle zu verstehen, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes, vorliegend Wasserstoff, und eines Oxidationsmittels, vorliegend Sauerstoff, in elektrische Energie wandelt. Das Kryogen wird dem Verbraucher selbst insbesondere in gasförmiger Form mit einem definierten Versorgungsdruck zugeführt. Das heißt, das Kryogen wird vor dem Verbraucher oder stromaufwärts des Verbrauchers verdampft. Beispielsweise wird das Kryogen dem Verbraucher mit einem Versorgungsdruck von 6 bara und einer Temperatur von 10 bis 25 °C zugeführt.
In dem Speicherbehälter bildet sich nach oder bei dem Einfüllen des Kryogens eine Gaszone sowie eine darunterliegende Flüssigkeitszone. Zwischen der Gaszone und der Flüssigkeitszone ist eine Phasengrenze vorgesehen. Das Kryogen weist also nach dem Einfüllen in den Speicherbehälter vorzugsweise zwei Phasen mit unterschiedlichen Aggregatszuständen, nämlich flüssig und gasförmig, auf. Die flüssige Phase kann in die gasförmige Phase und umgekehrt übergehen. Auch eine rein flüssige Befüllung ist möglich.
Zum Einleiten des Kryogens aus dem Speicherbehälter in den Konditioniertank ist vorzugsweise eine zwischen dem Speicherbehälter und dem Konditioniertank verlaufende Leitung vorgesehen. Dabei ist der Speicherbehälter bezüglich einer Schwerkraftrichtung vorzugsweise oberhalb des Konditioniertanks angeordnet, so dass das Kryogen allein aufgrund des statischen Drucks von dem Speicherbehälter in den Konditioniertank strömt.
Unter dem "hydrostatischen Druck", "statischen Druck", "Gravitationsdruck" oder auch "Schweredruck" ist vorliegend insbesondere der Druck zu verstehen, der sich innerhalb eines ruhenden Fluids, vorliegend des Kryogens, durch den Einfluss der Gravitation oder Schwerkraft einstellt. Dass das Kryogen "nur", "allein" oder "lediglich" aufgrund seines hydrostatischen Drucks von dem Speicherbehälter in den Konditioniertank strömt oder gefördert wird, bedeutet insbesondere, dass das Kryogen "ausschließlich" mit Hilfe des hydrostatischen Drucks aus dem Speicherbehälter in den Konditioniertank gefördert wird. Die Begriffe "nur", "allein", "lediglich" oder "ausschließlich" können demgemäß beliebig gegeneinander getauscht werden. "Ausschließlich" heißt insbesondere, dass keine andere Art der Förderung des Kryogens außer aufgrund seines hydrostatischen Drucks vorliegt. "Strömen" kann insbesondere durch "gefördert werden" ersetzt werden.
Dieses Strömen oder gefördert werden des Kryogens allein aufgrund seines hydrostatischen Drucks von dem Speicherbehälter zu dem Konditioniertank kann, wie zuvor erwähnt, beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Speicherbehälter entlang einer Schwerkraftrichtung betrachtet, zumindest abschnittsweise oberhalb oder über dem Konditioniertank angeordnet ist. Insbesondere ist ein Punkt oder Bereich, an dem das Kryogen aus dem Speicherbehälter ausgeleitet oder aus diesem entnommen wird, höher oder oberhalb eines Punkts oder Bereichs angeordnet, an dem das Kryogen in den Konditioniertank eingeleitet oder diesem zugeführt wird. Eine Pumpe zum Fördern des Kryogens aus dem Speicherbehälter in den Konditioniertank ist somit nicht erforderlich und daher verzichtbar. Das Verfahren, insbesondere der Schritt a) des Verfahrens, wird demgemäß "pumpenlos" oder "pumpenfrei" durchgeführt. Das heißt insbesondere, dass bei dem Schritt a) das Kryogen pumpenlos oder pumpenfrei aus dem Speicherbehälter in den Konditioniertank eingeleitet oder gefördert wird. Der Schritt a) kann demgemäß auch wie folgt beschrieben werden: Pumpenloses Einleiten des Kryogens aus dem Speicherbehälter in den Konditioniertank. Der Verzicht auf eine Pumpe führt zu einer höheren Zuverlässigkeit des Verfahrens, da auf bewegliche Teile verzichtet werden kann.
Nach dem Einleiten des Kryogens aus dem Speicherbehälter in den Konditioniertank wird bevorzugt ein zwischen dem Speicherbehälter und dem Konditioniertank vorgesehenes Ventil geschlossen. Unter dem "überkritischen Zustand" oder dem "kritischen Punkt" ist ein thermodynamischer Zustand des Kryogens zu verstehen, der sich durch Angleichen der Dichten von flüssiger und gasförmiger Phase kennzeichnet. Die Unterschiede zwischen beiden Aggregatszuständen hören an dem kritischen Punkt auf zu existieren. Das heißt, in dem überkritischen Zustand ist keine Phasengrenze mehr vorhanden.
Das Kryogen kann beispielsweise dadurch in den überkritischen Zustand gebracht werden, dass es unter Druck gesetzt wird. Beispielsweise kann in den Konditioniertank Wärme eingebracht werden, so dass der Druck in dem Konditioniertank ansteigt. Insbesondere wird der Druck in dem Konditioniertank ausschließlich mit Hilfe des Einbringens von Wärme erhöht. Das heißt insbesondere, dass das Kryogen nur oder ausschließlich mit Hilfe von Wärme in den überkritischen Zustand verbracht wird. Das Kryogen wird insbesondere während des Schritts c) kontinuierlich oder dauerhaft in dem überkritischen Zustand gehalten.
Die Produktabnahme, vorliegend die Abnahme des Kryogens, erfolgt in dem überkritischen Zustand des Kryogens. Der Druck in dem Konditioniertank wird somit während des Betriebs desselben dauerhaft konstant gehalten. Das Kryogen befindet sich während des Schritts c) insbesondere stets oder ständig in einem einphasigen Zustand, nämlich in dem überkritischen Zustand. "Stets" heißt, dabei, dass ein Verlassen des überkritischen Zustands nicht gewünscht ist und insbesondere auch nicht erfolgt oder nicht erfolgen kann. Dies kann beispielsweise durch eine kontinuierliche Wärmezufuhr während des Schritts c), also während das Kryogen aus dem Konditioniertank abgenommen wird, erzielt werden.
Während des Schritts c) wird das Kryogen vorzugsweise ständig in dem überkritischen Zustand gehalten, so dass auch bei dem Ausleiten des Kryogens aus dem Konditioniertank der überkritische Zustand beibehalten wird, während der Verbraucher mit dem Kryogen versorgt wird. Das heißt insbesondere, dass während des Schritts c), also während der Abnahme des Kryogens aus dem Konditioniertank, kontinuierlich Wärme in den Konditioniertank eingebracht wird, um so den Druck in dem Konditioniertank während des Schritts c) konstant zu halten, so dass das Kryogen auch während des Ausleitens des Kryogens stets in dem überkritschen Zustand verbleibt. Der Druck in dem Konditioniertank wird insbesondere ausschließlich mit Hilfe des Einbringens von Wärme gehalten, insbesondere konstant gehalten.
