DE2640243A1

DE2640243A1 - Hydridkraftstoffanlage fuer verbrennungsmaschinen

Info

Publication number: DE2640243A1
Application number: DE19762640243
Authority: DE
Inventors: Roger Evan Billings; Dale L Henriksen; Paul P Hindmarsh; Donald B Mackay; Brian C Nielson; Harold M Simons
Original assignee: Billings Energy Corp
Current assignee: Billings Energy Corp
Priority date: 1975-09-08
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1977-03-17
Also published as: DE2640243C2; US4016836A

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

MÜNCHEN 81 - WISSMANNSTRASSE 14 · TELEFON 93 27 74 ■ TELEGRAMMADRESSE: LANGHOFFPATENT MÜNCHEN

München, den 3. 9. 1976 Unser Zeichen: 42 - 1654

Billings Energy Corporation, 2000 North Columbia Lane,

Provo, Utah 84601, USA

Hydridkraftstoffanlage für Verbrennungsmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Hydridkraftstoffanlage für Verbrennungsmas chinen.

Aufgrund der Verknappung an Kohlenwasserstoffkraftstoffen und der Erkenntnis, daß der Vorrat an derartigen Kraftstoffen eines Tages erschöpft sein würde, besteht großes Interesse daran, andere Kraftstoffe zu finden und zu entwickeln. Ein solcher anderer Kraftstoff, dessen Verwendungsmöglichkeit zwar seit langem bekannt, aber noch nicht verwirklicht ist, ist Wasserstoff. Wasserstoff als Kraftstoff ist deshalb besonders günstig, weil er in ausreichender Menge vorhanden ist, weil herkömmliche Verbrennungsmotoren leicht auf den Verbrauch von Wasserstoff umgestellt werden können und weil hierbei, im Gegensatz zu Benzin,

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eine größere Ausbeute des Wasserstoffs zum Antrieb der Maschinen erfolgt, und schließlich, weil das Verbrennen von Wasserstoff in solchen Maschinen auf sehr umweltfreundliche Art geschieht (vgl. US-PA 554,533). Die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff ist nicht auf Verbrennungsmotoren beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf industrielle Verwendung, Kraftstoffzellen und bewegliche und unbewegliche Heizeinrichtungen, schließlich kann Wasserstoff überall dort verwendet werden, wo zur Zeit Erdgas, Propangas oder dgl. verwendet wird.

Eines der Probleme, weshalb sich die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff bisher nicht durchgesetzt hat, liegt in der Schwierigkeit, Wasserstoff wirksam und sicher zu speichern. Die Speicherung von Wasserstoff in flüssiger Form ist kostspielig, da viel Energie erforderlich ist, um Wasserstoff in flüssige Form umzuwandeln, und die Überführung des flüssigen Wasserstoffes von einem Behälter in einen anderen führt zu einem Verlust einer großen Wasserstoffmenge in die Atmosphäre. Auch müssen Behälter für flüssigen Wasserstoff besonders gut isoliert und stabil sein, um einen Verlust an Wasserstoff aufgrund von Verdunstung oder Kochen zu verringern. Die Speicherung von Wasserstoff in gasförmiger Form erfordert äußerst schwere und sperrige Behälter und ist deshalb für übliche Verwendungszwecke ungeeignet.

Die Verwendung von Hydridmaterial (damit sind alle Metalle, Metallgemische oder andere Materialien gemeint, die Wasserstoff absorbieren und festhalten können) ist eine wesentliche Neuerung bei den Bemühungen, Wasserstoff für Verbraucherzwecke zu lagern. Hydridhaltige Materialien enthalten z.B. Eisentitan, Mischmetallnickel und Niob. Zum Speichern des Wasserstoffes in dem Hydridmaterial (manchmal "Hydrieren" des Materials genannt)

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wird zunächst die Temperatur des Materials gesenkt und dann Wasserstoff gas unter Druck in Kontakt mit dem Material gebracht. Wenn das Hydridmaterial den Wasserstoff absorbiert hat, wird das Material unter Druck in einem Behälter versiegelt, so daß das Material in hydratiertem Zustand erhalten bleibt, bis der Wasserstoff in der Folge benötigt wird. Die Gewinnung oder Entnahme des Wasserstoffes erfordert ein Verfahren im wesentlichen entgegengesetzt zu dem Speicherungsverfahren, d.h. das hydridhaltige Material wird erhitzt und der Druck in dem Behälter, in dem sich das hydridhaltige Material befindet, gesenkt.

