[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

EP4402355A1 - System mit einen kryobehälter zur temporären reduktion von druckverlusten - Google Patents

System mit einen kryobehälter zur temporären reduktion von druckverlusten

Info

Publication number
EP4402355A1
EP4402355A1 EP22782875.3A EP22782875A EP4402355A1 EP 4402355 A1 EP4402355 A1 EP 4402355A1 EP 22782875 A EP22782875 A EP 22782875A EP 4402355 A1 EP4402355 A1 EP 4402355A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
line
temperature
pressure
node
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
EP22782875.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Rebernik
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.)
Cryoshelter Biolng GmbH
Cryoshelter LH2 GmbH
Original Assignee
Cryoshelter Biolng GmbH
Cryoshelter LH2 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 Cryoshelter Biolng GmbH, Cryoshelter LH2 GmbH filed Critical Cryoshelter Biolng GmbH
Publication of EP4402355A1 publication Critical patent/EP4402355A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0287—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers characterised by the transition from liquid to gaseous phase ; Injection in liquid phase; Cooling and low temperature storage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/02—Details or accessories of testing apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F17C7/02—Discharging liquefied gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/022—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel pressure, temperature or composition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/026—Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/027—Determining the fuel pressure, temperature or volume flow, the fuel tank fill level or a valve position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0221—Fuel storage reservoirs, e.g. cryogenic tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/023—Valves; Pressure or flow regulators in the fuel supply or return system
    • F02M21/0236—Multi-way valves; Multiple valves forming a multi-way valve system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/06—Apparatus for de-liquefying, e.g. by heating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • G01M15/108—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases using optical methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
    • F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
    • F02F2007/0092—Transparent materials
    • 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
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • 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
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0352—Pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0115—Single phase dense or supercritical, i.e. at high pressure and high density
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0169—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL subcooled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0107—Propulsion of the fluid by pressurising the ullage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0306—Heat exchange with the fluid by heating using the same fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0309—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
    • F17C2227/0311—Air heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0309—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
    • F17C2227/0323—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid in a closed loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0374—Localisation of heat exchange in or on a vessel in the liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0376—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact
    • F17C2227/0379—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact inside the vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0388—Localisation of heat exchange separate
    • F17C2227/039—Localisation of heat exchange separate on the pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0388—Localisation of heat exchange separate
    • F17C2227/0393—Localisation of heat exchange separate using a vaporiser
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/03—Control means
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/03—Control means
    • F17C2250/032—Control means using computers
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/043—Pressure
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/0439—Temperature
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/0443—Flow or movement of content
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0486—Indicating or measuring characterised by the location
    • F17C2250/0491—Parameters measured at or inside the vessel
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0486—Indicating or measuring characterised by the location
    • F17C2250/0495—Indicating or measuring characterised by the location the indicated parameter is a converted measured parameter
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/06—Controlling or regulating of parameters as output values
    • F17C2250/0605—Parameters
    • F17C2250/0626—Pressure
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/06—Controlling or regulating of parameters as output values
    • F17C2250/0605—Parameters
    • F17C2250/0631—Temperature
    • 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
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/06—Controlling or regulating of parameters as output values
    • F17C2250/0605—Parameters
    • F17C2250/0636—Flow or movement of content
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a system comprising a cryogenic container, in particular an LNG container or a hydrogen container, an external heat exchanger and an internal heat exchanger, the external heat exchanger having a medium inlet and a medium outlet for heat exchange medium and the internal heat exchanger being arranged inside the cryogenic container.
  • the external heat exchanger comprising a first heat exchange tube having a first inlet and a first outlet and a second heat exchange tube having a second inlet and a second outlet; wherein the internal heat exchanger includes a third inlet and a third outlet; wherein an extraction line of the cryogenic vessel is connected to the first input of the external heat exchanger, wherein an output line is connected to a first output of the external heat exchanger, wherein a branch line is connected to the output line at a first node and connected to the third input of the internal heat exchanger, a first return line connected to the third outlet of the internal heat exchanger and connected to the second inlet of the external heat exchanger; and wherein a second return line is connected to the second outlet of the external heat exchanger and is connected to the outlet line at a second node, the second node being downstream of the first node
  • liquefied gases can be stored in containers (“cryogenic containers”) in order to store them as fuel for an engine, for example.
  • Liquefied gases are gases that are in the liquid state at boiling point, with the boiling point of this fluid being pressure-dependent. If such a cryogenic liquid is filled into a cryogenic container, apart from thermal interactions with the cryogenic container itself, a pressure corresponding to the boiling temperature is established.
  • the cryofluid can serve as a fuel for a vehicle, for which purpose the cryocontainer is carried on the vehicle.
  • the cryogenic fluid should be supplied to the engine of the vehicle--generally a consumer--at a predetermined minimum temperature. Since the cryogenic fluid is usually stored at temperatures below -40°C and, for example, in liquefied form (e.g. supercritical, cryocompressed or sLH2), the consumer should generally be supplied in gaseous form, with common components such as injection valves usually only being used for (Continuous) use temperatures of greater than approximately -40°C are suitable, an external heat exchanger is provided in order to heat the cryogenic fluid for delivery to the consumer at least to this predetermined minimum temperature.
  • liquefied form e.g. supercritical, cryocompressed or sLH2
  • cryogenic fluid can also be supplied to the consumer at cryogenic temperatures, eg -240°C.
  • cryo-containers particularly in the automotive sector, should be supplied to the consumer at a predetermined minimum pressure.
  • the cryofluid is stored in the cryocontainer at a pressure which is, for example, at least a predetermined pressure difference above the minimum pressure mentioned, with the predetermined pressure difference corresponding to at least one pressure loss of the withdrawal system.
  • a so-called pressure management system is provided, as is known, for example, from WO 2021/026580 A1.
  • the purpose of the pressure management system is that cryogenic fluid heated by the external heat exchanger is branched off from the extraction line and returned through a further heat exchanger projecting into the cryogenic container, as a result of which the pressure in the cryogenic container can be increased.
  • the pressure in the cryogenic container high enough so that there is always a sufficiently high pressure at the end of the removal system.
  • the pressure in the cryocontainer should not be too high either, since a high pressure is associated with a shorter hold time, with the hold time being the period of time from the end of the removal to the point in time at which the pressure in the cryocontainer reaches a predefined threshold value reached.
  • cryo-containers It is generally desirable to increase the hold time of the cryogenic vessel.
  • further developments in the field of cryo-containers provide for longer hold times, better insulation of the cryo-container or reduction of the pressure loss of the withdrawal system, for example by the pipes used being shorter or with a larger diameter. It is the object of the invention to improve the extraction system of a cryocontainer with regard to these problems.
  • a system comprising a cryogenic container, in particular an LNG container or a hydrogen container, an external heat exchanger and an internal heat exchanger, the external heat exchanger having a
  • the external heat exchanger having a first heat exchanger tube with a first input and a first output and a a second heat exchanger tube having a second inlet and a second outlet or wherein the external heat exchanger comprises only a first heat exchanger tube having a first inlet and a first outlet and the system further comprises another external heat exchanger having a second heat exchanger tube having a second inlet and a second outlet ; wherein the internal heat exchanger includes a third inlet and a third outlet; wherein an extraction line of the cryogenic vessel is connected to the first input of the external heat exchanger, wherein an output line is connected to a first output of the external heat exchanger, wherein a branch line is connected to the output line at a first node and connected to the third input of the internal heat exchanger, a first return line connected to the
  • valves, sensors can be provided in between) before the first inlet to the extraction line and preferably immediately after the first outlet to the outlet line; a second bypass line for the second heat exchange tube of the external heat exchanger, the second bypass line preferably immediately before the second inlet connects to the first return line and preferably connects to the second return line immediately after the second outlet; a third bypass line for the internal heat exchanger, wherein the third bypass line preferably connects to the branch line immediately before the third inlet and preferably connects to the first return line immediately after the third outlet.