Gemäß einer Ausführungsform wird nach dem Schritt a) der Konditioniertank mit Hilfe eines Ventils von dem Speicherbehälter separiert, indem das Ventil geschlossen wird.
Das Ventil ist vorzugsweise ein Absperrventil. Das Ventil kann ein Auf-Zu-Ventil sein. Das heißt, das Ventil kann in zwei Zustände, nämlich in einen geöffneten und in einen geschlossenen Zustand, verbracht werden. Das zuvor genannte Ventil ist in oder an der zwischen dem Speicherbehälter und dem Konditioniertank vorgesehenen Leitung vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt c) ein zwischen dem Konditioniertank und dem Verbraucher vorgesehenes Ventil geöffnet.
Zwischen dem Konditioniertank und dem Verbraucher ist ebenfalls eine Leitung vorgesehen, welche mit Hilfe des zuvor genannten Ventils absperrbar ist. Das Ventil ist stromabwärts des Konditioniertanks platziert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts b) Wärme in den Konditioniertank eingebracht, um das Kryogen in den überkritischen Zustand zu verbringen. Hierzu kann ein Heizelement in oder an dem Konditioniertank vorgesehen sein. Das Heizelement kann beispielsweise ein elektrisches Heizelement sein. Das Heizelement kann auch ein Heizmedium aufweisen, mit dessen Hilfe die Wärme in das Kryogen eingebracht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts c) Wärme in den Konditioniertank eingebracht, um das Kryogen in dem überkritischen Zustand zu halten.
Das heißt, dass während des Entleerens des Konditioniertanks kontinuierlich Wärme in das Kryogen eingebracht wird. Hierdurch kann der überkritische Zustand aufrechterhalten werden, während der Konditioniertank entleert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt während des Schritts c) die Dichte des Kryogens in dem Konditioniertank ab.
Während des Abnehmens der Dichte wird das Kryogen kontinuierlich in dem überkritischen Zustand gehalten und der Verbraucher wird mit dem Kryogen versorgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts c) ein Druck innerhalb des Konditioniertanks konstant gehalten.
Unter "konstant" kann vorliegend eine Abweichung von einem Solldruck von ±1 bar zu verstehen sein. Vorzugsweise wird der Druck innerhalb des Konditioniertanks auf 14 bara gehalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Schritt c) nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur in dem Konditioniertank beendet.
Die vorbestimmte Temperatur beträgt beispielsweise -230 °C. Nach dem Erreichen der vorbestimmten Temperatur wird vorzugsweise keine Wärme mehr in den Konditioniertank eingeleitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Konditioniertank bis zum Erreichen eines Versorgungsdrucks des Verbrauchers in den Verbraucher entspannt. Der Versorgungsdruck liegt beispielsweise bei 6 bara. Dadurch, dass der Konditioniertank in den Verbraucher entspannt wird, kann der Konditioniertank weiter entleert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Konditioniertank ab dem Erreichen des Versorgungsdrucks in den Speicherbehälter entspannt.
Das heißt, sobald der Druck in dem Konditioniertank unter den Versorgungsdruck abfällt, wird das Kryogen nicht mehr dem Verbraucher, sondern dem Speicherbehälter zugeführt. Dabei kann das gasförmige Kryogen entweder von oben, das heißt in eine Gaszone des Speicherbehälters, oder seitlich beziehungsweise von unten, das heißt in eine Flüssigkeitszone des Speicherbehälters, in den Speicherbehälter eingeleitet werden. Im letztgenannten Fall ist eine zumindest teilweise Kondensation des eingeleiteten gasförmigen Kryogens in dem Speicherbehälter möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden ein erster Konditioniertank und ein zweiter Konditioniertank intermittierend betrieben.
Beispielsweise wird mit dem ersten Konditioniertank der Schritt a) durchgeführt, während mit dem zweiten Konditioniertank der Schritt b) oder c) durchgeführt wird. Hierdurch ist es möglich, dem Verbraucher einen kontinuierlichen Strom des Kryogens zuzuführen.
Ferner wird eine Fördervorrichtung zum Fördern eines Kryogens von einem Speicherbehälter zu einem Verbraucher vorgeschlagen. Die Fördervorrichtung umfasst einen zwischen dem Speicherbehälter und dem Verbraucher angeordneten Konditioniertank, wobei der Speicherbehälter und der Konditioniertank derart angeordnet sind, dass das Kryogen nur aufgrund seines hydrostatischen Drucks von dem Speicherbehälter in den Konditioniertank strömt, wobei der Konditioniertank dazu eingerichtet ist, von dem Speicherbehälter in den Konditioniertank eingeleitetes Kryogen in seinen überkritischen Zustand zu versetzen und dem Verbraucher zuzuleiten und das in dem Konditioniertank aufgenommene Kryogen während des Zuleitens des Kryogens zu dem Verbraucher in dem überkritischen Zustand zu halten. Die Fördervorrichtung kann den Speicherbehälter umfassen. Der Speicherbehälter ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu einer Mittel- oder Symmetrieachse aufgebaut. Der Speicherbehälter ist somit bevorzugt zylinderförmig. Auch der Konditioniertank kann zylinderförmig ausgebildet sein. Der Konditioniertank kann auch als Konditionierbehälter bezeichnet werden. Dass der Konditioniertank "dazu eingerichtet" ist, das in den Konditioniertank eingeleitete Kryogen in seinen überkritischen Zustand zu versetzen und dem Verbraucher zuzuleiten, bedeutet vorliegend, dass der Konditioniertank Mittel, beispielsweise ein Heizelement oder dergleichen aufweist, mit deren Hilfe der überkritische Zustand erreicht werden kann. Auch zum Halten des überkritischen Zustands sind Mittel, beispielsweise in Form des zuvor erwähnten Heizelements, vorgesehen. Zum Zuleiten des Kryogens zu dem Verbraucher weist der Konditioniertank beispielsweise eine Leitung und ein Ventil auf beziehungsweise ist dem Konditioniertank eine Leitung und ein Ventil zugeordnet. Um zu erreichen, dass das Kryogen nur oder lediglich aufgrund seines hydrostatischen Drucks von dem Speicherbehälter in den Konditioniertank strömt, ist der Speicherbehälter entlang der Schwerkraftrichtung betrachtet vorzugsweise zumindest teilweise höher als der Konditioniertank angeordnet oder positioniert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Konditioniertank ein Heizelement zum Einbringen von Wärme in das in dem Konditioniertank aufgenommene Kryogen, um das Kryogen in den überkritischen Zustand zu versetzen.
