[go: up one dir, main page]

DE10242804A1 - System zur Speicherung und Zumessung von Wasserstoff und Verfahren zum Betrieb des Systems - Google Patents

System zur Speicherung und Zumessung von Wasserstoff und Verfahren zum Betrieb des Systems Download PDF

Info

Publication number
DE10242804A1
DE10242804A1 DE2002142804 DE10242804A DE10242804A1 DE 10242804 A1 DE10242804 A1 DE 10242804A1 DE 2002142804 DE2002142804 DE 2002142804 DE 10242804 A DE10242804 A DE 10242804A DE 10242804 A1 DE10242804 A1 DE 10242804A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
expansion
combustion engine
fuel cell
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002142804
Other languages
English (en)
Inventor
Gert Dr. Hinsenkamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE2002142804 priority Critical patent/DE10242804A1/de
Publication of DE10242804A1 publication Critical patent/DE10242804A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K2015/03171—Expansion tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/07—Generating electrical power as side effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0178—Cars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiespeicher- und Versorgungssystem zur Speicherung von Wasserstoff unter hohem Druck und zu dessen Zumessung als Brennstoff für eine Brennkraftmaschine und/oder für ein Brennstoffzellensystem, das insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist. Das System umfasst einen Hochdruckspeicher und eine diesem nachgeordnete Expansionseinrichtung (6) zur Reduzierung des Speicherdrucks auf einen zur Energiewandlung in der Brennkraftmaschine und/oder dem Brennstoffzellensystem geeigneten Druck. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass die Expansionseinrichtung (6) eine Vorrichtung zur Erwärmung des Wasserstoffs während der Expansion aufweist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines solchen Systems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Speicherung von Wasserstoff unter hohem Druck und zu dessen Zumessung als Brennstoff für eine Brennkraftmaschine und/oder für ein Brennstoffzellensystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Speicherung und zur Versorgung einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle mit Wasserstoff als Brennstoff gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.
  • Eines der wesentlichen Probleme bei der Einführung von Wasserstoff als Energieträger im mobilen Bereich ist dessen relativ geringe Energiedichte bei der Speicherung sowie ein relativ begrenzter Wirkungsgrad bei der Speicherung und bei der Energiewandlung. Um während des Betriebs eines Fahrzeuges den als Kraftstoff verwendeten Wasserstoff zur Verfügung stellen zu können, sind Systeme zur Reformierung von wasserstoffhaltigem Kraftstoff oder Methanol bekannt. Diese bekannten Systeme zeigen jedoch noch zahlreiche praktische Probleme. Auch der Transport von verflüssigtem Wasserstoff in einem fahrzeugfesten Tank ist relativ problematisch, da der Wasserstoff aufgrund seiner geringen Molekülgröße in bedeutendem Umfang durch die Tankwände hindurch tritt, an die umgebende Atmosphäre abgegeben wird und damit eine potenzielle Gefahrenquelle darstellt.
  • Um diese Probleme zu vermeiden, ist im Fahrzeugbereich der Einsatz von Druckwasserstoff bekannt. Allerdings sind die derzeit üblichen Speicherdrücke von ca. 350 bar nicht dazu geeignet, eine ausreichende Speicherdichte zu realisieren und damit die gewünschten Reichweiten zwischen zwei Tankvorgängen zu erreichen, wie sie mittels herkömmlichen Kraftstoffen erzielt werden können. Einer möglichen Abhilfe in Form einer Vergrößerung der Tankvolumina sind konstruktive Grenzen gesetzt. Zudem stellen zu große Tankvolumina ein potenzielles Sicherheitsrisiko dar.
  • Ein weiterer möglicher Ausweg könnte in einer Erhöhung des Speicherdrucks auf bspw. mehr als ca. 700 bar liegen. Hierfür müssen jedoch einerseits geeignete Tanksysteme zur Verfügung gestellt werden, mit denen derart hohe Drücke über einen langen Betriebszeitraum sicher gehandhabt werden können. Zudem bedingt die für die weiter gehende Druckerhöhung erforderliche erhöhte Verdichtungsarbeit eine signifikante Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades.
  • Ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Speicher und einer Verdichtereinrichtung ist in der DE 100 08 823 A1 beschrieben. Ableitungsseitig des Brennstoffspeichers ist eine Expansionseinrichtung vorgesehen. Beim Betrieb des Brennstoffzellensystems wird Brennstoff mittels der Verdichtereinrichtung unter einem solch hohen Druck in den Speicher gefördert, dass im Brennstoff enthaltenes Kohlendioxid durch Verflüssigung vom Brennstoff abgetrennt wird. Bei Abgabe des Brennstoffes aus dem Brennstoffspeicher wird der Brennstoff durch die Expansionseinrichtung geleitet. Über die geleistete Expansionsarbeit des Brennstoffes wird ein Teil der für die Verdichtung benötigten Energie zurück gewonnen.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System bzw. ein Verfahren zur Speicherung und zur Zumessung von Wasserstoff zur Verfügung zu stellen, das gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren hinsichtlich eines Gesamtwirkungsgrades optimiert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Energiespeicher- und Versorgungssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10 gelöst, bei dem der Wasserstoff in der Expansionseinrichtung mit Hilfe einer Vorrichtung zur Zufuhr von Wärme erwärmt wird. Vorzugsweise erfolgt eine Erwärmung des Wasserstoffs auf ein Temperaturniveau der Umgebung oder darüber hinaus. Die Zufuhr von Wärme während des Expansionsprozesses kann signifikant dessen Wirkungsgrad verbessern, indem eine bessere Annäherung an Isothermen erfolgt.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung kann die Vorrichtung zur Erwärmung des Wasserstoffs wenigstens einen Wärmetauscher umfassen, bspw. einen Wärmetauscher mit innenliegenden Mikrostruktur-Wärmetauscher-Flächen, der eine gleichmäßige und präzise Erwärmung des Wasserstoffs während der Expansion ermöglicht.
  • Eine alternative Ausgestaltung besteht in einer Zufuhr eines Wärmeträgerfluids in die Vorrichtung zur Erwärmung des Wasserstoffs. Als solches Wärmeträgerfluid kann bspw. Wasser eingesetzt werden. Vorzugsweise wird das Wärmeträgerfluid mit entsprechender Temperatur sehr fein verteilt und dem Wasserstoff durch Einspritzung zugeführt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht wenigstens eine mit der Expansionseinrichtung gekoppelte Vorrichtung zur Wandlung der Expansionsleistung in mechanische Leistung vor. Als solche Vorrichtung zur Wandlung der Expansionsleistung in mechanische Leistung kommt bspw. eine Turbo- oder eine Verdrängermaschine in Frage. Die mechanische Leistung kann wahlweise in elektrische Leistung umgewandelt werden oder zur zusätzlichen Unterstützung eines Traktionsantriebs, bspw. eines Kraftfahrzeugs genutzt werden. Auf diese Weise ist eine Energierückgewinnung aus dem mitgeführten Druckwasserstoff möglich. Diese Energierückgewinnung kann bei einer Verdichtung des Wasserstoffs im Speicher auf einen Druck von ca. 700 bar bis zu 50 % der zur Verdichtung benötigten Energie ausmachen. Die rückgewonnene mechanische Energie kann onboard den Nettowirkungsgrad des Antriebssystems erhöhen und kann in Brennstoffzellensystemen vorzugsweise zur Unterstützung eines Traktionsantriebs und/oder des Antriebs der Luftversorgungsverdichter für die Kathodenseite eingesetzt werden, da an diesen Stellen mechanische Leistung zeitgleich mit der Wasserstoffexpansion erforderlich ist. Die Erhöhung des Wirkungsgrads des Antriebssystems bedingt gleichzeitig eine entsprechende Erhöhung der Reichweite eines Kraftfahrzeugs bei ansonsten unveränderten Randbedingungen.
  • Insgesamt lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung signifikante Erhöhungen des Speicherwirkungsgrads für Druckwasserstoff erreichen. Damit lassen sich die für eine Reichweitenerhöhung von Fahrzeugen unabdingbaren höheren Speicherdrücke energieeffizient realisieren. Es werden die Voraussetzungen geschaffen für eine signifikante Erhöhung der Reichweite bei gleichzeitig hohem Speicherwirkungsgrad.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Expansionseinrichtung mit einem Wärmetauscherkreislauf der Brennkraftmaschine und/oder des Brennstoffzellensystems gekoppelt ist. Auf diese Weise kann die Nutzung der bei der Expansion entstehenden Kälte zur Abfuhr bzw. zur Rückgewinnung von Abwärmeströmen, z.B. aus dem Antriebssystem genutzt werden. Damit kann die Kühlleistung des Antriebssystem signifikant verbessert werden, ohne dass bspw. eine Kühlerfrontfläche des Fahrzeugs vergrößert werden muss, was den Luftwiderstand unerwünscht erhöhen würde. Somit können in bestehende Fahrzeugskonzepte Antriebe mit höherer Leistungsdichte integriert werden.
  • Die in einer der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen zusätzlich erzeugte mechanische Leistung kann zur Verdichtung der der Brennkraftmaschine und/oder dem Brennstoffzellensystem zugeführten Luft verwendet werden.
