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EP4491933A1 - Hydrogen tank system and method for dispensing cryogenic hydrogen - Google Patents

Hydrogen tank system and method for dispensing cryogenic hydrogen Download PDF

Info

Publication number
EP4491933A1
EP4491933A1 EP23184888.8A EP23184888A EP4491933A1 EP 4491933 A1 EP4491933 A1 EP 4491933A1 EP 23184888 A EP23184888 A EP 23184888A EP 4491933 A1 EP4491933 A1 EP 4491933A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrogen
stream
cryogenic
line
tank
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.)
Pending
Application number
EP23184888.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Umberto Cardella
Christian Forstner
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.)
Cryomotive GmbH
Original Assignee
Cryomotive GmbH
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 Cryomotive GmbH filed Critical Cryomotive GmbH
Priority to EP23184888.8A priority Critical patent/EP4491933A1/en
Priority to PCT/EP2024/068630 priority patent/WO2025012033A1/en
Publication of EP4491933A1 publication Critical patent/EP4491933A1/en
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/02—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases
    • F17C5/04—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases requiring the use of refrigeration, e.g. filling with helium or hydrogen

Definitions

  • a method for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system, a hydrogen tank system for dispensing cryogenic hydrogen, a cryopump system for conveying a flow of cryogenic hydrogen from a liquid hydrogen tank to a dispensing line, and a use of a heat exchanger for removing heat from a cryopump system are provided.
  • the embodiments are therefore particularly in the field of hydrogen tank systems.
  • the object is to provide a hydrogen tank system, a cryopump system, a use of a heat exchanger and a method for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system, which enrich the state of the art and optionally avoid disadvantages of the state of the art.
  • a method for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system having a liquid hydrogen tank, a cryopump system and a dispensing line comprises conveying a first stream of cryogenic hydrogen via a conveying line by means of the cryopump system from the liquid hydrogen tank to the dispensing line.
  • the method is characterized in that it further comprises a Removing a second cryogenic stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank via a cooling line.
  • the method further comprises cooling the cryopump system and/or further components of the hydrogen tank system and/or an output stream of the cryopump system and/or the output line by means of the second stream of cryogenic hydrogen, and at least partially returning the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank after cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line.
  • a cryopump system for conveying a first stream of cryogenic hydrogen from a liquid hydrogen tank to a discharge line.
  • the cryopump system comprises a conveying inlet for supplying the first stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank, and a conveying outlet for conveying the first stream of cryogenic hydrogen into the discharge line.
  • the cryopump system comprises a heat exchanger with a cooling inlet and a cooling outlet, wherein the heat exchanger is designed to be The second stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank fed to the cooling inlet dissipates heat from the cryopump system into the liquid hydrogen tank via the cooling outlet.
  • a hydrogen tank system is a tank system for dispensing hydrogen to consumers, such as hydrogen-powered vehicles and/or for filling storage containers for hydrogen, in particular for cryo-compressed hydrogen.
  • the liquid hydrogen tank is a tank for storing hydrogen, whereby the stored hydrogen is stored partially or completely in liquid form.
  • the release of hydrogen for example during a refueling process, can optionally include the release of cryo-compressed, liquid and/or gaseous hydrogen.
  • a cryopump system is a pump system that is suitable or designed for the conveying and compression of cryogenic hydrogen.
  • the cryopump system can include a pump and optionally other components include, for example, one or more devices for cooling the pump and/or other elements with which the cryogenic hydrogen comes into thermal contact during delivery.
  • the cryopump system can be connected to the liquid hydrogen tank via the delivery line and can suck in the cryogenic hydrogen for delivery and compression via the delivery line.
  • the cryopump system can also be connected via the output line to an interface for the refueling process of one or more consumers, for example to one or more fuel pumps to which the sucked-in hydrogen is delivered by the cryopump system.
  • the cooling line is not identical to the delivery line.
  • the delivery line can be designed separately from the cooling line.
  • the delivery line and the cooling line can run adjacent to each other and/or parallel and/or be thermally insulated from the environment.
  • the cooling line can at least partially wind around the delivery line in a spiral and/or surround it concentrically.
  • the cooling line can be used to provide hydrogen from the liquid hydrogen tank for the purpose of cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line by means of the second stream of cryogenic hydrogen, whereby the output and/or consumption of the hydrogen extracted via the cooling line does not necessarily have to be provided.
  • the hydrogen extracted via the cooling line is fed directly or indirectly back to the liquid hydrogen tank in order to maintain the optimal delivery pressure.
  • the fact that at least a partial return of the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank takes place after cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line means that at least a portion of the hydrogen is returned again, while optionally another portion of the hydrogen can be used for another purpose.
  • the cooling line can be designed to be vacuum-insulated.
  • the heat exchanger is a device for transferring heat from the cryopump system and/or from the output stream of the cryopump system and/or from the output line to the second stream of cryogenic hydrogen and optionally for removing the transferred heat.
  • the heat exchanger can thus be in thermal contact with the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or that of the output line.
  • the disclosure offers the advantage that components of the hydrogen tank system with which the cryogenic hydrogen comes into contact during the refueling process can be efficiently cooled.
  • the cryopump system and/or lines up to the filler neck, as well as the hydrogen to be dispensed itself, can thus be efficiently cooled.
  • This makes it possible to maximize the density of the dispensed hydrogen to over 80 kg/m 3 , whereby the dispensed hydrogen can be stored at high density and a high mass flow of the dispensed hydrogen can be achieved.
  • the disclosure therefore offers the advantage that even motor vehicles that have to absorb and/or store the hydrogen at a particularly high density can be refueled with hydrogen.
  • This can offer the advantage that commercial vehicles, such as trucks, can also be efficiently supplied with hydrogen from a hydrogen tank system according to the disclosure, since large quantities of hydrogen can be refueled in a shorter time than is possible in the prior art.
  • the disclosure offers the advantage that the hydrogen that heats up and optionally evaporates during the cooling of the cryopump system, the output line and/or the output stream is not lost to the environment, but can be at least partially fed back into the liquid hydrogen tank in order to keep it at an equilibrium pressure that would otherwise have to be ensured by additional heat supply.
  • the cold from the evaporation of liquid hydrogen for cooling is therefore not completely lost to the ambient air, but is used for refueling in a thermodynamically optimized manner.
  • a hydrogen tank system according to the disclosure can either dispense with an external pressure build-up heat exchanger entirely or work with a smaller pressure build-up heat exchanger.
  • the disclosure offers the advantage that technically simple cryopumps can be used, since the cryopumps do not necessarily have to be arranged and/or operated in direct contact with liquid hydrogen. This allows the costs for the provision, operation and/or maintenance of the hydrogen tank system to be kept low. Thus, very high hydrogen refueling densities can be achieved using robust, simple cryopumps (e.g. cryogenic piston pumps) without having to use structurally very complex, maintenance-intensive and expensive cryopumps.
  • robust, simple cryopumps e.g. cryogenic piston pumps
  • the method may further comprise dispensing the output stream of cryogenic hydrogen from the dispensing line in the form of liquid hydrogen or cryo-compressed hydrogen.
  • the dispensing may optionally be carried out via a fuel pump.
  • the dispensed hydrogen may optionally be stored in a hydrogen tank of a consumer, such as a motor vehicle, or in another storage tank.
  • the output of the output stream can be carried out by outputting the cryogenic hydrogen with a density of the cryogenic hydrogen of at least 75 kg/m 3 , optionally even 80 kg/m 3 .
  • This can be made possible in particular by the cryopump system and/or the output stream and/or the output line and/or optionally further Components of the hydrogen filling station with which the cryogenic hydrogen comes into thermal contact are cooled.
  • the output stream with such a high density can enable the refueling of storage tanks and/or consumers that require a particularly high density of hydrogen for storage, such as commercial vehicles with a long range.
  • the refueling process can optionally be shortened in time compared to dispensing with lower densities.
  • the method can further comprise regulating and/or controlling the removal of the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank.
  • the regulating and/or controlling can be carried out using a pressure and/or a temperature and/or a mass flow of the output stream of cryogenic hydrogen. This can enable precise setting of the desired temperature and/or density of the hydrogen delivered during the refueling process. This can therefore offer the advantage that the refueling process takes place under predetermined conditions and can be standardized accordingly.
  • this can be used to vary a temperature and/or density of the output stream of hydrogen between refueling processes and/or during a refueling process. This can achieve great flexibility with regard to the consumers to be refueled.
  • Control valves can be controlled to enable the most optimized refueling possible with high mass flows and high refueling density and optionally at a constant pressure in the liquid hydrogen tank.
  • the temperature of the output flow of the cryopump system can also be optionally controlled. This enables lower outlet temperatures at the cryopump and higher refueling densities than is conventionally possible.
  • Cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line by means of the second stream of cryogenic hydrogen can comprise feeding the second stream of cryogenic hydrogen into a heat exchanger of the cryopump system so that the second stream of cryogenic hydrogen absorbs heat from the cryopump system.
  • This can enable efficient removal of heat by means of the second stream of cryogenic hydrogen.
  • this can offer the advantage that when the heat is absorbed by the second stream of cryogenic hydrogen, it can evaporate without being lost to the environment. Rather, the hydrogen can also be held in a line system of the heat exchanger and/or in the return line in this case.
  • the second stream of hydrogen can be partially or completely in gaseous form after cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line. In other words, the second stream of cryogenic hydrogen can evaporate during cooling.
  • the removal of the second cryogenic stream of hydrogen and/or the cooling of the cryopump system and/or an output stream of the cryopump system and/or the output line by means of the second stream of cryogenic hydrogen can take place during a refueling process, i.e. simultaneously or with a temporal overlap, and/or between successive refueling processes.
  • This can offer the possibility of keeping the hydrogen tank system cooled even during standby operation, when no refueling is taking place, in order to reduce or minimize the need for any lead time before the next refueling process.
  • the heat exchanger can be designed as an evaporator heat exchanger. This can offer the advantage that the heat exchanger can transfer a particularly high level of heat to the second stream of cryogenic hydrogen.
  • the at least partial return of the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank can comprise a direct introduction of at least a portion of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank. This means that the returned hydrogen can be introduced back into the liquid hydrogen tank without further conditioning.
  • the warmed-up hydrogen fed to the tank which can be in liquid and/or gaseous form, can serve to increase and/or maintain the pressure in the liquid hydrogen tank.
  • the at least partial return of the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank can comprise an indirect introduction of at least a portion of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank via a pressure build-up heat exchanger.
  • the hydrogen can first be conditioned in a suitable manner and a heat supply to the liquid hydrogen tank can be controlled accordingly.
  • the hydrogen is optionally warmed up using ambient air before being introduced into the liquid hydrogen tank.
  • At least a portion of the second stream of hydrogen can be delivered to a consumer after cooling.
  • the second stream of hydrogen can be mixed with the output stream for this purpose.
  • at least a portion of the second stream of hydrogen can be used for another purpose after cooling.
  • at least a portion of the second stream of hydrogen can be used to cool other objects after cooling.
  • at least a portion of the second stream of hydrogen can be used to deliver to a consumer in the form of gaseous hydrogen under high pressure, for example at a pressure of 350 bar or 700 bar.
  • the second stream of cryogenic hydrogen can also be used to refuel conventional hydrogen tank systems for compressed gaseous hydrogen CGH 2 (H35 / H70 filling stations) to cool hydrogen gas to a temperature of up to -40°C.
  • compressed gaseous hydrogen CGH 2 H35 / H70 filling stations
  • the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen withdrawn from the liquid hydrogen tank via the cooling line may comprise liquid hydrogen.
  • the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen withdrawn from the liquid hydrogen tank via the cooling line may comprise gaseous hydrogen which has evaporated in the liquid hydrogen tank. This offers great flexibility in terms of the cooling potential of the withdrawn hydrogen.
  • the method can comprise temporarily storing at least a portion of the first stream of cryogenic hydrogen in a buffer storage between the cryopump system and the output line.
  • the buffer storage can be designed as a high-pressure buffer storage, optionally as a high-strength cryogenic pressure vessel, or can comprise one or more such.
  • the buffer storage can be integrated into the cryopump system and/or the output line.
  • the second stream of cryogenic hydrogen can also be used to cool the buffer storage.
  • one or more further heat exchangers can be integrated into the buffer storage.
  • the cryopump system and the heat exchanger can be at least partially thermally insulated from the environment.
  • the cryopump system and the heat exchanger can be integrated together in a cold box. This can enable good heat transfer from the cryopump system to the heat exchanger and yet largely thermally insulate the cryopump system and the heat exchanger from the environment.
  • the temperature reduction due to the control-optimized integrated cooling of the outlet stream from the cryopump can be approx. 4 K.
  • the density of hydrogen at the outlet of the cryopump can be increased by approx. 2% compared to a state-of-the-art configuration.
  • the hydrogen is compressed by the cryopump system from 3.5 bar to 400 bar. This results in a density increase of 2% for 400 bar cryocompressed hydrogen, i.e. a density of 82.5 kg/m 3 compared to 80.8 kg/m 3 .
  • the temperature decreases by 3.5 K at 400 bar, from 47.2 k to 43.7 K.
  • the heat transfer capacity of the heat exchanger is 5.1 kW, whereby the cold recovery through the returned hydrogen is not taken into account.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren (200) zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlage (10) mit einem Flüssigwasserstofftank (12), einem Kryopumpensystem (16) und einer Ausgabeleitung (14). Das Verfahren umfasst ein Fördern (202) eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Förderleitung (18) mittels des Kryopumpensystems aus dem Flüssigwasserstofftank (12) zur der Ausgabeleitung (14). Das Verfahren (200) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner ein Entnehmen (204) eines zweiten kryogenen Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Kühlleitung (22) aus dem Flüssigwasserstofftank (12), sowie ein Kühlen (206) des Kryopumpensystems (16) und/oder eines Ausgangsstroms des Kryopumpensystems (16) und/oder der Ausgabeleitung (14) mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff, und ein zumindest teilweises Zurückführen (208) des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank nach dem Kühlen (206) des Kryopumpensystems (16) und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung umfasst.