Mit Hilfe des Einbringens von Wärme kann der Druck in dem Konditioniertank erhöht werden. Hierdurch wird das Kryogen in den überkritischen Zustand versetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Fördervorrichtung ferner einen ersten Konditioniertank und einen zweiten Konditioniertank, wobei der erste Konditioniertank und der zweite Konditioniertank intermittierend betreibbar sind.
Hierdurch ist es, wie zuvor erwähnt, möglich, dem Verbraucher einen kontinuierlichen Strom des Kryogens zuzuführen. Vorzugsweise ist dem Verbraucher, wie zuvor erwähnt, ein Verdampfer vorgeschaltet, welcher das dem Verbraucher zugeführte Kryogen verdampft und so auf einen Versorgungsdruck von beispielsweise 6 bara bei einer Temperatur von 10 bis 25 °C bringt. Der Verdampfer kann beispielsweise ein elektrischer Verdampfer sein. Der Verdampfer kann das Kryogen auch mit Hilfe eines Heizmediums verdampfen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Konditioniertank bezüglich einer Schwerkraftrichtung derart angeordnet, dass das Kryogen aufgrund der Schwerkraft selbsttätig in den Speicherbehälter strömt.
Hierdurch ist es bei dem Einleiten des Kryogens aus dem Speicherbehälter in den Konditioniertank möglich, den Konditioniertank rein aufgrund des statischen Drucks des Kryogens in den Speicherbehälter zu füllen. Auf eine Pumpe mit beweglichen Teilen oder dergleichen kann verzichtet werden.
Die für das Verfahren beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Fördervorrichtung entsprechend und umgekehrt.
"Ein" ist vorliegend nicht zwangsweise als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine genaue Beschränkung auf genau die entsprechende Anzahl von Elementen verwirklicht sein muss. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich.
Weitere mögliche Implementierungen des Verfahrens und/oder der Fördervorrichtung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Verfahrens und/oder der Fördervorrichtung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und/oder der Fördervorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens und/oder der Fördervorrichtung. Im Weiteren werden das Verfahren und/oder die Fördervorrichtung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeugs;
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Fördervorrichtung zum Fördern von Wasserstoff;
Fig. 3 zeigt das Druck-Enthalpie-Diagramm von Wasserstoff; und
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Fördern von Wasserstoff.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1 kann beispielsweise ein maritimes Wasserfahrzeug, insbesondere ein Schiff, sein. Das Fahrzeug 1 kann als maritimes Fahrzeug bezeichnet werden. Insbesondere kann das Fahrzeug 1 eine maritime Personenfähre sein. Alternativ kann das Fahrzeug 1 auch ein Landfahrzeug oder ein Luftfahrzeug sein. Nachfolgend wird jedoch davon ausgegangen, dass das Fahrzeug 1 ein Wasserfahrzeug ist.
Das Fahrzeug 1 umfasst einen Rumpf 2, der schwimmfähig ist. An oder auf dem Rumpf 2 ist eine Brücke 3 vorgesehen. Das Fahrzeug 1 wird vorzugsweise mit Wasserstoff betrieben. Hierzu kann das Fahrzeug 1 einen beliebigen Verbraucher 4 aufweisen. Der Verbraucher 4 ist bevorzugt eine Brennstoffzelle. Unter einer "Brennstoffzelle" ist vorliegend eine galvanische Zelle zu verstehen, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes, vorliegend Wasserstoff, und eines Oxidationsmittels, vorliegend Sauerstoff, in elektrische Energie wandelt. Mit Hilfe der erhaltenen elektrischen Energie kann beispielsweise ein nicht gezeigter Elektromotor angetrieben werden, der wiederum eine Schiffsschraube zum Antreiben des Fahrzeugs 1 antreibt.
Zum Versorgen des Verbrauchers 4 mit Wasserstoff ist ein Speicherbehälter 5 zum Speichern von flüssigem Wasserstoff vorgesehen. Für einen stabilen Betrieb des Verbrauchers 4 ist es erforderlich, den Verbraucher 4 mit gasförmigem Wasserstoff bei einem definierten Versorgungsdruck zu versorgen. Der Speicherbehälter 5 ist rotationssymmetrisch zu einer Mittel- oder Symmetrieachse 6 aufgebaut. Der Speicherbehälter 5 kann beispielsweise innerhalb des Rumpfs 2, insbesondere innerhalb eines Maschinenraums, auf der Brücke 3 oder auf einem als Fundament 7 fungierenden Deck des Rumpfs 2 angeordnet sein.
Dabei kann die Symmetrieachse 6 senkrecht zu einer Schwerkraftrichtung g orientiert sein. Das heißt, der Speicherbehälter 5 ist liegend oder horizontal positioniert. Somit ist die Symmetrieachse 6 parallel zu dem Fundament 7 platziert. Der Speicherbehälter 5 kann jedoch auch stehend oder vertikal positioniert sein. In diesem Fall ist die Symmetrieachse 6 parallel zu der Schwerkraftrichtung g orientiert. Für den Fall, dass das Fahrzeug 1 beispielsweise ein auf einen Wasserstoffantrieb umgerüstetes Fahrzeug ist, kann der Speicherbehälter 5 beispielsweise auch in einem Kamin oder Schornstein des Fahrzeugs 1 platziert sein.
Bei maritimen Anwendungen muss mit durch den Seegang verursachter Bewegung des in dem Speicherbehälter 5 aufgenommenen flüssigen Wasserstoffs gerechnet werden. Bei einem liegend angeordneten zylinderförmigen Speicherbehälter 5 wird durch die Massenträgheit des flüssigen Wasserstoffs und die durch den liegenden Einbau vorhandene Krümmung des Speicherbehälters sowohl an dessen zylinderförmiger Außenwandung als auch an dessen Enden ein großflächiges Schwappen des flüssigen Wasserstoffs begünstigt.
Dieses Schwappen, auch als Sloshing bezeichnet, führt zur Abkühlung der Dampfphase über dem flüssigen Wasserstoff und dadurch zur Druckreduzierung eines sich über dem flüssigen Wasserstoff gebildeten Gaspolsters. Dies kann in Abhängigkeit von dem aktuellen Seegang nachteilige Auswirkungen auf den für Betriebskomponenten des Verbrauchers 4 zur Verfügung stehenden Versorgungsdruck haben, was zu einem instabilen Betrieb des Verbrauchers 4 führen kann.
Um den Versorgungsdruck für den Verbraucher 4 zur Verfügung stellen zu können, ist es möglich, eine flüssiggekühlte und flüssiggelagerte Pumpe zum Pumpen von flüssigem Wasserstoff einzusetzen. Eine derartige Pumpe weist jedoch bewegliche Teile auf. Weiterhin kann es bei einem intermittierenden Betrieb der Pumpe aufgrund einer Erwärmung derselben zur Blasenbildung in dem flüssigen Wasserstoff kommen. Dies kann zu einer Betriebsstörung der Pumpe führen. Alternativ kann der Wasserstoff zunächst verdampft und dann mit Hilfe eines Verdichters auf den nötigen Versorgungsdruck gebracht werden. Dies ist jedoch energetisch ungünstig.
