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AT11211U1 - METHOD FOR FUEL SUPPLYING A CONSUMER WITH A CRYOGENIC FUEL SUPPLY SYSTEM - Google Patents

METHOD FOR FUEL SUPPLYING A CONSUMER WITH A CRYOGENIC FUEL SUPPLY SYSTEM Download PDF

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AT11211U1
AT11211U1 AT0034808U AT3482008U AT11211U1 AT 11211 U1 AT11211 U1 AT 11211U1 AT 0034808 U AT0034808 U AT 0034808U AT 3482008 U AT3482008 U AT 3482008U AT 11211 U1 AT11211 U1 AT 11211U1
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AT
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inner tank
consumer
bar
refueling
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AT0034808U
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German (de)
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Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag
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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.The invention relates to a method for supplying fuel to a consumer with a fuel supply system 1, wherein the fuel supply system has a cryotank 2, and the cryotank 2 an isolated. Inner tank 3, and further to a reaching in the inner tank contained residual gas amount in the inner tank, a minimum supply pressure is not exceeded.

Description

österreichisches Patentamt AT11211U1 2010-06-15Austrian Patent Office AT11211U1 2010-06-15

Beschreibungdescription

VERFAHREN ZUR KRAFTSTOFFVERSORGUNG EINES VERBRAUCHERS UND KRAFTSTOFFVERSORGUNGSANLAGEMETHOD FOR FUEL SUPPLY OF A CONSUMER AND FUEL SUPPLY SYSTEM

[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.The invention relates to a method for supplying fuel to a consumer with a cryogenic fuel supply system for storing a cryogenic fuel and a fuel supply system for operating the method.

[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.Various methods for supplying fuel to a consumer with a cryogen, in particular for supplying a consumer with gaseous and / or liquid hydrogen (H2) are known from the prior art. These methods differ in the various methods, the tank pressure, so the vapor pressure of the cryogenic fuel to adjust so that at any time a continuous supply of a consumer with the fuel is possible. For this purpose, known from the prior art in the inner tank electric heaters or other heat exchangers are known.

[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.The known from the prior art methods and devices are characterized by high complexity and high weight. In addition, the high complexity associated with high costs of such facilities are significant.

[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.It is therefore an object of the present invention to improve the prior art and to develop a cost-effective and technically effective method for supplying a consumer with cryogen fuel.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.According to the invention this object is achieved by a method according to claim 1.

[0006] Durch die nach dem gelehrten Verfahren gewährleistete Einstellung eines geeigneten Ausgangsdruckniveaus in dem Innentank kann eine kontinuierliche Versorgung des Verbrauchers erreicht werden.By ensuring the scholten method setting a suitable output pressure level in the inner tank, a continuous supply of the consumer can be achieved.

[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.According to a particular embodiment, by definition, the amount of residual gas is understood to mean a gas quantity of 0.01 kg. In this case, deviations from this amount of ± 25%, preferably ± 10% are allowed according to a particular embodiment of the invention.

[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.According to a particular embodiment of the method according to the invention for supplying fuel to a consumer, the pressure of the inner container during refueling is adjusted so that a residual pressure of at least 1 bar is established in the inner tank at the residual gas quantity. According to a particular embodiment, deviations of ± 25%, preferably ± 10%, are allowed in this information and encompassed by the subject matter of the invention.

[0009] Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers entspricht der minimale Versorgungsdruck 1 bar, insbesondere 2 bar.According to a particular embodiment of the method according to the invention for supplying fuel to a consumer, the minimum supply pressure corresponds to 1 bar, in particular 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.According to a particular embodiment of the method according to the invention an initial pressure between 4 bar and 10 bar, in particular between 6.5 bar and 10 bar, is set when refueling the inner tank in the inner tank.

[0011] Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers wird Wasserstoff (H2) als Kraftstoff verwendet.According to a particular embodiment of the method according to the invention for supplying fuel to a consumer, hydrogen (H2) is used as fuel.

[0012] Nach einer besonderen Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Kraftstoffversorgungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet.According to a particular embodiment, the invention is further characterized by a fuel supply system for carrying out a method according to one of claims 1 to 4.

[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.Hereinafter, the subject invention is illustrated schematically by way of an exemplary and schematic drawing in a non-limiting way. 1 shows an exemplary embodiment of an apparatus for operation according to the method according to the invention. FIG. 1 shows a device 1 for supplying fuel to a consumer. According to a preferred embodiment, the illustrated device is a system for supplying a consumer with a cryogen, in particular with hydrogen, wherein the hydrogen is supplied to the consumer in gaseous phase (H2). This device 1 has a cryotank 2, which in turn has an inner tank 3, an outer tank 4, and an intermediate space 5 arranged therebetween. Depending on the design, the inner and outer tanks 3, 4 are made of metallic or other materials which ensure a corresponding stability of the construction. The inner tank 3 is made, for example, of light metal, in particular aluminum, and additionally wrapped with carbon fiber fabric in order to increase its stability even further. The inner tank 3 is supported by a suitable device on the outer tank 4. Such a device (not shown), for example, have suitable support struts or suitable support bands. The outer tank 4 is made for example of a light metal and separated by an intermediate space 5 from the inner tank 3. The space 5 is used for cold insulation of the inner tank 3 and is intended to hinder or reduce heat input into the inner tank 3. For this purpose, the gap 5 is at least partially evacuated. According to a particular embodiment of the invention, a temperature of about 29 K and a pressure of about 8 bar is set in the inner tank when refueling. According to a particular embodiment, deviations of ± 25%, preferably ± 10%, are allowed in these specifications and encompassed by the invention. According to the present particular embodiment, the hydrogen is stored partly in liquid 6 and partially gaseous phase 7 in the inner tank 3. As is known to the person skilled in the art, the hydrogen should, as far as possible, be stored in the inner tank in terms of pressure and density in its liquid phase.