Die Verwendung von Hydridmaterial zur Lagerung von Wasserstoff wird als besonders günstig bei Kraftfahrzeugen angesehen, da dort Gewicht und Platzbedarf eine große Rolle spielen. Eine Kraftstoffanlage unter Verwendung von Hydridmaterial für Kraftfahrzeuge wäre dann noch vorteilhafter, wenn herkömmliche Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen mit Zubehöranlagen auf die Verwendung von Hydridmaterial umgestellt werden könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydridkraftstoffanlage für herkömmliche Kraftfahrzeuge und andere Verbrennungsanlagen zu schaffen.

Ferner soll eine Hydridkraftstoffanlage geschaffen werden, die Abfallstoffe herkömmlicher Verbrennungsanlagen für die Anlage wiederverwendet.

Die Erfindung geht aus von einer Hydridkraftstoffanlage für Verbrennungsmaschinen, mit einem Hydridmaterial enthaltenden Wasserstoffspeicher, einer Mischvorrichtung zum Mischen des aus dem Wasserstoffspeicher abgegebenen Wasserstoffgases mit Luft und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Wasserstoff speicher ein Gehäuse umfaßt, in dem mindestens ein Behälter für das Hydridmaterial enthalten ist, und durch eine solche

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Anordnung des Behälters in dem Gehäuse, daß er von einem Strömungsmittel mindestens teilweise umströmt werden kann, durch eine Wärmezuführeinrichtung zum Zuführen von aus den Abgasen stammender Wärme zu dem Wasserstoffspeicher, durch eine Steuereinrichtung zum Steuern des Wasserstoffgasdruckes in dem Behälter, durch eine Einrichtung zum Überführen des Wasserstoffgases aus dem Behälter in die Mischvorrichtung und durch eine Einrichtung zum Wiederaufladen des WasserstoffSpeichers.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Speicher mit einem Einlaß versehen, durch den ein Hydridkühlmittel zum Kühlen des Hydridmaterials in den Behälter gelangen kann, damit das Material den Wasserstoff absorbieren kann, dem das Material ausgesetzt ist. Der Speicher ist ferner mit einem Auslaß versehen, durch den das Wärmeaustauschmedium und das Hydridkühlmittel aus dem Tank entleert werden können.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer Hydridkraftstoff anlage zur Verwendung bei einer Verbrennungsmaschine;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines WasserstoffSpeichers zur Verwendung in der Hydridkraftstoffanlage nach Fig. 1;

Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydridkraftstoffanlage, und

Fig. M- eine perspektivische Teilansicht einer abgeänderten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wasserstoffanlage.

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Die Hydridkraftstoffanlage und das Verfahren nach der Erfindung können bei einer Vielzahl von Anlagen und Vorrichtungen verwendet werden, die Verbrennungsmaschinen benutzen, z.B. durch einen Verbrennungsmotor angetriebene elektrische Generatoren, Kraftstoffzellen, durch Verbrennungsmotoren angetriebene Kraftfahrzeuge und dgl. In der nachfolgenden Beschreibung sei jedoch ausschließlich ein durch eine Verbrennungsmaschine angetriebenes Kraftfahrzeug betrachtet.

Fig. 1 zeigt einen zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendeten herkömmlichen Verbrennungsmotor 2, der einen Vergaser 6 aufweist, welchem über eine Kraftstoffleitung 10 Wasserstoffgas zugeführt wird und der dieses vor dem Einführen in den Motor mit Luft vermischt. Derartige Vergaser, die Wasserstoffgas mi Luft bei Standard-Verbrennungsmotoren vermischen, sind allgemein bekannt. Der Verbrennungsmotor 2 weist ferner eine Auslaß-Sammelleitung IH auf, welche die Abgase aus den Verbrennungskammern des Motors aufnimmt und ableitet. Zum Kühlen eines Motorkühlmittels ist nahe der Vorderseite des Motors 2 ein Kühler 18 angebracht.

