DE102017217348A1 - Pressure vessel system and method for supplying fuel from a pressure vessel system - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Druckbehältersystem (10) für ein Fahrzeug aufgezeigt, wobei das Druckbehältersystem (10) - mindestens einen kryogenen Druckbehälter zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, und - mindestens einen Hochdruckgasbehälter (60) zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, umfasst, wobei ein Einlass des kryogenen Druckbehälters (20) über eine Verbindungsleitung (17) mit einer Befüllöffnung (15) zum Befüllen des kryogenen Druckbehälters (20) fluidverbunden ist, wobei ein Auslass des Hochdruckgasbehälters (60) über eine Verbindungsleitung (65) mit einem Brennstoffverbraucher (80), insbesondere einer Brennstoffzelle, fluidverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten absperrbaren Verbindungsleitung (32) zwischen dem Auslass des kryogenen Druckbehälters (20) und einem Einlass des Hochdruckgasbehälters (60) ein Verdichter zum Komprimieren des Brennstoffs aus dem kryogenen Druckbehälter (20) angeordnet ist. A pressure vessel system (10) for a vehicle is shown, wherein the pressure vessel system (10) comprises at least one cryogenic pressure vessel for storing fuel, in particular hydrogen, and at least one high-pressure gas vessel for storing fuel, in particular hydrogen an inlet of the cryogenic pressure vessel (20) via a connecting line (17) with a filling opening (15) for filling the cryogenic pressure vessel (20) is fluidly connected, wherein an outlet of the high pressure gas container (60) via a connecting line (65) with a fuel consumer (80 ), in particular a fuel cell, is fluid-connected, characterized in that in a first closable connection line (32) between the outlet of the cryogenic pressure vessel (20) and an inlet of the high-pressure gas container (60) is a compressor for compressing the fuel from the cryogenic pressure vessel (20 ) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Druckbehältersystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Zuführen von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem zu einem Brennstoffverbraucher.The invention relates to a pressure vessel system for a vehicle and to a method for supplying fuel from a pressure vessel system to a fuel consumer.
In Fahrzeugen, die mit Wasserstoff bzw. einer Brennstoffzelle angetrieben werden, ist in der Regel ein Druckbehältersystem angeordnet. Das Druckbehältersystem umfasst oftmals einen kryogenen Druckbehälter, in dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, hauptsächlich gespeichert wird. Druckbehältersysteme umfassen oftmals einen kryogenen Druckbehälter und einen nicht-kryogenen Druckbehälter bzw. Hochdruckgasbehälter.In vehicles that are powered by hydrogen or a fuel cell, a pressure vessel system is usually arranged. The pressure vessel system often includes a cryogenic pressure vessel in which fuel, especially hydrogen, is mainly stored. Pressure vessel systems often include a cryogenic pressure vessel and a non-cryogenic pressure vessel.
Wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter zu niedrig ist, wird der Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter oftmals erwärmt, z.B. mittels eines Tankwärmetauschers, um den Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter zu erhöhen.If the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is too low, the fuel in the cryogenic pressure vessel is often heated, e.g. by means of a tank heat exchanger to increase the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel.
Nachteilig an bisher bekannten Druckbehältersystemen ist, dass ausgehend von einem umgebungswarmen leeren kryogenen Druckbehälter die maximal mögliche Speicherdichte an Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, in dem kryogenen Druckbehälter nicht bei der ersten Befüllung erreicht werden kann, sondern erst z.B. nach der vierten Befüllung mit Brennstoff. Dies ist darin begründet, dass erst dann eine niedrige Temperatur bzw. die niedrigste Temperatur in dem kryogenen Druckbehälter erreicht wird. Somit kann die maximal mögliche Speichermasse bzw. die maximal mögliche Speicherdichte an Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter nur dann erreicht werden, wenn der kryogene Druckbehälter vor dem Befüllen kalt genug ist. Nachteilig ist hieran auch, dass zwischen den Befüllungen des Druckbehältersystems der Druckbehälter nicht warmgefahren bzw. durch einen Tankwärmetauscher erwärmt, also komplett leer gefahren werden darf, da ansonsten die maximale Speicherdichte bei der nächsten Befüllung sinkt.A disadvantage of pressure vessel systems known hitherto is that, starting from an empty cryogenic pressure vessel warming the environment, the maximum possible storage density of fuel, in particular hydrogen, in the cryogenic pressure vessel can not be achieved during the first filling, but only e.g. after the fourth filling with fuel. This is because only then a low temperature or the lowest temperature in the cryogenic pressure vessel is achieved. Thus, the maximum possible storage mass or the maximum possible storage density of fuel in the cryogenic pressure vessel can only be achieved if the cryogenic pressure vessel is cold enough before filling. This also has the disadvantage that between the fillings of the pressure vessel system, the pressure vessel is not warmed up or heated by a tank heat exchanger, so it must be driven completely empty, otherwise the maximum storage density drops in the next filling.
Zudem ist nachteilig, dass zur im Wesentlichen vollständigen Brennstoffentnahme aus dem kryogenen Druckbehälter der kryogene Druckbehälter erwärmt werden muss, da ansonsten der Druck des Brennstoffs in dem Druckbehälter zum Zuführen des Brennstoffs zu einem Brennstoffverbraucher (z.B. einer Brennstoffzelle zum Antreiben des Fahrzeugs) bzw. zu einem Hochdruckregler vor dem Brennstoffverbraucher zu niedrig ist bzw. unterhalb eines Grenzwerts liegt, wenn bereits ein (Groß)Teil des Brennstoffs aus dem kryogenen Druckbehälter entnommen wurde. Ein Hochdruckregler, der zwischen dem Druckbehälter und dem Brennstoffverbraucher angeordnet ist, regelt z.B. auf einen Mitteldruck von ca. 15 bar.In addition, it is disadvantageous that for substantially complete removal of fuel from the cryogenic pressure vessel of the cryogenic pressure vessel must be heated, otherwise the pressure of the fuel in the pressure vessel for supplying the fuel to a fuel consumer (eg, a fuel cell for driving the vehicle) or to a High pressure regulator before the fuel consumer is too low or below a limit, if a (large) part of the fuel has been removed from the cryogenic pressure vessel. A high-pressure regulator, which is arranged between the pressure vessel and the fuel consumer, regulates e.g. to a mean pressure of about 15 bar.