  • the purpose of the bridging lines is that the heat exchangers can be switched in parallel for a short time if required, in order to temporarily reduce the pressure loss.
  • the invention is based on the finding that the heat exchangers that are usually required involve a relatively large pressure drop, but that it is not always necessary to route the cryogenic fluid through the heat exchangers.
  • the temporary reduction in pressure losses can be used to reduce the pressure in the cryocontainer, since a lower pressure is now required in the cryocontainer in order to supply the cryofluid at a predetermined pressure to a consumer such as the engine of a vehicle.
  • the pressure pKB in the cryogenic container now only has to be above the required minimum pressure pmin by the reduced pressure loss Ap of the extraction system.
  • the lower pressure achieved in the cryocontainer entails an increased hold time after the consumer or the vehicle has been switched off, since the period of time up to which the pressure in the cryocontainer reaches a predetermined threshold value will be longer.
  • Another advantageous effect of the invention is that the temperature of the cryogenic fluid at the end of the withdrawal system can be kept as low as possible, but still above the minimum temperature of the consumer. Due to the low temperature of the cryogenic fluid, the consumer can work more efficiently or the consumer can be kept at an operating temperature more efficiently and using less energy.
  • the invention thus creates the possibility of dynamically adjusting the pressure losses in the extraction system of a cryogenic container, depending on the conditions prevailing in the system.
  • a relatively cold heat exchange medium e.g. waste heat from the consumer
  • a warmer heat exchange medium could be available (e.g. because the consumer is warmer and thus its waste heat also increased), so that the entire cryofluid removed via the cryocontainer no longer has to be routed via the external heat exchanger, for example by increasing the mass flow via the first bypass line.
  • the pressure in the cryocontainer can be reduced by the pressure loss reduced in this way, as a result of which the hold time of the cryocontainer is increased.
  • the first, second and/or third bridging line mentioned can be switched on manually, for example if a corresponding valve in the respective bridging line is switched on manually.
  • control lines could be routed into the driver's cab, and a driver of the vehicle could manually actuate a control button, e.g. when he knows from his experience or from a measured value that the heat exchange medium is now warm enough to no longer pour all of the cryofluid over the external heat exchanger to flow.
  • the system comprises a control device and at least one sensor for determining measured pressure values and/or measured temperature values, with the sensor being arranged in the cryogenic container, in the extraction line, in the first return line, in the second return line or in the outlet line, wherein the control unit is designed to control a mass flow of cryogenic fluid through the first, second and/or third bridging line depending on the measured pressure values and/or measured temperature values received from the sensor, in particular with the aim of reducing the pressure loss in the withdrawal system or the pressure in the cryogenic container to reduce.
  • a fully automatic system is created by the control unit, with which the pressure loss of the removal system can be continuously minimized during operation without the need for user intervention.
  • control unit solves an optimization problem, for example continuously or at discrete times.
  • control unit is designed to measure a temperature downstream of the second node, a pressure downstream of the second node and a pressure in the cryocontainer receive or determine and regulate a mass flow via the branch line, the first, second and/or third bypass line under the conditions that the temperature downstream of the second node is at or above a predetermined minimum temperature (but more preferably at the same time as low as possible, ie, as close to the minimum temperature as possible, or not exceeding a maximum temperature), the pressure downstream of the second node is at or above a predetermined minimum pressure, and the pressure in the cryogenic vessel is minimized.
  • the control unit can receive or determine the pressure or temperature downstream of the cryogenic container, for example directly from a sensor arranged there, by using the temperatures or pressures upstream of the node in the outlet line or in the second return line and, if necessary, a mass flow ratio.
  • the named optimization problem can, for example, be solved analytically, in which case further sensor measurement values can also be used.
  • the control can also be simplified or supported if simple rules are stored in the control unit, for example one or more of the following rules: the mass flow through the first bypass line is increased if the temperature downstream of the second node is above a predetermined threshold value; the mass flow through the second bypass line is increased when the temperature downstream of the second node is above a predetermined threshold; the mass flow through the third bypass line is increased when the temperature downstream of the second node is below a predetermined threshold; the mass flow through the branch line is increased when the pressure downstream of the second node is below a predetermined threshold.
  • the bridging lines allow a temporary reduction in pressure loss in systems in which the temperature of the heat exchange medium changes, for example when the temperature of the heat exchange medium is caused by waste heat from the consumer, i.e. the heat exchange medium is provided at a first temperature at the start of operation and after a predetermined period of time after the start of operation, the heat exchange medium is provided at a second temperature that is higher than the first temperature.
  • the temperature can also simply be caused by an ambient temperature, ie the heat exchange medium will have a higher average temperature in summer than in winter, for example. In such cases, the following two embodiments are preferred.
  • the external heat exchanger is dimensioned for a cold start, i.e. the external heat exchanger enables cryogenic fluid to be heated to the predetermined minimum temperature required for the consumer even with a relatively cold heat exchange medium.
  • the heat exchanger heats the cryogenic fluid unnecessarily if the heat exchange medium is warmer.
  • the heat exchanger is thus designed to bring the cryogenic fluid at least to the predetermined minimum temperature of a consumer at the start of operation when the cryogenic fluid is passed through the heat exchanger once.
  • control unit is designed not to conduct a mass flow of cryofluid via the first bridging line and/or the second bridging line at the start of operation, and to conduct a mass flow of cryofluid via the first after the predetermined period of time
  • bypass line and / or the second bypass line optionally under the condition that the temperature is downstream of the second node at a predetermined minimum temperature.
  • the heat exchanger can also be undersized for the first time for the cold start, ie the heat exchanger is designed to bring the cryofluid at the start of operation with a single passage of the cryofluid through the heat exchanger only to a temperature below the predetermined Minimum temperature of a consumer is.
  • the heat exchanger can thus be designed to be particularly short and thus already has a low pressure loss. It is possible for the first time that the extraction system can also be used with such an undersized heat exchanger, e.g.
  • the control unit is designed to conduct a mass flow of cryogenic fluid via the third bypass line at the beginning of operation, possibly under the condition that the temperature downstream of the second node is at a predetermined minimum temperature, and after a predetermined period of time not to flow a mass flow of cryogenic fluid across the third bypass line.
  • the cryogenic fluid is thus passed through the heat exchanger several times.
  • the heat exchanger can be made shorter and, in continuous operation, after the cryogenic fluid has been heated, it is only passed over the heat exchanger once more, an overall reduction in the pressure loss is achieved.
  • the arrangement according to the invention can be used to enable the consumer to be operated even when the pressure in the cryocontainer itself is too low, for example when the cryocontainer is incorrectly filled.
  • the control unit can be designed to increase the mass flow of cryofluid via the first bypass line if the pressure in the cryocontainer or downstream of the second node is below a predetermined threshold value, with the control unit preferably being designed to meet a condition with regard to a required minimum temperature of the to relax or override the consumer. The relaxation or overriding of the condition may occur for a predetermined period of time, eg 10 minutes, or until the minimum temperature of the consumer is reached.
  • the consumer can thus be operated at least at a low load, as a result of which, for example, the heat exchange medium can be heated, which in turn can increase the pressure in the cryogenic container.