  • Zusammenfassend ergeben sich die folgenden Aspekte der Erfindung. Eine ein- oder mehrstufige Expansionsmaschine wandelt den Druck des im Tank mitgeführten Hochdruckwasserstoffs auf einen für die Anwendung bei der Energiewandlung benötigten Druck. Diese Expansionsmaschine kann bspw. als Turbo- oder Verdrängermaschine ausgeführt sein und weist geeignete Vorrichtungen zur Zufuhr von Wärme während der Expansion auf. Dies könne bspw. wärmezuführende Oberflächen innerhalb, zwischen oder nach den einzelnen Expansionsstufen und/oder Einspritzvorrichtungen zur Einbringung von Einspritzfluiden und/oder wärmeabstrahlende Flächen in Kontakt mit dem zu expandierenden Wasserstoff sein. Die ein- oder mehrstufige Expansion kann in jeder Stufe zur Abgabe von Wellenleistung genutzt werden. Zugleich wird Wärme über geeignete Vorrichtungen zugeführt, bspw. mittels Wärmetauschern. Die Einbringung von Wärme während der bzw. im Verlauf der bzw. nach der Expansion ist zentraler Bestandteil der Erfindung. Vorzugsweise wird der Wasserstoff durch die Wärmezufuhr wieder in die Nähe seiner Ursprungstemperatur oder darüber hinaus rückerwärmt.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Systems zur Speicherung und Zumessung von Wasserstoff,
  • 2 eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Systems und
  • 3 eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Systems.
  • 1 zeigt eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Systems zur Speicherung und zur Zumessung von Wasserstoff bzw. ein Verfahren zum Betrieb des Systems. In einem Hochdruckspeicher 4 ist Wasserstoff unter hohem Druck von mehr als 200 bar bis zu 700 bar oder mehr gespeichert. Eine Verbindungsleitung führt zu einer Expansionseinrichtung 6, in welcher der Wasserstoff auf einen für einen Verbraucher 10 verarbeitbaren Druck gebracht werden kann. Der Verbraucher 10 kann bspw. eine Brennkraftmaschine (BKM) oder ein Brennstoffzellensystem (BZS) o. dgl. sein. Zwischen der Expansionseinrichtung und dem Verbraucher können eine oder mehrere weitere Expansionsstufen 8 vorgesehen sein zur weiteren Entspannung des Wasserstoffs. Die Expansionseinrichtung 6 und die optional vorhandenen weiteren Expansionsstufen 8 bilden eine erste Systemgrenze 1, welche die Expansion zwischen dem hohen Speicherdruck im Speicher 4 und dem niedrigen Druck in der Brennkraftmaschine bzw. dem Brennstoffzellensystem charakterisiert. Eine zweite Systemgrenze 2 um das gesamte erfindungsgemäße System kann bspw. ein Kraftfahrzeug o. dgl. sein, in dem das erfindungsgemäße System eingesetzt wird.
  • 2 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Systems, bei dem der Expansionseinrichtung 6 ein Wandler 14 vorgeschaltet ist, der die Expansionsarbeit des unter hohen Druck stehenden Wasserstoffs in mechanische Leistung bzw. in Wellenleistung umwandeln kann. Diese Wandlereinrichtung 14 kann bspw. eine Turbine oder eine Verdrängermaschine o. dgl. sein. Die Wellenleistung kann in vorteilhafter Weise zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des Systems genutzt werden, bspw. indem ein elektrischer Generator oder eine Einrichtung zur zusätzlichen Traktionsunterstützung im Fahrzeug damit betrieben wird. Wahlweise kann lediglich eine, mehrere oder alle der vorhandenen Expansionsstufen 6, 8 einen solchen Wandler 14 zur Erzeugung mechanischer Wellenleistung aufweisen.
  • 3 zeigt eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Systems, bei dem im Verbraucher 10 (BKM/BZS) ein zweiter Wärmetauscher 16 vorgesehen ist, der mit dem ersten Wärmetauscher 12 der Expansionseinrichtung 6 gekoppelt ist. Auf diese Weise kann bspw. die Motorabwärme der Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise zur Erwärmung des Wasserstoffs in der Expansionseinrichtung 6 genutzt werden. Gleichzeitig kann die Motorwärme effizienter abgeführt werden, wodurch ggf. eine Kühlerfläche eines Fahrzeugs verkleinert werden kann, ohne den Motorwirkungsgrad dabei zu verschlechtern. Auf diese Weise kann eine deutliche Reduzierung eines Luftwiderstands eines Fahrzeugs erreicht werden.
  • Die in den 1 bis 3 dargestellte Expansionseinrichtung 6 kann bspw. einen Wärmetauscher 12 oder eine andere geeignete Einrichtung zur Einbringung von Wärme während des Expansionsprozesses aufweisen. Eine solche Einrichtung kann in einer Zuführvorrichtung für ein fein verteiltes Wärmeträgerfluid in den Wasserstoffstrom sein. Als solches Wärmeträgerfluid kommt bspw. Wasser in Frage. Als Wärmetauscher 12 kommt insbesondere ein solcher mit innenliegenden Wärmetauscherflächen mit einer Mikrostruktur in Frage, der eine gleichmäßige und definierte Temperierung des Wasserstoffs in der Expansionsstufe 6 ermöglicht.
  • Insgesamt ermöglichen alle die gezeigten Varianten des erfindungsgemäßen Systems eine deutliche Erhöhung des Speicherwirkungsgrades und damit eine Erhöhung einer Fahrzeugreichweite gegenüber bekannten Systemen mit Wasserstoff als Brennstoff eines Fahrzeugantriebes.