Durch Erwärmung kann der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter erhöht werden. Eine Erwärmung des kryogenen Druckbehälters zum Entnehmen des in dem kryogenen Druckbehälter verbleibenden Brennstoffs führt jedoch wiederum dazu, dass bei der nächsten Befüllung aufgrund der erhöhten Temperatur nicht die maximale Brennstoffdichte in dem Druckbehälter erreicht wird. D.h. die Menge an in dem kryogenen Druckbehälter speicherbaren Brennstoff sinkt durch das Erwärmen zum Entnehmen des Brennstoffs. Hierdurch wird somit nicht die maximale Reichweite des Fahrzeugs beim Wiederbefüllen des Druckbehältersystems bzw. des kryogenen Druckbehälters erreicht.By heating, the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel can be increased. However, heating the cryogenic pressure vessel to remove the fuel remaining in the cryogenic pressure vessel in turn means that the maximum fuel density in the pressure vessel is not reached in the next filling due to the elevated temperature. That the amount of fuel storable in the cryogenic pressure vessel decreases due to the heating to remove the fuel. As a result, the maximum range of the vehicle when refilling the pressure vessel system or the cryogenic pressure vessel is thus not achieved.
Hochdruckgasbehälter bzw. Hochdruckgasbehältersysteme (auch „CGH2-Systeme“ genannt) sind ausgebildet, bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem Druck von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.High-pressure gas containers or high-pressure gas container systems (also called "CGH2 systems") are designed to permanently store fuel at ambient temperatures at a pressure of about 350 bar (= overpressure relative to the atmospheric pressure), furthermore preferably above about 500 bar and especially preferably above save about 700 cash.
Kryogene Druckbehältersysteme (auch „CcH2-Systeme“ genannt) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einige Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 der unabhängigen Patentansprüche und den Gegenstand des Patentanspruchs 8 der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least some of the disadvantages of the previously known solutions. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of patent claim 1 of the independent claims and the subject matter of claim 8 of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Druckbehältersystem für ein Fahrzeug gelöst, wobei das Druckbehältersystem - mindestens einen kryogenen Druckbehälter zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, und - mindestens einen Hochdruckgasbehälter zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, umfasst, wobei ein Einlass des kryogenen Druckbehälters über eine Verbindungsleitung mit einer Befüllöffnung zum Befüllen des kryogenen Druckbehälters fluidverbunden ist, wobei ein Auslass des Hochdruckgasbehälters über eine Verbindungsleitung mit einem Brennstoffverbraucher, insbesondere einer Brennstoffzelle, fluidverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten absperrbaren Verbindungsleitung zwischen dem Auslass des kryogenen Druckbehälters und einem Einlass des Hochdruckgasbehälters ein Verdichter zum Komprimieren des Brennstoffs aus dem kryogenen Druckbehälter angeordnet ist.In particular, the object is achieved by a pressure vessel system for a vehicle, the pressure vessel system comprising at least one cryogenic pressure vessel for storing fuel, in particular hydrogen, and at least one high-pressure gas vessel for storing fuel, in particular hydrogen, wherein an inlet of the cryogenic pressure vessel via a connecting line with a filling opening for filling the cryogenic pressure vessel is fluidly connected, wherein an outlet of the high pressure gas container via a connecting line with a fuel consumer, in particular a fuel cell, fluidly connected, characterized in that in a first closable connection line between the outlet of the cryogenic pressure vessel and an inlet of the high-pressure gas container, a compressor for compressing the fuel from the cryogenic pressure vessel is arranged.
Ein Vorteil hiervon ist, dass der Brennstoff dem kryogenen Druckbehälter im Wesentlichen vollständig ohne (gezielte) Erwärmung des kryogenen Druckbehälters entnehmbar ist. Eine sehr geringe Menge an Brennstoff kann bei maximaler Entnahme in dem kryogenen Druckbehälter verbleiben. Da der kryogene Druckbehälter nicht aktiv erwärmt werden muss, weist der kryogene Druckbehälter beim Wiederbefüllen des Druckbehältersystems mit Brennstoff eine niedrige Temperatur auf, so dass die maximale Brennstoffdichte oder zumindest eine sehr hohe Brennstoffdichte in dem kryogenen Druckbehälter erreichbar ist. Dadurch, dass der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter über einen Verdichter entnehmbar und dem Hochdruckgasbehälter (und schließlich dem Brennstoffverbraucher) zuführbar ist und somit einen geringen Druck aufweisen kann, kann dem kryogenen Druckbehälter auch dann Brennstoff entnommen und dem Hochdruckgasbehälter (und schließlich dem Brennstoffverbraucher) zugeführt werden, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter gering ist bzw. geringer als der Druck in dem Hochdruckgasbehälter bzw. geringer als der von dem Brennstoffverbraucher bzw. einem Druckregler, der zwischen dem Hochdruckgasbehälter und dem Brennstoffverbraucher angeordnet ist, benötigte Druck ist. Hierdurch wird die Reichweite des Fahrzeugs, in dem das Druckbehältersystem eingebaut ist bzw. werden kann, erhöht. Darüber hinaus steht somit nach jeder vollständigen Befüllung die maximale Reichweite oder zumindest eine sehr hohe Reichweite des Fahrzeugs unabhängig von der vorhergehenden Nutzung/Befüllung bereit. Darüber hinaus kann der Brennstoff in dem Hochdruckgasbehälter durch die Umgebung vorgewärmt werden. Dem Brennstoffverbraucher bzw. einem Druckregler, der zwischen dem Hochdruckgasbehälter und dem Brennstoffverbraucher angeordnet ist, kann somit stets Brennstoff mit einem ausreichend hohen Druck und genügend hoher Temperatur zugeführt werden bzw. bereitgestellt werden. Zudem wird kein Tankwärmetauscher zum Erwärmen des kryogenen Druckbehälters bzw. des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter benötigt, wodurch die Herstellungskosten und die Komplexität des Druckbehältersystems verringert sind.One advantage of this is that the fuel can be removed from the cryogenic pressure vessel essentially completely without (targeted) heating of the cryogenic pressure vessel. A very small amount of fuel can remain at maximum removal in the cryogenic pressure vessel. Since the cryogenic pressure vessel need not be actively heated, the cryogenic pressure vessel has a low temperature when refilling the pressure vessel system with fuel, so that the maximum fuel density or at least a very high fuel density in the cryogenic pressure vessel is achievable. Characterized in that the fuel from the cryogenic pressure vessel via a compressor and the high-pressure gas container (and finally the fuel consumer) can be supplied and thus may have a low pressure, the cryogenic pressure vessel and then taken fuel from the high pressure gas container (and finally the fuel consumer) fed be when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is low or less than the pressure in the high-pressure gas container or less than that of the fuel consumer or a pressure regulator, which is arranged between the high pressure gas container and the fuel consumer, required pressure. As a result, the range of the vehicle in which the pressure vessel system is installed or can be increased. In addition, therefore, the maximum range or at least a very high range of the vehicle is available regardless of the previous use / filling after each complete filling. In addition, the fuel in the high-pressure gas container can be preheated by the environment. The fuel consumer or a pressure regulator, which is arranged between the high-pressure gas container and the fuel consumer, can thus always be supplied with fuel at a sufficiently high pressure and at a sufficiently high temperature. In addition, no tank heat exchanger for heating the cryogenic pressure vessel or the fuel is required in the cryogenic pressure vessel, whereby the manufacturing cost and complexity of the pressure vessel system are reduced.