  • Valves can be provided in or on the bridging lines as follows so that it can be controlled which proportion of cryogenic fluid is routed via the respective bridging line: the first bridging line can have a valve at the connection point to the extraction line, a valve at the connection point to the outlet line or having a valve between said ports; second bypass line may have a valve at the point of connection to the first return line, a valve at the point of connection to the second return line, or a valve between said points of connection; and/or the third bypass line may have a valve at the point of connection to the branch line, a valve at the point of connection to the first return line, or a valve between said points of connection. Furthermore, a valve can optionally be provided in the line section to be connected in parallel. The control unit is preferably connected to these valves in order to regulate the mass flow conducted via the bridging line.
  • the system is used in combination with a vehicle and the output line is connected to a consumer, in particular an engine or a fuel cell, of the vehicle, the consumer being designed to be operated in normal operation , if the Consumer receives cryogenic fluid at a predetermined minimum temperature and a predetermined minimum pressure.
  • FIG. 1 shows an extraction system with a pressure management system according to the prior art.
  • FIG. 2 shows an extraction system according to the invention with a pressure management system.
  • FIGS. 3a to 3d show variants of the possible valve arrangements for the bridging lines according to the invention.
  • Figure 4 shows a further development of the removal system from Figure 2.
  • FIG. 1 shows a well-known withdrawal system of a cryocontainer 100 storing cryofluid in the gaseous state 107 or liquid state 108 .
  • the cryogenic fluid may be hydrogen such that the cryogenic vessel 100 is a hydrogen vessel, or the cryogenic fluid may be LNG (liquefied natural gas) such that the cryogenic vessel is an LNG vessel.
  • the cryocontainer is thus designed to store cryofluid at temperatures of, for example, below 150 Kelvin, in the case of hydrogen even below 50 Kelvin or below 30 Kelvin or essentially 20 Kelvin.
  • cryogenic container 100 could, for example, be designed to store sLH2 (subcooled liquid hydrogen) or CcH2 (cryo-compressed hydrogen) and thus also be designed for correspondingly high pressures, e.g. for maximum pressures between 5 bar and 350 bar.
  • sLH2 subcooled liquid hydrogen
  • CcH2 crystal-compressed hydrogen
  • the cryogenic tank 100 described herein is usually used as a fuel tank of a vehicle, not shown in detail, and for this purpose can be mounted on the vehicle frame of the vehicle, for example.
  • two extraction lines 109 , 110 are routed into the cryogenic container 100 .
  • the first removal line 109 is routed to the upper region in the operating position of the cryocontainer 100 for removing gaseous cryofluid
  • the second removal line 110 is routed to the lower region in the operating position of the cryocontainer 100 to remove liquid cryofluid.
  • the extraction lines 109, 110 pass through either the cryocontainer shell or one of the end caps of the cryocontainer 100 and are thus guided out of the cryocontainer 100.
  • the extraction lines 109, 110 meet at a node 120 and are used there as a common extraction line 130 continued.
  • One or more economizer valves 121 in the extraction lines 109, 110, 130 can be used to control whether cryogenic fluid is extracted from the cryogenic container 100 in the liquid phase or in the gas phase, which is known as the so-called economizer function. In the simplest case, however, only a single removal line 130 could be routed into the cryogenic container 100.
  • the cryogenic container 100 Since the cryogenic fluid is to be supplied to the consumer at a predetermined minimum temperature, the cryogenic container 100 includes an external heat exchanger 140 with a first heat exchanger tube 141, which has a first inlet El and a first outlet Al.
  • the removal line 130 is connected to the first inlet El of the first heat exchanger tube 141 .
  • an outlet line 150 is connected to the first outlet Al of the first heat exchanger tube 141 .
  • a heat exchange medium flows around it, which medium enters the external heat exchanger 140 via a medium inlet M1 and exits therefrom via a medium outlet M2.
  • the heat exchange medium is usually heated by waste heat from the vehicle or the consumer, so that the heat exchange medium is cooler when the consumer, e.g. the engine or the fuel cell, starts operating than during operation, i.e. after a predetermined period of time after the start of operation .
  • a branch line 160 is connected to the output line 150 at a first node 151 .
  • the branch line 160 is connected to a third inlet E3 of an internal heat exchanger 170 which protrudes into the cryocontainer 100 .
  • the warm cryofluid conducted into the internal heat exchanger 170 increases the temperature and thus the pressure in the cryocontainer 100, as a result of which the desired influencing of the pressure in the cryocontainer 100 is achieved.
  • the external heat exchanger 140 includes a second heat exchanger tube 142 with a second inlet E2 and a second outlet A2.
  • a further external heat exchanger separate from the external heat exchanger 140 can be used (not shown) comprising the second heat exchange tube 142 .
  • the additional heat exchanger can again include a medium inlet and a medium outlet for heat exchange medium, for example the same heat exchange medium as the heat exchanger 140 .
  • a first return line 180 connects the third outlet A3 of the internal heat exchanger 170 to the second inlet E2 of the second heat exchanger tube 142.
  • a second return line 190 connects the second outlet A2 of the second heat exchanger tube 142 to the outlet line 150 at a second node 152, the second node 152 is arranged downstream of the first node 151.
  • one or more pressure management valves 153 are provided, which are arranged at the first node 151, for example.
  • the second heat exchanger tube 142 can also be omitted and the cryogenic fluid from the first return line 180 can be returned again directly at the second node 152 .
  • FIG. 2 now shows the system according to the invention, which further develops the system from FIG. Since all components are used in the same or similar way as in FIG. 1, the same reference numbers are used. All the variants described for FIG. 1 can also be used in the system of FIG.
  • the heat exchanger tubes 141, 142 or the heat exchanger 170 are usually designed as spiral tubes, coiled tubes, etc., they entail a certain pressure loss, which is generally accepted. However, it has now been found that although certain pressure losses are sometimes unavoidable, minimizing these pressure losses can, depending on the situation, be of decisive importance for the usability of the vehicle.
  • bypass lines 210, 220, 230 that can be activated selectively are now provided for the temporary reduction of pressure losses: a first bypass line 210 for the first heat exchanger tube 141, with the first bypass line 210 preferably immediately in front of the first input El, for example between the first input El and the node 120, to the sampling line 130 and preferably immediately after the first output Al, for example between the first output Al and the first node 151, to the output line 150; a second bridging line 220 for the second heat exchanger tube 142, the second bridging line 220 preferably connecting to the first return line 180 directly upstream of the second inlet E2, for example between the second inlet E2 and the third outlet A3 or the connection point of the third bridging line 230, and preferably immediately after the second outlet A2, for example between the second outlet A2 and the second node 152, to the second return line 190; a third bridging line 230 for the internal heat exchanger 170
  • the pressure loss of the extraction system can be reduced if a mass flow is increased via the bridging lines 210, 220, 230, the mass flow being increased at the same time is reduced via the heat exchanger tubes 141, 142 or the heat exchanger 170.
  • Valves 211, 221, 231 are provided on or in the bypass lines 210, 220, 230 for this purpose.
  • valves 211, 221, 231 can either be actuated manually or controlled via a control unit 240, for which purpose the valves 211, 221, 231 can communicate with the control unit via control lines or wirelessly.
  • FIG. 2 shows that the valves are provided at an input connection point of the bridging lines 210, 220, 230. This is illustrated again in FIG. 3a.
  • the valves 211, 221, 231 could also be provided at the outlet connection point of the bridging lines 210, 220, 230, as shown in FIG. 3b.