[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.The device 1 has a refueling device 8, which has two refueling lines in the illustrated case. A first refueling line 9 is set up for refueling with gaseous hydrogen. A second refueling line 10 is provided for refueling the inner tank 3 with liquid hydrogen. A connecting line 22 with a corresponding connecting valve 21 is provided to remove gaseous fuel.

[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.A safety line 11, which is adapted to evaporate or dissipate gaseous hydrogen is connected in the illustrated embodiment with the refueling line 9, but can also be carried out separately according to another embodiment. Gaseous hydrogen can be purposely discharged from the inner tank via an exhaust steam valve 12. Such evaporation may be required, for example, if the tank is exposed to a heat input for a long time and, for that reason, an undesirable overpressure would build up in the inner tank. Via a safety valve 13, gaseous hydrogen is automatically blown out of the inner tank 3 when a predetermined pressure level is exceeded, in order to prevent an inadmissible pressure loading of the cryotank 2 in this way. Control valves are provided on the two refueling lines 9, 10, wherein a first control valve 14 for regulating the gaseous hydrogen is provided on the first refueling line 9 and a second control valve 15 for regulating the liquid hydrogen is provided on the second refueling line 10.

[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 2/4Further, a removal line 16 is provided, via which preferably liquid hydrogen can be removed from the inner tank 3 and a consumer 17 can be supplied. For a liquid taking of the hydrogen on the one hand, the first control valve 14 is closed and the second control valve 15 is opened. By way of the second refueling line 10 and the removal line 16, liquid hydrogen thus reaches the consumer 17. For conditioning the fuel, a heat exchanger 18 and a shut-off valve 19 and an optional pressure regulating valve 20 are provided on the withdrawal line 16. The liquid hydrogen can thus at least partially converted into the removal line 16 and / or the heat exchanger 18 in its gaseous phase and / or adjusted to a suitable temperature. About the optional pressure control valve 20, the pressure levels of the fuel can be suitably adapted to the consumer 17. The consumer 17 is, for example, an internal combustion engine of a stationary plant or of a vehicle. After 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.Austrian Patent Office AT11211U1 2010-06-15 the consumer 17 is a public transport vehicle, such as a bus. According to a particular embodiment, the inner tank 3 with a capacity of 70 liters after refueling a capacity of about 4 kg H2, at an average temperature of 29 K and an average pressure of 5 bar. According to a particular embodiment, deviations of ± 25%, preferably ± 10%, are allowed in these specifications and encompassed by the invention. About the sampling line 16 is the inner tank 3 in the sequence of fuel, taken in the present exemplary embodiment case, hydrogen. This removal is possible up to a residual gas quantity of approx. 0.01 kg. According to a particular embodiment of the method according to the invention, the inner tank has a residual pressure of 2 bar at this residual gas quantity. According to a particular embodiment, deviations of ± 25%, preferably ± 10%, are allowed in these specifications and encompassed by the invention. The process of the invention, a uniform supply of the consumer 17 can be guaranteed with fuel. 3. Claims 1. A method of fueling a consumer with a cryogenic fuel supply system, the fuel supply system having a cryotank, and the cryotank having an insulated inner tank, an outer tank, and an inner and outer tank provided at least partially evacuated space, and further at least one refueling line and a withdrawal line is provided, depending on the consumer, a minimum supply pressure to supply the consumer with gaseous fuel is determined and refueling of the inner tank of the inner tank via the refueling with a at room temperature and Atmospheric pressure gaseous, but at least partially fueled in the refueling present in its cryogenic, liquefied phase fuel and the fuel in the cryotank at least partially in his he deep-frozen, liquefied phase is stored and the fuel is also supplied via the extraction line at least partially in a gaseous state to the consumer, wherein when refueling of the inner tank with the fuel, the pressure in the inner tank is adjusted so that until reaching a residual gas contained in the inner tank in the inner tank, the minimum supply pressure is not exceeded. 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.2. The method according to claim 1, characterized in that during refueling of the inner tank in the inner tank, an outlet pressure between 4 bar and 10 bar, in particular between 6.5 bar and 10 bar, is set. 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.3. A method for supplying fuel to a consumer according to claim 1 or 2, characterized in that the minimum supply pressure in the inner tank 1 bar, in particular 2 bar corresponds. 4. Verfahren zur Kraftstoffversorgung eines Verbrauchers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff (H2) als Kraftstoff verwendet wird.4. A method for supplying fuel to a consumer according to one of claims 1 to 3, characterized in that hydrogen (H2) is used as fuel. 5. Kraftstoffversorgungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 3/45. Fuel supply system for carrying out a method according to one of claims 1 to 4. For this purpose 1 sheet drawings 3/4
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