Der kryogene Druckbehälter kann z.B. Brennstoff bei einem max. Betriebsdruck/maximum operating pressure/MOP von 300 barü und einer Temperatur von 40 K speichern. Der Hochdruckgasbehälter kann z.B. Brennstoff bei einem max. Betriebsdruck/maximum operating pressure/MOP von 700 barü und einer Temperatur von 300 K speichern.The cryogenic pressure vessel may e.g. Fuel at a max. Operating pressure / maximum operating pressure / MOP of 300 barü and a temperature of 40 K store. The high pressure gas container may e.g. Fuel at a max. Operating pressure / maximum operating pressure / MOP of 700 barü and a temperature of 300 K store.
Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Zuführen von Brennstoff aus einem in einem Fahrzeug angeordneten Druckbehältersystem zu einem Brennstoffverbraucher, insbesondere einer Brennstoffzelle, gelöst, wobei das Druckbehältersystem - mindestens einen kryogenen Druckbehälter zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, und - mindestens einen Hochdruckgasbehälter zum Speichern von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - wenn eine Dichte des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter niedriger als ein Grenzdichtewert ist und ein Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter niedriger als ein Grenzdruckwert ist: Verdichten des Brennstoffs aus dem kryogenen Druckbehälter mittels eines Verdichters und Strömen lassen des verdichteten Brennstoffs in den Hochdruckgasbehälter; - wenn eine Dichte des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter niedriger als ein Grenzdichtewert ist und ein Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter gleich oder höher als ein Grenzdruckwert ist: Strömen lassen von Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den Hochdruckgasbehälter, ohne den Brennstoff zu verdichten; und - Zuführen von Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter und/oder aus dem Hochdruckgasbehälter zu dem Brennstoffverbraucher.In particular, the object is also achieved by a method for supplying fuel from a pressure vessel system arranged in a vehicle to a fuel consumer, in particular a fuel cell, the pressure vessel system comprising at least one cryogenic pressure vessel for storing fuel, in particular hydrogen, and at least one high-pressure gas vessel for storing fuel, in particular hydrogen, the method comprising the steps of: when a density of the fuel in the high-pressure gas container is lower than a limit density value and a pressure of the fuel in the high-pressure gas container is lower than a limit pressure value; compressing the fuel from the cryogenic pressure vessel by means of a compressor and flowing the compressed fuel into the high-pressure gas vessel; when a density of the fuel in the high pressure gas container is lower than a limit density value and a pressure of the fuel in the high pressure gas container is equal to or higher than a threshold pressure value: flowing fuel from the cryogenic pressure container into the high pressure gas container without condensing the fuel; and - supplying fuel from the cryogenic pressure vessel and / or from the high-pressure gas vessel to the fuel consumer.
Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass der Brennstoff dem kryogenen Druckbehälter im Wesentlichen vollständig ohne Erwärmung des kryogenen Druckbehälters entnehmbar ist. Eine sehr geringe Menge an Brennstoff kann bei maximaler Entnahme in dem kryogenen Druckbehälter verbleiben. Da der kryogene Druckbehälter bei dem Verfahren nicht aktiv erwärmt wird, weist der kryogene Druckbehälter beim Wiederbefüllen des Druckbehältersystems mit Brennstoff eine niedrige Temperatur auf, so dass die maximale Brennstoffdichte oder zumindest eine sehr hohe Brennstoffdichte in dem kryogenen Druckbehälter erreicht wird. Dadurch, dass der Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter über einen Verdichter entnommen wird und somit einen geringen Druck aufweisen kann, kann der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter auch dann entnommen und dem Hochdruckgasbehälter (und schließlich dem Brennstoffverbraucher) zugeführt werden, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter gering ist bzw. kleiner als der Druck in dem Hochdruckgasbehälter bzw. geringer als der von dem Brennstoffverbraucher bzw. einem Druckregler, der zwischen dem Hochdruckgasbehälter und dem Brennstoffverbraucher angeordnet ist, benötigte Druck ist. Hierdurch wird die Reichweite des Fahrzeugs erhöht. Darüber hinaus steht somit nach jeder vollständigen Befüllung die maximale Reichweite oder zumindest eine sehr hohe Reichweite des Fahrzeugs bereit. Dem Brennstoffverbraucher bzw. einem Druckregler, der zwischen dem zweiten Hochdruckgasbehälter und dem Brennstoffverbraucher angeordnet ist, kann somit stets Brennstoff mit einem ausreichend hohen Druck und genügend hoher Temperatur zugeführt werden bzw. bereitgestellt werden. Zudem wird für das Verfahren kein Tankwärmetauscher zum Erwärmen des kryogenen Druckbehälters bzw. des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter benötigt, wodurch ein Druckbehältersystem mit geringen Herstellungskosten und geringer Komplexität verwendet werden kann. Es ist insbesondere möglich, dass das Strömen lassen von Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den Hochdruckgasbehälter, ohne den Brennstoff zu verdichten, erst bei Erfüllen der zusätzlichen Bedingung, dass der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter höher als der Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter ist, ausgeführt wird.An advantage of this method is that the fuel to the cryogenic pressure vessel is substantially completely removed without heating the cryogenic pressure vessel. A very small amount of fuel can remain at maximum removal in the cryogenic pressure vessel. Since the cryogenic pressure vessel is not actively heated in the process, the cryogenic pressure vessel has a low temperature when refilling the pressure vessel system with fuel, so that the maximum fuel density or at least a very high fuel density is achieved in the cryogenic pressure vessel. Characterized in that the fuel is removed in the cryogenic pressure vessel via a compressor and thus may have a low pressure, the fuel from the cryogenic pressure vessel can also be removed and the high pressure gas container (and finally the fuel consumer) supplied when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is low or less than the pressure in the high-pressure gas container or less than that of the fuel consumer or a pressure regulator which is between the High pressure gas container and the fuel consumer is arranged, required pressure. This increases the range of the vehicle. In addition, therefore, the maximum range or at least a very high range of the vehicle is ready after each complete filling. The fuel consumer or a pressure regulator, which is arranged between the second high-pressure gas container and the fuel consumer, can thus always be supplied with fuel at a sufficiently high pressure and at a sufficiently high temperature. In addition, no tank heat exchanger for heating the cryogenic pressure vessel or the fuel in the cryogenic pressure vessel is required for the method, whereby a pressure vessel system can be used with low production costs and low complexity. It is particularly possible that the flow of fuel from the cryogenic pressure vessel into the high-pressure gas container without compressing the fuel, only upon satisfaction of the additional condition that the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is higher than the pressure of the fuel in the high-pressure gas container is, is being executed.