  • the valves 211, 221, 231 are usually designed as multi-way valves in order to regulate by means of a valve how much cryofluid via the respective bridging line 210, 220, 230 and how much cryofluid via the respective heat exchanger tube 141, 142 or the heat exchanger 170 flows.
  • the multi-way valves can be designed as proportional valves to selectively throttle the connection.
  • the multi-way valve could be designed to open the connection to the respective bypass line 210, 220, 230 between 0-100% and independently to open the connection to the respective heat exchanger tube 141, 142 or to the heat exchanger 170 between 0-100%.
  • These different embodiments serve the purpose of minimizing the pressure losses between the cryogenic container and the consumer (eg engine or fuel cell). The pressure losses are lost as an unusable pressure interval for the hold time (blow-off-free storage period). At the same time, one wants to be able to consciously set pressure differences between certain line paths in certain operating states.
  • FIG. 3c shows that the valves 211, 221, 231 can also be formed between the connection points on the respective lines.
  • the valves 211, 221, 231 can be proportional valves, i.e. designed as simple 2/2-way valves and opened between 0-100%.
  • the valves 211, 221, 231 could only have discrete switching states, e.g. only be fully closed or fully open and possibly assume an intermediate position of 50% open, for example.
  • one valve is basically sufficient, since the respective heat exchanger tube 141, 142 or the heat exchanger 170 represents a resistance and most of the cryogenic fluid thus flows via the respective bypass line 210, 220, 230 when the valve 211, 221, 231 is fully open becomes.
  • a further valve 235 can also be provided, which is arranged in the line of the heat exchanger pipe 141, 142 or heat exchanger 170 to be connected in parallel.
  • Figures 3a-3d show this configuration based on the third bridging line 230 for parallel connection of the internal heat exchanger 170, such configurations can of course also be provided for the first and / or second bridging line 210, 220.
  • the control unit 240 can determine when a mass flow of cryogenic fluid is to be routed via the bridging lines 210, 220, 230, the following boundary conditions are used.
  • this cryofluid should be provided with a predetermined minimum pressure pmin and a predetermined minimum temperature Tmin.
  • the minimum pressure pmin and the minimum temperature Tmin are thus defined by the consumer itself.
  • a pressure sensor 241 and a temperature sensor 242 can be arranged in the outlet line 150 downstream of the second node 152 in order to determine the pressure or temperature at which the cryogenic fluid is currently being supplied to the consumer.
  • the controller 240 could receive the temperature and pressure of the cryogenic fluid in the output line 150 downstream of the second node 152 directly.
  • pressure sensors or temperature sensors can also be provided at other points, e.g. in one or more of the bridging lines 210, 220, 230, in the extraction line 109, 110, 130, in the output line 150 between the two nodes 151 and 152 or upstream of the first node 151, in the branch line 160 or in the first or second return line 180, 190.
  • Mass flow meters in particular could also be arranged at the points mentioned as an alternative or in addition to the pressure sensors or temperature sensors. It is also possible to use sensors which are designed to determine the temperature, the pressure and/or the mass flow.
  • a pressure sensor and/or a temperature sensor 243 is arranged in or on the cryocontainer 100 in order to determine the pressure or the temperature in the cryocontainer 100 .
  • the control unit 240 can now measure a mass flow of cryogenic fluid through the first, second and/or third bridging line 210, 220, 230 depending on the pressure measurement values received from the sensor and/or to control measured temperature values or measured mass flow values by correspondingly actuating the corresponding valves 211, 221, 231 in the bypass lines 210, 220, 230 or the valve 121 for providing the economizer function and/or the valve 153.
  • the control of the mass flow is usually carried out with the aim that the temperature downstream of the second node 152 is at or above a predetermined minimum temperature Tmin, the pressure downstream of the second node 152 is at or above a predetermined minimum pressure pmin and the pressure pKB in the cryocontainer 100 is minimized.
  • this optimization problem could be solved analytically or by a machine algorithm.
  • Some trial and error could also be employed by activating one or more of the valves and observing or evaluating the effect on the condition of the cryogenic fluid downstream of the second node 152 .
  • concrete rules can also be set up and stored in the control unit 240, on the basis of which the control unit controls the valves 211, 221, 231 and also the valve 153. This is explained in more detail below.
  • the cryofluid Since the cryofluid is usually stored at temperatures below -40°C, the minimum temperature Tmin of the components downstream of the tank system, e.g. for automotive applications for continuous operation, is usually around -40°C, the cryofluid is pumped through the first heat exchanger tube 141 out to heat the cryogenic fluid for delivery to the consumer at least to this temperature Tmin. Maintaining this minimum temperature is therefore a condition at least for the continuous operation of the cryocontainer 100, with short-term exceptions being possible.
  • the heat exchange medium is usually heated by waste heat from the vehicle, so that the heat exchange medium is cooler when the consumer, e.g. the engine or the fuel cell, is started than during operation.
  • the heat exchanger 140 is usually dimensioned in such a way that when the vehicle is “cold started”, sufficient cryofluid can be provided for full-load operation (at least sufficiently high load) with at least the minimum temperature Tmin.
  • the "cold start” temperature of the heat exchange medium is usually specified by the vehicle manufacturer and can be e.g. - 30°C or -20°C.
  • the temperature of the heat exchange medium can rise significantly during operation, e.g. to +80°C or to +120°C, the temperature of the cryogenic fluid provided will also be significantly above Tmin as a result of the required "cold start" dimensioning of the heat exchanger 140. Due to the lower density at this higher temperature, the pressure drop across the heat exchanger 140 will also be higher for the same flow rate than at lower temperatures.
  • the heat exchanger 140 can now be at least partially connected in parallel through the connecting line 210, as a result of which the proportional regulation of the two partial flows is achieved via the first heat exchanger tube 141 and the bridging line 210, so that after the two partial flows have been mixed, at least up to the point at which the cryogenic fluid enters the consumer ( engine, fuel cell) the predetermined minimum temperature Tmin can be reached or exceeded.
  • the first bridging line 210 is routed outside of the heat exchanger 140 and can also be made shorter and with a larger diameter without the need to increase the temperature, the pressure loss across this bridging line 210 is lower than across the first heat exchanger tube 141, and the pressure loss of the entire mass flow (i.e the sum of the partial flows via the first heat exchanger tube 141 and via the first bridging line 210) is therefore lower than via the first heat exchanger tube 141 alone.
  • the first bridging line 210 also enables targeted regulation and thus a reduction in the temperature of the cryogenic fluid provided by the withdrawal system. In this way, the required cooling capacity of the consumer is reduced accordingly, and the capacity is correspondingly increased and optimized due to the higher density of the fuel (cryogenic fluid) provided, generally improving the efficiency of the drive.
  • One of the rules stored in the control unit 240 can therefore be that the mass flow through the first bypass line 210 is increased if the temperature downstream of the second node 152 is above a predetermined threshold value.
  • This threshold could be for example the predetermined minimum temperature Tmin or for example Tmin+Tl, where TI is for example 10% of Tmin or an absolute value.
  • cryogenic fluid can also be delivered to the consumer at cryogenic temperatures, e.g. at -240°C, which depends on the specific consumer, such that the external heat exchanger 140 is only used to introduce heat into the cryogenic vessel 100 via the internal heat exchanger 170 and not to raise the temperature for the consumer.
  • cryogenic temperatures e.g. at -240°C, which depends on the specific consumer, such that the external heat exchanger 140 is only used to introduce heat into the cryogenic vessel 100 via the internal heat exchanger 170 and not to raise the temperature for the consumer.
  • Prolonged high load operation will result in a pressure drop due to the corresponding mass of cryogenic fluid being drawn from the tank.