Claims (16)

  1. Energiespeicher- und Versorgungssystem zur Speicherung von Wasserstoff unter hohem Druck und zu dessen Zumessung als Brennstoff für eine Brennkraftmaschine und/oder für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Hochdruckspeicher und einer diesem nachgeordneten Expansionseinrichtung zur Reduzierung des Speicherdrucks auf einen zur Energiewandlung in der Brennkraftmaschine und/oder dem Brennstoffzellensystem geeigneten Druck, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (6) eine Vorrichtung zur Erwärmung des Wasserstoffs während der Expansion aufweist.
  2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Erwärmung des Wasserstoffs auf ein Temperaturniveau der Umgebung oder darüber hinaus.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erwärmung des Wasserstoffs wenigstens einen Wärmetauscher (12) umfasst.
  4. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Zufuhr eines Wärmeträgerfluids in die Vorrichtung zur Erwärmung des Wasserstoffs.
  5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit der Expansionseinrichtung (6) gekoppelte Vorrichtung (14) zur Wandlung der Expansionsleistung in mechanische Leistung.
  6. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Energiewandlung der mechanischen Wellenleistung in elektrische Leistung.
  7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (6) mit einem Wärmetauscherkreislauf der Brennkraftmaschine (BKM) und/oder des Brennstoffzellensystems (BZS) gekoppelt ist.
  8. Verfahren zur Speicherung und zur Versorgung einer Brennkraftmaschine und/oder einer Brennstoffzelle mit Wasserstoff als Brennstoff, bei dem Wasserstoff unter hohem Druck gespeichert und in einer Expansionseinrichtung auf einen zur Energiewandlung geeigneten Druck gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff in der Expansionseinrichtung (6) zusätzlich erwärmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Erwärmung des Wasserstoffs auf ein Temperaturniveau der Umgebung oder darüber hinaus.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Zufuhr eines Wärmeträgerfluids in die Vorrichtung zur Erwärmung des Wasserstoffs.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine fein verteilte Einspritzung des Wärmeträgerfluids in die Vorrichtung zur Erwärmung des Wasserstoffs.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine Wandlung der Expansionsleistung in mechanische Leistung.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Nutzung der mechanischen Leistung zur Verdichtung von der Brennkraftmaschine (BKM) und/oder dem Brennstoffzellensystem (BZS) zugeführter Luft.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Wandlung der mechanischen Wellenleistung in elektrische Leistung.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch eine Nutzung der Expansionskälte innerhalb der Expansionseinrichtung (6).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Koppelung des Wärmetauschers (12) der Expansionseinrichtung (6) mit einem Wärmetauscherkreislauf der Brennkraftmaschine (BKM) und/oder des Brennstoffzellensystems (BZS).
DE2002142804 2002-09-14 2002-09-14 System zur Speicherung und Zumessung von Wasserstoff und Verfahren zum Betrieb des Systems Withdrawn DE10242804A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002142804 DE10242804A1 (de) 2002-09-14 2002-09-14 System zur Speicherung und Zumessung von Wasserstoff und Verfahren zum Betrieb des Systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002142804 DE10242804A1 (de) 2002-09-14 2002-09-14 System zur Speicherung und Zumessung von Wasserstoff und Verfahren zum Betrieb des Systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10242804A1 true DE10242804A1 (de) 2004-04-01