Ferner kann auch der Speicherbehälter 5 direkt bei dem Versorgungsdruck betrieben werden. In diesem Fall stellt sich in dem Speicherbehälter 5 ein Gleichgewicht mit einer Flüssigphase und einer darüber geschichteten Gasphase ein. Aufgrund der niedrigen Oberflächenspannung von flüssigem Wasserstoff führt eine Bewegung des Speicherbehälters 5, beispielsweise bei einer Anordnung desselben an oder auf einem wie zuvor erwähnten Fahrzeug 1 dazu, dass sich die Flüssigphase und die Gasphase miteinander mischen und so der flüssige Wasserstoff den wärmeren gasförmigen Wasserstoff abkühlt. Das Halten des Versorgungsdrucks ist dann nicht möglich, bis sich ein Gleichgewicht zwischen der Temperatur des flüssigen Wasserstoffs und des gasförmigen Wasserstoffs einstellt.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Fördervorrichtung 8 die den Speicherbehälter 5 aufweisen kann. Alternativ kann der Speicherbehälter 5 auch nicht Teil der Fördervorrichtung 8 sein. Die Fördervorrichtung 8 ist dazu eingerichtet, den Verbraucher 4 unabhängig vom Seegang oder sonstigen Bewegungen des Speicherbehälters 5 kontinuierlich mit gasförmigem Wasserstoff H2 mit einem konstanten Versorgungsdruck von etwa 6 bara zu versorgen.
Der Speicherbehälter 5 kann auch als Speichertank bezeichnet werden. Wie zuvor erwähnt, ist der Speicherbehälter 5 zur Aufnahme von flüssigem Wasserstoff H2 (Siedepunkt 1 bara: 20,268 K = -252,882 °C) geeignet. Daher kann der Speicherbehälter 5 auch als Wasserstoff-Speicherbehälter oder als Wasserstoff- Speichertank bezeichnet sein. Der Speicherbehälter 5 kann jedoch auch für andere kryogene Flüssigkeiten eingesetzt werden. Beispiele für kryogene Fluide oder Flüssigkeiten, oder kurz Kryogene, sind neben dem zuvor erwähnten flüssigen Wasserstoff H2 flüssiges Helium He (Siedepunkt 1 bara: 4,222 K = -268,928 °C), flüssiger Stickstoff N2 (Siedepunkt 1 bara: 77,35 K = -195,80 °C) oder flüssiger Sauerstoff O2 (Siedepunkt 1 bara: 90,18 K = -182,97 °C).
In dem Speicherbehälter 5 ist der flüssige Wasserstoff H2 aufgenommen. In dem Speicherbehälter 5 können, solange sich der Wasserstoff H2 im Zweiphasengebiet befindet, eine Gaszone 9 mit verdampftem Wasserstoff H2 und eine Flüssigkeitszone 10 mit flüssigem Wasserstoff H2 vorgesehen sein. Der Wasserstoff H2 weist also nach dem Einfüllen in den Speicherbehälter 5 zwei Phasen mit unterschiedlichen Aggregatszuständen, nämlich flüssig und gasförmig, auf. Das heißt, in dem Speicherbehälter 5 befindet sich eine Phasengrenze 11 zwischen dem flüssigen Wasserstoff H2 und dem gasförmigen Wasserstoff H2.
Die Fördervorrichtung 8 umfasst eine Fördereinrichtung 12A, 12B. Vorzugsweise sind zwei Fördereinrichtungen 12A, 12B, nämlich eine erste Fördereinrichtung 12A und eine zweite Fördereinrichtung 12B, vorgesehen. Es kann auch genau eine Fördereinrichtung 12A, 12B vorgesehen sein. Die Fördereinrichtungen 12A, 12B können intermittierend betrieben werden.
Die Fördereinrichtungen 12A, 12B sind identisch aufgebaut. Die Komponenten der ersten Fördereinrichtung 12A sind in der Fig. 2 mit dem Buchstaben "A" bezeichnet. Die Komponenten der zweiten Fördereinrichtung 12B sind in der Fig. 2 entsprechend mit dem Buchstaben "B" bezeichnet. Nachfolgend wird nur auf die erste Fördereinrichtung 12A eingegangen, wobei sich die Erläuterungen betreffend die erste Fördereinrichtung 12A entsprechend auf die zweite Fördereinrichtung 12B übertragen lassen.
Die erste Fördereinrichtung 12A umfasst einen Konditioniertank 13A, der geeignet ist, Wasserstoff H2 aufzunehmen. Der Konditioniertank 13A kann auch als Konditionierbehälter bezeichnet werden. Bezüglich der Schwerkraftrichtung g ist der Konditioniertank 13A unterhalb des Speicherbehälters 5 platziert. Der Konditioniertank 13A weist ein Heizelement 14A zum Einbringen von Wärme W in den Wasserstoff H2 auf. Von dem Speicherbehälter 5 führt eine Leitung 15A zu dem Konditioniertank 14. Die Leitung 15A mündet an einer Unterseite des Speicherbehälters 5 aus diesem heraus. Das heißt, dass die Leitung 15A unterhalb der Phasengrenze 11 aus dem Speicherbehälter 5 herausmündet, so dass dem Konditioniertank 13A flüssiger Wasserstoff H2 zugeführt werden kann. Von der Leitung 15A zweigt eine Leitung 16A hin zu dem Konditioniertank 13A ab.
Stromaufwärts der Leitung 16A umfasst die Leitung 15A ein Ventil V1A. Das Ventil V1A ist ein Absperrventil. Das Ventil V1A kann ein Auf-Zu-Ventil sein. Das Ventil V1A ist kälteresistent. Das heißt, das Ventil V1A erfüllt seine Ventilfunktion auch bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise am Siedepunkt des Wasserstoffs H2 von -252,882 °C. Beispielsweise kann das Ventil V1A ein Magnetventil oder ein Absperrventil sein. Das Ventil V1A ist bevorzugt automatisiert zu betätigen. Stromabwärts der Leitung 16A umfasst die Leitung 15A ein Ventil V4A. Die Ventile V1A, V4A können identisch aufgebaut sein. Der Verbraucher 4 ist stromabwärts des Ventils V4A platziert. Das heißt, dass die Leitung 15A zu dem Verbraucher 4 führt.
Von dem Konditioniertank 13A führt eine Leitung 17A entgegen der Schwerkraftrichtung g nach oben. Die Leitung 17A mündet in eine Leitung 18A ein, welche wiederum oberseitig, das heißt über der Phasengrenze 11 in den Speicherbehälter 5 mündet. Die Leitung 18A weist ein Ventil V3A auf. Das Ventil V3A kann identisch wie die Ventile V1A, V4A aufgebaut sein. Stromaufwärts des Ventils V3A zweigt von der Leitung 18A eine Leitung 19A ab, welche seitlich in den Speicherbehälter 5 hineinmündet. Die Leitung 19A mündet unterhalb der Phasengrenze 11 in den Speicherbehälter 5 hinein. Die Leitung 17A weist ein Ventil V2A auf. Das Ventil V2A kann identisch wie die Ventile V1A, V3A, V4A aufgebaut sein. Die erste Fördereinrichtung 12A umfasst weiterhin einen Druckregler 20A sowie einen Temperaturregler 21A. Dem Verbraucher 4 vorgeschaltet ist ein Verdampfer 22. Der Verdampfer 22 kann den Wasserstoff H2 elektrisch oder mit Hilfe eines Heizmediums verdampfen.