Die Auslaß-Sammelleitung It ist über ein Zwei-Wege-Ventil 22 einerseits mit einem zu einem Wasserstoffspeicher 30 führenden Rohr 26 und andererseits mit einem zu einem Schalldämpfer 38 und einem anderen Teilstück des Abgasrohrs 42 führenden Auslaßrohr verbunden. Das Ventil 22 kann die Abgase aus der Sammelleitung 14 entweder durch das Rohr dem Wasserstoffspeicher 30 zuleiten oder durch das Rohr 31 nach draußen leiten, oder auch beides. Mit anderen Worten, das Ventil 22 kann so eingestellt sein, daß es die Abgase entweder durch das Rohr 26 in den Wasserstoffspeicher 30 leitet oder durch das Rohr 34, den Schalldämpfer 38 und das Endrohr 42 nach draußen. Das Ventil 22 kann aber auch so eingestellt sein, daß es einen Teil der Abgase in das Rohr 26 und einen weiteren Teil der Abgase in das Rohr 34 leitet. Das

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Ventil kann irgendein beliebiges Standard-Ventil sein, welches ein Strömungsmittel aus einer Leitung in bestimmtem Verhältnis an eine von zwei oder an beide Auslaßleitungen weiterleitet. Vorzugsweise ist das Ventil 22 ein Solenoidventil, das durch eine weiter unten beschriebene Steuereinheit 46 gesteuert wird.

Der Wasserstoffspeicher 30 nimmt Hydridmaterial auf und ermöglicht die Zirkulation eines Wärmeaustauschmediums um das Hydridmaterial, so daß dieses erhitzt wird und Wasserstoffgas freisetzt. Fig. 2 zeigt einen derartigen Wasserstoffspeicher 30, der aus einem Gehäuse 50 besteht, in dem mehrere gestrichelt dargestellte Behälter 54 angeordnet sind. Diese enthalten das Hydridmaterial und sind innerhalb des Gehäuses 50 im Abstand voneinander angeordnet, um die Strömung eines Wärmeaustauschmediums, etwa Abgase, Kühlmittel usw., zu erleichtern. Zum Einführen von Wasserstoffgas in die Behälter und zur Entnahme von Wasserstoffgas daraus ist eine Sammelleitung 58 an die Enden der Behälter angeschlossen. Diese Sammelleitung 58 ist an ein Ventil 62 angeschlossen, wodurch sie entweder mit dem Einlaßrohr 66 oder dem Teilstück 70 der Kraftstoffleitung verbunden werden kann.

Das Wärmeaustauschmedium wird über ein Rohr 26 in das Gehäuse 50 des WasserstoffSpeichers geleitet, welches im Boden des Gehäuses (Fig. 2),der Stirnseite des Gehäuses (Fig. 1) oder an einer anderen geeigneten Stelle im Gehäuse verankert ist. Das Wärmeaustauschmedium gelangt über ein Auslaßrohr 74 aus dem Gehäuse 50 heraus, und das Auslaßrohr 74 ist an der Stelle an dem Gehäuse angeschlossen, die der Anschlußstelle für das Rohr 26 gegenüberliegt. Die besondere Art und Weise, wie die Rohre 26 und 74 an den Wasserstoffspeicher 30 angeschlossen sind, wie in Fig. dargestellt ist, wird weiter unten noch beschrieben.

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Der Wasserstoffspeicher 30 ist ferner mit einem Einlaß 78 versehen, durch welchen ein Hydridkühlmittel in den Wasserstoffspeicher gelangt und um die Behälter 54 strömt. Hierdurch wird das Hydridmaterial gekühlt und durch das Einlaßrohr 66 in die Sammelleitung 5 8 geleiteter Wasserstoff absorbiert. Ein solches Hydridkühlmittel kann beispielsweise kaltes Wasser sein. Das Hydridkühlmittel wird dann durch das Auslaßrohr 74 und einen in dem Boden des Gehäuses 50 angeordneten Hahn 80 wieder abgezogen.

Das in Fig. 1 dargestellte Teilstück 70 der Kraftstoffleitung ist sowohl mit der Ventilsteuereinheit 46 als auch mit einem Druckregler 82 verbunden, welcher seinerseits an die Kraftstoffleitung 10 angeschlossen ist. Wasserstoffgas aus den Behältern innerhalb des Gehäuses des Wasserstoffspeichers 30 fließt durch das Ventil 62, das Teilstück 70 der Kraftstoffleitung und den Regler 82 in den Vergaser 6 der Maschine. Der Druckregler 82 sorgt für im wesentlichen konstanten Druck in dem den Regler verlassenden Wasserstoffgas und erleichtert somit eine gleichmäßige Strömung des Wasserstoffgases. Dieser Druck liegt z.B. bei einer Kraftstoffleitung mit etwa 1,8 cm Durchmesser zwischen 1,4 und H,2 bar.