Figure imgaf001
A method (200) is provided for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system (10) having a liquid hydrogen tank (12), a cryopump system (16), and a dispensing line (14). The method comprises conveying (202) a first stream of cryogenic hydrogen via a conveying line (18) by means of the cryopump system from the liquid hydrogen tank (12) to the dispensing line (14). The method (200) is characterized in that the method further comprises removing (204) a second cryogenic stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank (12) via a cooling line (22), cooling (206) the cryopump system (16) and/or an output stream of the cryopump system (16) and/or the output line (14) by means of the second stream of cryogenic hydrogen, and at least partially returning (208) the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank after cooling (206) the cryopump system (16) and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line.
Figure imgaf001

Description

Bereitgestellt werden ein Verfahren zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlage, eine Wasserstofftankanlage zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff, ein Kryopumpensystem zur Förderung eines Stroms von kryogenem Wasserstoff von einem Flüssigwasserstofftank zu einer Ausgabeleitung, und eine Verwendung eines Wärmetauschers zur Abführung von Wärme eines Kryopumpensystems. Die Ausführungsformen liegen somit insbesondere auf dem Gebiet der Wasserstofftankanlagen.A method for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system, a hydrogen tank system for dispensing cryogenic hydrogen, a cryopump system for conveying a flow of cryogenic hydrogen from a liquid hydrogen tank to a dispensing line, and a use of a heat exchanger for removing heat from a cryopump system are provided. The embodiments are therefore particularly in the field of hydrogen tank systems.

Bei der Speicherung technischer Gase in Form tiefkalter Flüssigkeiten ist es im Stand der Technik bekannt, zur Aufrechterhaltung des Drucks im Speichertank einen Teil des verflüssigten Gases über einen Wärmetauscher an der Umgebungsluft zu verdampfen und gasförmig in den Speichertank zurückzuleiten, wie beispielsweise in der DE 539336 C beschrieben. Dabei geht wertvolle und aufwändig erzeugte Kälte verloren.When storing technical gases in the form of cryogenic liquids, it is known in the art to evaporate part of the liquefied gas in the ambient air via a heat exchanger and to return it to the storage tank in gaseous form in order to maintain the pressure in the storage tank, as is the case, for example, in the DE 539336 C described. In the process, valuable and laboriously generated cold is lost.

Steigt durch Wärmeeintrag der Druck im Speichertank über einen Schwellwert hinaus an, kann es nötig sein, Gas an die Umgebung abzublasen oder, im Falle brennbarer Gase, abzublasen oder einer Verwertung zuzuführen, um ein Bersten des Tanks zu vermeiden.If the pressure in the storage tank rises above a threshold value due to heat input, it may be necessary to vent gas to the environment or, in the case of flammable gases, to vent it or recycle it in order to prevent the tank from bursting.

Auch ist es im Stand der Technik bekannt, bei der Ausgabe von kryogenen Medien zur Betankung eines Verbrauchers die Betankungsleitungen bis zum Füllstutzen durch Spülen mit dem besagten kryogenen Medien vorzukühlen. Das so erwärmte Medium wird herkömmlicherweise über eine Rückführleitung gesammelt und kann, erneut komprimiert und gekühlt, wieder abgegeben werden, wie beispielsweise in der DE 10 2013 003999 . Auch eine Kühlung der Leitungen mit flüssigem Stickstoff wurde erwogen.It is also known in the art to pre-cool the refueling lines up to the filler neck by flushing them with the cryogenic media when dispensing cryogenic media for refueling a consumer. The medium heated in this way is usually collected via a return line and can be dispensed again after being compressed and cooled again, as for example in the DE 10 2013 003999 Cooling the pipes with liquid nitrogen was also considered.

Die DE102014015987 beschreibt die Verwendung von bereits im Speichertank verdampftem Wasserstoff zur Vorkühlung der Leitungen zur Zapfsäule, bevor dieser abgeblasen oder katalytisch verbrannt wird. Das ist aber nur in sehr speziellen Situationen sinnvoll, etwa bei Inbetriebnahme (auch nach einer Ruhezeit) der Tankstelle. Der durch die ständige Entnahme von Wasserstoff bedingte Druckabfall kühlt den Tank während des Regelbetriebes, so dass in diesem Betriebszustand kein nennenswerter Druckanstieg im Speichertank zu erwarten ist. Wasserstoff verdampft im Speichertank regelmäßig nur dann, wenn die Tankstelle nicht in Betrieb ist. In diesem Fall ist jedoch regelmäßig kein Bedarf an einer Kühlung vorhanden, da die Pumpen und/oder Kompressoren nicht in Betrieb sind und da kein Wasserstoff durch die Leitungen fließt, ist auch die Temperatur der Leitungen unerheblich.The DE102014015987 describes the use of hydrogen that has already evaporated in the storage tank to pre-cool the lines to the pump before it is blown off or catalytically burned. However, this only makes sense in very special situations, such as when the filling station is put into operation (even after a rest period). The pressure drop caused by the constant withdrawal of hydrogen cools the tank during normal operation, so that no significant increase in pressure in the storage tank is to be expected in this operating state. Hydrogen regularly evaporates in the storage tank only when the filling station is not in operation. In this case, however, there is usually no need for cooling because the pumps and/or compressors are not in operation and because no hydrogen is flowing through the lines, the temperature of the lines is also irrelevant.

Es liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserstofftankanlage, ein Kryopumpensystem, eine Verwendung eines Wärmetauschers und ein Verfahren zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlage bereitzustellen, welche den Stand der Technik bereichern und optional Nachteile des Standes der Technik vermeiden.The object is to provide a hydrogen tank system, a cryopump system, a use of a heat exchanger and a method for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system, which enrich the state of the art and optionally avoid disadvantages of the state of the art.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wasserstofftankanlage, ein Kryopumpensystem, eine Verwendung eines Wärmetauschers und ein Verfahren zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlage mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Optionale Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung angegeben.The object is achieved by a hydrogen tank system, a cryopump system, a use of a heat exchanger and a method for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system with the features of the respective independent claims. Optional embodiments are specified in the subclaims and in the description.

