DE2407706A1 - Tanksystem fuer gasbetriebene waermekraftmaschinen, insbesondere kraftfahrzeuge - Google Patents
Tanksystem fuer gasbetriebene waermekraftmaschinen, insbesondere kraftfahrzeugeInfo
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Description
TANKSYSTEM FUR GASBETRIEBENE WÄRMEKRAFTMASCHINEN, INSBESONDERE KRAFTFAHRZEUGE.
Die Erfindung betrifft ein Speichersystem als Treibstoffvorrat für mit Flüssiggas, z.B. Wasserstoff, betriebene Wärmekraftmaschinen,
.insbesondere zur Anwendung in Kraftfahrzeugen.
Es ist bekannt, daß z.B. Wasserstoff als Alternative zu fossilen Treibstoffen steigende Bedeutung gewinnt ( Williams :
"The Cleaning of America", Astronautics and Aeronautics, Feb.72; C. Marchetti:"Hydrogen, Master-Key to the Energy-Market", EURO-Spectra,
Scientific and Technical Review of the European Communities, Dec. 71.)
Wasserstoff kann z.B. in Gassäcken wenig über Atmosphärendruck, in Gasflaschen unter hohem Druck bei Normaltemperatur,
in flüssigem Zustand in sog. Kryobehältern oder aber in chemisch gebundener Form, z.B. Hydriden, gespeichert werden ( R.H.
Wiserall, jr. and J.J. Reilly:"Metal Hydrides for Energy Storage").
Die für mobile Anwendungen erforderlichen Speicher unterscheiden
sich aufgrund der besonderen physikalischen Eigenschaften
des Wasserstoffs als Gas, Flüssigkeit oder in Hydriden gebunden, von denen für Benzin oder Rohöl. Da die gespeicherte Energie
von möglichst geringem spezifischen Gewicht und Volumen sein soll, können hierfür entweder Druckflaschen, kryogene Behälter
oder bei Wasserstoff auch Gefäße mit Hydriden zur Anwendung kommen.
Druckflaschen „(ca. 200 atü) werden sowohl aus Sicherheitsgründen
(Behälterexplosion bei Unfällen) als auch aus Gewichtsgründen gegenüber kryogenen Speichergefäßen nur beschränkte Anwen-
— 2 —
509836/038S
dungsChancen haben; hierzu muß vermerkt werden, daß im Falle
der Zerstörung eines Kryogefäßes etwa ausfließender Wasserstoff sofort verdampfen, aufsteigen und bei Entzündung weit
über dem Boden verbrennen würde. Eine Expolion wird nicht erfolgen, da in diesem Fall die Bildung eines kritischen Wasserstoff
-Sauerstoff gemisches nicht wahrscheinlich ist. Hinsichtlich Behälterzerstörung ist zum Beispiel ausfließendes Benzin
oder flüssiges Erdgas gefährlicher, da diese unmittelbar am Boden abbrennen und die Umgebung in Brand setzen wurden. Die
alleinige Verwendung von Flüssigwasserstoff in üblichen Kryobehältern hat den Nachteil, daß nicht rechtzeitig genügend
Druck zur Förderung des von der Wärmekraftmaschine benötigten
Gasdurchsatzes aufgebaut werden kann, wenn diese im Teillastbereich oder intermittierend betrieben werden soll, da der Aufwärmungsvorgang
mit zu großer Trägheit behaftet ist.
Die ausschließliche Verwendung von Hydridspeichern als Treibstoffvorrat
in Form von Wasserstoff für mobile Anwendungen dürfte trotz gewisser Vorteile wegen des niedrigen Wasserstoffgewichtsanteiles
(ca. 1%) nicht von Bedeutung sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Speichersystem
für Flüssiggas, insbesondere Wasserstoff für mobile Anwendungen, etwa in Kraftfahrzeugen, zu entwickeln, welches die
Vorteile eines Flüssiggasspeichers mit denen der Druckgasspeicher und Hydridspeicher vereint und in dieser Konzeption die jedem
Einzelsystem anhaftenden Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein
kryogener Hauptspeicher für Flüssiggas unter Normaldruck oder leichtem Überdruck mit einem als Puffer wirkenden Gasspeicher,
der unter Überdruck steht, im Verbund betrieben wird.
509836/0385
Der Pufferspeicher ist in der Lage, den wechselnden Bedarf an
Wasserstoff einer in Wechsellast betriebenen Wännekraftinaschine
zu decken und wird bei zunehmendem Druckabfall über ein automatisches Fördersystem nachgefüllt. Dieser Pufferspeicher kann
ein überkritischer kryogener Druckspeicher oder - bei Verwendung von Wasserstoff - ein Hydridspeicher sein.