Die Ventilsteuereinheit 46 ist mit dem Teilstück 70 der Kraftstoffleitung verbunden und mißt den Druck des in den Regler gelangenden Wasserstoffes. Die Steuereinheit 46 ist ebenfalls mit dem Ventil 22 verbunden und steuert die Tätigkeit des Ventils in Übereinstimmung mit dem Druck des Wasserstoffgases. So bewirkt z.B. die Steuereinheit 46, daß das Ventil 22 Abgase aus der Auslaß-Sammelleitung 14 in das Auslaßrohr 34 leitet und keine Abgase in das Rohr 26 und den Wasserstoffspeicher 30 gelangen, wenn der Druck des Wasserstoffgases einen vorbestimmten Wert übersteigt. Der Druck, bei

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dem die Steuereinheit 46 wirksam wird, wird bestimmt durch den Energiebedarf der Maschine, durch die Fähigkeit des Wasserstoffspeichers 30, Wärme von den Abgasen zu dem Hydridmaterial zu befördern, und durch die strukturelle Fähigkeit der Behälter 54 (Fig. 2), den Druck des von dem Hydridmaterial freigesetzten Wasserstoffgases aus zuhalten. Wenn natürlich der Druck innerhalb sicherer Grenzen liegt, können die Abgase aus der Sammelleitung 14 sicher in den Wasserstoffspeicher 30 geleitet werden, um dort das Hydridmaterial zu erwärmen und die Freisetzung von weiterem Wasserstoffgas zu bewirken. Die verbrauchten Abgase gelangen durch das Auslaßrohr 74 nach draußen . Sobald genügend Waasserstoffgas freigesetzt ist, um den Motor 2 betriebsbereit zu halten und der Wasserstoffgasdruck seine vorbestimmte Höhe erreicht hat, soll ein weiteres Erwärmen des Hydridmaterials durch die Abgase vermieden werden; deshalb werden die Abgase dann durch die Steuereinheit 46 und das Ventil zu dem Rohr 34, dem Schalldämpfer 38 und dem Endrohr und von dort nach draußen geleitet.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform findet eine proportionale Steuerung statt, wobei die Steuereinheit 46 das Ventil derart betätigt, daß ein Teil der Abgase in das Rohr 26 und von dort in den Wasserstoffspeicher 30 und ein Teil in das Auslaßrohr 34 geleitet wird. Die Menge des in den Wasserstoffspeicher 30 geleiteten Teils ist umgekehrt proportional zum Druck des in den Regler 82 gelangenden Wasserstoffgases. Wenn also der Druck steigt, darf nur eine kleinere Menge Abgase in den Wasserstoff speicher 30 gelangen, um das Erwärmen des Hydridmaterials zu verringern und die Erzeugung weiteren Wasserstoffgases zu verhindern. Wenn andererseits der Wasserstoffgasdruck sinkt, wird das Ventil 22 so gesteuert, daß es eine größere Abgasmenge in den Wasserstoffspeicher 30 leitet, wodurch mehr Hydridmaterial in den Behältern 54 (Fig. 2) erhitzt und mehr Wasserstoffgas aus dem Hydridmaterial freigesetzt wird.

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Die Steuereinheit 46 kann manuell oder automatisch betätigt werden. Wenn ein Schalter 84- in eine erste Stellung gebracht wird, betätigt die Steuereinheit 46 das Ventil 22 derart, daß es auf die Druckbestimmung des Wasserstoffgases anspricht, wie weiter oben bereits ausgeführt wurde. Wird der Schalter 84 in eine zweite Stellung bewegt, so spricht die Steuereinheit auf die Stellung eines zweiten Schalters 88 an, der, wenn er in einer ersten Stellung ist, die Steuereinheit 46 dazu bringt, Abgase aus der Sammelleitung 14 ausschließlich in das Rohr 26 und damit in den Wasserstoffspeicher 30 zu leiten. Bei einer anderen Anordnung betätigt die Steuereinheit 46 dann, wenn der Schalter 88 in einer zweiten Stellung ist, das Ventil 22 derart, daß Abgase aus der Auslaß-Sammelleitung 14 ausschließlich in das Auslaßrohr 34 geleitet werden. Die Schalter 84 und 88 liegen vorzugsweise am Armaturenbrett des Fahrzeugs, in dem die Wasserstoffkraftanlage eingebaut ist. Hierdurch kann der Fahrer die automatische oder manuelle Betätigung der Steuereinheit durch einfache Betätigung der in seinem Griffbereich liegenden Schalter 84 und 88 wählen.