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlage mit einem Flüssigwasserstofftank, einem Kryopumpensystem und einer Ausgabeleitung. Das Verfahren umfasst ein Fördern eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Förderleitung mittels des Kryopumpensystems aus dem Flüssigwasserstofftank zur der Ausgabeleitung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Entnehmen eines zweiten kryogenen Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Kühlleitung aus dem Flüssigwasserstofftank umfasst. Ferner umfasst das Verfahren ein Kühlen des Kryopumpensystems und/oder weiterer Komponenten der Wasserstofftankanlage und/oder eines Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff, und ein zumindest teilweises Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank nach dem Kühlen des Kryopumpensystems und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung.A method is provided for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system having a liquid hydrogen tank, a cryopump system and a dispensing line. The method comprises conveying a first stream of cryogenic hydrogen via a conveying line by means of the cryopump system from the liquid hydrogen tank to the dispensing line. The method is characterized in that it further comprises a Removing a second cryogenic stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank via a cooling line. The method further comprises cooling the cryopump system and/or further components of the hydrogen tank system and/or an output stream of the cryopump system and/or the output line by means of the second stream of cryogenic hydrogen, and at least partially returning the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank after cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line.

Ferner wird eine Wasserstofftankanlage zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff bereitgestellt, welche einen Flüssigwasserstofftank, eine Ausgabeleitung zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff, und ein Kryopumpensystem zur Förderung eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Förderleitung aus dem Flüssigwasserstofftank zur Ausgabeleitung umfasst. Die Wasserstofftankanlage umfasst zudem einen Wärmetauscher zum Kühlen des Kryopumpensystems und/oder eines Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung mittels eines über eine Kühlleitung aus dem Flüssigwasserstofftank entnommenen zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff, und eine Rückführleitung zum zumindest teilweisen Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank nach dem Kühlen des Kryopumpensystems und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung.Furthermore, a hydrogen tank system for dispensing cryogenic hydrogen is provided, which comprises a liquid hydrogen tank, a dispensing line for dispensing cryogenic hydrogen, and a cryopump system for conveying a first stream of cryogenic hydrogen via a conveying line from the liquid hydrogen tank to the dispensing line. The hydrogen tank system also comprises a heat exchanger for cooling the cryopump system and/or an output stream of the cryopump system and/or the dispensing line by means of a second stream of cryogenic hydrogen taken from the liquid hydrogen tank via a cooling line, and a return line for at least partially returning the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank after cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the dispensing line.

Des Weiteren wird ein Kryopumpensystem zur Förderung eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff von einem Flüssigwasserstofftank zu einer Ausgabeleitung bereitgestellt. Das Kryopumpensystem umfasst einen Fördereingang für eine Zuleitung des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank, und einen Förderausgang für eine Förderung des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff in die Ausgabeleitung. Zudem umfasst das Kryopumpensystem einen Wärmetauscher mit einem Kühleingang und einem Kühlausgang, wobei der Wärmetauscher dazu ausgestaltet ist, mittels eines über den Kühleingang zugeführten zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank Wärme des Kryopumpensystems über den Kühlausgang in den Flüssigwasserstofftank abzuführen.Furthermore, a cryopump system is provided for conveying a first stream of cryogenic hydrogen from a liquid hydrogen tank to a discharge line. The cryopump system comprises a conveying inlet for supplying the first stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank, and a conveying outlet for conveying the first stream of cryogenic hydrogen into the discharge line. In addition, the cryopump system comprises a heat exchanger with a cooling inlet and a cooling outlet, wherein the heat exchanger is designed to be The second stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank fed to the cooling inlet dissipates heat from the cryopump system into the liquid hydrogen tank via the cooling outlet.

Außerdem wird eine Verwendung eines Wärmetauschers zur Abführung von Wärme eines Kryopumpensystems zur Förderung eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank mittels eines zweiten Stroms von aus dem Flüssigwasserstofftank entnommenem und in den Flüssigwasserstofftank zurückgeführtem kryogenem Wasserstoff bereitgestellt.Also provided is a use of a heat exchanger for removing heat from a cryopump system for conveying a first stream of cryogenic hydrogen from a liquid hydrogen tank by means of a second stream of cryogenic hydrogen withdrawn from the liquid hydrogen tank and returned to the liquid hydrogen tank.

Kryogener Wasserstoff ist dabei tiefkalter Wasserstoff. Die Temperatur des kryogenen Wasserstoffs kann dabei 100 K oder weniger betragen. Insbesondere kann die Ausgabe von kryogenem Wasserstoff die Ausgabe von flüssigem Wasserstoff und/oder gasförmigen Wasserstoff unter hohem Druck und/oder kryo-komprimiertem Wasserstoff (CcH2), gasförmigem Wasserstoff unter Druck zwischen 1 bar und ca. 500 bar bei kryogenen Temperaturen zwischen 30 K und ca. 200 K, umfassen.Cryogenic hydrogen is extremely cold hydrogen. The temperature of the cryogenic hydrogen can be 100 K or less. In particular, the output of cryogenic hydrogen can include the output of liquid hydrogen and/or gaseous hydrogen under high pressure and/or cryo-compressed hydrogen (CcH 2 ), gaseous hydrogen under pressure between 1 bar and approx. 500 bar at cryogenic temperatures between 30 K and approx. 200 K.

Eine Wasserstofftankanlage ist dabei ein Tankanlage zur Ausgabe von Wasserstoff an Verbraucher, etwa an mit Wasserstoff betriebene Kraftfahrzeuge und/oder zur Befüllung von Speicherbehältern für Wasserstoff, insbesondere für kryo-komprimierten Wasserstoff.A hydrogen tank system is a tank system for dispensing hydrogen to consumers, such as hydrogen-powered vehicles and/or for filling storage containers for hydrogen, in particular for cryo-compressed hydrogen.

Der Flüssigwasserstofftank ist dabei ein Tank zur Speicherung von Wasserstoff, wobei der gespeicherte Wasserstoff teilweise oder vollständig in flüssiger Form gespeichert ist. Die Abgabe des Wasserstoffs, etwa bei einem Tankvorgang, kann optional die Ausgabe von kryo-komprimiertem, flüssigem und/oder von gasförmigem Wasserstoff umfassen.The liquid hydrogen tank is a tank for storing hydrogen, whereby the stored hydrogen is stored partially or completely in liquid form. The release of hydrogen, for example during a refueling process, can optionally include the release of cryo-compressed, liquid and/or gaseous hydrogen.

Ein Kryopumpensystem ist dabei ein Pumpensystem, welches für die Förderung und Verdichtung von kryogenem Wasserstoff geeignet oder ausgelegt ist. Dabei kann das Kryopumpensystem eine Pumpe und optional weitere Komponenten umfassen, wie etwa eine oder mehrere Vorrichtungen zur Kühlung der Pumpe und/oder anderer Elemente, mit welchen der kryogene Wasserstoff bei der Förderung in thermischen Kontakt gelangt. Das Kryopumpensystem kann dabei über die Förderleitung an den Flüssigwasserstofftank angeschlossen sein und über die Förderleitung den kryogenen Wasserstoff zur Förderung und Verdichtung ansaugen. Das Kryopumpensystem kann ferner über die Ausgabeleitung mit einer Schnittstelle für den Tankvorgang eines oder mehrerer Verbraucher verbunden sein, etwa mit einer oder mehreren Zapfsäulen, zu welcher der angesaugte Wasserstoff von dem Kryopumpensystem gefördert wird.A cryopump system is a pump system that is suitable or designed for the conveying and compression of cryogenic hydrogen. The cryopump system can include a pump and optionally other components include, for example, one or more devices for cooling the pump and/or other elements with which the cryogenic hydrogen comes into thermal contact during delivery. The cryopump system can be connected to the liquid hydrogen tank via the delivery line and can suck in the cryogenic hydrogen for delivery and compression via the delivery line. The cryopump system can also be connected via the output line to an interface for the refueling process of one or more consumers, for example to one or more fuel pumps to which the sucked-in hydrogen is delivered by the cryopump system.

Die Kühlleitung ist dabei nicht identisch mit der Förderleitung. Die Förderleitung kann separat von der Kühlleitung ausgebildet sein. Optional können die Förderleitung und die Kühlleitung aneinander und/oder parallel angrenzend verlaufen und/oder gemeinsam gegen die Umgebung thermisch isoliert sein. Optional kann die Kühlleitung die Förderleitung zumindest teilweise die Förderleitung spiralförmig umwinden und/oder konzentrisch umgeben. Die Kühlleitung kann dazu dienen, Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank zum Zwecke der Kühlung des Kryopumpensystems und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff bereitzustellen, wobei die Ausgabe und/oder Verbrauch des über die Kühlleitung entnommenen Wasserstoffs nicht zwingend vorgesehen sein muss. Vielmehr kann vorgesehen sein, den über die Kühlleitung entnommenen Wasserstoff zur Erhaltung des optimalen Förderdrucks direkt oder indirekt wieder dem Flüssigwasserstofftank zuzuführen. Dass ein zumindest teilweises Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank nach dem Kühlen des Kryopumpensystems und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung erfolgt, bedeutet dabei, dass wenigstens ein Teil des Wasserstoffs wieder zurückgeführt wird, während optional ein anderer Teil des Wasserstoffs einem anderen Zweck zugeführt werden kann. Die Kühlleitung kann vakuum-isoliert ausgestaltet sein.The cooling line is not identical to the delivery line. The delivery line can be designed separately from the cooling line. Optionally, the delivery line and the cooling line can run adjacent to each other and/or parallel and/or be thermally insulated from the environment. Optionally, the cooling line can at least partially wind around the delivery line in a spiral and/or surround it concentrically. The cooling line can be used to provide hydrogen from the liquid hydrogen tank for the purpose of cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line by means of the second stream of cryogenic hydrogen, whereby the output and/or consumption of the hydrogen extracted via the cooling line does not necessarily have to be provided. Rather, it can be provided that the hydrogen extracted via the cooling line is fed directly or indirectly back to the liquid hydrogen tank in order to maintain the optimal delivery pressure. The fact that at least a partial return of the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank takes place after cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line means that at least a portion of the hydrogen is returned again, while optionally another portion of the hydrogen can be used for another purpose. The cooling line can be designed to be vacuum-insulated.