Auch ist es möglich, dass neben der Bedingung „wenn eine Dichte des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter niedriger als ein Grenzdichtewert ist und ein Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter gleich oder höher als ein Grenzdruckwert ist“ noch eine oder mehrere weitere Bedingungen erfüllt sein müssen, damit der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den Hochdruckgasbehälter strömen gelassen wird, ohne den Brennstoff zu verdichten. Eine weitere Bedingung kann z.B. sein, dass der Druck und/oder die Dichte des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter unter einen Minimalwert sinkt. Ebenso ist es möglich, dass neben der Bedingung „wenn eine Dichte des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter niedriger als ein Grenzdichtewert ist und ein Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter niedriger als ein Grenzdruckwert ist“ noch eine oder mehrere weitere Bedingungen erfüllt sein müssen, damit der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter verdichtet wird und der verdichtete Brennstoff in den Hochdruckgasbehälter strömen gelassen wird. Eine weitere Bedingung kann z.B. sein, dass der Druck und/oder die Dichte des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter unter einen Minimalwert sinkt. Zudem ist es möglich, dass auch dann Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter (ohne von dem Verdichter verdichtet zu werden oder unter Verdichtung durch den Verdichter) in den Hochdruckgasbehälter strömen gelassen wird, wenn die Dichte des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter oberhalb des Grenzdichtewerts liegt (jedoch z.B. der Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter unterhalb des Grenzdruckwerts liegt). Auch wenn die Bedingung „wenn eine Dichte des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter niedriger als ein Grenzdichtewert ist und ein Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter niedriger als ein Grenzdruckwert ist“ erfüllt ist, kann Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den Hochdruckgasbehälter strömen gelassen werden, wenn z.B. der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter größer ist als der Druck des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter.Also, it is possible that in addition to the condition "when a density of the fuel in the high pressure gas container is lower than a limit density value and a pressure of the fuel in the high pressure gas container is equal to or higher than a threshold pressure value, one or more other conditions must be satisfied the fuel from the cryogenic pressure vessel is allowed to flow into the high pressure gas container without condensing the fuel. Another condition may be e.g. be that the pressure and / or the density of the fuel in the cryogenic pressure vessel drops below a minimum value. Likewise, it is possible that in addition to the condition "when a density of the fuel in the high-pressure gas container is lower than a limit density value and a pressure of the fuel in the high-pressure gas container is lower than a threshold pressure value," one more condition must be satisfied for the fuel to be satisfied is compressed from the cryogenic pressure vessel and the compressed fuel is allowed to flow into the high-pressure gas container. Another condition may be e.g. be that the pressure and / or the density of the fuel in the cryogenic pressure vessel drops below a minimum value. In addition, it is possible that fuel from the cryogenic pressure vessel (without being compressed by the compressor or compressed by the compressor) will flow into the high pressure gas vessel even if the density of the fuel in the high pressure gas vessel is above the limit density value (but eg the pressure of the fuel in the high pressure gas container is below the threshold pressure value). Even if the condition "when a density of the fuel in the high-pressure gas container is lower than a limit density value and a pressure of the fuel in the high-pressure gas container is lower than a threshold pressure value" is met, fuel may be flowed out of the cryogenic pressure container into the high-pressure gas container when e.g. the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is greater than the pressure of the fuel in the high pressure gas vessel.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Druckbehältersystem ferner eine zweite absperrbare Verbindungsleitung zwischen dem Auslass des kryogenen Druckbehälters und dem Einlass des Hochdruckgasbehälters, wobei in der zweiten absperrbaren Verbindungsleitung kein Verdichter angeordnet ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in den Hochdruckgasbehälter strömen kann, wenn der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter höher als in dem Hochdruckgasbehälter ist, ohne verdichtet zu werden. Somit kann Energie gespart werden, da der Verdichter nicht ständig betrieben werden muss. Der Brennstoff kann vorkonditioniert bzw. erwärmt werden, bevor der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter dem Hochdruckgasbehälter zugeführt wird.According to one embodiment, the pressure vessel system further comprises a second closable connection line between the outlet of the cryogenic pressure vessel and the inlet of the high-pressure gas container, wherein no compressor is arranged in the second closable connection line. An advantage of this is that fuel from the cryogenic pressure vessel can flow into the high pressure gas container when the pressure of the fuel in the cryogenic pressure vessel is higher than in the high pressure gas vessel without being compressed. Thus, energy can be saved because the compressor does not have to be constantly operated. The fuel may be preconditioned or heated before the fuel is supplied from the cryogenic pressure vessel to the high pressure gas vessel.