Bei der Ausführung als überkritischer Speicher wird das Gas in einem druckfesten, kryogen isolierten Tank im Bereich des
kritischen Zustandes gespeichert. In diesem Zustand entspricht die Dichte des Gases etwa der der Flüssigkeit. Für Wasserstoff
ist dieser kritische Punkt bei 30°K und 12,7 atm. Der Siedepunkt
von Flüssigwasserstoff beträgt dagegen 20,4 K. Dies bedeutet, daß man in.einem derartigen kryogenen Druck-Pufferspeicher
dieselbe Energiemenge in einem vorgegebenen Volumen und bei höherer Temperatur unterbringen kann, mit dem der Erfindung
zugrundeliegenden Gedanken, den für Wechsellastbetrieb benötigten Gasdurchsatz unverzüglich bereitzustellen, - eine
Forderung, die beispielsweise für Kfz.-Anwendungen unbedingt erfüllt sein muß.
Für Wasserstoff als Energieträger kann ein Hydridspeicher eingesetzt
werden, dessen Metallhydridfüllung Wasserstoff in chemisch gebundener Form enthält. Die Wasserstoffabgabe erfolgt
durch Wärmezufuhr, zweckmäßigerweise über Abgaswärme. Metallhydride mit entsprechenden Eigenschaften - rasche Aufnahme bzw.
Abgabe von gasförmigem Wasserstoff - sind Stand der Technik.
Zur optimalen Auslegung eines Tanksystems für wasserstoffgasbetriebene
Wärmekraftmaschinen wird eine Kombination aus Flüssiggasspeicher, kritischem Druck-Pufferspeicher und Hydrid-Pufferspeicher
in Betracht kommen.
Entsprechend den derzeitig geltenden Bestimmungen für die Speicherung von Gasen in größeren Mengen, wie dies in einem
509836/0385
erforderlichen Verteilersysteiti (Tankstellen) der Fall sein
würde, muß davon ausgegangen werden, daß Fasserstoff, unter sehr geringem Überdruck flüssig gelagert, zum Beispiel an
Kraftfahrzeuge abgegeben wird. Insofern ist ein kryogenisolierter Haupttank erforderlich (der bei Druckgasabgabe im
kritischen Zustand wegen des gleichgroßen Speichervermögens entfallen könnte).
Die Füllung des Pufferspeichers erfolgt aus dem Flüssiggasspeicher
entweder über eine Flüssiggas-Förderpumpe oder über ein automatisch durch Ventile gesteuertes Zuführungssystem,
in dessen Aufheizkammer intermittierend zufließendes Flüssiggas verdampft und unter dem entstehenden Druck in den Pufferspeicher
geleitet wird. Die erforderliche Wärme kann sowohl der Verlustwärme der Wärmekraftmaschine (Kühlung, heiße Auspuffgase)
entnommen werden, als auch von einer Heizvorrichtung geliefert werden, die von den aus dem kryogenencHauptspeicher
infolge unvermeidlicher Wärmelecks anfallenden Gas gespeist wird.
Bei Verwendung von Wasserstoff kann ein verhältnismäßig kleiner Hydridspeicher den Anfahrbetrieb übernehmen, bis die Wärmekraftmaschine
genügend Abwärme zum Druckaufbau im kritischen Druckgasspeicher und zur Vorwärmung des Gases für den Verbrennungsprozeß
liefert. Wird dem Hydridspeicher noch vor dem Abstellen der Wärmekraftmaschine Wasserstoff entnommen, kann er
den während des Stillstandes infolge Wärmelecks aus dem Flüssiggas-Hauptspeicher
entweichenden Wasserstoff aufnehmen, der sonst zum Beispiel abgefackelt werden müßte.
S09836/03SS
Claims (5)
1. ] TANKSYSTEM FÜR GASBETRIEBENE WÄRMEKRAFTMASCHINEN, INSBE-
SONDERE KRAFTFAHRZEUGE, bestehend aus einem kryogenen
Hauptspeicher für Flüssiggas unter Normaldruck oder leichtem Überdruck und einem als Puffer wirkenden Druckgasspeicher, bezw. Druckgasspeichersystem, dadurch
gekennzeichnet , daß der Hauptspeicher mit Flüssiggas betankt werden kann und der oder die Pufferspeicher vom Hauptspeicher über ein dazwischengeschaltetes Förder- und Verdampfersystem derart mit Druckgas versorgt wird, daß insbesondere wechsellastbetriebene Wärmekraftmaschinen, z.B. Kraftfahrzeugmotoren diesem Pufferspeicher unverzüglich den erforderlichen Gasbedarf entnehmen können.