Der Wärmetauscher ist dabei eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärme vom Kryopumpensystem und/oder vom Ausgangsstrom des Kryopumpensystems und/oder von der Ausgabeleitung auf den zweiten Strom von kryogenem Wasserstoff und optional für die Abfuhr der übertragenen Wärme. Der Wärmetauscher kann somit in thermischem Kontakt mit dem Kryopumpensystem und/oder dem Ausgangsstrom des Kryopumpensystems und/oder dem der Ausgabeleitung stehen.The heat exchanger is a device for transferring heat from the cryopump system and/or from the output stream of the cryopump system and/or from the output line to the second stream of cryogenic hydrogen and optionally for removing the transferred heat. The heat exchanger can thus be in thermal contact with the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or that of the output line.

Die Offenbarung bietet den Vorteil, dass eine effiziente Kühlung von Komponenten der Wasserstofftankanlage erfolgen kann, mit welchen der kryogene Wasserstoff während des Tankvorgangs in Berührung kommt. So kann offenbarungsgemäß eine effiziente Kühlung des Kryopumpensystems und/oder Leitungen bis zum Füllstutzen, sowie des abzugebenden Wasserstoffs selbst erfolgen. Damit kann eine Maximierung der Dichte des abgegebenen Wasserstoffs bis auf über 80 kg/m3 erreicht werden, wodurch eine Speicherung des abgegebenen Wasserstoffs bei hoher Dichte und ein hoher Massenfluss des abgegebenen Wasserstoffs erreicht werden kann. Somit bietet die Offenbarung den Vorteil, dass auch solche Kraftfahrzeuge mit Wasserstoff betankt werden können, welche den Wasserstoff mit einer besonders hohen Dichte aufnehmen und/oder speichern müssen. Dies kann den Vorteil bieten, dass auch Nutzfahrzeuge, wie etwa Lastkraftwagen, an einer offenbarungsgemäßen Wasserstofftankanlage mit Wasserstoff effizient versorgt werden können, da die Betankung von großen Wasserstoffmengen in kürzerer Zeit erfolgen kann, als dies im Stand der Technik möglich ist.The disclosure offers the advantage that components of the hydrogen tank system with which the cryogenic hydrogen comes into contact during the refueling process can be efficiently cooled. According to the disclosure, the cryopump system and/or lines up to the filler neck, as well as the hydrogen to be dispensed itself, can thus be efficiently cooled. This makes it possible to maximize the density of the dispensed hydrogen to over 80 kg/m 3 , whereby the dispensed hydrogen can be stored at high density and a high mass flow of the dispensed hydrogen can be achieved. The disclosure therefore offers the advantage that even motor vehicles that have to absorb and/or store the hydrogen at a particularly high density can be refueled with hydrogen. This can offer the advantage that commercial vehicles, such as trucks, can also be efficiently supplied with hydrogen from a hydrogen tank system according to the disclosure, since large quantities of hydrogen can be refueled in a shorter time than is possible in the prior art.

Zudem bietet die Offenbarung den Vorteil, dass der bei der Kühlung des Kryopumpensystems, der Ausgabeleitung und/oder des Ausgangsstroms sich erwärmende und optional verdampfende Wasserstoff nicht an die Umgebung verloren geht, sondern zumindest teilweise dem Flüssigwasserstofftank wieder zugeführt werden kann, um diesen auf einem Gleichgewichtsdruck zu halten, der ansonsten durch zusätzliche Wärmezufuhr gewährleistet werden müsste. Dadurch können die Verluste von Wasserstoff beim Betrieb der Wasserstofftankanlage gering gehalten werden und entsprechend eine Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Wasserstofftankstelle im Vergleich zu herkömmlichen Wasserstofftankstellen erhöht werden. Die Kälte aus einer Verdampfung des flüssigen Wasserstoffs für die Kühlung geht somit nicht vollständig an die Umgebungsluft verloren, sondern wird thermodynamisch optimiert zur Betankung genutzt.In addition, the disclosure offers the advantage that the hydrogen that heats up and optionally evaporates during the cooling of the cryopump system, the output line and/or the output stream is not lost to the environment, but can be at least partially fed back into the liquid hydrogen tank in order to keep it at an equilibrium pressure that would otherwise have to be ensured by additional heat supply. This means that the losses of hydrogen during operation of the hydrogen tank system can be kept low and the efficiency and profitability of the hydrogen filling station can be increased compared to conventional hydrogen filling stations. The cold from the evaporation of liquid hydrogen for cooling is therefore not completely lost to the ambient air, but is used for refueling in a thermodynamically optimized manner.

Des Weiteren und optional kann eine offenbarungsgemäße Wasserstofftankanlage auf einen externen Druckaufbauwärmetauscher entweder ganz verzichten, oder mit einem kleineren Druckaufbauwärmetauscher arbeiten.Furthermore and optionally, a hydrogen tank system according to the disclosure can either dispense with an external pressure build-up heat exchanger entirely or work with a smaller pressure build-up heat exchanger.

Zudem bietet die Offenbarung den Vorteil, dass technisch einfache Kryopumpen verwendet werden können, da die Kryopumpen nicht notwendigerweise in direktem Kontakt zu flüssigem Wasserstoff angeordnet und/oder betrieben werden müssen. Dadurch können die Kosten für die Bereitstellung, den Betrieb und/oder die Wartung der Wasserstofftankanlage gering gehalten werden. Somit können unter Verwendung robuster einfacher Kryopumpen (z.B. kryogene Hubkolbenpumpen) sehr hohe Wasserstoff-Betankungsdichten erreicht werden, ohne konstruktiv sehr komplexe, wartungsaufwändige und teure Kryopumpen nutzen zu müssen.In addition, the disclosure offers the advantage that technically simple cryopumps can be used, since the cryopumps do not necessarily have to be arranged and/or operated in direct contact with liquid hydrogen. This allows the costs for the provision, operation and/or maintenance of the hydrogen tank system to be kept low. Thus, very high hydrogen refueling densities can be achieved using robust, simple cryopumps (e.g. cryogenic piston pumps) without having to use structurally very complex, maintenance-intensive and expensive cryopumps.

Das Verfahren kann ferner ein Ausgeben des Ausgangsstroms von kryogenem Wasserstoffs aus der Ausgabeleitung in Form von flüssigem Wasserstoff oder kryo-komprimiertem Wasserstoff umfassen. Das Ausgeben kann optional über eine Zapfsäule erfolgen. Der ausgegebene Wasserstoff kann optional in einem Wasserstofftank eines Verbrauchers, etwa eines Kraftfahrzeugs, oder von einem weiteren Speichertank aufgenommen werden.The method may further comprise dispensing the output stream of cryogenic hydrogen from the dispensing line in the form of liquid hydrogen or cryo-compressed hydrogen. The dispensing may optionally be carried out via a fuel pump. The dispensed hydrogen may optionally be stored in a hydrogen tank of a consumer, such as a motor vehicle, or in another storage tank.

Das Ausgeben des Ausgangsstroms kann ein Ausgeben des kryogenen Wasserstoffs mit einer Dichte des kryogenen Wasserstoffs von mindestens 75 kg/m3 , optional sogar 80 kg/m3 erfolgen. Dies kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass das Kryopumpensystem und/oder der der Ausgangsstrom und/oder die Ausgabeleitung und/oder optional weitere Komponenten der Wasserstofftankstelle, mit denen der kryogene Wasserstoff in thermischen Kontakt gelangt, gekühlt werden. Das Ausgeben des Ausgangsstroms mit einer derart hohen Dichte kann das Betanken von solchen Speichertanks und/oder Verbrauchern ermöglichen, welche eine besonders hohe Dichte des Wassersstoffs für die Speicherung erfordern, etwa Nutzfahrzeuge mit einer hohen Reichweite. Außerdem kann dadurch optional der Tankvorgang zeitlich verkürzt werden gegenüber einer Ausgabe mit geringeren Dichten.The output of the output stream can be carried out by outputting the cryogenic hydrogen with a density of the cryogenic hydrogen of at least 75 kg/m 3 , optionally even 80 kg/m 3 . This can be made possible in particular by the cryopump system and/or the output stream and/or the output line and/or optionally further Components of the hydrogen filling station with which the cryogenic hydrogen comes into thermal contact are cooled. The output stream with such a high density can enable the refueling of storage tanks and/or consumers that require a particularly high density of hydrogen for storage, such as commercial vehicles with a long range. In addition, the refueling process can optionally be shortened in time compared to dispensing with lower densities.

Das Verfahren kann ferner ein Regeln und/oder Steuern des Entnehmens des zweiten kryogenen Stroms von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank umfassen. Dabei kann das Regeln und/oder Steuern unter Verwendung eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder eines Massestroms des Ausgangsstroms von kryogenem Wasserstoff erfolgen. Dies kann ein präzises Einstellen der gewünschten Temperatur und/oder Dichte des im Tankvorgang abgegebenen Wasserstoffs ermöglichen. Somit kann dies den Vorteil bieten, dass der Tankvorgang bei vorbestimmten Konditionen erfolgt und entsprechend standardisierbar ist. Optional kann dies dazu dienen, eine Temperatur und/oder Dichte des Ausgangsstroms von Wasserstoff zwischen den Tankvorgängen und/oder während eines Tankvorgangs zu variieren. Dadurch kann eine große Flexibilität hinsichtlich der zu betankenden Abnehmer erzielt werden.The method can further comprise regulating and/or controlling the removal of the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank. The regulating and/or controlling can be carried out using a pressure and/or a temperature and/or a mass flow of the output stream of cryogenic hydrogen. This can enable precise setting of the desired temperature and/or density of the hydrogen delivered during the refueling process. This can therefore offer the advantage that the refueling process takes place under predetermined conditions and can be standardized accordingly. Optionally, this can be used to vary a temperature and/or density of the output stream of hydrogen between refueling processes and/or during a refueling process. This can achieve great flexibility with regard to the consumers to be refueled.