Die Steuereinheit 46 ist vorzugsweise mit einem Druckfühler versehen, etwa einem piezoelektrischen Kristall, der am Einlaß des Teilstücks 70 der Kraftstoffleitung in die Steuereinheit 46 angeordnet ist und daher dem Wasserstoffgasdruck in diesem Teilstück 70 ausgesetzt ist. Dieser Druckfühler erzeugt ein Signal, welches die Druckhöhe des Wasserstoffgases anzeigt. Ein Schwell- oder Proportionalschalter spricht dann auf dieses Signal an, indem er den Zustand des Ventils 22 steuert.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin - wie bereits weiter oben ausgeführt wurde -, daß der Druck des Wasserstoffgases in den Behältern 54 so geregelt wird, daß er ausreichend

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hoch ist, um den Motor 2 betriebsbereit zu halten, jedoch nicht so hoch, daß die Behälter 54 beschädigt werden. Dies wird bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durch das Ventil 22 und die Ventilsteuereinheit 46 erreicht. Bei einer anderen Ausführungsform könnte man durch Versuche diejenigen Abmessungen der Rohre 26 und 34 bestimmen, die eine ausreichende Strömung der Abgase in den Wasserstoffspeicher 30 gewährleisten, um den Wasserstoffgasdruck in den Behältern 54 innerhalb bestimmter, für den Betrieb des Motors 2 richtiger Grenzen zu halten, und sodann einfach eine Hydridkraftstoffanlage in die Fahrzeuge einbauen, die solche Rohrabmessungen besitzt. In diesem Fall braucht man weder Ventil 22 noch Ventilsteuereinheit 46, jedoch aufkosten der präzisen Steuerung, die durch diese Bauteile gewährleistet ist.

Wirkungsweise der Hydridkraftstoffanlage nach Fig. 1:

Zunächst wird eine Wasserstoffgasquelle mit dem Einlaßrohr 66 verbunden, und das Ventil 62 wird so betätigt, daß es Gas in die Behälter 54 in dem Wasserstoffspeieher 30 leitet. Währenddessen wird ein Hydridkühlmittel über einen Einlaß 78 eingelassen, um um die Behälter 54 herum (Fig. 2) und durch das Auslaßrohr 74 wieder herauszufließen. Das Hydridkühlmittel kühlt das Hydridmaterial in den Behältern, wodurch das Hydridmaterial den Wasserstoff absorbiert, dem es ausgesetzt ist. Wenn das Hydridmaterial genügend Wasserstoff absorbiert hat, wird das Ventil 62 betätigt, um zu verhindern, daß noch mehr Wasserstoffgas in die Behälter fließt, der Einlaß 78 wird geschlossen, und der Hahn 80 (Fig. 2) wird geöffnet, damit der noch in dem Gehäuse des Wasserstoffspeichers 30 verbleibende Rest an Hydridkühlmittel abfließen kann. Wenn der Wasserstoffspeicher 30 mit Wasserstoff geladen ist, kann der Motor 2 laufen.

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Es sei hier erwähnt, daß die Ladung des WasserstoffSpeichers mit Wasserstoff auch durch einfaches Zuführen von Wasserstoffgas in die Behälter 5H ohne Verwendung eines Hydridkühlmittels vor sich gehen kann, jedoch wird hierzu eine wesentlich längere Zeitdauer benötigt als bei der Ladung mithilfe eines Hydrikühlmittels.