Die Funktionalität der Fördervorrichtung 8 beziehungsweise der Fördereinrichtungen 12A, 12B wird nachfolgend anhand des in der Fig. 3 gezeigten Druck-Enthalpie- Diagramms erläutert. Ein Druck-Enthalpie-Diagramm ist ein Zustandsdiagramm mit der spezifischen Enthalpie h auf der Abszissenachse und dem Druck p auf der Ordinatenachse. Die Fig. 3 zeigt ein Log-p-h-Diagramm, welches den Druck p logarithmisch skaliert. In der Fig. 3 bezeichnet a das Zweiphasengebiet, in dem die gasförmige und flüssige Phase des Wasserstoffs H2 gleichzeitig vorliegen. Die reine Gasphase ist mit b bezeichnet. Der überkritische Bereich ist mit c bezeichnet. Die reine Flüssigphase ist mit d bezeichnet.
In der Fig. 3 ist die Zweiphasenlinie 23 mit dem kritischen Punkt Pc eingezeichnet. In der Thermodynamik ist der kritische Punkt Pc ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes, vorliegend Wasserstoff H2, der sich durch Angleichen der Dichten von flüssiger und gasförmiger Phase kennzeichnet. Die Unterschiede zwischen beiden Aggregatzuständen hören an dem kritischen Punkt Pc auf zu existieren. Der Wasserstoff H2 befindet sich dann in seinem überkritischen Zustand. An dem kritischen Punkt Pc weist der Wasserstoff H2 einen kritischen Druck pc von 12,3 bara und eine kritische Temperatur Tc von -239,9 °C auf. Der Versorgungsdruck p4 für den Verbraucher 4 liegt bei etwa 6 bara.
Zunächst befindet sich gasförmiger Wasserstoff H2 in dem Konditioniertank 13A. Dieser kann entweder in ein Niederdrucksystem oder in den Speicherbehälter 5 entspannt werden. Hierzu sind die Ventile V1 A, V2A, V4A geschlossen und das Ventil V3A geöffnet. Über die Leitungen 17A, 18A wird der gasförmige Wasserstoff H2 in die Gaszone 9 eingeleitet. Alternativ können auch die Ventile V1A, V3A, V4A geschlossen und das Ventil V2A geöffnet sein. In diesem Fall wird der gasförmige Wasserstoff H2 über die Leitungen 17A, 19A in die Flüssigkeitszone 10 eingeleitet. Der flüssige Wasserstoff H2 in dem Speicherbehälter 5 kühlt dann den zugeführten gasförmigen Wasserstoff H2 ab, so dass dieser zumindest teilweise kondensiert.
Anschließend wird der Konditioniertank 13A über die Leitung 15A mit flüssigem Wasserstoff H2 befüllt. Hierzu sind die Ventile V2A, V3A, V4A geschlossen und das Ventil V1A ist geöffnet. Da der Speicherbehälter 5 bezüglich der Schwerkraftrichtung g oberhalb des Konditioniertanks 13A platziert ist, strömt der flüssige Wasserstoff H2 selbsständig aufgrund des statischen Drucks in den Konditioniertank 13A. Dabei ist der Speicherbehälter 5 vollständig oder teilweise mit flüssigem Wasserstoff H2 gefüllt. Beispielsweise weist der flüssige Wasserstoff H2 in dem Speicherbehälter 5 beziehungsweise in dem Konditioniertank 13A an einem Punkt A einen Druck p von 1 bara, eine Temperatur T von -253 °C und eine Dichte p von 71 kg/m3 auf. Der Punkt A ist dabei ein Schnittpunkt der Zweiphasenlinie 23 mit einer 1-bar-Linie 24.
Der Konditioniertank 13A wird dann mit Hilfe eines Schließens des Ventils V1A von dem Speicherbehälter 5 isoliert. Die Ventile V2A, V3A, V4A sind nach wie vor geschlossen. Mit Hilfe des Heizelements 14A wird Wärme W in den flüssigen Wasserstoff H2 eingebracht, um den Druck p in dem Konditioniertank 13A zu erhöhen. Dies ist in der Fig. 3 durch einen Übergang von dem Punkt A zu einem Punkt B dargestellt. An dem Punkt B beträgt der Druck p 14 bara, die Temperatur T -251 °C und die Dichte p 71 kg/m3. Das heißt, dass der Druck p höher als der kritische Druck pc ist.
Die Temperatur T ist bei dem Übergang von dem Punkt A zu dem Punkt B um 2 °C angestiegen. Der Wasserstoff H2 in dem Konditioniertank 13A befindet sich nun in dem überkritischen Zustand. Da in dem überkritischen Zustand keine Phasengrenze existiert, haben Bewegungen des Konditioniertanks 13A, beispielsweise bei Seegang, keine unerwünschten Auswirkungen. Das Ventil V4A wird an dem Punkt B geöffnet und der Wasserstoff H2 wird dem Verbraucher 4 zugeführt. Mit Hilfe des Verdampfers 22 wird der Wasserstoff H2 verdampft und auf den Versorgungsdruck p4 bei einer Temperatur T von 10 bis 25 °C gebracht.
Das initiale Befüllen des Konditioniertanks 13A ist lediglich eine Funktion der Temperatur T. Eine Füllstandsmessung ist verzichtbar. Wie zuvor erwähnt, wird der Wasserstoff H2 über ein Öffnen des Ventils V4A an den Verbraucher 4 abgegeben. Der Druck p in dem Konditioniertank 13A wird gleichzeitig durch weiteres Zuführen von Wärme W auf einem Druck p von 14 bara gehalten. Der Füllgrad ist eine reine Funktion der Temperatur T. Bei dem Entleeren und gleichzeitigen Aufheizen des Konditioniertanks 13A nimmt die Dichte p des Wasserstoffs H2 in dem Konditioniertank 13A über den Entleervorgang des Konditioniertanks 13A stetig ab. Der Wasserstoff H2 bleibt nach wie vor in dem überkritischen Zustand. Das heißt, dass der Wasserstoff H2 in dem Konditioniertank 13A einphasig vorliegt.
Somit ist eine ausgezeichnete und schwankungsfreie Regelung des abzugebenden Wasserstoffstroms oder Stroms an Wasserstoff H2 aus dem Konditioniertank 13A möglich. Bei dem Entleeren des Konditioniertanks 13A entsteht aufgrund der einphasige Prozessführung kein zweiphasiges Gas-Flüssigkeit-Gemisch in dem Konditioniertank 13A, was durch einen Druckabfall in dem Konditioniertank 13A grundsätzlich geschehen könnte. Bildet sich in dem Konditioniertank 13A bei dem Entleeren desselben ein Gas-Flüssigkeit-Gemisch, so kann dies zu einer diskontinuierlichen Abgabe von Wasserstoff H2 an den Verbraucher 4 führen. Dies erfolgt je nachdem ob ein Entleerstutzen des Konditioniertanks 13A, beispielsweise durch Schwappen der entstandenen Flüssigphase, in die Gas- oder in die Flüssigphase des Wasserstoffs H2 getaucht ist. Diese unerwünschte diskontinuierliche Abgabe des Wasserstoffs H2 wird durch die einphasige Prozessführung jedoch zuverlässig vermieden oder zumindest signifikant reduziert.
Die zuvor erläuterte rein einphasige Prozessführung ist in der Fig. 3 durch einen Übergang von dem Punkt B zu einem Punkt C dargestellt. An dem Punkt C beträgt der Druck p 14 bara, die Temperatur T -230 °C und die Dichte p 9,8 kg/m3. Während des Übergangs von dem Punkt B zu dem Punkt C bleibt das Ventil V4A geöffnet.