Bei der Regelung können Regelventile angesteuert werden, um eine möglichst optimierte Betankung mit hohen Massenströme und hoher Betankungsdichte sowie optional unter konstantem Druck im Flüssigwasserstofftank zu ermöglichen. Dabei kann neben dem Druck im Flüssigwasserstofftank optional auch eine Temperatur des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems geregelt werden. Dadurch können niedrigere Austrittstemperaturen an der Kryopumpe sowie höhere Betankungsdichten ermöglicht werden als dies herkömmlicherweise möglich ist.Control valves can be controlled to enable the most optimized refueling possible with high mass flows and high refueling density and optionally at a constant pressure in the liquid hydrogen tank. In addition to the pressure in the liquid hydrogen tank, the temperature of the output flow of the cryopump system can also be optionally controlled. This enables lower outlet temperatures at the cryopump and higher refueling densities than is conventionally possible.

Das Kühlen des Kryopumpensystems und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff kann ein Zuführen des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff in einen Wärmetauscher des Kryopumpensystems umfassen, sodass der zweite Strom von kryogenem Wasserstoff Wärme des Kryopumpensystems aufnimmt. Dies kann eine effiziente Abfuhr von Wärme mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff ermöglichen. Optional kann dies den Vorteil bieten, dass bei der Aufnahme der Wärme durch den zweiten Strom von kryogenem Wasserstoff dieser verdampfen kann, ohne dabei an die Umgebung verloren zu gehen. Vielmehr kann der Wasserstoff auch in diesem Fall in einem Leitungssystem des Wärmetauschers und/oder in der Rückführleitung gehalten werden. Der zweite Strom von Wasserstoff kann nach dem Kühlen des Kryopumpensystems und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung teilweise oder vollständig in Gasform vorliegen. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der zweite Strom von kryogenem Wasserstoff beim Kühlen verdampfen.Cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line by means of the second stream of cryogenic hydrogen can comprise feeding the second stream of cryogenic hydrogen into a heat exchanger of the cryopump system so that the second stream of cryogenic hydrogen absorbs heat from the cryopump system. This can enable efficient removal of heat by means of the second stream of cryogenic hydrogen. Optionally, this can offer the advantage that when the heat is absorbed by the second stream of cryogenic hydrogen, it can evaporate without being lost to the environment. Rather, the hydrogen can also be held in a line system of the heat exchanger and/or in the return line in this case. The second stream of hydrogen can be partially or completely in gaseous form after cooling the cryopump system and/or the output stream of the cryopump system and/or the output line. In other words, the second stream of cryogenic hydrogen can evaporate during cooling.

Das Entnehmen des zweiten kryogenen Stroms von Wasserstoff und/oder das Kühlen des Kryopumpensystems und/oder eines Ausgangsstroms des Kryopumpensystems und/oder der Ausgabeleitung mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff kann dabei während eines Betankungsvorgangs, also zeitgleich oder mit zeitlichem Überlapp erfolgen, und/oder zwischen aufeinanderfolgenden Tankvorgängen. Dies kann die Möglichkeit bieten, die Wasserstofftankanlage auch während eines Stand-by Betriebs, wenn gerade kein Tankvorgang erfolgt, gekühlt zu halten, um das Erfordernis für eine etwaige Vorlaufzeit vor dem nächsten Tankvorgang zu reduzieren oder zu minimieren.The removal of the second cryogenic stream of hydrogen and/or the cooling of the cryopump system and/or an output stream of the cryopump system and/or the output line by means of the second stream of cryogenic hydrogen can take place during a refueling process, i.e. simultaneously or with a temporal overlap, and/or between successive refueling processes. This can offer the possibility of keeping the hydrogen tank system cooled even during standby operation, when no refueling is taking place, in order to reduce or minimize the need for any lead time before the next refueling process.

Der Wärmetauscher kann als Verdampfer-Wärmetauscher ausgebildet sein. Dies kann den Vorteil bieten, dass der Wärmetauscher ein besonders hohes Maß an Wärme auf den zweiten Strom von kryogenem Wasserstoff übertragen kann.The heat exchanger can be designed as an evaporator heat exchanger. This can offer the advantage that the heat exchanger can transfer a particularly high level of heat to the second stream of cryogenic hydrogen.

Das zumindest teilweise Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank kann ein direktes Einleiten zumindest eines Teils des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank umfassen. Dies bedeutet, dass der zurückgeführte Wasserstoff ohne weitere Konditionierung wieder in den Flüssigwasserstofftank eingeleitet werden kann. Dies kann den Vorteil bieten, dass der dem Tank zugeführte, aufgewärmte Wasserstoff, welcher flüssig und/oder gasförmig vorliegen kann, zur Steigerung und/oder Aufrechterhaltung des Drucks im Flüssigwasserstofftank dienen kann. Alternativ oder zusätzlich kann das zumindest teilweise Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank ein indirektes Einleiten zumindest eines Teils des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank über einen Druckaufbauwärmetauscher umfassen. Dies kann den Vorteil bieten, dass der Wasserstoff zunächst in geeigneter Weise konditioniert werden kann und entsprechend eine Wärmezufuhr in den Flüssigwasserstofftank kontrolliert werden kann. Im Druckaufbauwärmetauscher wird der Wasserstoff vor dem Einleiten in den Flüssigwasserstofftank optional mittels Umgebungsluft aufgewärmt.The at least partial return of the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank can comprise a direct introduction of at least a portion of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank. This means that the returned hydrogen can be introduced back into the liquid hydrogen tank without further conditioning. This can offer the advantage that the warmed-up hydrogen fed to the tank, which can be in liquid and/or gaseous form, can serve to increase and/or maintain the pressure in the liquid hydrogen tank. Alternatively or additionally, the at least partial return of the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank can comprise an indirect introduction of at least a portion of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank via a pressure build-up heat exchanger. This can offer the advantage that the hydrogen can first be conditioned in a suitable manner and a heat supply to the liquid hydrogen tank can be controlled accordingly. In the pressure build-up heat exchanger, the hydrogen is optionally warmed up using ambient air before being introduced into the liquid hydrogen tank.

Optional kann zumindest ein Teil des zweiten Stroms von Wasserstoff nach dem Kühlen an einen Verbraucher abgegeben werden. Optional kann dazu der zweite Strom von Wasserstoff dem Ausgabestrom beigemischt werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil des zweiten Stroms von Wasserstoff nach dem Kühlen einem weiteren Verwendungszweck zugeführt werden. Optional kann dabei zumindest ein Teil des zweiten Stroms von Wasserstoff nach dem Kühlen dazu verwendet werden, andere Gegenstände zu kühlen. Optional kann dabei zumindest ein Teil des zweiten Stroms von Wasserstoff nach dem Kühlen dazu verwendet werden, in Form von gasförmigem Wasserstoff unter hohem Druck, etwa mit einem Druck von 350 bar oder 700 bar, an einen Verbraucher abgegeben zu werden.Optionally, at least a portion of the second stream of hydrogen can be delivered to a consumer after cooling. Optionally, the second stream of hydrogen can be mixed with the output stream for this purpose. Alternatively or additionally, at least a portion of the second stream of hydrogen can be used for another purpose after cooling. Optionally, at least a portion of the second stream of hydrogen can be used to cool other objects after cooling. Optionally, at least a portion of the second stream of hydrogen can be used to deliver to a consumer in the form of gaseous hydrogen under high pressure, for example at a pressure of 350 bar or 700 bar.

Optional kann der zweite Strom von kryogenem Wasserstoff auch dazu verwendet werden, um in konventionellen Wasserstoff-Tankanlagen für komprimierten gasförmigen Wasserstoff CGH2 (H35 / H70 Tankstellen) Wasserstoffgas auf eine Temperatur von bis zu -40°C abzukühlen.Optionally, the second stream of cryogenic hydrogen can also be used to refuel conventional hydrogen tank systems for compressed gaseous hydrogen CGH 2 (H35 / H70 filling stations) to cool hydrogen gas to a temperature of up to -40°C.

Der über die Kühlleitung aus dem Flüssigwasserstofftank entnommene zweite kryogene Strom von kryogenem Wasserstoff kann flüssigen Wasserstoff umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der über die Kühlleitung aus dem Flüssigwasserstofftank entnommene zweite kryogene Strom von kryogenem Wasserstoff gasförmigen Wasserstoff umfassen, welcher im Flüssigwasserstofftank verdampft ist. Dies bietet eine große Flexibilität hinsichtlich des Kühlpotenzials des entnommenen Wasserstoffs.The second cryogenic stream of cryogenic hydrogen withdrawn from the liquid hydrogen tank via the cooling line may comprise liquid hydrogen. Alternatively or additionally, the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen withdrawn from the liquid hydrogen tank via the cooling line may comprise gaseous hydrogen which has evaporated in the liquid hydrogen tank. This offers great flexibility in terms of the cooling potential of the withdrawn hydrogen.