Zum Starten des Motors 2 wird das Ventil 62 betätigt, um Wasserstoff gas von der Sammelleitung 58 zum Teilstück 70 der Kraftstoffleitung und damit zum Druckregler 82 und Vergaser 6 zu leiten. Der Motor wird ebenso wie herkömmliche Benzinmotoren gestartet mit der Ausnahme, daß ein Gemisch von Wasserstoffgas und Luft in die Verbrennungskammern für die Verbrennung eingeführt wird. Nach dem Starten des Motors 2 strömen Abgase durch die Sammelleitung 14- und werden in das Rohr 26 und den Wasserstoff speicher geleitet, wo das Hydridmaterial Wasserstoffgas freisetzt und ein Druck des Wasserstoffgases in der gewünschten Höhe aufrechterhalten bleibt. Wie bereits oben erwähnt, schaltet die Steuereinheit 46 dann, wenn der Druck einen vorbestimmten Wert übersteigt, das Ventil 22 um, so daß die Abgase zum Auslaßrohr und nach draußen geleitet werden. Auf diese Weise werden die normalen Abgase eines Verbrennungsmotors dazu verwendet, Wasserstoff gas freizusetzen, das zum Antrieb des Motors benutzt wird.

In der vorstehenden Beschreibung wurden die Abgase zum Erwärmen des Hydridmaterials verwendet; in gleicher Weise könnte hierzu aber auch das zum Kühlen des Motors 2 benutzte Kühlmittel verwendet werden. Hierzu müßte eine Leitung 90 in das Kühlsystem des Motors 2 führen, um anstelle von Abgasen Motorkühlmittel dem Ventil 22 zuzuführen. Vorzugsweise wird das Motorkühlmittel nach der Zirkulation durch den Motor und vor Eintritt in den Kühler 18 aus dem Motorkühlsystem abgezweigt, so daß es gerade seine höchste Temperatur aufweist. Nachdem dann das Motorkühlmittel den Wasserstoffspeicher durchströmt hat, gelangt es

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zur Zirkulation durch den Kühler und wieder durch den Motor 2 über ein Rohr zum Kühler 18. In diesem Fall regelt das Ventil 22 lediglich die Strömungsmenge des Kühlmittels in den Speicher 30, ist jedoch nicht mit dem Auslaßrohr 34 verbunden. Da unmittelbar nach dem Start des Motors das Motorkühlmittel noch keine hohe Temperatur besitzt, vergeht einige Zeit, bevor es zum Erwärmen des Hydridmaterials verwendet werden kann, so daß Wasserstoffgas aus diesem freigesetzt wird. Solange jedoch in den Behältern 54 (Fig. 2) ausreichender Wasserstoffgasdruck aus dem vorherigen Arbeitsgang des Motors herrscht, ist dieser Zeitverlust ohne große Bedeutung.

Das Hydridkühlmittel soll während des Aufladens des Wasserstoffspeichers 30 mit Wasserstoff nicht in das Rohr 26 und damit in die Auslaßsammelleitung 14 (oder das Motorkühlsystem) zurückfließen, Zu diesem Zweck ist das Rohr 26 schwanenhalsförmig gestaltet, indem ein Teil des Rohrs über den Wasserstoffspeicher 30 herausragt und damit über die höchste Stelle, bis zu der das Hydridkühlmittel in dem Wasserstoffspeicher 30 steigen könnte. Fig. zeigt eine Alternative zur schwanenhalsförmigen Gestaltung des Rohrs 26, bei der das Rohrende 26a in dem Wasserstoffspeicher höher liegt als das Ende 74a des Auslaßrohres 74. Dadurch fließt Hydridkühlmittel, das durch den Einlaß 78 in den Behälter gelangt ist, durch das Auslaßrohr 74 wieder ab, bevor es eine Höhe erreicht, in der es in das Ende 26a des Rohrs 26 fließen kann.

Um eine größere Zirkulation des in den Wasserstoffspeicher 30 geleiteten Wärmeaustauschmediums zu erleichtern, ist eine Umlenkeinrichtung 94 über das Ende 26a des Rohrs 26 gestülpt, um von dort das durch das Rohr 26 fließende Wärmeaustauschmedium nach unten zum Boden des Gehäuses 50 zu leiten, bevor die Zirkulation um die Behälter 54 herum beginnt. Mit anderen

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Worten, das Wärmeaustauschmedium wird nahe am Boden des Gehäuses 50 wirksam in den Wasserstoffspeicher 30 eingefüllt und steigt von dort nach oben zum Ende 74a des Auslaßrohres 74. Das Wärmeaustauschmedium muß also nicht nur von einer Seite des Gehäuses 50 zur anderen Seite fließen, sondern auch von unten nach oben. Dadurch wird eine bessere Zirkulation des Wärmeaustauschmediums um die Behälter 54 herum erreicht.

Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausfuhrungsform zum Erwärmen des Hydridmaterials in den Behältern 54, wodurch eine Art indirekter Heizung erreicht wird. Bei dieser Ausführungsform gelangen die Abgase nicht direkt in den Wasserstoffspeicher 30, sondern in einen Wärmetauscher 100, um ein anderes Austauschmedium zu erwärmen, welches durch eine Leitung 104 in den Wasserstoffspeicher 30 und von dort über eine andere Leitung 108 wieder zum Wärmetauscher 100 zurückfließt. In der Leitung 108 ist eine Pumpe 112 angeordnet, die das Wärmeaustauschmedium weiterpumpt und es durch die Leitungen 108 und 104 leitet. Die Pumpe 112 wird von einem Motor 116 angetrieben, dessen Kraftquelle nicht dargestellt ist. Im Betrieb fließen die Abgase durch den Wärmetauscher 100 und erwärmen das Wärmeaustauschmedium, das durch den Wärmetauscher und durch die Leitung 104 in den Wasserstoffspeicher 30 gepumpt wird, wo es um die Behälter 54 zirkuliert. Sodann fließt das Wärmeaustauschmedium durch die Leitungen 108 und die Pumpe 112 aus dem Wasserstoffspeicher 30 heraus und zurück zum Wärmetauscher 100, wo es erneut aufgeheizt wird. Zum Regeln der Wirkungsweise des Motors 116 kann vorzugsweise eine Steuereinheit ähnlich der in Fig. 1 dargestellten Steuereinheit 46 verwendet werden, um den Motor abzustellen, wenn der Wasserstoffgasdruck in den Behältern 54 einen vorbestimmten Wert übersteigt, so daß die Zirkulation des Wärmeaustauschmediums durch den Wärmetauscher 100 beendet ist und kein Wasserstoff gas mehr aus dem Hydridmaterial in den Behältern freigesetzt

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wird. Bei dieser Anordnung braucht das Material, aus dem die Behälter 54- hergestellt sind, nicht so hitztresistent zu sein, da sie nicht direkt den sehr heißen Abgasen ausgesetzt werden. Auf diese Weise können Herstellungskosten und Gewicht des Wasserstoffspeichers 30 verringert werden.

In Fig. if ist eine weitere Ausfuhrungsform eines Wasserstoffspeichers 30 zur Verwendung bei einer Hydridkraftstoffanlage nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierin werden die Abgase, oder ein anderes Wärmeaustauschmedium, durch Leitungen 120 geleitet, die in und durch das Gehäuse des Wasserstoffspeichers 30 laufen. In diesem Gehäuse befindet sich ein weiteres Wärmeaustauschmedium, welches durch die durch die Leitungen 120 strömenden Abgase erwärmt wird. Die durch die Erwärmung des Wärmeaustauschmediums in dem Gehäuse des Wasserstoff Speichers 30 erzeugten natürlichen Konvektionsströme versetzen das Wärmeaustauschmedium in Zirkulation um die Behälter 5f und erhitzen dadurch das dort enthaltene Hydridmaterial. Dies ist wieder eine Art indirekter Erwärmung und weist manche der Vorteile der Ausführungsform nach Fig. 3 auf, ohne jedoch die Nachteile zu beinhalten, die durch den Wärmetauscher 100, die Pumpe 112 und den Motor 116 als zusätzliche Teile entstehen. In die Leitung 120 kann auch ein Ventil eingesetzt sein zum Regeln der durch die Leitung strömenden Menge eines Wärmeaustauschmediums, wobei das Ventil auf eine Steuereinheit entsprechend der in Fig. 1 dargestellten anspricht. Das durch die Leitungen 120 strömende Wärmeaustauschmedium kann nach draußen gelangen (im Falle von Abgasen) oder wieder zu seinem Ursprung zurückgeleitet werden (im Falle eines Motorkühlmittels ).

