DE102004061026A1 - Device for removing gas from a container - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Behälter mit kondensiertem Gas mit einer Entnahmeeinrichtung, insbesondere einen Kryotank eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Versorgung eines Verbrauchers, wie eine das Kraftfahrzeug antreibende Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The The invention relates to a container with condensed gas with a removal device, in particular a cryotank of a motor vehicle, in particular for supply a consumer, such as an internal combustion engine driving the motor vehicle, according to the preamble of the first claim.
Es ist bereits bekannt, Kraftfahrzeuge zum Beispiel mit Wasserstoff oder Erdgas anzutreiben und diesen Treibstoff als kondensiertes Gas in einem Behälter im Kraftfahrzeug zu speichern. Zu dieser verflüssigten Speicherung sind spezielle druckfeste Behälter notwendig, die aufgrund der tiefen Speichertemperaturen eine sehr gute Isolation besitzen sollten. Dabei ist bekannt, zur Vermeidung von Wärmeeintrag aus der Umgebung doppelwandige, vakuumisolierte Behälter zu verwenden.It is already known, motor vehicles for example with hydrogen or to drive natural gas and this fuel as condensed Gas in a container to store in the vehicle. To this liquefied storage are special pressure-resistant containers necessary, which due to the deep storage temperatures a very should have good isolation. It is known to avoid of heat input from the environment double-walled, vacuum-insulated container too use.
So erfolgt die Speicherung von zum Beispiel Wasserstoff in mobilen Fahrzeugen häufig in Form von tiefkaltem, verflüssigtem Wasserstoff, als kondensiertes Gas. Da in diesem Zustand infolge der hohen Energiedichte (gegenüber einer Speicherung von warmem, komprimiertem Wasserstoff-Gas) eine für Fahrzeuge vorteilhafte hohe Reichweite erzielt werden kann.So Storage of, for example, hydrogen in mobile takes place Vehicles frequently in the form of cryogenic, liquefied Hydrogen, as condensed gas. Because in this state owing the high energy density (opposite storage of warm, compressed hydrogen gas) for vehicles advantageous high range can be achieved.
Der tiefkalte, flüssige Wasserstoffvorrat wird im Fahrzeug im siedenden Zustand in einem thermisch sehr gut isolierten, druckdichten Behälter gespeichert. Die Energiedichte des siedenden Wasserstoffs wird dabei durch Lagerung bei einer Temperatur wenig über der Siedetemperatur bei Umgebungsdruck, ca. 20 K, maximal. In den heute technisch umgesetzten Vorratsbehältern liegt der Wasserstoff typischerweise bei Temperaturen von ca. 21 K bis ca. 27 K und den damit korrespondierenden Siededrücken von ca. 2 bar (abs.) bis ca. 5 bar (abs.) vor.Of the deep cold, liquid Hydrogen supply is in the vehicle in the boiling state in one thermally very well isolated, pressure-tight container stored. The energy density The boiling hydrogen is thereby stored by storage at a temperature little over the boiling temperature at ambient pressure, about 20 K, maximum. In the today technically converted storage tanks is the hydrogen typically at temperatures of about 21 K to about 27 K and the with it corresponding boiling pressures of 2 bar (abs.) to approx. 5 bar (abs.) before.
Im unteren Teil des Vorratsbehälters liegt der siedende Wasserstoff als massedichtere flüssige Phase (wird im folgenden auch LH2 genannt) und darüber liegend als gasförmige Phase (wird im folgenden auch GH2 genannt) vor.in the lower part of the reservoir the boiling hydrogen is the mass-denser liquid phase (hereinafter also called LH2) and lying above as gaseous phase (also called GH2 in the following).