Außerdem kann das Verfahren ein Zwischenspeichern zumindest eines Teils des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff in einem Pufferspeicher zwischen dem Kryopumpensystem und der Ausgabeleitung umfassen. Dies kann den Vorteil bieten, dass etwaige Fluktuationen des Ausgangsstroms hinsichtlich dessen Temperatur und/oder Dichte und/oder Massenstroms reduziert oder vermieden werden können. Der Pufferspeicher kann als Hochdruck-Pufferspeicher, optional als hochfester Kryo-Druckbehälter, ausgebildet sein oder einen oder mehrere solcher umfassen. Der Pufferspeicher kann in das Kryopumpensystem und/oder die Ausgabeleitung integriert sein. Optional kann der zweite Strom von kryogenem Wasserstoff auch dazu verwendet werden, den Pufferspeicher zu kühlen. Optional können ein oder mehrere weitere Wärmetauscher in den Pufferspeicher integriert sein.In addition, the method can comprise temporarily storing at least a portion of the first stream of cryogenic hydrogen in a buffer storage between the cryopump system and the output line. This can offer the advantage that any fluctuations in the output stream with regard to its temperature and/or density and/or mass flow can be reduced or avoided. The buffer storage can be designed as a high-pressure buffer storage, optionally as a high-strength cryogenic pressure vessel, or can comprise one or more such. The buffer storage can be integrated into the cryopump system and/or the output line. Optionally, the second stream of cryogenic hydrogen can also be used to cool the buffer storage. Optionally, one or more further heat exchangers can be integrated into the buffer storage.

Das Kryopumpensystem und der Wärmetauscher können gemeinsam gegenüber der Umgebung zumindest teilweise thermisch isoliert sind. Optional können das Kryopumpensystem und der Wärmetauscher gemeinsam in einer Coldbox integriert sein. Dies kann eine gute Wärmeübertragung von dem Kryopumpensystem auf den Wärmetauscher ermöglichen und dennoch das Kryopumpensystem und den Wärmetauscher weitgehend von der Umgebung thermisch isolieren.The cryopump system and the heat exchanger can be at least partially thermally insulated from the environment. Optionally, the cryopump system and the heat exchanger can be integrated together in a cold box. This can enable good heat transfer from the cryopump system to the heat exchanger and yet largely thermally insulate the cryopump system and the heat exchanger from the environment.

Im Folgenden optionalen und nicht-limitierenden Beispiel wird beispielhaft gerechnet, dass bei einer Verdichtung von Wasserstoff von 3,5 bar auf 400 bar in einer Kryopumpe, die Temperatur-Absenkung durch die regelungstechnische optimierte integrierte Kühlung des Austrittsstroms aus der Kryopumpe ca. 4 K betragen kann. Dabei kann die Dichte von Wasserstoff am Austritt der Kryopumpe um ca. 2% erhöht werden gegenüber einer Konfiguration nach Stand der Technik.In the following optional and non-limiting example, it is calculated that when hydrogen is compressed from 3.5 bar to 400 bar in a cryopump, the temperature reduction due to the control-optimized integrated cooling of the outlet stream from the cryopump can be approx. 4 K. The density of hydrogen at the outlet of the cryopump can be increased by approx. 2% compared to a state-of-the-art configuration.

Es erfolgt eine Kompression des Wasserstoffs durch das Kryopumpensystem von 3,5 bar auf 400 bar. Daraus resultiert eine Dichtesteigerung von 2% bei 400 bar kryokomprimiertem Wasserstoff, d. h. eine Dichte von 82,5 kg/m3 gegenüber 80,8 kg/m3. Die Temperatur nimmt dabei bei 400 bar um 3,5 K ab von 47,2 k auf 43,7 K. Die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers beträgt dabei 5,1 kW, wobei die Kälterückgewinnung durch den zurückgeführten Wasserstoff nicht mit berücksichtigt ist.The hydrogen is compressed by the cryopump system from 3.5 bar to 400 bar. This results in a density increase of 2% for 400 bar cryocompressed hydrogen, i.e. a density of 82.5 kg/m 3 compared to 80.8 kg/m 3 . The temperature decreases by 3.5 K at 400 bar, from 47.2 k to 43.7 K. The heat transfer capacity of the heat exchanger is 5.1 kW, whereby the cold recovery through the returned hydrogen is not taken into account.

Die oben genannten und im Folgenden erläuterten Merkmale und Ausführungsformen sind dabei nicht nur als in den jeweils explizit genannten Kombinationen offenbart anzusehen, sondern sind auch in anderen technisch sinnhaften Kombinationen und Ausführungsformen vom Offenbarungsgehalt umfasst.The features and embodiments mentioned above and explained below are not only to be regarded as disclosed in the respective explicitly mentioned combinations, but are also included in the disclosure content in other technically meaningful combinations and embodiments.

Weitere Einzelheiten und Vorteile sollen nun anhand der folgenden Beispiele und optionalen Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden.Further details and advantages will now be explained in more detail using the following examples and optional embodiments with reference to the figures.

Es zeigen:

Fig. 1
eine Wasserstofftankanlage zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff gemäß einer optionalen Ausführungsform;
Fig. 2
ein Verfahren gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlage;
Fig. 3
eine Ausgabeleitung gemäß einer optionalen Ausführungsform, welche sich vom Kryopumpensystem bis zu einer Zapfsäule erstreckt.
They show:
Fig. 1
a hydrogen tank system for dispensing cryogenic hydrogen according to an optional embodiment;
Fig. 2
a method according to an optional embodiment for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system;
Fig. 3
a dispensing line according to an optional embodiment, which extends from the cryopump system to a fuel dispenser.

In den folgenden Figuren werden gleiche oder ähnliche Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.In the following figures, identical or similar elements in the various embodiments are designated by identical reference numerals for the sake of simplicity.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Wasserstofftankanlage 10 zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff gemäß einer optionalen Ausführungsform. Die Wasserstofftankanlage 10 umfasst einen Flüssigwasserstofftank 12, eine Ausgabeleitung 14 zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff, und ein Kryopumpensystem 16 zur Förderung eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Förderleitung 18 aus dem Flüssigwasserstofftank 12 zur Ausgabeleitung14. Figure 1 shows a schematic representation of a hydrogen tank system 10 for dispensing cryogenic hydrogen according to an optional embodiment. The hydrogen tank system 10 comprises a liquid hydrogen tank 12, a dispensing line 14 for dispensing cryogenic hydrogen, and a cryopump system 16 for conveying a first stream of cryogenic hydrogen via a conveying line 18 from the liquid hydrogen tank 12 to the dispensing line 14.

Die Wasserstofftankanlage 10 umfasst ferner einen Wärmetauscher 20 zum Kühlen des Kryopumpensystems 16 und/oder eines Ausgangsstroms des Kryopumpensystems 16 und/oder der Ausgabeleitung 14 mittels eines über eine Kühlleitung 22 aus dem Flüssigwasserstofftank 12 entnommenen zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff.The hydrogen tank system 10 further comprises a heat exchanger 20 for cooling the cryopump system 16 and/or an output stream of the cryopump system 16 and/or the output line 14 by means of a second stream of cryogenic hydrogen taken from the liquid hydrogen tank 12 via a cooling line 22.

Zudem weist die Wasserstofftankanlage 10 eine Rückführleitung 24 zum zumindest teilweisen Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank 12 nach dem Kühlen des Kryopumpensystems 16 und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems 16 und/oder der Ausgabeleitung 14 auf.In addition, the hydrogen tank system 10 has a return line 24 for at least partially returning the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank 12 after cooling the cryopump system 16 and/or the output stream of the cryopump system 16 and/or the output line 14.

Das Kryopumpensystem 16 und der Wärmetauscher 20 können dabei gemeinsam gegenüber der Umgebung zumindest teilweise thermisch isoliert sein. Der Wärmetauscher 20 kann als Verdampfer-Wärmetauscher ausgebildet sein.The cryopump system 16 and the heat exchanger 20 can be at least partially thermally insulated from the environment. The heat exchanger 20 can be designed as an evaporator heat exchanger.

Optional kann der Wärmetauscher 20 einen Teil des Kryopumpensystems 16 bilden. Dabei kann das Kryopumpensystem 16 zur Förderung eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff von dem Flüssigwasserstofftank 12 zu der Ausgabeleitung 14 ausgebildet sein. Das Kryopumpensystem 16 kann einen Fördereingang 26 für eine Zuleitung des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank 12 und einen Förderausgang 28 für eine Förderung des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff in die Ausgabeleitung 14 umfassen. Außerdem kann das Kryopumpensystem 16 den Wärmetauscher 20 mit einem Kühleingang 30 und einem Kühlausgang 32 umfassen, wobei der Wärmetauscher 20 dazu ausgestaltet ist, mittels eines über den Kühleingang 30 zugeführten zweiten Strom von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank 12 Wärme des Kryopumpensystems 16 über den Kühlausgang 32 in den Flüssigwasserstofftank 12 abzuführen.Optionally, the heat exchanger 20 can form part of the cryopump system 16. The cryopump system 16 can be designed to convey a first stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank 12 to the output line 14. The cryopump system 16 can comprise a conveying inlet 26 for supplying the first stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank 12 and a conveying outlet 28 for conveying the first stream of cryogenic hydrogen into the output line 14. In addition, the cryopump system 16 can comprise the heat exchanger 20 with a cooling inlet 30 and a cooling outlet 32, wherein the heat exchanger 20 is designed to dissipate heat from the cryopump system 16 via the cooling outlet 32 into the liquid hydrogen tank 12 by means of a second stream of cryogenic hydrogen supplied from the liquid hydrogen tank 12 via the cooling inlet 30.

Das Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank 12 nach dem Kühlen des Kryopumpensystems 16 kann optional direkt erfolgen oder über einen Druckaufbauwärmetauscher 34.The return of the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank 12 after cooling the cryopump system 16 can optionally be done directly or via a pressure build-up heat exchanger 34.

Optional kann die Wasserstofftankanlage einen Pufferspeicher 36 aufweisen. Dieser kann zwischen dem Kryopumpensystem 16 und der Ausgabeleitung 14 angeordnet sein. Dabei kann der Ausgangsstrom des Kryopumpensystems 16 zunächst im Pufferspeicher 36 zwischengespeichert werden, sodass die Ausgabe von Wasserstoff an einen Verbraucher sodann aus dem Pufferspeicher 36 erfolgt.Optionally, the hydrogen tank system can have a buffer storage 36. This can be arranged between the cryopump system 16 and the output line 14. The output current of the cryopump system 16 can initially be temporarily stored in the buffer storage 36, so that the hydrogen is then delivered to a consumer from the buffer storage 36.