Family

ID=31969134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002142804 Withdrawn DE10242804A1 (de) 2002-09-14 2002-09-14 System zur Speicherung und Zumessung von Wasserstoff und Verfahren zum Betrieb des Systems

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10242804A1 (de)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005049252B4 (de) * 2004-10-18 2007-12-27 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Heizbarer Wasserstoffdruckregler
US8136557B2 (en) 2007-11-30 2012-03-20 Honda Motor Co., Ltd. Warming for high pressure hydrogen gas storage cylinders utilizing the Joule-Thomson effect
US8256449B2 (en) 2007-11-06 2012-09-04 Honda Motor Co., Ltd. Selective warming and heat isolation for on board high pressure storage tanks installed on gas fueled vehicles
US8796600B2 (en) 2007-11-30 2014-08-05 Honda Motor Co., Ltd. Induction warming system for fiber composite gas storage cylinders
EP2375121A3 (de) * 2007-11-30 2014-12-17 Honda Motor Co., Ltd. Erwärmungssystem für Vorrichtungen zur Speicherung von Hochdruckgas unter Nutzung des Joule-Thomson-Effekts
DE102019211876A1 (de) * 2019-08-07 2021-02-11 Mtu Friedrichshafen Gmbh Leistungsanordnung und Verfahren zu deren Betrieb
WO2021170344A1 (de) * 2020-02-26 2021-09-02 Man Truck & Bus Se Vorrichtung zur kraftstoffversorgung und fahrzeug mit einer derartigen vorrichtung
CN114792826A (zh) * 2022-05-23 2022-07-26 济南新材料产业技术研究院 一种利用高压氢气的空气增压系统和方法
WO2022219509A1 (en) * 2021-04-11 2022-10-20 Cheesecake Energy Ltd Pressure exergy recovery from vehicle hydrogen tanks