Die Temperatur T wird dabei derart gewählt, dass ein signifikanter Abfall der Dichte p zwischen den Punkten B und C erfolgt. Dies erlaubt eine maximale Nutzung des Wasserstoffs H2. Die erreichte Temperatur T an dem Punkt C ist ein Kompromiss zwischen der maximalen Nutzung des Wasserstoffs H2 und einem Wärmeeintrag in den Speicherbehälter 5. Wenn eine gewisse Temperatur T erreicht ist, wird der Transfer des Wasserstoffs H2 zu dem Verbraucher 4 gestoppt. Die Temperatur T wird gehalten und ein gewisser Druckabfall wird zugelassen, um den Konditioniertank 13A weiter zu entleeren.
Alternativ kann das Einbringen von Wärme W gestoppt werden, um die Temperatur T in dem Konditioniertank 13A durch eine Expansion des überkritischen Wasserstoffs H2 zu reduzieren. Dies ermöglicht eine maximale Nutzung des Wasserstoffs H2. Dies ist in der Fig. 3 durch einen Übergang von dem Punkt C zu einem Punkt D dargestellt. An dem Punkt D weist der Wasserstoff H2 den Versorgungsdruck p4 von 6 bara, eine Temperatur T von -242 °C und eine Dichte p von 6,2 kg/m3 auf. An dem Punkt D wird das Ventil V4A geschlossen und der Wasserstoff H2, wie einleitend erläutert, in den Speicherbehälter 5 entspannt. Es kann eine Nutzung des Wasserstoffs H2 von 92% erreicht werden.
Wie zuvor schon erwähnt, können die Fördereinrichtungen 12A, 12B intermittierend betrieben werden, so dass beispielsweise die erste Fördereinrichtung 12A den Wasserstoff H2 an den Verbraucher 4 fördert, während der Konditioniertank 13B der zweiten Fördereinrichtung 12B beispielsweise befüllt wird. Durch diesen intermittierenden Betrieb ist es möglich, den Verbraucher 4 kontinuierlich mit Wasserstoff H2 bei dem erforderlichen Versorgungsdruck p4 zu versorgen. Die Vorteile der Fördervorrichtung 8 beziehungsweise der Fördereinrichtung 12A, 12B werden nachfolgend zusammengefasst. Der Wasserstoff H2 in dem Speicherbehälter 5 kann an seinem Gleichgewicht gehalten werden, wodurch sich eine lange Haltezeit des Wasserstoffs H2 ergibt. Es ist ausreichend, lediglich aus mechanischen Gründen übliche Schotten oder Wände zum Verhindern des Sloshings einzusetzen. Hierdurch kann der Speicherbehälter 5 leichter konstruiert werden. Es ergibt sich eine höhere Aufnahmekapazität für den Wasserstoff H2.
Der Speicherbehälter 5 kann in einem geeigneten Druckbereich von 1 bis 6 bara betrieben werden. Die Dichte p von gesättigtem flüssigen Wasserstoff H2 ist druckabhängig. Wünschenswert ist ein Betrieb des Speicherbehälters 5 bei einem möglichst geringen Druck p. Beispielsweise beträgt die Dichte p 71 kg/m3 bei einem Druck p von 1 bara, 60 kg/m3 bei einem Druck p von 6 bara und 28 kg/m3 bei einem Druck p von 12 bara. Die Fördervorrichtung 8 weist mit Ausnahme der Ventile V1A, V1 B, V2A, V2B, V3A, V3B, V4A, V4B keine beweglichen Teile auf. Die Fördervorrichtung 8 ist daher sehr störunanfällig.
Der Wasserstoff H2 in dem Konditioniertank 13A, 13B kann im Gleichgewicht gehalten werden. Wände oder Schotten zum Verhindern des Sloshings sind nur erforderlich, wenn der Konditioniertank 13A, 13B bei einem Druck p von weniger als 0,8*pc, bevorzugt von weniger als 0,9*pc, betrieben wird. Der Wasserstoff H2 ist dem Konditioniertank 13A, 13B als einphasiges Medium entnehmbar. Die Fördervorrichtung 8 kann auch unter rauen Bedingungen, beispielsweise bei starkem Seegang, eingesetzt werden, da kein Phasenübergang zwischen der Gasphase und der Flüssigphase stattfinden kann, was zu einem gestörten Betrieb des Verbrauchers 4 führen könnte.
Es ist ein stabiler und störungsfreier Betrieb des Verbrauchers 4 möglich, da der Wasserstoff H2 dem Konditioniertank 13A, 13B als einphasiges Medium entnehmbar ist. Eine Füllstandskontrolle des Konditioniertanks 13A, 13B ist verzichtbar, da eine beispielsweise Stoptemperatur an dem Punkt C gesetzt werden kann, bei der die Versorgung des Verbrauchers 4 gestoppt wird. Es ist ein einfaches Druck-Temperatur- Kontrollschema mit Hilfe des Heizelements 14A, 14B möglich. Dadurch, dass es möglich ist, den gasförmigen Wasserstoff H2 über die Leitung 19A, 19B direkt in den flüssigen Wasserstoff H2 einzuleiten, kann im Speicherbehälter 5 schnell ein Gleichgewicht erreicht werden.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Fördern des Wasserstoffs H2 mit Hilfe der Fördervorrichtung 8. In einem Schritt S1 wird der Wasserstoff H2 aus dem Speicherbehälter 5 in den Konditioniertank 13A, 13B eingeleitet. Hierzu sind die Ventile V1A, V1 B geöffnet. Die Ventile V2A, V2B, V3A, V3B, V4A, V4B sind geschlossen. Das Einleiten des Wasserstoffs H2 in den Konditioniertank 13A, 13B erfolgt aufgrund des statischen Drucks des in dem Speicherbehälter 5 aufgenommenen Wasserstoffs H2. Hierzu ist der Speicherbehälter 5 bezüglich der Schwerkraftrichtung g oberhalb des Konditioniertanks 13A, 13B platziert.
In einem Schritt S2 wird der in dem Konditioniertank 13A, 13B aufgenommene Wasserstoff H2 in seinen überkritischen Zustand verbracht. Hierzu werden die Ventile V1A, V1 B geschlossen. Mit Hilfe des Heizelements 14A, 14B wird Wärme W in den Konditioniertank 13A, 13B eingebracht. Der Druck p in dem Konditioniertank 13A, 13B steigt an, bis der überkritische Zustand erreicht ist.
In einem Schritt S3 wird der Wasserstoff H2 aus dem Konditioniertank 13A, 13B zu dem Verbraucher 4 geleitet, wobei der in dem Konditioniertank 13A, 13B aufgenommene Wasserstoff H2 während des Schritts S3 in dem überkritischen Zustand gehalten wird. Hierzu wird während des Schritts S3 kontinuierlich Wärme W in den Konditioniertank 13A, 13B eingebracht. Das Ventil V1A, V1 B ist geöffnet.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. Verwendete Bezugszeichen
1 Fahrzeug
2 Rumpf
3 Brücke
4 Verbraucher
5 Speicherbehälter
6 Symmetrieachse
7 Fundament
8 Fördervorrichtung
9 Gaszone
10 Flüssigkeitszone
11 Phasengrenze
12A Fördereinrichtung
12B Fördereinrichtung
13A Konditioniertank
13B Konditioniertank
14A Heizelement
14B Heizelement
15A Leitung
15B Leitung
16A Leitung
16B Leitung
17A Leitung
17B Leitung
18A Leitung
18B Leitung
19A Leitung
19B Leitung
20A Druckregler
20B Druckregler
21 A Temperaturregler
21 B Temperaturregler
22 Verdampfer
23 Zweiphasenlinie 24 1-bar-Linie a Zweiphasengebiet
A Punkt b Gasphase
B Punkt c überkritischer Bereich
C Punkt d Flüssigphase
D Punkt h Enthalpie
H2 Wasserstoff/Kryogen p Druck pc kritischer Druck
Pc kritischer Punkt p4 Versorgungsdruck
51 Schritt
52 Schritt
53 Schritt
T Temperatur
Tc kritische Temperatur
V1A Ventil
V1B Ventil
V2A Ventil
V2B Ventil
V3A Ventil
V3B Ventil
V4A Ventil
V4B Ventil
W Wärme p Dichte