  • this pressure drop can be avoided or periodically compensated.
  • a partial flow of the already heated fluid is branched off via the branch line 160 at node 151 and routed via the internal heat exchanger 170, where the cryogenic fluid cools down as a result of the heat transfer to the colder stored cryogenic fluid, possibly also below the predetermined minimum temperature Tmin .
  • Another of the rules stored in the control unit 240 can therefore be that the mass flow through the branch line 160 is increased if the pressure downstream of the second node 152 is below a predetermined threshold value.
  • This threshold value could be, for example, the predetermined minimum pressure pmin or, for example, pmin+pl, where pl is, for example, 10% of pmin or an absolute value.
  • the return flow is again routed via the second heat exchanger tube 142, which is again designed with a correspondingly high pressure drop.
  • performance limits of the system are set, always with the proviso that the temperature of the cryogenic fluid downstream of the second node 152 after mixing of the partial flows is above the predetermined minimum temperature Tmin at least immediately before entry into the consumer.
  • the second bridging line 220 makes it possible here to connect the second heat exchanger tube 142 in parallel, which in turn enables lower pressure losses than if the entire cryogenic fluid is routed via the second heat exchanger tube 142, the performance of the internal heat exchanger 170 and while maintaining the specified minimum temperature Tmin.
  • the regulations thus enable the minimization of the pressure losses for each currently available temperature of the heat exchange medium while maintaining the specified minimum temperature Tmin.
  • Another of the rules stored in the control unit 240 can therefore be that the mass flow through the second bypass line 220 is increased if the temperature downstream of the second node 152 is above a predetermined threshold value.
  • This threshold value could be, for example, the predetermined minimum temperature Tmin or, for example, Tmin+T2, where T2 is, for example, 10% of Tmin or an absolute value.
  • the bridging line 230 allows a mass flow to be additionally passed through the heat exchanger 140, bypassing the internal heat exchanger 170.
  • an additional length in the heat exchanger can be used and the heat exchanger 140 can be made smaller overall because higher heat exchanger medium temperatures can be assumed in normal operation.
  • Another of the rules stored in the control unit 240 can therefore be that the mass flow through the third bypass line 230 is increased if the temperature downstream of the second node 152 is below a predetermined threshold value.
  • This threshold could be, for example, the predetermined minimum temperature Tmin or, for example, Tmin+T3, where T3 is, for example, 10% of Tmin or an absolute value.
  • Compensate for low cryo tank pressure e.g. after misfuelling
  • the minimum pressure pmin that the consumer needs for full-load operation is 5 bar, for example.
  • a prior art static extraction system as shown in Figure 1 offers a pressure drop AP of 3 bar at full load mass flow
  • a pressure pKB of 8 bar must be present in the cryogenic vessel 100 to downstream of the second node 152 den to achieve the desired minimum pressure pmin of 5 bar after the extraction system.
  • the extraction system only has a pressure loss of 2 bar in full load operation thanks to the bridging lines 210, 220, 230, whereby the pressure pKB in the cryogenic container 100 only has to be 7 bar in order to achieve the desired minimum pressure pmin of 5 bar after the extraction system.
  • the pressure reduction achieved by the bridging lines 210, 220, 230 results in the desired increase in the hold time.
  • the desired pressure pKB in the cryocontainer 100 will also be above 7 bar or 8 bar, so that the invention is used to reduce the pressure in the cryocontainer 100 in order to just achieve the minimum pressure pmin at the end of the withdrawal system.
  • the invention also makes it possible that too low a pressure pKB in the cryogenic container 100, for example after incorrect refueling, does not inevitably lead to a scenario in which the vehicle can no longer be started and would have to be towed. This can occur in particular when refueling sLH2, since the cryofluid is brought into an over-pressurized state at the end of the refueling process. Initially it can be assumed that the consumer now has a minimum pressure for partial load operation (e.g.
  • the pressure loss of the withdrawal system can now be reduced, in particular if a mass flow of cryogenic fluid is routed via the first bridging line 210 .
  • the pressure loss of the extraction system can be reduced to 1 bar, for example, which means that a minimum pressure of 4 bar can be achieved at the consumer at a pressure pKB in the cryogenic container 100 of 5 bar. In this case, falling below the minimum temperature Tmin of the consumer over a predetermined period of time, for example 10 minutes, can be accepted.
  • the system also enables the pressure pKB in the cryocontainer 100 to be increased as quickly as possible by selectively switching on the bypass lines 210, 220, 230, while the pressure downstream of the node 152 is kept substantially constant at the minimum pressure pmin.
  • FIG. 4 shows that a large part of the extraction system can be implemented in a one-piece valve block 250 .
  • the input lines 109, 110 or 130, the output line 150, the branch line 160, the first return line 180, the second return line 190 and/or the bridging lines 210, 220, 230 can all be at least partially, preferably completely, inside the one-piece valve block 250 be realized, e.g. from recesses such as milled, drilled or produced in a casting process holes of the one-piece valve block 250.
  • the one-piece valve block 250 preferably has at least one, preferably two, inlet openings for the extraction lines 109, 110 or 130, an inlet opening for the first return line 180, an outlet opening for the outlet line 150 and an outlet opening for the branch line 160, and four connection openings for connecting the heat exchanger to the inlet openings El, E2 and the outlet openings Al, A2.
  • the one-piece valve block 250 can have valve recesses that attach to the corresponding lines within the one-piece valve block.
  • Two or more one-piece valve blocks can also be provided, for example if the first one-piece valve block comprises the inlet lines 109, 110 or 130 and the first return line 180 and the second one-piece valve block comprises the outlet line 150, the branch line 160 and the second return line 190.
  • the two one-piece valve blocks could have corresponding connection openings in order to route the bridging lines 210, 220, 230 between the one-piece valve blocks.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System, umfassend einen Kryobehälter (100), insbesondere einen LNG-Behälter oder einen Wasserstoffbehälter, einen externen Wärmetauscher (140) und einen internen Wärmetauscher (170) mit einem Druckmanagementsystem, wobei das System zur temporären Reduktion von Druckverlusten zumindest eine der folgenden selektiv zuschaltbaren Überbrückungsleitungen (210, 220, 230) aufweist: - eine erste Überbrückungsleitung (210) für das erste Wärmetauscherrohr (141) des externen Wärmetauschers (140); - eine zweite Überbrückungsleitung (220) für das zweite Wärmetauscherrohr (142); - eine dritte Überbrückungsleitung (230) für den internen Wärmetauscher (170).