Die unmittelbare Förderung des Wasserstoffs (wird im folgenden auch H2 genannt) aus dem Vorratsbehälter in eine Vorlaufleitung hin zu einem Konditionierer oder Verbraucher erfolgt im einfachsten Fall über das zwischen Tankinnerem und der Umgebung anliegende statische Druckgefälle oder durch eine gezielte Bedruckung des Vorratsbehälters. Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit durch die geometrische Gestaltung der im Tankinneren beginnenden Vorlaufleitung, vorrangig LH2 oder nur GH2 zu fördern.The immediate promotion of hydrogen (also called H2 below) from the reservoir in a flow line to a conditioner or consumer takes place in the simplest case the static pressure gradient between the tank interior and the surrounding area or by a targeted printing of the reservoir. There is basically the Possibility through the geometric design of the feed line beginning in the tank interior, priority to promote LH2 or GH2 only.
Aus einem solchen Kryotank wird siedend gespeichertes H2 im allgemeinen aus der Gasphase als GH2 entnommen, da infolge der möglichen Abweichungen von der Normallage des mobilen Behälters oder dynamischer, beschleunigter Zustände, die Zulauföffnung einer Entnahmeleitung für LH2 systematisch auch bei hohen Füllständen von Gasphase zeitweilig umspült sein kann. Dies ist im zeitlichen Verlauf der Entleerung des mobilen Behälters insbesondere lange vor dem Zeitpunkt möglich, vor dem die Gasphase in einem identischen immobilen Behälter die Zulauföffnung der LH2-Entnahmeleitung durch reine Entnahme erreicht.Out In such a cryogenic tank boiling H2 is generally stored taken from the gas phase as GH2, as a result of the possible Deviations from the normal position of the mobile container or more dynamic, accelerated Conditions, the inlet opening a sampling line for LH2 systematically even at high levels of gas phase temporarily bathes can be. This is over time the emptying of the mobile container especially long before the time possible before the gas phase in an identical immobile container, the inlet opening of LH2 extraction line achieved by pure removal.
Zur Entnahme von GH2 wird der flüssigen Phase LH2 im Vorratsbehälter Wärme zugeführt, die zum Abdampfen von LH2 im Behälter und damit zur Aufrechterhaltung eines für die Förderung erforderlichen Behälterdruckes führt, der sonst durch die Entnahme so weit sinken würde, dass eine Förderung nicht mehr möglich wäre. Diese zur Druckhaltung benötigte Wärmezufuhr erfolgt über eine separate Heizung, die z.B. als elektrisch betriebenes Heizelement ausgeführt sein kann. Damit wird ein für die Förderung erforderlicher Behälterdruck aufrechterhalten.to Removal of GH2 becomes the liquid phase LH2 in the storage tank Heat is supplied to the Evaporation of LH2 in the container and thus to maintain a container pressure required for the promotion leads, which would otherwise sink so far by the removal that promotion does not more is possible would. These needed for pressure maintenance heat over a separate heater, e.g. be designed as an electrically operated heating element can. This will be a for the promotion required tank pressure maintained.
Die Anordnung des Heizelements kann bei einem mobilen Vorratsbehälter stets an der tiefsten gelegenen, praktisch erreichbaren Position im Behälter liegen. Dadurch ist die für einen Nutzer aus dem gesamten Speichervolumen erhitzbare LH2-Menge maximiert bzw. die nicht entnehmbare Restmenge minimiert.The Arrangement of the heating element can always be in a mobile storage container lie at the lowest, practically accessible position in the container. This is the for maximizes a user's amount of heatable LH2 from the total storage volume or the non-removable residual amount minimized.
Durch die im mobilen Betrieb systematisch möglichen Abweichungen von der Normallage, z.B. stationär bei Berg-/Talfahrt, Hanglage, oder instationär in beschleunigten Zuständen z.B. beim Anfahren, Bremsen oder längeren Kurvenfahrten, lässt sich die erhitzbare LH2-Restmenge systematisch nicht minimieren. Es verbleibt in den von der Normallage abweichenden Zuständen im mobilen Tank eine nicht von der Heizein richtung erhitzbare Restmenge LH2, die den für einen Verwender nutzbaren Anteil des in dem Vorratsbehälter gespeicherten LH2 deutlich reduziert.By the systematically possible deviations from the Normal position, e.g. stationary on ascent, descent, or transient in accelerated states e.g. when starting, braking or longer Cornering, lets systematically do not minimize the amount of LH2 that can be heated. It remains in the states deviating from the normal position in mobile tank a not heated by the Heizein direction residual amount LH2, the one for a user usable portion of the stored in the reservoir LH2 significantly reduced.