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005049252B4 (de) * 2004-10-18 2007-12-27 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Heizbarer Wasserstoffdruckregler
US8256449B2 (en) 2007-11-06 2012-09-04 Honda Motor Co., Ltd. Selective warming and heat isolation for on board high pressure storage tanks installed on gas fueled vehicles
US8136557B2 (en) 2007-11-30 2012-03-20 Honda Motor Co., Ltd. Warming for high pressure hydrogen gas storage cylinders utilizing the Joule-Thomson effect
US8796600B2 (en) 2007-11-30 2014-08-05 Honda Motor Co., Ltd. Induction warming system for fiber composite gas storage cylinders
EP2375121A3 (de) * 2007-11-30 2014-12-17 Honda Motor Co., Ltd. Erwärmungssystem für Vorrichtungen zur Speicherung von Hochdruckgas unter Nutzung des Joule-Thomson-Effekts
DE102019211876A1 (de) * 2019-08-07 2021-02-11 Mtu Friedrichshafen Gmbh Leistungsanordnung und Verfahren zu deren Betrieb
DE102019211876B4 (de) 2019-08-07 2022-09-29 Rolls-Royce Solutions GmbH Leistungsanordnung und Verfahren zu deren Betrieb
WO2021170344A1 (de) * 2020-02-26 2021-09-02 Man Truck & Bus Se Vorrichtung zur kraftstoffversorgung und fahrzeug mit einer derartigen vorrichtung
US11815050B2 (en) 2020-02-26 2023-11-14 Man Truck & Bus Se Device for supplying fuel and vehicle comprising a device of this type
WO2022219509A1 (en) * 2021-04-11 2022-10-20 Cheesecake Energy Ltd Pressure exergy recovery from vehicle hydrogen tanks
CN114792826A (zh) * 2022-05-23 2022-07-26 济南新材料产业技术研究院 一种利用高压氢气的空气增压系统和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10218539B4 (de) Einheit aus einer Kühlvorrichtung und einem Batteriesatz sowie Betriebsverfahren hierfür
DE102010011556A1 (de) Vorrichtung zur Brennstoffversorgung
DE3201149A1 (de) Vorrichtung zum energiesparenden erwaermen eines treibstoffes in der treibstoffversorgung fuer eine brennkraftmaschine
DE10154637B4 (de) Brennstoffbereitstellungseinheit und deren Verwendung zur Bereitstellung eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs
CH715036B1 (de) Vorrichtung zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle, vorzugsweise einer mit Wasserstoff betriebenen, Brennstoffzelle.
DE102008064015A1 (de) Abwärmenutzungsvorrichtung von Kraftfahrzeugen
DE102015109898A1 (de) Dampfkraftwerk und Verfahren zu dessen Betrieb
DE10242804A1 (de) System zur Speicherung und Zumessung von Wasserstoff und Verfahren zum Betrieb des Systems
DE102019110249A1 (de) Wasserstoffmotor mit Wassereinspritzung
DE102020007165A1 (de) Kühleinrichtung für ein Fahrzeug
DE10152233A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102018112454A1 (de) Vorrichtung zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle
DE102014209890A1 (de) Anordnung und Verfahren zur Versorgung einer Brennstoffzelle oder eines Verbrennungsmotors mit einem gasförmigen Brennstoff
DE102020110854A1 (de) System mit einer Flüssigluft-Energiespeicher- und Kraftwerksvorrichtung
DE102023000093A1 (de) Drucklufterzeugungseinheit zum Erzeugen von Druckluft für ein pneumatisches System eines Fahrzeugs sowie batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug mit zumindest einem pneumatischen System mit zumindest einer solchen Drucklufterzeugungseinheit
DE102020007740A1 (de) Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug
DE102008002698A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer oder mechanischer Energie, sowie Verfahren zum Betrieb derselben
DE102016114906A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Speichern und Rückgewinnen von Energie
EP3775518B1 (de) Erweiterter gasturbinenprozess mit erdgasregasifizierung
DE102009030146A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Energiespeicherung und -bereitstellung
WO2005003621A1 (de) Speichersystem für kryogene medien
DE102024120662B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Verdichten eines Mediums
EP3662145A1 (de) Verbessertes verfahren zur stromerzeugung bei der regasifizierung eines fluids durch überkritische entspannung
DE10124502A1 (de) Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Fahrzeugs, und Verfahren zur Wasserrückgewinnung in einem Brennstoffzellensystem
DE102023123335A1 (de) Wärmespeicheranlage, insbesondere kryogene Wärmespeicheranlage

Legal Events

Date Code Title Description
OR8 Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8105 Search report available
8125 Change of the main classification

Ipc: F17C 700

8141 Disposal/no request for examination