Description

System mit einen Kryobehälter zur temporären Reduktion von Druckverlusten
Die Erfindung betrifft ein System, umfassend einen Kryobehälter, insbesondere einen LNG- Behälter oder einen Wasserstoffbehälter, einen externen Wärmetauscher und einen internen Wärmetauscher, wobei der externe Wärmetauscher über einen Mediumeingang und einen Mediumausgang für Wärmetauschmedium verfügt und der interne Wärmetauscher innerhalb des Kryobehälters angeordnet ist, um das im Kryobehälter befindliche Kryofluid als Wärmetauschmedium zu nutzen, wobei der externe Wärmetauscher ein erstes Wärmetauscherrohr mit einem ersten Eingang und einem ersten Ausgang und ein zweites Wärmetauscherrohr mit einem zweiten Eingang und einem zweiten Ausgang umfasst; wobei der interne Wärmetauscher einen dritten Eingang und einen dritten Ausgang umfasst; wobei eine Entnahmeleitung des Kryobehälters mit dem ersten Eingang des externen Wärmetauschers verbunden ist, wobei eine Ausgangsleitung an einen ersten Ausgang des externen Wärmetauschers angeschlossen ist, wobei eine Abzweigleitung an einem ersten Knotenpunkt an die Ausgangsleitung angeschlossen und mit dem dritten Eingang des internen Wärmetauschers verbunden ist, wobei eine erste Rückführleitung an den dritten Ausgang des internen Wärmetauschers angeschlossen und mit dem zweiten Eingang des externen Wärmetauschers verbunden ist; und wobei eine zweite Rückführleitung an den zweiten Ausgang des externen Wärmetauschers angeschlossen und an einem zweiten Knotenpunkt an die Ausgangsleitung angeschlossen ist, wobei sich der zweite Knotenpunkt stromabwärts des ersten Knotenpunkts befindet
Gemäß dem Stand der Technik können verflüssigte Gase in Behältern („Kryobehältern“) gespeichert werden, um diese als Kraftstoff für beispielsweise einen Motor zu lagern. Verflüssigte Gase sind Gase, die bei Siedetemperatur im flüssigen Aggregatzustand vorliegen, wobei die Siedetemperatur dieses Fluids druckabhängig ist. Wird eine solche kryogene Flüssigkeit in einen Kryobehälter gefüllt, so stellt sich, abgesehen von thermischen Wechselspielen mit dem Kryobehälter selbst, ein Druck entsprechend der Siedetemperatur ein.
Im Anwendungsgebiet der Fahrzeugtechnik kann das Kryofluid als Treibstoff für ein Fahrzeug dienen, zu welchem Zweck der Kryobehälter am Fahrzeug mitgeführt wird. Das Kryofluid soll dem Motor des Fahrzeugs - allgemein einem Verbraucher - mit einer vorbestimmten Mindesttemperatur zugeführt werden. Da das Kryofuid üblicherweise bei Temperaturen von unter -40°C und beispielsweise in verflüssigt Form (z.B. überkritisch, cryocompressed oder sLH2) gelagert wird, jedoch dem Verbraucher in der Regel gasförmig zugeführt werden soll, wobei gebräuchliche Komponenten wie Einblaseventile meist nur für (Dauer-)Einsatztemperaturen von größer ungefähr -40°C geeignet sind, ist ein externer Wärmetauscher vorgesehen, um das Kryofluid für die Zuführung an den Verbraucher zumindest auf diese vorbestimmte Mindesttemperatur zu erwärmen. Die Einhaltung dieser Mindesttemperatur ist also eine Muss-Bedingung zumindest für den Dauer-Betrieb des Kryotanks, wobei Ausnahmen nur zeitlich begrenzt möglich sind. In anderen Anwendungen kann das Kryofluid dem Verbraucher auch mit kryogenen Temperaturen, z.B. -240 °C, zugeführt werden.
Eine weitere Anforderung an Kryobehälter insbesondere im automotiven Bereich ist, dass das Kryofluid dem Verbraucher mit einem vorbestimmten Mindestdruck zugeführt werden soll. Zu diesem Zweck wird das Kryofluid bei einem Druck im Kryobehälter gelagert, der beispielsweise zumindest um eine vorbestimmtes Druckdifferenz über dem genannten Mindestdruck liegt, wobei die vorbestimmte Druckdifferenz zumindest einem Druckverlust des Entnahmesystems entspricht.
Da bei einem längeren Betrieb jedoch eine große Masse an Kryofluid aus dem Kryobehälter entnommen wird, reduziert sich der Druck im Kryobehälter stetig. Um den Druck im Kryobehälter während des Betriebs aufrecht zu erhalten, wird ein sogenanntes Druckmanagementsystem vorgesehen, wie beispielsweise aus der WO 2021/026580 Al bekannt ist. Das Druckmanagementsystem hat den Zweck, dass vom externen Wärmetauscher erwärmtes Kryofluid aus der Entnahmeleitung abgezweigt wird und durch einen weiteren, in den Kryobehälter ragenden Wärmetaucher rückgeführt wird, wodurch der Druck im Kryobehälter erhöht werden kann.
Es ist daher einerseits ein Bestreben, den Druck im Kryobehälter hoch genug zu halten, damit stets ein ausreichend hoher Druck am Ende des Entnahmesystems vorliegt. Andererseits soll der Druck im Kryobehälter jedoch auch nicht zu hoch sein, da ein hoher Druck mit einer verkürzten Hold Time einhergeht, wobei die Hold Time die Zeitspanne von einer Beendigung der Entnahme bis zu jenem Zeitpunkt ist, bei dem der Druck im Kryobehälter einen vordefinierten Schwellwert erreicht.
Es ist allgemein erwünscht, die Hold Time des Kryobehälters zu verlängern. Entsprechende Weiterentwicklungen auf dem Gebiet der Kryobehälter sehen zur Verlängerung der Hold Time vor, den Kryobehälter besser zu isolieren oder den Druckverlust des Entnahmesystems zu verringern, beispielsweise indem die verwendeten Rohrleitungen kürzer oder mit größerem Durchmesser ausgeführt werden. Es ist die Aufgabe der Erfindung, das Entnahmesystem eines Kryobehälter hinsichtlich dieser Problemstellungen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System, umfassend einen Kryobehälter, insbesondere einen LNG-Behälter oder einen Wasserstoffbehälter, einen externen Wärmetauscher und einen internen Wärmetauscher, wobei der externe Wärmetauscher über einen
Medium eingang und einen Mediumausgang für (extern zugeführtes) Wärmetauschmedium verfügt und der interne Wärmetauscher innerhalb des Kryobehälters angeordnet ist, um das im Kryobehälter befindliche Kryofluid als Wärmetauschmedium zu nutzen, wobei der externe Wärmetauscher ein erstes Wärmetauscherrohr mit einem ersten Eingang und einem ersten Ausgang und ein zweites Wärmetauscherrohr mit einem zweiten Eingang und einem zweiten Ausgang umfasst oder wobei der externe Wärmetauscher nur ein erstes Wärmetauscherrohr mit einem ersten Eingang und einem ersten Ausgang umfasst und das System ferner einen weiteren externen Wärmetauscher mit einem zweiten Wärmetauscherrohr mit einem zweiten Eingang und einem zweiten Ausgang umfasst; wobei der interne Wärmetauscher einen dritten Eingang und einen dritten Ausgang umfasst; wobei eine Entnahmeleitung des Kryobehälters mit dem ersten Eingang des externen Wärmetauschers verbunden ist, wobei eine Ausgangsleitung an einen ersten Ausgang des externen Wärmetauschers angeschlossen ist, wobei eine Abzweigleitung an einem ersten Knotenpunkt an die Ausgangsleitung angeschlossen und mit dem dritten Eingang des internen Wärmetauschers verbunden ist, wobei eine erste Rückführleitung an den dritten Ausgang des internen Wärmetauschers angeschlossen und mit dem zweiten Eingang des externen Wärmetauschers verbunden ist; und wobei eine zweite Rückführleitung an den zweiten Ausgang des externen Wärmetauschers angeschlossen und an einem zweiten Knotenpunkt an die Ausgangsleitung angeschlossen ist, wobei sich der zweite Knotenpunkt stromabwärts des ersten Knotenpunkts befindet; wobei das System zur temporären Reduktion von Druckverlusten und/oder zur Beeinflussung der Gastemperatur (Kryofluidtemperatur) zumindest eine der folgenden selektiv zuschaltbaren Überbrückungsleitungen aufweist: eine erste Überbrückungsleitung für das erste Wärmetauscherrohr des externen Wärmetauschers, wobei die erste Überbrückungsleitung bevorzugt unmittelbar (d.h. ohne dass eine weitere Anschlussleitung zwischen der Überbrückungsleitung und dem ersten Eingang ansetzt, wobei jedoch Ventile, Sensoren dazwischen vorgesehen sein können) vor dem ersten Eingang an die Entnahmeleitung anschließt und bevorzugt unmittelbar nach dem ersten Ausgang an die Ausgangsleitung anschließt; eine zweite Überbrückungsleitung für das zweite Wärmetauscherrohr des externen Wärmetauschers, wobei die zweite Überbrückungsleitung bevorzugt unmittelbar vor dem zweiten Eingang an die erste Rückführleitung anschließt und bevorzugt unmittelbar nach dem zweiten Ausgang an die zweite Rückführleitung anschließt; eine dritte Überbrückungsleitung für den internen Wärmetauscher, wobei die dritte Überbrückungsleitung bevorzugt unmittelbar vor dem dritten Eingang an die Abzweigleitung anschließt und bevorzugt unmittelbar nach dem dritten Ausgang an die erste Rückführleitung anschließt.