Bei einem mobilen Vorratsbehälter ist systematisch nicht nur die für alle Betriebszustände erhitzbare LH2-Menge gegenüber einen immobilen Behälter reduziert. Darüberhinaus entstehen durch den Betrieb der Heizeinrichtung Konvektionsströmungen in der flüssigen Phase. Außerdem entstehen erhebliche Schwallbewegungen infolge schneller Beschleunigungswechsel und den damit einhergehenden relativen Massenverschiebungen der LH2-Säule im Behälter. Dies wird durch Beschleunigungen, die die Eigenfrequenzen einer LH2-Säule treffen, noch erheblich verstärkt. Daher muss zum Druckaufbau beim Erhitzen der flüssigen Phase viel mehr LH2 erwärmt werden, als dies zum Beispiel in einem immobilen Behälter nötig wäre, wo die in der Umgebung der Heizeinrichtung erhitzte flüssige Phase weniger durchmischt wird. Durch den erhöhten Wärmeeintrag wird dann die Zeitspanne, in der der Behälter als masseverlustfreier H2-Speicher verwendet werden kann reduziert.In the case of a mobile storage container, not only the amount of LH2 that can be heated for all operating states is systematically reduced compared to an immobile container. In addition, caused by the operation of the heater convection currents in the liquid phase. In addition, considerable surge caused by rapid acceleration changes and the associated relative mass shifts of the LH2 column in the container. This is greatly enhanced by accelerations that hit the natural frequencies of an LH2 column. Therefore, much more LH2 must be heated to heat up the liquid phase become necessary, for example, in an immobile container where the liquid phase heated in the vicinity of the heater is less mixed. Due to the increased heat input, the time span in which the container can be used as mass loss H2 storage is then reduced.
Die
Bei einem solchen Kryotank ist der gasförmige Kraftstoff, der nach seiner Erhitzung vom unteren Bereich des Behälters über das Dampfrohr in den oberen Bereich des Behälters, in die gasförmige Phase, aufgestiegen ist von Rückkondensation an der Oberfläche der flüssigen Phase betroffen. Dies minimiert wiederum den Druck, der den gasförmigen Kraftstoff über die aus dem Behälter führende Leitung zum Verbraucher fördert.at Such a cryotank is the gaseous fuel that after its heating from the bottom of the tank via the steam pipe to the top Area of the container, in the gaseous Phase, has risen from recondensation on the surface the liquid Phase affected. This in turn minimizes the pressure that the gaseous fuel has over the from the container premier Promote leadership to the consumer.
Eine Abhilfe für diesen Nachteil bereitzustellen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.A Remedy for To provide this disadvantage is an object of the present invention. Advantageous embodiments and further developments are content of the dependent claims.
Nach der Erfindung ist ein Behälter, insbesondere ein Kryotank für ein Kraftfahrzeug, zur Speicherung von kondensiertem Gas zur Versorgung eines Verbrauchers, mit einer Entnahmeeinrichtung für Gas, mindestens bestehend aus einer Entnahmeleitung und aus einer Vorrichtung zum Druckaufbau, die eine Heizeinrichtung zur Aufheizung des kondensierten Gases in einem im Behälter angeordneten weiteren Behälter umfasst, der zumindest eine Eintrittsöffnung für kondensiertes Gas und eine Gasleitung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung das Gas aus der Gasleitung entnimmt.To the invention is a container, in particular a cryotank for a motor vehicle for storing condensed gas for supply a consumer, with a withdrawal device for gas, at least consisting of a sampling line and a device for Pressure build-up, which is a heating device for heating the condensed Gas in one in the container arranged another container comprising at least one inlet for condensed gas and a Gas line has, characterized in that the extraction line takes the gas from the gas line.