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Druckbehältersystem ferner eine absperrbare dritte Verbindungsleitung, wobei die dritte Verbindungsleitung aus der zweiten Verbindungsleitung abzweigt und die zweite Verbindungsleitung unter Umgehung des Hochdruckgasbehälters mit dem Brennstoffverbraucher fluidverbindet. Vorteilhaft hieran ist, dass der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter dem Brennstoffverbraucher direkt zuführbar ist. Folglich kann Brennstoff dem Hochdruckgasbehälter zugeführt und/oder in dem Hochdruckgasbehälter durch die Umgebung erwärmt werden, während gleichzeitig Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter dem Brennstoffverbraucher zugeführt wird. Der Brennstoff kann vor dem Zuführen des Brennstoffs zu dem Brennstoffverbraucher vorkonditioniert bzw. erwärmt werden.According to one embodiment, the pressure vessel system further comprises a lockable third connection line, wherein the third connection line branches off from the second connection line and the second connection line fluidly bypasses the high pressure gas container with the fuel consumer. An advantage of this is that the fuel from the cryogenic pressure vessel is the fuel consumers fed directly. Consequently, fuel can be supplied to the high-pressure gas container and / or heated in the high-pressure gas container by the environment, while at the same time fuel from the cryogenic pressure vessel is supplied to the fuel consumer. The fuel may be preconditioned or heated prior to supplying the fuel to the fuel consumer.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Druckbehältersystem ferner einen Wärmetauscher zum Erwärmen des Brennstoffs, wobei der Wärmetauscher zwischen dem kryogenen Druckbehälter und dem Verdichter angeordnet ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass der Verdichter technisch einfach ausgebildet und kostengünstig sein kann, da der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter erwärmt wird, bevor der Brennstoff in den Verdichter gelangt. Dies senkt somit die Herstellungskosten und die Komplexität des Druckbehältersystems.According to one embodiment, the pressure vessel system further comprises a heat exchanger for heating the fuel, wherein the heat exchanger between the cryogenic pressure vessel and the compressor is arranged. One advantage of this is that the compressor can be technically simple and inexpensive since the fuel is heated from the cryogenic pressure vessel before the fuel enters the compressor. This thus reduces the manufacturing costs and complexity of the pressure vessel system.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Wärmetauscher derart angeordnet, dass der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter durch den Wärmetauscher strömen muss, bevor der Brennstoff in die zweite Verbindungsleitung gelangen kann. Vorteilhaft hieran ist, dass die zweite Verbindungsleitung nicht für kryogenen Brennstoff bzw. die entsprechenden Temperaturen ausgelegt sein muss. Dies senkt die Herstellungskosten und die Komplexität des Druckbehältersystems. Zudem ist auf diese Weise sichergestellt, dass nur durch den Wärmetauscher erwärmter Brennstoff (und kein nicht durch den Wärmetauscher erwärmter Brennstoff) über die zweite Verbindungsleitung aus dem kryogenen Druckbehälter in den Hochdruckgasbehälter gelangt.According to one embodiment, the heat exchanger is arranged such that the fuel from the cryogenic pressure vessel has to flow through the heat exchanger before the fuel can get into the second connection line. The advantage of this is that the second connecting line does not have to be designed for cryogenic fuel or the corresponding temperatures. This reduces the manufacturing cost and complexity of the pressure vessel system. It's also that way ensures that only through the heat exchanger heated fuel (and not heated by the heat exchanger fuel) via the second connecting line from the cryogenic pressure vessel into the high-pressure gas container passes.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Druckbehältersystem ferner eine vierte absperrbare Verbindungsleitung, wobei die vierte Verbindungsleitung den Auslass des kryogenen Druckbehälter mit dem Einlass des Hochdruckgasbehälters unter Umgehung des Wärmetauschers, insbesondere unter Umgehung des Wärmetauschers und unter Umgehung des Verdichters, fluidverbindet. Hierdurch kann beim Befüllen des Druckbehältersystems mit Brennstoff der Brennstoff zum Abkühlen des kryogenen Druckbehälters verwendet (indem der Brennstoff durch den kryogenen Druckbehälter strömt) und nach dem Durchströmen des kryogenen Druckbehälters in dem Hochdruckgasbehälter bei einer tiefen Temperatur gespeichert werden. Vorteilhaft hieran ist, dass die maximale Speicherdichte an Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter erhöht wird (da der kryogene Druckbehälter durch den durchströmenden Brennstoff abgekühlt wird). Zudem kann mehr Brennstoff in dem Hochdruckgasbehälter gespeichert werden.According to one embodiment, the pressure vessel system further comprises a fourth closable connection line, wherein the fourth connection line fluidly connects the outlet of the cryogenic pressure container with the inlet of the high-pressure gas container, bypassing the heat exchanger, in particular bypassing the heat exchanger and bypassing the compressor. Hereby, when filling the pressure vessel system with fuel, the fuel for cooling the cryogenic pressure vessel may be used (by flowing the fuel through the cryogenic pressure vessel) and stored at a low temperature after flowing through the cryogenic pressure vessel in the high pressure gas vessel. The advantage of this is that the maximum storage density of fuel in the cryogenic pressure vessel is increased (since the cryogenic pressure vessel is cooled by the fuel flowing through). In addition, more fuel can be stored in the high-pressure gas container.