Claims

22 Patentansprüche
1. Verfahren zum Fördern eines Kryogens (H2) von einem Speicherbehälter (5) zu einem Verbraucher (4), mit folgenden Schritten: a) Einleiten (S1) des Kryogens (H2) aus dem Speicherbehälter (5) in einen Konditioniertank (13A, 13B), wobei das Kryogen (H2) nur aufgrund seines hydrostatischen Drucks von dem Speicherbehälter (5) in den Konditioniertank (13A, 13B) strömt, b) Verbringen (S2) des in dem Konditioniertank (13A, 13B) aufgenommenen Kryogens (H2) in seinen überkritischen Zustand, und c) Ausleiten (S3) des Kryogens (H2) aus dem Konditioniertank (13A, 13B) zu dem Verbraucher (4), wobei das in dem Konditioniertank (13A, 13B) aufgenommene Kryogen (H2) während des Schritts c) in dem überkritischen Zustand gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei nach dem Schritt a) der Konditioniertank (13A, 13B) mit Hilfe eines Ventils (V1A, V1 B) von dem Speicherbehälter (5) separiert wird, indem das Ventil (V1A, V1B) geschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Schritt c) ein zwischen dem Konditioniertank (13A, 13B) und dem Verbraucher (4) vorgesehenes Ventil (V4A, V4B) geöffnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei während des Schritts b) Wärme (W) in den Konditioniertank (13A, 13B) eingebracht wird, um das Kryogen (H2) in den überkritischen Zustand zu verbringen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei während des Schritts c) Wärme (W) in den Konditioniertank (13A, 13B) eingebracht wird, um das Kryogen (H2) in dem überkritischen Zustand zu halten.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei während des Schritts c) die Dichte (p) des Kryogens (H2) in dem Konditioniertank (13A, 13B) abnimmt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei während des Schritts c) ein Druck (p) innerhalb des Konditioniertanks (13A, 13B) konstant gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei der Schritt c) nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur (T) in dem Konditioniertank (13A, 13B) beendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei der Konditioniertank (13A, 13B) bis zum Erreichen eines Versorgungsdrucks (p4) des Verbrauchers (4) in den Verbraucher (4) entspannt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Konditioniertank (13A, 13B) ab dem Erreichen des Versorgungsdrucks (p4) in den Speicherbehälter (5) entspannt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei ein erster Konditioniertank (13A) und ein zweiter Konditioniertank (13B) intermittierend betrieben werden.
12. Fördervorrichtung (8) zum Fördern eines Kryogens (H2) von einem Speicherbehälter (5) zu einem Verbraucher (4), mit einem zwischen dem Speicherbehälter (5) und dem Verbraucher (4) angeordneten Konditioniertank (13A, 13B), wobei der Speicherbehälter (5) und der Konditioniertank (13A, 13B) derart angeordnet sind, dass das Kryogen (H2) nur aufgrund seines hydrostatischen Drucks von dem Speicherbehälter (5) in den Konditioniertank (13A, 13B) strömt, wobei der Konditioniertank (13A, 13B) dazu eingerichtet ist, von dem Speicherbehälter (5) in den Konditioniertank (13A, 13B) eingeleitetes Kryogen (H2) in seinen überkritischen Zustand zu versetzen und dem Verbraucher (4) zuzuleiten und das in dem Konditioniertank (13A, 13B) aufgenommene Kryogen (H2) während des Zuleitens des Kryogens (H2) zu dem Verbraucher (4) in dem überkritischen Zustand zu halten.
13. Fördervorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Konditioniertank (13A, 13B) ein Heizelement (14A, 14B) zum Einbringen von Wärme (W) in das in dem Konditioniertank (13A, 13B) aufgenommene Kryogen (H2) umfasst, um das Kryogen (H2) in den überkritischen Zustand zu versetzen. Fördervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend einen ersten Konditioniertank (13A) und einen zweiten Konditioniertank (13B), wobei der erste Konditioniertank (13A) und der zweite Konditioniertank (13B) intermittierend betreibbar sind. Fördervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 - 14, wobei der Konditioniertank (13A, 13B) bezüglich einer Schwerkraftrichtung (g) derart angeordnet ist, dass das Kryogen (H2) aufgrund der Schwerkraft selbsttätig in den Speicherbehälter (5) strömt.
PCT/EP2021/025439 2020-11-19 2021-11-11 Verfahren und fördervorrichtung WO2022106053A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237020030A KR20230104719A (ko) 2020-11-19 2021-11-11 방법 및 이송 장치
JP2023528721A JP2023550729A (ja) 2020-11-19 2021-11-11 方法及び搬送装置
EP21806150.5A EP4248124A1 (de) 2020-11-19 2021-11-11 Verfahren und fördervorrichtung
AU2021383247A AU2021383247A1 (en) 2020-11-19 2021-11-11 Method and conveying device
US18/252,975 US20230417368A1 (en) 2020-11-19 2021-11-11 Method and conveying device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20020547.4 2020-11-19
EP20020547 2020-11-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022106053A1 true WO2022106053A1 (de) 2022-05-27

