AT11211U1 - Verfahren zur kraftstoffversorgung eines verbrauchers mit einer kryogenen kraftstoffversorgungsanlage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers mit einer Kraftstoffversorgungsanlage 1, wobei die Kraftstoffversorgungsanlage einen Kryotank 2 aufweist, und der Kryotank 2 einen isolierten. Innentank 3 aufweist, und ferner bis zum Erreichen einer in dem Innentank enthaltenen Restgasmenge im Innentank ein minimaler Versorgungsdruck nicht unterschritten wird.
Description
österreichisches Patentamt AT11211U1 2010-06-15
Beschreibung
VERFAHREN ZUR KRAFTSTOFFVERSORGUNG EINES VERBRAUCHERS UND KRAFTSTOFFVERSORGUNGSANLAGE
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers mit einer kryogenen Kraftstoffversorgungsanlage zur Speicherung eines kryogenen Kraftstoffes sowie eine Kraftstoffversorgungsanlage zum Betrieb des Verfahrens.
[0002] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers mit einem Kryogen, insbesondere zur Versorgung eines Verbrauchers mit gasförmigem und/oder flüssigem Wasserstoff (H2) bekannt. Diese Verfahren unterscheiden sich in den verschiedenen Methoden, den Tankdruck, also den Dampfdruck des kryogenen Kraftstoffes, so einzustellen, dass jederzeit eine kontinuierliche Versorgung eines Verbrauchers mit dem Kraftstoff möglich ist. Dazu sind aus dem Stand der Technik im Innentank angeordnete elektrische Heizeinrichtungen oder andere Wärmetauscher bekannt.
[0003] Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind durch hohe Komplexität und hohes Gewicht gekennzeichnet. Zudem fallen die mit der hohen Komplexität einhergehenden hohen Kosten solcher Einrichtungen ins Gewicht.
[0004] Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung den Stand der Technik zu verbessern und ein kosteneffizientes und technisch wirksames Verfahren zur Versorgung eines Verbrauchers mit Kryogen-Kraftstoff zu entwickeln.
[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
[0006] Durch die nach dem gelehrten Verfahren gewährleistete Einstellung eines geeigneten Ausgangsdruckniveaus in dem Innentank kann eine kontinuierliche Versorgung des Verbrauchers erreicht werden.
[0007] Nach einer besonderen Ausführungsform wird als Restgasmenge definitionsgemäß eine Gasmenge von 0,01 kg verstanden. Dabei sind nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung Abweichungen von dieser Menge von ±25%, vorzugsweise ±10% erlaubt.
[0008] Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers wird der Druck des Innenbehälters beim Betanken so eingestellt, dass sich im Innentank bei der Restgasmenge ein Restdruck von mindestens 1 bar einstellt. Nach einer besonderen Ausführungsform sind bei diesen Angaben Abweichungen von ±25%, vorzugsweise ±10%, erlaubt und durch den Erfindungsgegenstand mit umfasst.
[0009] Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers entspricht der minimale Versorgungsdruck 1 bar, insbesondere 2 bar.
[0010] Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Betanken des Innentanks in dem Innentank ein Ausgangsdruck zwischen 4 bar und 10 bar, insbesondere zwischen 6.5 bar und 10 bar, eingestellt.
[0011] Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers wird Wasserstoff (H2) als Kraftstoff verwendet.
[0012] Nach einer besonderen Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Kraftstoffversorgungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet.