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Wärmetauscher derart angeordnet, dass der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter nicht durch den Wärmetauscher strömen muss, bevor der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter in die zweite Verbindungsleitung strömen kann. Vorteilhaft hieran ist, dass eine Verbindungsleitung (z.B. die vierte Verbindungsleitung), die den kryogenen Druckbehälter mit dem Hochdruckgasbehälter fluidverbindet, eingespart bzw. weggelassen werden kann. Beim Befüllen des Druckbehältersystems kann der Hochdruckgasbehälter mit kaltem Brennstoff, der zum Abkühlen des kryogenen Druckbehälters durch den kryogenen Druckbehälter geführt wurde, durch die zweite Verbindungsleitung befüllt werden. Somit sinkt die Anzahl an Verbindungsleitungen. Dies senkt die Herstellungskosten des Druckbehältersystems.According to one embodiment, the heat exchanger is arranged such that the fuel from the cryogenic pressure vessel does not have to flow through the heat exchanger before the fuel can flow from the cryogenic pressure vessel into the second connection line. Advantageously, a connection line (e.g., the fourth connection line) which fluidly connects the cryogenic pressure container to the high-pressure gas container may be omitted. When filling the pressure vessel system, the high-pressure gas container with cold fuel, which was led to cool the cryogenic pressure vessel through the cryogenic pressure vessel, are filled through the second connecting line. Thus, the number of connecting lines decreases. This lowers the manufacturing cost of the pressure vessel system.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter vor dem Zuführen des Brennstoffs zu dem Verdichter mittels eines Wärmetauschers erwärmt. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Verfahren auch mit einem technisch einfachen Druckbehältersystem ausgeführt werden kann. Der Verdichter muss nicht zum Verdichten von kryogenem Brennstoff ausgelegt sein, sondern es ist ausreichend, wenn der Verdichter zum Verdichten von nicht-kryogenem Brennstoff ausgelegt ist. Folglich kann ein kostengünstiges und technisch einfaches Druckbehältersystem verwendet werden.According to one embodiment of the method, the fuel from the cryogenic pressure vessel is heated prior to supplying the fuel to the compressor by means of a heat exchanger. An advantage of this is that the method can also be carried out with a technically simple pressure tank system. The compressor need not be designed to compress cryogenic fuel, but it is sufficient if the compressor is designed to compress non-cryogenic fuel. Consequently, a low-cost and technically simple pressure vessel system can be used.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter durch eine zweite und/oder vierte Verbindungsleitung unter Umgehung des Wärmetauschers in den Hochdruckgasbehälter strömen gelassen. Vorteilhaft hieran ist, dass Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter, ohne diesen aktiv zu erwärmen, in den Hochdruckgasbehälter strömen kann. Somit kann kalter Brennstoff dem Hochdruckgasbehälter zugeführt werden. Darüber hinaus kann beim Befüllen des Druckbehältersystems mit Brennstoff der Brennstoff zum Abkühlen des kryogenen Druckbehälters verwendet und nach dem Durchströmen des kryogenen Druckbehälters in dem Hochdruckgasbehälter bei einer tiefen Temperatur gespeichert wird. Somit wird die maximale Speicherdichte an Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter erhöht. Zudem kann mehr Brennstoff in dem Hochdruckgasbehälter gespeichert werden. Darüber hinaus kann der Hochdruckgasbehälter besonders schnell kryogen betankt werden, da die Dichte des Massenstroms des kryogenen Brennstoffs höher ist als die Dichte des Massenstroms eines lediglich durch Vorkühlung gekühlten Brennstoffs bei einer „warmen“, d.h. nicht-kryogenen, Befüllung bzw. Betankung des Hochdruckgasbehälters.According to one embodiment of the method, the fuel from the cryogenic pressure vessel is flowed through a second and / or fourth connection line, bypassing the heat exchanger into the high-pressure gas container. The advantage of this is that fuel from the cryogenic pressure vessel, without actively warming it, can flow into the high-pressure gas container. Thus, cold fuel can be supplied to the high-pressure gas container. Moreover, when filling the pressure vessel system with fuel, the fuel may be used to cool the cryogenic pressure vessel and stored after passing through the cryogenic pressure vessel in the high pressure gas vessel at a low temperature. Thus, the maximum storage density of fuel in the cryogenic pressure vessel is increased. In addition, more fuel can be stored in the high-pressure gas container. Moreover, since the density of the cryogenic fuel mass flow is higher than the mass flow rate of a pre-cooled fuel only at a "warm", i.e., high pressure, gas cylinder, the high pressure gas can be refueled particularly quickly. non-cryogenic, filling or refueling of the high pressure gas container.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem (en: Compressed hydrogen storage system (=CHS-System)) zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Ein solcher Druckbehälter ist insbesondere ein in ein Kraftfahrzeug eingebauter bzw. einbaubarer Druckbehälter. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Ein solcher Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (=CcH2-System) oder ein Hochdruckgasbehälter (=CGH2-System) sein.The technology disclosed herein relates to a compressed hydrogen storage (CHS) system for storing gaseous fuel under ambient conditions. Such a pressure vessel is in particular a pressure vessel which is installed or can be installed in a motor vehicle. The pressure vessel can be used in a motor vehicle, which is operated for example with compressed ("compressed natural gas" = CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen. Such a pressure vessel may be, for example, a cryogenic pressure vessel (= CcH2 system) or a high-pressure gas vessel (= CGH2 system).
Hochdruckgasbehältersysteme (= CGH2-Systeme) bzw. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff (z.B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem max. Betriebsdruck (auch maximum operating pressure oder MOP genannt) von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.High-pressure gas container systems (= CGH2 systems) or high-pressure gas containers are formed, substantially at ambient temperatures, fuel (for example hydrogen) permanently at a max. Operating pressure (also called maximum operating pressure or MOP) of about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), further preferably of about 500 barü and more preferably of about 700 barü store.
