DE102004035319A1

DE102004035319A1 - Kryotankanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004035319A1
Application number: DE102004035319A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Neustadt; Achim Baier; Johann Dr. Schnagl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kryotankanlage für kryogenen Wasserstoff, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Innentank sowie einem diesen umgebenden Außentank, sowie mit einer das sog. Boil-Off-Gas aus dem Innenraum des Innentanks nach außen führenden Abblaseleitung, wobei das Boil-Off-Gas vor dem Austritt aus dem Außentank durch einen Para-Ortho-Katalysator geführt wird, in dem eine endotherme Umwandlung vom Parazustand des Wasserstoffs in den Orthozustand beschleunigt wird, und wobei der Para-Ortho-Katalysator mit einem zwischen dem Innentank und dem Außentank vorgesehenen Kühlschild in wärmeleitender Verbindung steht. Bevorzugt ist der Kühlschild im Bereich einer Vakuumisolation zwischen Innentank und Außentank an einer zwischen diesen vorgesehenen Wärmeleitbrücke befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kryotankanlage für kryogenen Wasserstoff, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Innentank sowie einem diesen umgebenden Außentank, sowie mit einer das sog. Boil-Off-Gas aus dem Innenraum des Innentanks nach außen führenden Abblaseleitung. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 101 06 483 A1 beispielshalber auf die DE 102 02 172 A1 verwiesen.

Bekanntlich ist es erforderlich, eine Kryotankanlage, in welcher Kraftstoff bspw. zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs kryogen gespeichert wird, mit einer sog. Abblaseleitung zu versehen, über welche das sog. Boil-Off-Gas, das sich aufgrund von unvermeidbarem Wärmeeinfall aus der Umgebung in den Innentank trotz hervorragender Isolationsmaßnahmen zwischen dem den kryogenen Kraftstoff enthaltenden Innentank und dem diesem umgebenden Außentank bildet, abzuleiten. Dieses sog. Boil-Off-Gas fällt insbesondere dann an, wenn über eine längere Zeitspanne kein Kraftstoff aus dem Innentank entnommen wurde und stellt einen wünschenswerterweise zu verringernden Verlust dar, weshalb bereits zahlreiche Vorschläge für die Verwendung dieses Boil-Off-Gases gemacht wurden.

Bevorzugt kommt als Kraftstoff zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, der in einer Kryotankanlage gespeichert wird, kryogener Wasserstoff zum Einsatz. Bekanntlich besteht das Wasserstoffmolekül aus zwei Wasserstoffatomen, die sich ihrerseits je aus einem Proton und einem Elektron zusammensetzen. Ein Wasserstoffmolekül kann dabei in zwei Modifikationen existieren, nämlich als ortho-Wasserstoff oder als para-Wasserstoff, die sich durch den Spin ihrer Atomkerne unterscheiden. Die beiden Kernspins sind in der ortho-Modifikation parallel und in der para-Modifikation antiparallel ausgerichtet. Die Gleichgewichtszusammensetzung zwischen der ortho-Modifikation und der para-Modifikation ist temperaturabhängig und ändert sich von 25% para-Anteil bei Umgebungstemperatur auf 100% para-Anteil bei 20 K.

Bei einer Aufwärmung von Wasserstoff ist die dabei auch stattfindende para-ortho-Umwandlung ein endothermer Prozess und es muss Wärme zugeführt werden. Die Umwandlungsrate dieses grundsätzlich selbstständig, jedoch sehr langsam ablaufenden Prozesses liegt in der Größenordnung von 1,14 % je Stunde, jedoch kann dieser Umwandlungsprozess bekanntlich beschleunigt werden, und zwar mit Hilfe geeigneter Katalysatoren, für welche „Eisen-Rost" ein Beispiel ist.

Hiermit soll nun aufgezeigt werden, wie an einer Kryotankanlage für kryogenen Wasserstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Menge von Boil-Off-Gas, welches zur Vermeidung unzulässig hoher Drucksteigerungen im Innentank aus diesem abgeführt werden muss, in vorteilhafter Weise verringert werden kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Boil-Off-Gas vor dem Austritt aus dem Außentank durch einen Para-Ortho-Katalysator geführt wird, in dem eine endotherme Umwandlung vom Parazustand des Wasserstoffs in den Orthozustand beschleunigt wird, und dass der Para-Ortho-Katalysator mit einem zwischen dem Innentank und dem Aussentank vorgesehenen Kühlschild in wärmeleitender Verbindung steht.

Erfindungsgemäß wird das Boil-Off-Gas einer durch einen geeigneten Katalysator beschleunigten para-ortho-Umwandlung unterworfen, wobei bekanntlich Wärmeenergie aus der Umgebung abgezogen wird. Steht nun der sog. para-ortho-Katalysator, der diese para-ortho-Umwandlung beschleunigt, und der ein geeignetes Gebilde zur Führung des Boil-Off-Gases aufweist, mit einem sog. Kühlschild in wärmeleitender Verbindung, so wird dieser Kühlschild gekühlt, wenn Boil-Off-Gas den para-ortho-Katalysator passiert. Dieser Kühlschild ist nun zwischen dem Aussentank und dem Innentank der Kryotankanlage angeordnet und dient insbesondere dazu, Wärmestrahlung vom Aussentank zum Innentank zu unterbinden bzw. zumindest zu minimieren, wobei zwischen dem Innentank und dem Aussentank üblicherweise eine Vakuumisolation vorgesehen ist.

Bevorzugt ist der flächige und der Form des Zwischenraums zwischen dem Innentank und dem Aussentank angepasste Kühlschild im Bereich einer Vakuumisolation zwischen Innentank und Aussentank an einer zwischen diesen vorgesehenen Wärmeleitbrücke befestigt, als da sind Verrohrungen, Leitungen, Aufhängugen etc, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl von Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt des Patentanspruchs 1 zu verlassen. Grundsätzlich wird durch die vorgeschlagene Kombination eines para-ortho-Katalysators mit einem Kühlschild der absolute Wärmeeintrag in den Innentank einer Kryotankanlage reduziert, womit eine Verlängerung der Boil-Off-Zeit bzw. eine Verringerung der Boil-Off-Rate einhergeht.

Claims

Kryotankanlage für kryogenen Wasserstoff, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Innentank sowie einem diesen umgebenden Außentank, sowie mit einer das sog. Boil-Off-Gas aus dem Innenraum des Innentanks nach außen führenden Abblaseleitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Boil-Off-Gas vor dem Austritt aus dem Außentank durch einen Para-Ortho-Katalysator geführt wird, in dem eine endotherme Umwandlung vom Parazustand des Wasserstoffs in den Orthozustand beschleunigt wird, und dass der Para-Ortho-Katalysator mit einem zwischen dem Innentank und dem Aussentank vorgesehenen Kühlschild in wärmeleitender Verbindung steht.
Kryotankanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschild im Bereich einer Vakuumisolation zwischen Inenntank und Aussentank an einer zwischen diesen vorgesehenen Wärmeleitbrücke befestigt ist.