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Claims

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Patentansprüche

.) Hydridkraftstoffanlage für Verbrennungsmaschinen, mit einem Hydridmaterial enthaltenden Wasserstoffspeicher und mit einer Mischvorrichtung zum Mischen des aus dem Wasserstoffspeicher abgegebenen Wasserstoffgases mit Luft, gekennzeichnet durch ein den Wasserstoffspeicher (30) umgebendes Gehäuse (50), in dem mindestens ein Behälter (54) für das Hydridmaterial enthalten ist, durch eine solche Anordnung des Behälters in dem Gehäuse, daß er von einem Strömungsmittel mindestens teilweise umströmt werden kann, durch eine Wärmezuführeinrichtung zum Zuführen von aus Abgasen und/oder Kühlwasser als Heizmittel stammender Wärme zu dem Wasserstoffspeicher, durch eine Steuereinrichtung zum Steuern des Wasser stoff gasdruckes in dem Behälter (54), durch eine Einrichtung zum überführen des Wasserstoffgases aus dem Behälter in die Mischvorrichtung und durch eine Einrichtung zum Wiederaufladen des WasserstoffSpeichers.
2. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Stelleinrichtung umfaßt zum Einstellen der Strömung des Heizmittels zu dem Wasserstoffspeicher.
3. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g. e kennzeichnet , daß die Steuereinrichtung ein Ventil (22) umfaßt, dessen Eingang an die Abgasleitung der Verbrennungsmaschine angeschlossen ist und dessen Auslaß an. den Wasserstoffspeicher (30) und/oder den Abgasauslaß (34,38,42) anschaltbar ist.

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4. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie einen konstanten Wasserstoffgasdruck in der Zuführungsleitung zur Verbrennungsinas chine aufrechterhält.
5. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung zum Steuern des Wasserstoffgasdruckes von dem Druck in der Speiseleitung zur Verbrennungsmaschine gesteuert ist.
6. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (22) ein Proportionalventil ist, welches eine Strömungsmenge durch den Wasserstoffspeicher einstellt, die umgekehrt proportional zu dem Wasserstoffgasdruck in der Speiseleitung zur Verbrennungsmaschine ist.
7. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor in dem Behälter (54) vorgesehen ist, der den Heizmittelfluß durch den Wasserstoffspeicher (30) einschaltet, wenn der Wasserstoffgasdruck einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
8. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Kühlmitteleinlaß (78) an den Wasserstoffspeicher (30) zum Zuführen eines Kühlmittels beim Aufladen des WasserstoffSpeichers mit Wasserstoffgas.
9. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Teil der HeizmitteIeinlaßeinrichtung (26, 26a) über das größtmögliche Niveau des Kühlmittels hervorragt.

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10. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß der Heizmitteleinlaß an einer Seite des WasserstoffSpeichers in der Nähe des Bodens mündet und daß der Heizmittelauslaß an der anderen Seite in der Nähe der Gehäuseoberseite mündet und zugleich als Kühlmittelauslaß eingerichtet ist.
11. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Wasserstoffspeicher am Boden des Gehäuses mit einem Kühlmittelablaßventil (80) versehen ist.
12. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behälter (54) im Abstand voneinander in dem Gehäuse (50) untergebracht sind.
13. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher (30) einen Strömungsweg zum Durchlassen eines zweiten Heizmittels umfaßt.
14. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß der Strömungsweg für das zweite Heizmittel an den Kühlwasserkreislauf der Verbrennungsmaschine angeschaltet ist.
15. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 14, dadurch g e kennzeichnet , daß die Wärmezuführeinrichtung einen geschlossenen Fluidkreislauf (104,108) umfaßt, in den ein Wärmetauscher (100) eingefügt ist, der mit der Abgasleitung (34, 42) der Verbrennungsmaschine gekuppelt ist.

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16. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 15, dadurch ge

kennzeichnet , daß in den Fluidkreislauf ein Ventil (112) eingeschaltet ist, das von dem Druck des freigesetzten Wasserstoffgases gesteuert wird.
17. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher ein die Behälter (54) umgebendes Wärmetauschmedium enthält sowie ein getrenntes Kanalsystem (120), welches mit dem Wärmetauschmedium in Berührung ist.
18. Hydridkraftstoffanlage nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennz eichnet , daß der Wasserstoffspeicher zugleich Leitungssysteme zum Hindurchführen von Abgasen einerseits und von Kühlwasser andererseits enthält.

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