Das Druckbehältersystem umfasst einen kryogenen Druckbehälter (= CcH2-Druckbehälter). Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegen, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i.d.R. ca. - 40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für max. Betriebsdrücke (auch maximum operating pressure oder MOP genannt) bis ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Im Innenbehälter ist der Brennstoff gespeichert. Der Außenbehälter schließt den Druckbehälter bevorzugt nach außen hin ab. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum mit einem Absolutdruck im Bereich von 10-9 mbar bis 10-1 mbar, ferner bevorzugt von 10-7 mbar bis 10-3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10-5 mbar, dass zumindest bereichsweise zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter in einem evakuierten (Zwischen)Raum bzw. Vakuum V angeordnet ist. Die Speicherung bei Temperaturen (knapp) oberhalb des kritischen Punktes hat gegenüber der Speicherung bei Temperaturen unterhalb des kritischen Punktes den Vorteil, dass das Speichermedium einphasig vorliegt. Es gibt also beispielsweise keine Grenzfläche zwischen flüssig und gasförmig.The pressure vessel system comprises a cryogenic pressure vessel (= CcH2 pressure vessel). The cryogenic pressure vessel may store fuel in the liquid or supercritical state. A supercritical state of aggregation is a thermodynamic state of a substance which has a higher temperature and a higher pressure than the critical point. Of the critical point denotes the thermodynamic state in which the densities of gas and liquid of the substance coincide, that is, it is single-phase. While one end of the vapor pressure curve in a pT diagram is marked by the triple point, the critical point represents the other end. For hydrogen, the critical point is 33.18 K and 13.0 bar. A cryogenic pressure vessel is particularly suitable for storing the fuel at temperatures significantly below the operating temperature (meaning the temperature range of the vehicle environment in which the vehicle is to be operated) of the motor vehicle, for example at least 50 Kelvin, preferably at least 100 Kelvin or At least 150 Kelvin below the operating temperature of the motor vehicle (usually about - 40 ° C to about + 85 ° C). The fuel may be, for example, hydrogen, which is stored at temperatures of about 34 K to 360 K in the cryogenic pressure vessel. The cryogenic pressure vessel may in particular comprise an inner container which is designed for max. Operating pressures (also called maximum operating pressure or MOP) to about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), preferably up to about 500 barü, and particularly preferably up to about 700 barü. The fuel is stored in the inner container. The outer container preferably closes off the pressure vessel to the outside. Preferably, the cryogenic pressure vessel comprises a vacuum with an absolute pressure in the range of 10 -9 mbar to 10 -1 mbar, further preferably from 10 -7 mbar to 10 -3 mbar and particularly preferably from about 10 -5 mbar that at least partially between the inner container and the outer container in an evacuated (intermediate) space or vacuum V is arranged. Storage at temperatures (just) above the critical point has the advantage over storage at temperatures below the critical point that the storage medium is present in a single phase. For example, there is no interface between liquid and gaseous.
Der Brennstoff kann insbesondere ein Brennstoff sein, der bei Normalbedingungen (Druck von 1,01325 bar und Temperatur von 0 °C) gasförmig ist.In particular, the fuel may be a fuel which is gaseous under normal conditions (pressure of 1.01325 bar and temperature of 0 ° C).
Der Grenzdruckwert kann ein vorgegebener Druckwert sein, bei dessen Unterschreiten ein direktes Zuführen von Brennstoff aus dem Hochdruckgasbehälter zu dem Druckregler bzw. Brennstoffverbraucher nicht mehr möglich ist bzw. nur mit einer sehr geringen Effizienz oder unter Leistungsverringerung möglich ist. Der Grenzdruckwert kann z.B. 50 barü, ferner bevorzugt 20 barü und besonders bevorzugt 5 barü betragen. Der Grenzdruckwert kann der Mindestbetriebsdruck eines Druckreglers sein, der zwischen dem zweiten Hochdruckgasbehälter und dem Brennstoffverbraucher angeordnet ist.The limit pressure value may be a predetermined pressure value, below which a direct supply of fuel from the high-pressure gas container to the pressure regulator or fuel consumer is no longer possible or is possible only with a very low efficiency or power reduction. The limit pressure value may e.g. 50 barü, further preferably 20 barü and particularly preferably 5 barü amount. The threshold pressure value may be the minimum operating pressure of a pressure regulator disposed between the second high-pressure gas container and the fuel consumer.
Der Grenzdichtewert kann ein minimaler Dichtewert des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter und/oder in dem Hochdruckgasbehälter sein, der (um sicherheitskritische Situationen zu verhindern) nicht unterschritten werden darf bzw. kann. Der Grenzdichtewert kann z.B. 4 g/l, ferner bevorzugt 1,5 g/l und besonders bevorzugt 0,8 g/l betragen.The limit density value may be a minimum density value of the fuel in the cryogenic pressure vessel and / or in the high-pressure gas container, which must not be undercut (to prevent safety-critical situations). The limit density value may e.g. 4 g / l, further preferably 1.5 g / l and particularly preferably 0.8 g / l amount.
Der Hochdruckgasbehälter kann insbesondere ein Druckbehälter sein, der zum Speichern von nicht-kryogenem Brennstoff bzw. von gasförmigem Brennstoff ausgebildet sind. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere zum Speichern von kryogenem und/oder gasförmigen Brennstoff ausgebildet sein. Insbesondere kann sich der Hochdruckgasbehälter von dem kryogenen Druckbehälter dadurch unterscheiden, dass der kryogene Druckbehälter stark wärmeisoliert ist, um den kryogenen Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter möglichst lange kryogen bei niedrigen Temperaturen (gegenüber der Betriebstemperatur des Fahrzeugs) zu speichern. Der Hochdruckgasbehälter kann insbesondere keine oder nur eine geringe Wärmeisolation aufweisen, so dass der Brennstoff in dem Hochdruckgasbehälter durch die Umgebung bzw. das Fahrzeug bzw. die Abwärme des Fahrzeugs erwärmt wird. Hierfür kann ein Wärmetauscher verwendet werden.The high-pressure gas container may in particular be a pressure vessel, which is designed to store non-cryogenic fuel or gaseous fuel. The cryogenic pressure vessel may be designed in particular for storing cryogenic and / or gaseous fuel. In particular, the high-pressure gas container may differ from the cryogenic pressure container in that the cryogenic pressure container is highly thermally insulated in order to cryogenically store the cryogenic fuel in the cryogenic pressure container at low temperatures (compared to the operating temperature of the vehicle). In particular, the high-pressure gas container may have no or only little heat insulation, so that the fuel in the high-pressure gas container is heated by the surroundings or the vehicle or the waste heat of the vehicle. For this purpose, a heat exchanger can be used.
Der Hochdruckgasbehälter kann ein Druckbehälter vom Typ III sein. Druckbehälter vom Typ III können aus zwei Komponenten bestehen: einem Innenliner aus Metall (z.B. Stahl oder Aluminium) und einem Kohlefaserverbundmaterial, das den Innenliner umgibt und hauptsächlich für die Druckfestigkeit sorgt.The high-pressure gas container may be a type III pressure vessel. Type III pressure vessels may consist of two components: an inner liner of metal (e.g., steel or aluminum) and a carbon fiber composite material surrounding the inner liner and primarily providing compressive strength.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckbehältersystems; -
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckbehältersystems; und -
3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckbehältersystems.
-
1 a schematic view of a first embodiment of the pressure vessel system according to the invention; -
2 a schematic view of a second embodiment of the pressure vessel system according to the invention; and -
3 a schematic view of a third embodiment of the pressure vessel system according to the invention.