Die Überbrückungsleitungen haben den Zweck, dass die Wärmetauscher bei Bedarf kurzzeitig parallelgeschalten werden können, um den Druckverlust temporär zu reduzieren. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die üblicherweise notwendigen Wärmetauscher einen relativ großen Druckverlust mit sich bringen, es jedoch nicht in allen Fällen notwendig ist, das Kryofluid durch die Wärmetauscher zu führen.
Die temporäre Reduktion der Druckverluste kann dazu ausgenutzt werden, den Druck im Kryobehälter zu reduzieren, da nunmehr ein geringerer Druck im Kryobehälter benötigt wird, um einem Verbraucher wie dem Motor eines Fahrzeugs das Kryofluid mit einem vorbestimmten Druck zuzuführen. Der Druck pKB im Kryobehälter muss nun nur mehr um den reduzierten Druckverlust Ap des Entnahmesystems über dem benötigten Mindestdruck pmin liegen.
Der erreichte niedrigere Druck im Kryobehälter bringt eine erhöhte Hold Time nach dem Abstellen des Verbrauchers bzw. des Fahrzeugs mit sich, da der Zeitraum länger sein wird, bis zu dem der Druck im Kryobehälter einen vorbestimmten Schwellwert erreicht.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt der Erfindung ist, dass die Temperatur des Kryofluids am Ende des Entnahmesystems so niedrig wie möglich, jedoch noch über der Mindesttemperatur des Verbrauchers gehalten werden kann. Durch die niedrige Temperatur des Kryofluids kann der Verbraucher effizienter arbeiten bzw. der Verbraucher kann effizienter und unter geringerem Energieaufwand auf einer Betriebstemperatur gehalten werden.
Die Erfindung schafft damit die Möglichkeit, die Druckverluste im Entnahmesystem eines Kryobehälters dynamisch einzustellen, je nachdem welche Zustände im System herrschen. Beispielsweise könnte einem Start des Systems das stromabwärts des zweiten Knotenpunkts vorliegende Kryofluid aufgrund eines relativ kalten Wärmetauschmediums (beispielsweise Abwärme des Verbrauchers) gerade ausreichend warm sein, sodass der Druckverlust zu diesem Zeitpunkt nicht reduzierbar ist. Zu einem späteren Zeitpunkt könnte jedoch wärmeres Wärmetauschmedium zur Verfügung stehen (beispielsweise da der Verbraucher wärmer wurde und damit auch dessen Abwärme größer wurde), sodass nicht mehr das gesamte über den Kryobehälter entnommene Kryofluid über den externen Wärmetauscher geführt werden muss, beispielsweise indem der Massenstrom über die erste Überbrückungsleitung erhöht wird. Durch den derart reduzierten Druckverlust kann der Druck im Kryobehälter reduziert werden, wodurch die Hold Time des Kryobehälters erhöht wird.
Die erfindungsgemäßen Effekte treten bereits dann ein, wenn eine der Überbrückungsleitungen vorgesehen wird, da zumindest eine Optimierung des Systems für bestimmte Betriebssituationen ermöglicht wird. Eine optimale Lösung, die für alle bzw. mehr Betriebs Situationen eine Verbesserung der Druck bzw. Temperaturregelung im System schafft, wird jedoch dann ermöglich, wenn alle drei der genannten Überbrückungsleitungen vorgesehen werden.
Die genannte erste, zweite und/oder dritte Überbrückungsleitung kann im einfachsten Fall manuell hinzugeschalten werden, beispielsweise wenn ein entsprechendes Ventil in der jeweiligen Überbrückungsleitung manuell geschalten wird. In einer Ausführungsform könnten Steuerungsleitungen in die Fahrerkabine geführt werden, und ein Fahrer des Fahrzeugs könnte einen Steuerknopf manuell betätigen, z.B. wenn dieser nach seiner Erfahrung oder über einen Messwert weiß, dass das Wärmetauschmedium nun warm genug ist, um nicht mehr das ganze Kryofluid über den externen Wärmetauscher fließen zu lassen.
Bevorzugt ist jedoch, wenn das System eine Steuereinrichtung und zumindest einen Sensor zur Bestimmung von Druckmesswerten und/oder Temperaturmesswerten umfasst, wobei der Sensor im Kryobehälter, in der Entnahmeleitung, in der ersten Rückführleitung, in der zweiten Rückführleitung oder in der Ausgangsleitung angeordnet ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, einen Massenstrom von Kryofluid durch die erste, zweite und/oder dritte Überbrückungsleitung in Abhängigkeit der vom Sensor empfangenen Druckmesswerte und/oder Temperaturmesswerte zu steuern, insbesondere mit dem Ziel, den Druckverlust des Entnahmesystems bzw. den Druck im Kryobehälter zu reduzieren. Durch die Steuereinheit wird ein vollautomatisches System geschaffen, mit dem der Druckverlust des Entnahmesystems laufend während des Betriebs minimierbar ist, ohne dass es einer Intervention eines Benutzers bedarf.
Besonders bevorzugt ist, wenn die Steuereinheit ein Optimierungsproblem löst, beispielsweise laufend oder in diskreten Z ei tab ständen. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, eine Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts, einen Druck stromabwärts des zweiten Knotenpunkts und einen Druck im Kryobehälter zu empfangen oder zu bestimmen und einen Massenstrom über die Abzweigleitung, die erste, zweite und/oder dritte Überbrückungsleitung unter den Bedingungen zu regeln, dass die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts an oder über einer vorbestimmten Mindesttemperatur liegt (besonders bevorzugt jedoch gleichzeitig so niedrig wie möglich, d.h. so nahe an der Mindesttemperatur wie möglich, bzw. eine Maximaltemperatur nicht überschreitet), der Druck stromabwärts des zweiten Knotenpunkts an oder über einem vorbestimmten Mindestdruck liegt und der Druck im Kryobehälter minimiert wird. Die Steuereinheit kann den Druck bzw. die Temperatur stromabwärts des Kryobehälters beispielsweise unmittelbar von einem dort angeordneten Sensor empfangen oder ermitteln, indem die Temperaturen bzw. Drücke stromaufwärts des Knotenpunkts in der Ausgangsleitung bzw. in der zweiten Rückführleitung und gegebenenfalls ein Massenstromverhältnis herangezogen werden.
