DE3114319C1

DE3114319C1 - Verfahren zum Betanken eines mit einem Wasserstoffhydridspeicher ausgerüsteten Fahrzeugs

Info

Publication number: DE3114319C1
Application number: DE3114319A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. 7310 Plochingen Löffler
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-04-09
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1982-12-16

Description

die Erwärmung des Wasserstoffs besonders einfach gestaltet Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß, insbesondere bei abgelegenen Tankstellen, die bei der Hydridbildung frei werdende Wärme nicht nutzlos abgeführt werden muß, sondern noch eine nutzbringende Verwendung findet.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zum Betanken eines mit einem Wasserstoffhydridspeicher ausgerüsteten Fahrzeugs mit Wasserstoff aus einem Vorratstank, wobei die im Hydridspeicher während der Wasserstoffaufnahme freigesetzte Wärme von einem Kühlmittel aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das derart erwärmte Kühlmittel zur Heizung des Wasserstoffs im Vorratstank benutzt wird.

Bei Fahrzeugen, die Wasserstoff als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren oder für Brennstoffzellen verbrauchen, wird der Wasserstoff in einem Metallhydridspeicher in Form von Metallhydriden gespeichert, aus denen der Wasserstoff zum Verbrauch durch Wärmezufuhr freigesetzt wird. Für die Wasserstoffspeicherung geeignete Metalle und Legierungen sind in großer Zahl bekannt, z. B. TiCr2, TiFe, LaNi5, Mg2Ni, Mg und Ti.

Sobald der Metallhydridspeicher erschöpft ist, muß das Fahrzeug zur Wiederauffüllung des Speichers mit gasförmigem Wasserstoff betankt werden. Bei der Beladung von Metallhydridspeichern mit Wasserstoff wird eine erhebliche Wärmemenge als Bildungswärme für das Hydrid frei, die aus dem Hydridspeicher abgeführt werden muß, um eine volle Beladung des Speichers zu ermöglichen (vgl. ATZ, Automobiltechnische Zeitschrift 79 (1977) Seite 46). Aus der DE-OS 26 40 243 ist es bekannt, die im Speicher bei der Wasserstoffaufnahme frei werdende Wärme in einem Kühlmittel (Wasser) aufzunehmen. Das erwärmte Kühlmittel wird anschließend abgelassen.

Bei der Beladung eines Metallhydridspeichers mit Wasserstoff kommen Drücke bis 50 bar zur Anwendung. Ist kein Gasnetz vorhanden, aus dem gasförmiger Wasserstoff entnommen werden kann, so muß an Wasserstofftankstellen getankt werden, in denen Wasserstoff in großen Drucktanks mit Drücken bis ca.

200 bar oder in flüssiger Form bevorratet wird.

Bei dem Tankvorgang muß durch Heizung des Wasserstoffs des Vorratstanks sichergestellt werden, daß eine ausreichende Wasserstoffmenge unter dem gewünschten Fülldruck (bis ca. 50 bar) für den Hydridspeicher zur Verfügung steht und daß der Wasserstoff mit Temperaturen oberhalb 0° C zur Verfügung steht, um ein eventuelles Vereisen der Füllarmaturen zu vermeiden. Die Temperatur des Wasserstoffs sollte im allgemeinen jedoch 0° C nicht wesentlich überschreiten, um jede zusätzliche, wenn auch geringe Aufheizung des Speichers zu vermeiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die dafür erforderliche Wärmemenge möglichst einfach und preiswert zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig die bei der Beladung des Metallhydridspeichers freiwerdende Wärmemenge nutzbringend zu verwerten.

Diese Aufgabe wird durch das in dem Patentanspruch beschriebene Verfahren gelöst.

Die bei der Beladung des Metallhydridspeichers freiwerdende und von dem Kühlmittel aufgenommene Wärme wird nun erfindungsgemäß dazu benutzt, den Wasserstoff aus dem Vorratstank zu heizen. Bei Wasserstoffvorratstanks, in denen Wasserstoff unter Druck gespeichert ist, wird durch die Beheizung vermieden, daß der Behälter auskühlt, d. h. die durch die Expansion verbrauchte Wärme wird dem Behälter wieder zugeführt. Insbesondere dann, wenn der Vorratsbehälter fast leer ist, kann durch eine Beheizung des Tankinhalts der Wasserstoffdruck im Tank erhöht werden und so dem Tank eine größere nutzbare Wasserstoffmenge entnommen werden als ohne Heizung.

Ist der Wasserstoff in dem Tank in flüssiger Form gespeichert, so muß der Wasserstoff verdampft und der entstandene gasförmige Wasserstoff weiter erwärmt werden.

Im Fall eines Vorratstanks, in dem Wasserstoff unter Druck gespeichert ist, genügt es, zur Heizung einen Kühlmittelkreislauf zwischen der im Hydridspeicher vorhandenen Kühlschlange und einer im Wasserstoffvorratstank angebrachten Heizschlange herzustellen, wobei als Kühlmittel ggf. mit Gefrierschutzmittel versetztes Wasser benutzt werden kann. Bei einem Flüssigwasserstoff-Tank wird man im allgemeinen nicht den gesamten Behälterinhalt heizen sondern den flüssigen Wasserstoff einem gesonderten Verdampfer zuführen, in dem der flüssige Wasserstoff mittels der dem Hydridspeicher entnommenen Wärme verdampft wird. Derartige Verdampfer sind aus der Literatur bekannt. Auch in diesem Fall kann der Verdampfer aus dem Kühlmittelkreislauf des Hydridspeichers beheizt werden. Die Heizung soll in allen Fällen so stark sein, daß der Wasserstoff mit Temperaturen über 0° C, insbesondere bis 5° C und den erforderlichen Drücken (etwa 10 bis 60 bar) am Hydridspeicher angeliefert wird.

Falls mehr Wärme im Metallhydridspeicher frei wird, als für die Erwärmung des Wasserstoffs im Vorratstank erforderlich ist, kann die überschüssige Wärme in einer üblichen Kühlvorrichtung abgeführt werden. Weiterhin ist es möglich, die im Hydridspeicher frei werdende Wärmemenge in einem Zwischenspeicher zu speichern, aus dem dann wiederum Wärme zur Erwärmung des Wasserstoffs entnommen werden kann.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das zeitliche Maximum der im Hydridspeicher frei gesetzten Wärme und das zeitliche Maximum der für die Erwärmung des Wasserstoffs aus dem Vorratstank benötigten Wärmemenge zusammenfallen, so daß sich die Kühlung des Hydridspeichers bzw.