Das Druckbehältersystem
Der kryogene Druckbehälter
Der Auslass des kryogenen Druckbehälters
Das erste Dreiwegeventil
Der Wärmetauscher
Strömungstechnisch vom ersten Dreiwegeventil
Der Wärmetauscher
Die erste Verbindungsleitung
In der ersten Verbindungsleitung
Der Verdichter
Ein zweites Druckentlastungsventil
Auf diese Weise kann auch bei einem geparkten Fahrzeug bzw. ausgeschaltetem Motor (also auch ohne Verfügbarkeit eines elektrischen oder elektronischen Systems) und bei geschlossenem zweiten Dreiwegeventil
Eine dritte Verbindungsleitung
Stromabwärts der ersten Verbindungsleitung
Bei der Befüllung des Druckbehältersystems
Der Brennstoff strömt bei entsprechend geöffnetem Dreiwegeventil
Zwischen dem zweiten Dreiwegeventil
Der Brennstoff kann aus dem kryogenen Druckbehälter
- 1. über
das erste Dreiwegeventil 23 ,durch den Wärmetauscher 70 , durchdas zweite Dreiwegeventil 24 indie zweite Verbindungsleitung 34 und durch den Hochdruckgasbehälter60 (wobei der Brennstoff hier zwischengespeichert werden kann). - 2. über
das erste Dreiwegeventil 23 ,durch den Wärmetauscher 70 , durch die ersteVerbindungsleitung 32 ,durch den Verdichter 90 und durch den Hochdruckgasbehälter60 (wobei der Brennstoff hier zwischengespeichert werden kann). - 3. über
das erste Dreiwegeventil 23 ,durch den Wärmetauscher 70 , durchdas zweite Dreiwegeventil 24 indie zweite Verbindungsleitung 34 , indie dritte Verbindungsleitung 35 , durchdas dritte Dreiwegeventil 25 und somit unter Umgehung des Hochdruckgasbehälters60 zu dem Brennstoffverbraucher 80 . - 4. über
das erste Dreiwegeventil 23 ,durch den Wärmetauscher 70 , durchdas zweite Druckentlastungsventil 28 , indie zweite Verbindungsleitung 34 durch den Hochdruckgasbehälter60 (wobei der Brennstoff hier zwischengespeichert werden kann).
- 1. over the first three-
way valve 23 , through theheat exchanger 70 , through the second three-way valve 24 in thesecond connection line 34 and through the high-pressure gas container60 (where the fuel can be cached here). - 2. via the first three-
way valve 23 , through theheat exchanger 70 , through thefirst connection line 32 , through thecompressor 90 and through the high-pressure gas container60 (where the fuel can be cached here). - 3. via the first three-
way valve 23 , through theheat exchanger 70 , through the second three-way valve 24 in thesecond connection line 34 , in thethird connection line 35 , through the third three-way valve 25 and thus bypassing the high-pressure gas tank 60 to thefuel consumer 80 , - 4. via the first three-
way valve 23 , through theheat exchanger 70 , through the secondpressure relief valve 28 , in thesecond connection line 34 through the high pressure gas container60 (where the fuel can be cached here).
Wenn durch Entnahme von Brennstoff aus dem Hochdruckgasbehälter
Wenn die Dichte des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter
Wenn die Dichte des Brennstoffs in dem Hochdruckgasbehälter
Alternativ zu der zweiten Verbindungsleitung
Erfolgt über einen längeren Zeitraum keine Entnahme aus dem kryogenen Druckbehälter
Der Wärmetauscher
Zwischen dem Wärmetauscher
Steigt der Druck des Brennstoffs in dem kryogenen Druckbehälter
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Brennstoff in dem kryogenen Druckbehälter
Das
Der erste Grenzwert, bei dessen Überschreiten Brennstoff aus dem kryogenen Druckbehälter
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein kryogener Druckbehälter, der/ein Hochdruckgasbehälter, der/ein Verdichter, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine kryogene Druckbehälter, der mindestens eine Hochdruckgasbehälter, der mindestens eine Verdichter, etc.).For the sake of legibility, the term "at least one" has been omitted for simplicity. If a feature of the technology disclosed herein is described in singular form (eg, the / a cryogenic pressure vessel, the / a high pressure gas vessel, the / Compressor, etc.) should be at the same time also their plurality disclosed (eg, the at least one cryogenic pressure vessel, the at least one high-pressure gas tank, the at least one compressor, etc.).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- DruckbehältersystemPressure vessel system
- 1515
- Befüllöffnung/TankkupplungFilling / tanker coupling
- 1717
- Verbindungsleitung von der Tankkupplung zu dem kryogenen DruckbehälterConnecting line from the tank coupling to the cryogenic pressure vessel
- 2020
- kryogener Druckbehältercryogenic pressure vessel
- 2222
- Einlassventil des kryogenen DruckbehältersInlet valve of the cryogenic pressure vessel
- 2323
- erstes Dreiwegeventilfirst three-way valve
- 2424
- zweites Dreiwegeventilsecond three-way valve
- 2525
- drittes Dreiwegeventilthird three-way valve
- 2626
- erstes Druckentlastungsventilfirst pressure relief valve
- 2828
- zweites Druckentlastungsventilsecond pressure relief valve
- 2929
- drittes Druckentlastungsventilthird pressure relief valve
- 3030
- viertes Druckentlastungsventilfourth pressure relief valve
- 3232
- erste Verbindungsleitungfirst connection line
- 3434
- zweite Verbindungsleitungsecond connection line
- 3535
- dritte Verbindungsleitungthird connection line
- 3636
- vierte Verbindungsleitungfourth connection line
- 3939
- 3/2-Wegeventil3/2-way valve
- 5050
- erstes Rückschlagventilfirst check valve
- 5151
- zweites Rückschlagventilsecond check valve
- 6060
- HochdruckgasbehälterHigh-pressure gas tank
- 6565
- Verbindungsleitung von dem Hochdruckgasbehälter zu dem BrennstoffverbraucherConnecting line from the high pressure gas container to the fuel consumer
- 7070
- Wärmetauscherheat exchangers
- 8080
- Brennstoffverbraucherfuel consumers
- 9090
- Verdichtercompressor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1546601 B1 [0008]EP 1546601 B1 [0008]
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-
2017
- 2017-09-28 DE DE102017217348.3A patent/DE102017217348A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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