[0013] Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand schematisch anhand einer beispielhaften und schematischen Zeichnung in nicht einschränkender weise dargestellt. Es zeigt: [0014] Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Betrieb nach dem erfindungsge mäßen Verfahrens 1/4 österreichisches Patentamt AT11211U1 2010-06-15 [0015] In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers dargestellt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der dargestellten Vorrichtung um eine Anlage zur Versorgung eines Verbrauchers mit einem Kryogen, insbesondere mit Wasserstoff, wobei der Wasserstoff dem Verbraucher in gasförmiger Phase (H2) zugeführt wird. Diese Vorrichtung 1 weist einen Kryotank 2 auf, der wiederum einen Innentank 3, einen Außentank 4, sowie einen dazwischen angeordneten Zwischenraum 5 aufweist. Der Innen-und Außentank 3, 4 sind je nach Ausführung aus metallischen oder anderen Werkstoffen, die eine entsprechende Stabilität der Konstruktion gewährleisten, hergestellt. Der Innentank 3 ist beispielsweise aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, ausgeführt und zusätzlich mit Kohlefasergewebe umwickelt, um seine Stabilität noch weiter zu erhöhen. Der Innentank 3 wird durch eine geeignete Einrichtung am Außentank 4 abgestützt. Eine solche Einrichtung (nicht dargestellt) kann beispielsweise geeignete Stützstreben oder geeignete Stützbänder aufweisen. Der Außentank 4 ist beispielsweise aus einem Leichtmetall ausgeführt und durch einen Zwischenraum 5 vom Innentank 3 getrennt. Der Zwischenraum 5 dient zur Kälte-Isolation des Innentanks 3 und soll einen Wärmeeintrag in den Innentank 3 behindern bzw. reduzieren. Dazu wird der Zwischenraum 5 zumindest teilweise evakuiert. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird im Innentank beim Volltanken eine Temperatur von ca. 29 K und ein Druck von ungefähr 8 bar eingestellt. Nach einer besonderen Ausführungsform sind bei diesen Angaben Abweichungen von ±25%, vorzugsweise ±10%, erlaubt und durch die Erfindung mit umfasst. Nach der vorliegenden besonderen Ausführungsform wird der Wasserstoff teilweise in flüssiger 6 und teilweise gasförmiger Phase 7 in dem Innentank 3 aufbewahrt. Wie dem Fachmann bekannt, soll der Wasserstoff hinsichtlich Druck und Dichte nach Möglichkeit überwiegend in seiner flüssigen Phase in dem Innentank aufbewahrt werden.
[0016] Die Vorrichtung 1 weist eine Betankungseinrichtung 8 auf, die im dargestellten Fall zwei Betankungsleitungen aufweist. Eine erste Betankungsleitung 9 ist zur Betankung mit gasförmigem Wasserstoff eingerichtet. Eine zweite Betankungsleitung 10 ist zur Betankung des Innentanks 3 mit flüssigem Wasserstoff vorgesehen. Eine Verbindungsleitung 22 mit einem entsprechenden Verbindungsventil 21 ist vorgesehen um gasförmigen Kraftstoff zu entnehmen.
[0017] Eine Sicherheitsleitung 11, welche zum Abdampfen oder Ableiten von gasförmigen Wasserstoff eingerichtet ist, ist in der dargestellten Ausführungsform mit der Betankungsleitung 9 verbunden, kann aber nach einer anderen Ausführungsform auch getrennt ausgeführt werden. Über ein Abdampfventil 12 kann gasförmiger Wasserstoff gezielt aus dem Innentank ausgeleitet werden. Ein solches Abdampfen kann beispielsweise erforderlich werden, wenn der Tank längere Zeit einem Wärmeeintrag ausgesetzt ist und sich aus diesem Grund in dem Innentank ein unerwünschter Überdruck aufbauen würde. Über ein Sicherheitsventil 13 wird bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckniveaus selbsttätig gasförmiger Wasserstoff aus dem Innentank 3 abgeblasen, um auf diese Weise eine unzulässige Druckbelastung des Kryotanks 2 zu verhindern. An den beiden Betankungsleitungen 9, 10 sind Regelventile vorgesehen, wobei an der ersten Betankungsleitung 9 ein erstes Regelventil 14 zur Regelung des gasförmigen Wasserstoffes und an der zweiten Betankungsleitung 10 ein zweites Regelventil 15 zur Regelung des flüssigen Wasserstoffes vorgesehen ist.