Anhand Figur 2 wird im Folgenden ein Verfahren 200 gemäß einer optionalen Ausführungsform zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlage 10 mit einem Flüssigwasserstofftank 12, einem Kryopumpensystem 16 und einer Ausgabeleitung 14 beschrieben. Das Verfahren kann sich optional einer Wasserstofftankanlage gemäß Figur 1 bedienen.Based on Figure 2 In the following, a method 200 according to an optional embodiment for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system 10 with a liquid hydrogen tank 12, a cryopump system 16 and a dispensing line 14 is described. The method can optionally apply to a hydrogen tank system according to Figure 1 serve.

Das Verfahren 200 umfasst in einem Schritt 202 ein Fördern eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Förderleitung 18 mittels des Kryopumpensystems 16 aus dem Flüssigwasserstofftank 12 zur der Ausgabeleitung 14.The method 200 comprises, in a step 202, conveying a first stream of cryogenic hydrogen via a conveying line 18 by means of the cryopump system 16 from the liquid hydrogen tank 12 to the output line 14.

Das Verfahren 200 umfasst zudem in einem Schritt 204 ein Entnehmen eines zweiten kryogenen Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Kühlleitung 22 aus dem Flüssigwasserstofftank 12.The method 200 also includes, in a step 204, withdrawing a second cryogenic stream of cryogenic hydrogen via a cooling line 22 from the liquid hydrogen tank 12.

In einem Schritt 206 umfasst das Verfahren 200 ein Kühlen des Kryopumpensystems 16 und/oder eines Ausgangsstroms des Kryopumpensystems 16 und/oder der Ausgabeleitung 14 mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff. Das Kühlen 206 des Kryopumpensystems 16 und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems 16 und/oder der Ausgabeleitung 14 mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff kann ein Zuführen des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff in einen Wärmetauscher 20 des Kryopumpensystems 16 umfassen, sodass der zweite Strom von kryogenem Wasserstoff Wärme des Kryopumpensystems 16 aufnimmt.In a step 206, the method 200 includes cooling the cryopump system 16 and/or an output stream of the cryopump system 16 and/or the output line 14 using the second stream of cryogenic hydrogen. Cooling 206 the cryopump system 16 and/or the output stream of the cryopump system 16 and/or the output line 14 using the second stream of cryogenic hydrogen may include supplying the second stream of cryogenic hydrogen to a heat exchanger 20 of the cryopump system 16 such that the second stream of cryogenic hydrogen absorbs heat of the cryopump system 16.

In einem Schritt 208 umfasst das Verfahren 200 ein zumindest teilweises Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank 12 nach dem Kühlen des Kryopumpensystems 16 und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems 16 und/oder der Ausgabeleitung 14. Das zumindest teilweise Zurückführen 208 des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank 12 kann ein direktes Einleiten zumindest eines Teils des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank 12 und/oder ein indirektes Einleiten zumindest eines Teils des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank 12 über einen Druckaufbauwärmetauscher 34 umfassen.In a step 208, the method 200 includes at least partially returning the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank 12 after cooling the cryopump system 16 and/or the output stream of the cryopump system 16 and/or the output line 14. At least partially returning 208 the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank 12 may include directly introducing at least a portion of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank 12 and/or indirectly introducing at least a portion of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank 12 via a pressure buildup heat exchanger 34.

Optional umfasst das Verfahren ferner in einem Schritt 210 ein Ausgeben des Ausgangsstroms von kryogenem Wasserstoff aus der Ausgabeleitung 14 in Form von flüssigem Wasserstoff oder kryokomprimiertem Wasserstoff. Das Ausgeben des Ausgangsstroms kann ein Ausgeben des kryogenen Wasserstoffs mit einer Dichte von mindestens 75 kg/m3 umfassen.Optionally, the method further comprises, in a step 210, outputting the output stream of cryogenic hydrogen from the output line 14 in the form of liquid hydrogen or cryocompressed hydrogen. Outputting the output stream may include discharging the cryogenic hydrogen having a density of at least 75 kg/m 3 .

Ferner kann das Verfahren in einem Schritt 212 ein Regeln und/oder Steuern des Entnehmens des zweiten kryogenen Stroms von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank12 umfassen, wobei das Regeln 212 und/oder Steuern unter Verwendung eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder eines Massestroms des Ausgangsstroms von kryogenem Wasserstoff erfolgen kann. Die Wasserstofftankanlage kann dafür geeignete Sensoren und/oder Stellelemente aufweisen.Furthermore, in a step 212, the method can comprise regulating and/or controlling the removal of the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank 12, wherein the regulating 212 and/or controlling can be carried out using a pressure and/or a temperature and/or a mass flow of the output stream of cryogenic hydrogen. The hydrogen tank system can have suitable sensors and/or actuating elements for this purpose.

Der über die Kühlleitung 22 aus dem Flüssigwasserstofftank 12 entnommene zweite Strom von kryogenem Wasserstoff kann flüssigen Wasserstoff umfassen. Der über die Kühlleitung 22 aus dem Flüssigwasserstofftank entnommene zweite kryogene Strom von kryogenem Wasserstoff kann alternativ oder zusätzlich gasförmigen Wasserstoff umfassen, welcher im Flüssigwasserstofftank 12 verdampft ist. Dazu können optional mehrere Kühlleitungen 22 bereitgestellt werden.The second stream of cryogenic hydrogen taken from the liquid hydrogen tank 12 via the cooling line 22 can comprise liquid hydrogen. The second cryogenic stream of cryogenic hydrogen taken from the liquid hydrogen tank 12 via the cooling line 22 can alternatively or additionally comprise gaseous hydrogen which has evaporated in the liquid hydrogen tank 12. For this purpose, a plurality of cooling lines 22 can optionally be provided.

Das Verfahren 200 kann ferner in einem Schritt 214 ein Zwischenspeichern zumindest eines Teils des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff in einem Pufferspeicher 36 zwischen dem Kryopumpensystem 16 und der Ausgabeleitung 14 umfassen.The method 200 may further include, in a step 214, temporarily storing at least a portion of the first stream of cryogenic hydrogen in a buffer storage 36 between the cryopump system 16 and the output line 14.

Der zweite Strom von Wasserstoff kann nach dem Kühlen des Kryopumpensystems 16 und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems 16 und/oder der Ausgabeleitung teilweise oder vollständig in Gasform vorliegen.The second stream of hydrogen may be partially or completely in gaseous form after cooling the cryopump system 16 and/or the output stream of the cryopump system 16 and/or the output line.

In einer weiteren optionalen Ausführung wird der zweite Strom von kryogenem Wasserstoff auch dazu verwendet die Prozessleitungen, insbesondere die Ausgabeleitung, und Komponenten stromabwärts des Kryopumpensystem 16 bis zur Zapfsäule (Betankungsschnittstelle zum Fahrzeug) während der Betankung sowie im Stand-by (keine Betankung) kalt zu halten. Dies ermöglicht hohe Betankungsdichten und/oder minimierte Verdampfungsverluste.In a further optional embodiment, the second stream of cryogenic hydrogen is also used to clean the process lines, in particular the discharge line, and components downstream of the cryopump system 16 to the fuel pump (fueling interface to the vehicle) during fueling. as well as in standby mode (no refueling). This enables high refueling densities and/or minimized evaporation losses.

Figur 3 zeigt beispielhaft eine Ausgabeleitung 14, welche sich vom Kryopumpensystem 16 bis zu einer Zapfsäule 38 erstreckt und mit einer Durchflussleitung 40 für den zweiten Strom von kryogenem Wasserstoff zusammen thermisch isoliert verläuft, um die Ausgabeleitung während eines Tankvorgangs und/oder im Stand-by Betrieb zu kühlen. Dabei kann der erwärmte kryogene Wasserstoff durch eine oder mehrere Bypass Leitungen innerhalb der Hauptprozessleitung (z. B. Betankungsschlauch) zurückgeleitet werden. Figure 3 shows, by way of example, a discharge line 14 which extends from the cryopump system 16 to a fuel pump 38 and runs together with a flow line 40 for the second stream of cryogenic hydrogen in a thermally insulated manner in order to cool the discharge line during a refueling process and/or in standby mode. The heated cryogenic hydrogen can be returned through one or more bypass lines within the main process line (e.g. refueling hose).

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

1010
Wasserstofftankanlagehydrogen tank system
1212
Flüssigwasserstofftankliquid hydrogen tank
1414
Ausgabeleitungoutput line
1616
Kryopumpensystemcryopump system
1818
Förderleitungconveyor line
2020
Wärmetauscherheat exchanger
2222
Kühlleitungcooling line
2424
Rückführleitungreturn line
2626
Fördereingangconveyor input
2828
Förderausgangconveyor output
3030
Kühleingangcooling inlet
3232
Kühlausgangcooling outlet
3434
Druckaufbauwärmetauscherpressure build-up heat exchanger
3636
Pufferspeicherbuffer storage
3838
Zapfsäulegas pump
4040
Durchflussleitungflow line
200200
zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlagefor dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system
202 - 214202 - 214
Verfahrensschritteprocedural steps

Claims (15)