Hauptspeicher für Flüssiggas unter Normaldruck oder leichtem Überdruck und einem als Puffer wirkenden Druckgasspeicher, bezw. Druckgasspeichersystem, dadurch
gekennzeichnet , daß der Hauptspeicher mit Flüssiggas betankt werden kann und der oder die Pufferspeicher vom Hauptspeicher über ein dazwischengeschaltetes Förder- und Verdampfersystem derart mit Druckgas versorgt wird, daß insbesondere wechsellastbetriebene Wärmekraftmaschinen, z.B. Kraftfahrzeugmotoren diesem Pufferspeicher unverzüglich den erforderlichen Gasbedarf entnehmen können.
2. TANKSYSTEM nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher als kryogen gekühlter Druckgas-Speicher
im kritischen Bereich des betreffenden Energieträgers (z.B. Wasserstoff ) betrieben wird.
3. TANKSYSTEM nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher als Druckgasspeicher bei Normaltemperatur
ausgebildet ist.
k. TANKSYSTEM nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Verwendung von Wasserstoff als Energieträger der
Pufferspeicher ein Metallhydridspeicher ist.
Pufferspeicher ein Metallhydridspeicher ist.
5. TANKSYSTEM nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem besonderen Verwendungszweck angepaßte Kombination
aus den Pufferspeichern nach Anspruch 2-4 in optimaler Bemessung der einzelnen Speicher-Fassungsvermögen
verwendet wird.
509836/0385
TANKSYSTEM nach Anspruch 1 - 5 > dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Hauptspeicher für Flüssiggas und dem jeweiligen Puffersystem ein Förder- und Verdampfersystem
geschaltet wird, das die zur Verdampfung benötigte Energie der Abwärme der Wärmekraftmaschine über Wärmetauscher
entnimmt und/oder das durch unvermeidbare Wärmelecks im Flüssiggas-Hauptspeicher anfallende Gas geringen Druckes
durch Verbrennung zur Gewinnung der Verdampfungswarme ausgenützt wird.
509836/0385
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2407706A DE2407706C3 (de) | 1974-02-18 | 1974-02-18 | Tanksystem für gasbetriebene Wärmekraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2407706A DE2407706C3 (de) | 1974-02-18 | 1974-02-18 | Tanksystem für gasbetriebene Wärmekraftmaschinen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2407706A1 true DE2407706A1 (de) | 1975-09-04 |
DE2407706B2 DE2407706B2 (de) | 1980-01-31 |
DE2407706C3 DE2407706C3 (de) | 1980-09-25 |
Family
ID=5907724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2407706A Expired DE2407706C3 (de) | 1974-02-18 | 1974-02-18 | Tanksystem für gasbetriebene Wärmekraftmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2407706C3 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1630401A1 (de) * | 2004-08-24 | 2006-03-01 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Mit Wasserstoff betreibbare Brennkraftmaschine sowie Betriebsverfahren hierfür |
DE102006025656A1 (de) * | 2006-06-01 | 2007-12-06 | Bayerische Motoren Werke Ag | Vorrichtung zur Kraftstoffspeicherung und -förderung von kryogenem Kraftstoff |
DE102017214960A1 (de) | 2017-08-28 | 2019-02-28 | Audi Ag | Wasserstoffspeichertank und Verfahren zu dessen Betreiben |
-
1974
- 1974-02-18 DE DE2407706A patent/DE2407706C3/de not_active Expired
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1630401A1 (de) * | 2004-08-24 | 2006-03-01 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Mit Wasserstoff betreibbare Brennkraftmaschine sowie Betriebsverfahren hierfür |
DE102006025656A1 (de) * | 2006-06-01 | 2007-12-06 | Bayerische Motoren Werke Ag | Vorrichtung zur Kraftstoffspeicherung und -förderung von kryogenem Kraftstoff |
US8113006B2 (en) | 2006-06-01 | 2012-02-14 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | System for the fuel storage and fuel delivery of cryogenic fuel |
DE102006025656B4 (de) * | 2006-06-01 | 2017-09-21 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur Kraftstoffspeicherung und -förderung von kryogenem Kraftstoff |
DE102017214960A1 (de) | 2017-08-28 | 2019-02-28 | Audi Ag | Wasserstoffspeichertank und Verfahren zu dessen Betreiben |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2407706C3 (de) | 1980-09-25 |
DE2407706B2 (de) | 1980-01-31 |
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