[0018] Ferner ist eine Entnahmeleitung 16 vorgesehen, über welche vorzugsweise flüssiger Wasserstoff aus dem Innentank 3 entnommen und einem Verbraucher 17 zugeführt werden kann. Für eine Flüssigentnahme des Wasserstoffes wird einerseits das erste Regelventil 14 geschlossen und das zweite Regelventil 15 geöffnet. Über die zweite Betankungsleitung 10 und die Entnahmeleitung 16 gelangt somit flüssiger Wasserstoff zum Verbraucher 17. Zur Konditionierung des Kraftstoffes sind an der Entnahmeleitung 16 ein Wärmetauscher 18 sowie ein Absperrventil 19 und ein optionales Druckregelventil 20 vorgesehen. Der flüssige Wasserstoff kann damit zumindest teilweise in der Entnahmeleitung 16 und/oder dem Wärmetauscher 18 in seine gasförmige Phase umgewandelt und/oder auf eine geeignete Temperatur eingestellt. Über das optionale Druckregelventil 20 kann das Druckniveaus des Kraftstoffes geeignet an den Verbraucher 17 angepasst werden. Bei dem Verbraucher 17 handelt es sich beispielsweise um eine Verbrennungskraftmaschine einer stationären Anlage oder eines Fahrzeuges. Nach 2/4
Claims (5)
- österreichisches Patentamt AT11211U1 2010-06-15 einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der Verbraucher 17 ein Fahrzeug des öffentlichen Verkehrs, beispielsweise ein Autobus. [0019] Nach einer besonderen Ausführungsform weist der Innentank 3 mit einem Fassungsvermögen von 70 Liter nach der Betankung eine Füllmenge von ca. 4 kg H2, bei einer durchschnittlichen Temperatur von 29 K und einen durchschnittlichen Druck von 5 bar auf. Nach einer besonderen Ausführungsform sind bei diesen Angaben Abweichungen von ±25%, vorzugsweise ±10%, erlaubt und durch die Erfindung mit umfasst. [0020] Über die Entnahmeleitung 16 wird dem Innentank 3 in der Folge Kraftstoff, im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel Fall, Wasserstoff entnommen. Diese Entnahme ist bis zu einer Restgasmenge von ca. 0,01 kg möglich. Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Innentank bei dieser Restgasmenge einen Restdruck von 2 bar auf. Nach einer besonderen Ausführungsform sind bei diesen Angaben Abweichungen von ±25%, vorzugsweise ±10%, erlaubt und durch die Erfindung mit umfasst. [0021] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine gleichmäßige Versorgung des Verbrauchers 17 mit Kraftstoff garantiert werden. Daneben entfallen teure und komplizierte Einrichtungen zur Regelung des Drucks im Innentank 3. Ansprüche 1. Verfahren zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers mit einer kryogenen Kraftstoffversorgungsanlage, wobei die Kraftstoffversorgungsanlage einen Kryotank aufweist, und der Kryotank einen isolierten Innentank, einen Außentank und einen zwischen Innen- und Außentank vorgesehenen zumindest teilweise evakuierten Zwischenraum aufweist, und ferner zumindest eine Betankungsleitung und eine Entnahmeleitung vorgesehen ist, wobei in Abhängigkeit des Verbrauchers ein minimaler Versorgungsdruck zur Versorgung des Verbrauchers mit gasförmigen Kraftstoff bestimmt wird und beim Betanken des Innentanks der Innentank über die Betankungsleitung mit einem bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck gasförmigen, bei der Betankung jedoch zumindest teilweise in seiner tiefkalten, verflüssigten Phase vorliegenden Kraftstoff betankt und der Kraftstoff in dem Kryotank zumindest teilweise in seiner tiefkalten, verflüssigten Phase aufbewahrt wird und der Kraftstoff ferner über die Entnahmeleitung zumindest teilweise in gasförmigem Zustand dem Verbraucher zugeführt wird, wobei beim Betanken des Innentanks mit dem Kraftstoff der Druck im Innentank so eingestellt wird, dass bis zum Erreichen einer in dem Innentank enthaltenen Restgasmenge im Innentank der minimale Versorgungsdruck nicht unterschritten wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betanken des Innentanks in dem Innentank ein Ausgangsdruck zwischen 4 bar und 10 bar, insbesondere zwischen 6.5 bar und 10 bar, eingestellt wird.
- 3. Verfahren zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Versorgungsdruck im Innentank 1 bar, insbesondere 2 bar, entspricht.
- 4. Verfahren zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff (H2) als Kraftstoff verwendet wird.
- 5. Kraftstoffversorgungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 3/4
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