Verfahren (200) zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff aus einer Wasserstofftankanlage (10) mit einem Flüssigwasserstofftank (12), einem Kryopumpensystem (16) und einer Ausgabeleitung (14), das Verfahren (200) umfassend: - Fördern (202) eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Förderleitung (18) mittels des Kryopumpensystems (16) aus dem Flüssigwasserstofftank (12) zur der Ausgabeleitung (14); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (200) ferner umfasst: - Entnehmen (204) eines zweiten kryogenen Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Kühlleitung (22) aus dem Flüssigwasserstofftank (12); - Kühlen (206) des Kryopumpensystems (16) und/oder eines Ausgangsstroms des Kryopumpensystems (16) und/oder der Ausgabeleitung (14) mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff; und - zumindest teilweises Zurückführen (208) des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank (12) nach dem Kühlen (206) des Kryopumpensystems (16) und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems (16) und/oder der Ausgabeleitung (14). A method (200) for dispensing cryogenic hydrogen from a hydrogen tank system (10) having a liquid hydrogen tank (12), a cryopump system (16) and a dispensing line (14), the method (200) comprising: - conveying (202) a first stream of cryogenic hydrogen via a conveying line (18) by means of the cryopump system (16) from the liquid hydrogen tank (12) to the output line (14); characterized in that the method (200) further comprises: - withdrawing (204) a second cryogenic stream of cryogenic hydrogen via a cooling line (22) from the liquid hydrogen tank (12); - cooling (206) the cryopump system (16) and/or an output stream of the cryopump system (16) and/or the output line (14) by means of the second stream of cryogenic hydrogen; and - at least partially returning (208) the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank (12) after cooling (206) the cryopump system (16) and/or the output stream of the cryopump system (16) and/or the output line (14). Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend - Ausgeben (210) des Ausgangsstroms von kryogenem Wasserstoffs aus der Ausgabeleitung (14) in Form von flüssigem Wasserstoff oder kryokomprimiertem Wasserstoff. Method (200) according to claim 1, further comprising - Discharge (210) the output stream of cryogenic hydrogen from the output line (14) in the form of liquid hydrogen or cryocompressed hydrogen. Verfahren (200) gemäß Anspruch 2, wobei das Ausgeben (210) des Ausgangsstroms ein Ausgeben des kryogenen Wasserstoffs mit einer Dichte des kryogenen Wasserstoffs von mindestens 75 kg/m3 erfolgt.The method (200) of claim 2, wherein dispensing (210) the output stream comprises dispensing cryogenic hydrogen having a cryogenic hydrogen density of at least 75 kg/m 3 . Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, umfassend ein Regeln (212) und/oder Steuern des Entnehmens des zweiten kryogenen Stroms von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank (12), wobei das Regeln (212) und/oder Steuern unter Verwendung eines Drucks und/oder einer Temperatur und/oder eines Massestroms des Ausgangsstroms von kryogenem Wasserstoff erfolgt.Method (200) according to one of claims 2 and 3, comprising regulating (212) and/or controlling the withdrawal of the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank (12), wherein the regulation (212) and/or control is carried out using a pressure and/or a temperature and/or a mass flow of the output stream of cryogenic hydrogen. Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlen (206) des Kryopumpensystems (16) und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems (16) und/oder der Ausgabeleitung (14) mittels des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff ein Zuführen des zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff in einen Wärmetauscher (20) des Kryopumpensystems (16) umfasst, sodass der zweite Strom von kryogenem Wasserstoff Wärme des Kryopumpensystems (16) aufnimmt.The method (200) of any preceding claim, wherein cooling (206) the cryopump system (16) and/or the output stream of the cryopump system (16) and/or the output line (14) by means of the second stream of cryogenic hydrogen comprises supplying the second stream of cryogenic hydrogen into a heat exchanger (20) of the cryopump system (16) such that the second stream of cryogenic hydrogen absorbs heat of the cryopump system (16). Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest teilweise Zurückführen (208) des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank (12) ein direktes Einleiten zumindest eines Teils des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank (12) und/oder ein indirektes Einleiten zumindest eines Teils des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank (12) über einen Druckaufbauwärmetauscher (34) umfasst.Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the at least partial recycling (208) of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank (12) comprises directly introducing at least a portion of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank (12) and/or indirectly introducing at least a portion of the second stream of hydrogen into the liquid hydrogen tank (12) via a pressure build-up heat exchanger (34). Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der über die Kühlleitung (22) aus dem Flüssigwasserstofftank (12) entnommene zweite kryogene Strom von kryogenem Wasserstoff flüssigen Wasserstoff umfasst.The method (200) of any preceding claim, wherein the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen withdrawn from the liquid hydrogen tank (12) via the cooling line (22) comprises liquid hydrogen. Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der über die Kühlleitung (22) aus dem Flüssigwasserstofftank (12) entnommene zweite kryogene Strom von kryogenem Wasserstoff gasförmigen Wasserstoff umfasst, welcher im Flüssigwasserstofftank (12) verdampft ist.The method (200) of any preceding claim, wherein the second cryogenic stream of cryogenic hydrogen withdrawn from the liquid hydrogen tank (12) via the cooling line (22) comprises gaseous hydrogen vaporized in the liquid hydrogen tank (12). Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - Zwischenspeichern (214) zumindest eines Teils des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff in einem Pufferspeicher (36) zwischen dem Kryopumpensystem (16) und der Ausgabeleitung (14). Method (200) according to one of the preceding claims, further comprising: - temporarily storing (214) at least a portion of the first stream of cryogenic hydrogen in a buffer storage (36) between the cryopump system (16) and the output line (14). Verfahren (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Strom von Wasserstoff nach dem Kühlen (206) des Kryopumpensystems (16) und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems (16) und/oder der Ausgabeleitung (14) teilweise oder vollständig in Gasform vorliegt.Method (200) according to one of the preceding claims, wherein the second stream of hydrogen is partially or completely in gaseous form after cooling (206) the cryopump system (16) and/or the output stream of the cryopump system (16) and/or the output line (14). Wasserstofftankanlage (10) zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff, die Wasserstofftankanlage (10) umfassend: - einen Flüssigwasserstofftank (12); - eine Ausgabeleitung (14) zur Ausgabe von kryogenem Wasserstoff; und - ein Kryopumpensystem (16) zur Förderung eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff über eine Förderleitung (18) aus dem Flüssigwasserstofftank (12) zur Ausgabeleitung (14); dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstofftankanlage (10) ferner umfasst: - einen Wärmetauscher (20) zum Kühlen des Kryopumpensystems (16) und/oder eines Ausgangsstroms des Kryopumpensystems (16) und/oder der Ausgabeleitung (14) mittels eines über eine Kühlleitung (22) aus dem Flüssigwasserstofftank (12) entnommenen zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff; und - eine Rückführleitung (24) zum zumindest teilweisen Zurückführen des zweiten Stroms von Wasserstoff in den Flüssigwasserstofftank (12) nach dem Kühlen des Kryopumpensystems (16) und/oder des Ausgangsstroms des Kryopumpensystems (16) und/oder der Ausgabeleitung (14). Hydrogen tank system (10) for dispensing cryogenic hydrogen, the hydrogen tank system (10) comprising: - a liquid hydrogen tank (12); - an output line (14) for outputting cryogenic hydrogen; and - a cryopump system (16) for conveying a first stream of cryogenic hydrogen via a conveying line (18) from the liquid hydrogen tank (12) to the discharge line (14); characterized in that the hydrogen tank system (10) further comprises: - a heat exchanger (20) for cooling the cryopump system (16) and/or an output stream of the cryopump system (16) and/or the output line (14) by means of a second stream of cryogenic hydrogen taken from the liquid hydrogen tank (12) via a cooling line (22); and - a return line (24) for at least partially returning the second stream of hydrogen to the liquid hydrogen tank (12) after cooling the cryopump system (16) and/or the output stream of the cryopump system (16) and/or the output line (14). Wasserstofftankanlage (10) gemäß Anspruch 11, wobei das Kryopumpensystem (16) und der Wärmetauscher (20) gemeinsam gegenüber der Umgebung zumindest teilweise thermisch isoliert sind.Hydrogen tank system (10) according to claim 11, wherein the cryopump system (16) and the heat exchanger (20) are together at least partially thermally insulated from the environment. Wasserstofftankanlage (10) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der Wärmetauscher (20) als Verdampfer-Wärmetauscher ausgebildet ist.Hydrogen tank system (10) according to claim 11 or 12, wherein the heat exchanger (20) is designed as an evaporator heat exchanger. Kryopumpensystem (16) zur Förderung eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff von einem Flüssigwasserstofftank (12) zu einer Ausgabeleitung (14), das Kryopumpensystem (16) umfassend: - einen Fördereingang (26) für eine Zuleitung des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank (12); - einen Förderausgang (28) für eine Förderung des ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff in die Ausgabeleitung (14); - einen Wärmetauscher (20) mit einem Kühleingang (30) und einem Kühlausgang (32), wobei der Wärmetauscher (20) dazu ausgestaltet ist, mittels eines über den Kühleingang (30) zugeführten zweiten Stroms von kryogenem Wasserstoff aus dem Flüssigwasserstofftank (12) Wärme des Kryopumpensystems (16) über den Kühlausgang (32) in den Flüssigwasserstofftank (12) abzuführen. A cryopump system (16) for conveying a first stream of cryogenic hydrogen from a liquid hydrogen tank (12) to a discharge line (14), the cryopump system (16) comprising: - a feed inlet (26) for supplying the first stream of cryogenic hydrogen from the liquid hydrogen tank (12); - a delivery outlet (28) for delivering the first stream of cryogenic hydrogen into the delivery line (14); - a heat exchanger (20) with a cooling inlet (30) and a cooling outlet (32), wherein the heat exchanger (20) is designed to dissipate heat from the cryopump system (16) via the cooling outlet (32) into the liquid hydrogen tank (12) by means of a second stream of cryogenic hydrogen supplied from the liquid hydrogen tank (12) via the cooling inlet (30). Verwendung eines Wärmetauschers (20) zur Abführung von Wärme eines Kryopumpensystems (16) zur Förderung eines ersten Stroms von kryogenem Wasserstoff aus einem Flüssigwasserstofftank (12) mittels eines zweiten Stroms von aus dem Flüssigwasserstofftank (12) entnommenem und in den Flüssigwasserstofftank (12) zurückgeführtem kryogenem Wasserstoff.Use of a heat exchanger (20) for removing heat from a cryopump system (16) for conveying a first stream of cryogenic hydrogen from a liquid hydrogen tank (12) by means of a second stream of cryogenic hydrogen withdrawn from the liquid hydrogen tank (12) and returned to the liquid hydrogen tank (12).
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