Dies minimiert vorteilhafterweise die Menge an gasförmigem Kraftstoff, die von Rückkondensation an der Oberfläche der flüssigen Phase betroffen ist und begünstigt dadurch eine Aufrechterhaltung des Förderdrucks bei möglichst geringer Heizenergiezufuhr.This advantageously minimizes the amount of gaseous fuel coming from recondensation on the surface the liquid Phase is affected and favored thereby maintaining the delivery pressure as possible low heating energy supply.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der weitere Behälter in einen unteren Bereich des Behälters eingebracht und der weitere Behälter und die Heizeinrichtung erstrecken sich im wesentlichen über den gesamten unteren Bereich des Behälters.at a preferred embodiment the invention is the further container in a lower area of the container introduced and the other container and the heater extend substantially beyond the entire lower area of the container.
Dadurch ist die Entnahmeeinrichtung vorteilhafterweise einfach aufgebaut und verhindert trotzdem Flüssigkeitsbewegungen im Behälter aufgrund der Aufheizung der flüssigen Phase, die in dieser zu einer Zerstörung des Temperaturgradienten führen könnten. Außerdem werden Nachteile durch Schwallbewegungen vermieden und die Heizeinrichtung ist bei allen möglichen Abweichungen von der Normallage im mobilen Betrieb, z.B. stationär bei Berg-/Talfahrt, Hanglage, oder instationär in beschleunigten Zuständen, zumindest in einem Bereich in Kontakt mit der flüssigen Phase des Kraftstoffs, auch bei fast entleertem Behälter.Thereby the removal device is advantageously simple and still prevents fluid movement in the container due to the heating of the liquid Phase leading to a destruction of the temperature gradient could lead. In addition, will Disadvantages caused by surging and the heater is at all possible Deviations from the normal position in mobile operation, e.g. stationary at ascent / descent, Hillside or transient in accelerated states, at least in one area in contact with the liquid phase of the fuel, too at almost empty container.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der weitere Behälter als relativ geringes, mindestens teilweise vom Behälter abgetrenntes Teilvolumen, durch eine in den Behälter eingebaute Abtrennung gebildet. Durch eine solche Abtrennung im Innenraum des Behälters ist der weitere Behälter zur Aufnahme von kondensiertem Gas besonders preiswert herzustellen.at an advantageous embodiment the invention, the other container is relatively low, at least partly from the container separated partial volume, by a built-in container in the separation educated. By such a separation in the interior of the container the other container to To make intake of condensed gas particularly inexpensive.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung steht die Heizeinrichtung bis zur fast völligen Entleerung des Innenraums des weiteren Behälters mit kondensiertem Gas in Verbindung. So kann dem Entnahmebereich unter allen mobilen Betriebsbedingungen bis zur praktischen Entleerung des Behälters immer Gas entnommen werden. Die dem mobilen Behälter nicht mehr entnehmbare Restmenge wird praktisch auf die in einem vergleichbaren immobilen druckfesten Behälter verbleibende Restmenge minimiert.at a further advantageous embodiment of the invention is the Heating device to almost complete Emptying the interior of the other container with condensed gas in connection. Thus, the removal area under all mobile operating conditions always be taken gas until the practical emptying of the container. The mobile container no longer removable residual amount is practically the one in a comparable immobile pressure-resistant container remaining amount remaining minimized.
Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
weiter erläutert.
Die
In
einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug ist ein Kryotank
Der
Kryotank
Weitere
Bauteile der Entnahmeeinrichtung für gasförmigen Wasserstoff GH2 sind
in den Innenbehälter
Die
Heizeinrichtung
Durch
diese Maßnahmen
steht die Heizeinrichtung
Zur
Weiterleitung des an der Heizeinrichtung
Es
ist auch von Vorteil, wenn die Abtrennung
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