Family

ID=73543954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/025439 WO2022106053A1 (de) 2020-11-19 2021-11-11 Verfahren und fördervorrichtung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230417368A1 (de)
EP (1) EP4248124A1 (de)
JP (1) JP2023550729A (de)
KR (1) KR20230104719A (de)
AU (1) AU2021383247A1 (de)
WO (1) WO2022106053A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4191120A1 (de) * 2021-12-01 2023-06-07 MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik GmbH & Co KG Kryogen-speichersystem
FR3138119A1 (fr) * 2022-07-25 2024-01-26 Airbus Operations Système d’alimentation en dihydrogène pour un moteur d’aéronef
EP4311779A1 (de) * 2022-07-25 2024-01-31 Airbus Operations System zur versorgung eines flugzeugmotors mit diwasserstoff

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4987932A (en) * 1989-10-02 1991-01-29 Pierson Robert M Process and apparatus for rapidly filling a pressure vessel with gas
US5237824A (en) * 1989-02-16 1993-08-24 Pawliszyn Janusz B Apparatus and method for delivering supercritical fluid
US5421160A (en) * 1993-03-23 1995-06-06 Minnesota Valley Engineering, Inc. No loss fueling system for natural gas powered vehicles
DE60302768T2 (de) * 2002-02-07 2006-08-31 Air Liquide Gmbh Ein verfahren zur kontinuierlichen abgabe von unterkühlten karbondioxid mit einem konstanten druck über 40 bar sowie anlage zur durchführung des verfahrens
US9683702B2 (en) * 2010-11-30 2017-06-20 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Apparatus for pressurizing delivery of low-temperature liquefied material
CN107376418A (zh) * 2016-09-15 2017-11-24 二氧化碳创新有限公司 便携式超临界流体提取仪
FR3061533A1 (fr) * 2017-01-02 2018-07-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Station et procede de ravitaillement en gaz sous pression

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5237824A (en) * 1989-02-16 1993-08-24 Pawliszyn Janusz B Apparatus and method for delivering supercritical fluid
US4987932A (en) * 1989-10-02 1991-01-29 Pierson Robert M Process and apparatus for rapidly filling a pressure vessel with gas
US5421160A (en) * 1993-03-23 1995-06-06 Minnesota Valley Engineering, Inc. No loss fueling system for natural gas powered vehicles
DE60302768T2 (de) * 2002-02-07 2006-08-31 Air Liquide Gmbh Ein verfahren zur kontinuierlichen abgabe von unterkühlten karbondioxid mit einem konstanten druck über 40 bar sowie anlage zur durchführung des verfahrens
US9683702B2 (en) * 2010-11-30 2017-06-20 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Apparatus for pressurizing delivery of low-temperature liquefied material
CN107376418A (zh) * 2016-09-15 2017-11-24 二氧化碳创新有限公司 便携式超临界流体提取仪
FR3061533A1 (fr) * 2017-01-02 2018-07-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Station et procede de ravitaillement en gaz sous pression

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4191120A1 (de) * 2021-12-01 2023-06-07 MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik GmbH & Co KG Kryogen-speichersystem
FR3138119A1 (fr) * 2022-07-25 2024-01-26 Airbus Operations Système d’alimentation en dihydrogène pour un moteur d’aéronef
EP4311778A1 (de) * 2022-07-25 2024-01-31 Airbus Operations System zur versorgung eines flugzeugmotors mit diwasserstoff
EP4311779A1 (de) * 2022-07-25 2024-01-31 Airbus Operations System zur versorgung eines flugzeugmotors mit diwasserstoff
US12018614B2 (en) 2022-07-25 2024-06-25 Airbus Operations Sas Dihydrogen supply system for an aircraft engine

Also Published As

Publication number Publication date
EP4248124A1 (de) 2023-09-27
JP2023550729A (ja) 2023-12-05
US20230417368A1 (en) 2023-12-28
KR20230104719A (ko) 2023-07-10
AU2021383247A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022106053A1 (de) Verfahren und fördervorrichtung
DE69006143T2 (de) Hochdruckgaszufuhrsystem.
DE69402624T2 (de) Vorrichtung zur Lieferung von Hochdruckgas
DE60220573T2 (de) Pumpanlage und Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten
DE102015003340B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines mobilen Tanks mit flüssigem Kohlendioxid
DE2733745A1 (de) Verfahren zum kondensieren von daempfen einer fluechtigen fluessigkeit
DE2354726A1 (de) Verfahren zur verfluessigung und konditionierung von methan
EP2667116B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen
EP2863103B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Unterkühlen von Kohlendioxid
DE2421261B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Lagern und Transportieren von als Kühlmittel verwendetem Kohlendioxid
DE69108973T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Produktion gasförmigen Stickstoffs und System zu dessen Bereitstellung.
DE1551557C3 (de) Verfahren zur Anpassung eines im Normalbetrieb mit konstanter Menge gelieferten Produktgases an schwankenden Bedarf und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP3594554A1 (de) Vorrichtung zum unterkühlen von verflüssigten gasen
EP1180637A2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur druckgeregelten Versorgung aus einem Flüssiggastank mit einem Wärmetauscher
EP3495711B1 (de) Transportbehälter mit kühlbarem, thermischen schild
DE69631713T2 (de) Abgabevorrichtung für ein Kryogenmittel
DE2252638B2 (de) Speichervorrichtung zum ausgleichen wechselnden gasbedarfs
DE69301882T2 (de) Anlage für die Abgabe von cryogenen Flüssigkeiten an Vorrichtungen, die sie verwenden
EP3889490A1 (de) Fördervorrichtung, speicherbehälteranordnung und verfahren
EP1846691B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum befüllen von druckbehältern mit nicht verflüssigten gasen oder gasgemischen
DE68907829T2 (de) Verfahren und behaelter zum abliefern vom superkritischen kohlendioxid.
EP4392703A1 (de) Verfahren und fördervorrichtung
EP2457014B1 (de) Verfahren zum beladen von verdampfern mit tiefkalt verflüssigten gasen sowie eine vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens
DE2048271C3 (de) Einrichtung zum Beladen und Entladen von Behältern für Flüssiggas u.dgl., insbesondere für Flüssiggasbehälter auf Schiffen
EP3450819A1 (de) Verfahren zum befüllen eines mobilen kältemitteltanks mit einem kryogenen kältemittel

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: 21806150

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023528721

Country of ref document: JP

Ref document number: 18252975

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237020030

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021383247

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20211111

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021806150

Country of ref document: EP

Effective date: 20230619