Das genannte Optimierungsproblem kann beispielsweise analytisch gelöst werden, wobei auch weitere Sensormesswerte herangezogen werden können. Die Steuerung kann aber auch vereinfacht bzw. unterstützt werden, wenn einfache Regeln in der Steuereinheit hinterlegt werden, beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Regeln: der Massenstrom durch die erste Überbrückungsleitung wird erhöht, wenn die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts über einem vorbestimmten Schwellwert liegt; der Massenstrom durch die zweite Überbrückungsleitung wird erhöht, wenn die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts über einem vorbestimmten Schwellwert liegt; der Massenstrom durch die dritte Überbrückungsleitung wird erhöht, wenn die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt; der Massenstrom durch die Abzweigleitung wird erhöht, wenn der Druck stromabwärts des zweiten Knotenpunkts unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt.
Insbesondere ermöglichen die Überbrückungsleitungen eine temporäre Reduktion des Druckverlustes in Systemen, in denen sich die Temperatur des Wärmetauschmediums verändert, beispielsweise wenn die Temperatur des Wärmetauschmediums durch eine Abwärme des Verbrauchers bedingt ist, d.h. das Wärmetauschmedium wird zu Beginn eines Betriebs mit einer ersten Temperatur bereitgestellt und nach einem vorbestimmten Zeitraum nach dem Beginn des Betriebs wird das Wärmetauschmedium mit einer zweiten Temperatur bereitgestellt, die höher ist als die erste Temperatur. In anderen Fällen kann die Temperatur auch einfach durch eine Umgebungstemperatur bedingt sein, d.h. das Wärmetauschmedium wird beispielsweise im Sommer eine höhere Durchschnittstemperatur aufweisen als im Winter. In derartigen Fällen werden die folgenden zwei Ausführungsformen bevorzugt.
In der ersten Ausführungsform ist der externe Wärmetauscher für einen Kaltstart dimensioniert, d.h. der externe Wärmetauscher ermöglicht, dass Kryofluid auch mit einem relativ kalten Wärmetauschmedium auf die vorbestimmte Mindesttemperatur erwärmt werden kann, die für den Verbraucher benötigt wird. Dies bringt jedoch auch mit sich, dass der Wärmetauscher das Kryofluid unnötig hoch erwärmt, wenn das Wärmetauschmedium wärmer ist. In dieser Ausführungsform ist der Wärmetauscher somit dazu ausgelegt, das Kryofluid zu Beginn des Betriebs bei einer einmaligen Durchführung des Kryofluids durch den Wärmetauscher zumindest auf die vorbestimmte Mindesttemperatur eines Verbrauchers zu bringen. Die temporäre Reduktion des Druckverlusts kann nun erzielt werden, wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, zu Beginn des Betriebs keinen Massenstrom an Kryofluid über die erste Überbrückungsleitung und/oder die zweite Überbrückungsleitung zu führen, und nach dem vorbestimmten Zeitraum einen Massenstrom an Kryofluid über die erste Überbrückungsleitung und/oder die zweite Überbrückungsleitung zu führen, gegebenenfalls unter der Bedingung, dass die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts an einer vorbestimmten Mindesttemperatur liegt.
In der zweiten Ausführungsform kann der Wärmetauscher auch zum ersten Mal für den Kaltstart unterdimensioniert sein, d.h. der Wärmetauscher ist dazu ausgelegt, das Kryofluid zu Beginn des Betriebs bei einer einmaligen Durchführung des Kryofluids durch den Wärmetauscher nur auf eine Temperatur zu bringen, die unter der vorbestimmten Mindesttemperatur eines Verbrauchers liegt. Der Wärmetauscher kann somit besonders kurz ausgestaltet werden und hat damit an sich bereits einen geringen Druckverlust. Es wird erstmals ermöglicht, dass das Entnahmesystem auch mit einem derartig unterdimensionierten Wärmetauscher eingesetzt werden kann, z.B. wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, zu Beginn des Betriebs einen Massenstrom an Kryofluid über die dritte Überbrückungsleitung zu führen, gegebenenfalls unter der Bedingung, dass die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts an einer vorbestimmten Mindesttemperatur liegt, und nach nach einem vorbestimmten Zeitraum keinen Massenstrom an Kryofluid über die dritte Überbrückungsleitung zu führen. Das Kryofluid wird zu Beginn des Betriebs somit mehrmals durch den Wärmetauscher geführt. Da der Wärmetauscher jedoch kürzer ausgeführt werden kann und im Dauerbetrieb nach der Erwärmung des Kryofluids nur mehr einmal über den Wärmetauscher geführt wird, wird insgesamt eine Reduktion des Druckverlustes erzielt. Weiters kann die erfindungsgemäße Anordnung dazu eingesetzt werden, den Betrieb des Verbrauchers selbst dann zu ermöglichen, wenn der Druck im Kryobehälter an sich zu gering ist, z.B. wenn eine Fehlbetankung des Kryobehälters vorliegt. Hierfür kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, den Massenstrom an Kryofluid über die erste Überbrückungsleitung zu erhöhen, wenn der Druck im Kryobehälter oder stromabwärts des zweiten Knotenpunktes unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt, wobei die Steuereinheit bevorzugt dazu ausgebildet ist, eine Bedingung hinsichtlich einer geforderten Mindesttemperatur des Verbrauchers zu lockern oder außer Kraft zu setzen. Das Lockern oder außer Kraft Setzen der Bedingung kann über einen vorbestimmten Zeitraum erfolgen, z.B. 10 Minuten, oder bis die Mindesttemperatur des Verbrauchers erreicht ist. In diesem Fall kann der Verbraucher somit zumindest bei geringer Last betrieben werden, wodurch beispielsweise das Wärmetauschmedium erwärmbar ist, wodurch wiederum der Druck im Kryobehälter erhöht werden kann. In diesem Modus ist bevorzugt, zumindest einen gewissen Massenstrom an Kryofluid über die Abzweigleitung zu führen und bevorzugt den gesamten Massenstrom an Kryofluid über die zweite Überbrückungsleitung zu führen, um den Kryobehälter bei möglichst geringem Druckverlust zu erwärmen.
Damit gesteuert werden kann, welcher Anteil an Kryofluid über die jeweilige Überbrückungsleitung geführt wird, können wie folgt Ventile in bzw. an den Überbrückungsleitungen vorgesehen werden: die erste Überbrückungsleitung kann ein Ventil an der Anschlussstelle an die Entnahmeleitung, ein Ventil an der Anschlussstelle an die Ausgangsleitung oder ein Ventil zwischen den genannten Anschlussstellen aufweisen; zweite Überbrückungsleitung kann ein Ventil an der Anschlussstelle an die erste Rückführleitung, ein Ventil an der Anschlussstelle an die zweite Rückführleitung oder ein Ventil zwischen den genannten Anschlussstellen aufweisen; und/oder die dritte Überbrückungsleitung kann ein Ventil an der Anschlussstelle an die Abzweigleitung, ein Ventil an der Anschlussstelle an die erste Rückführleitung oder ein Ventil zwischen den genannten Anschlussstellen aufweisen. Weiters kann optional ein Ventil im parallelzuschaltenden Leitungsabschnitt vorgesehen werden. Die Steuereinheit ist bevorzugt mit diesen Ventilen verbunden, um den über die Überbrückungsleitung geführten Massenstrom zu regeln.
Wie bereits oben angeführt ist besonders bevorzugt, wenn das System in Kombination mit einem Fahrzeug eingesetzt wird und die Ausgangsleitung mit einem Verbraucher, insbesondere einem Motor oder einer Brennstoffzelle, des Fahrzeugs verbunden ist, wobei der Verbraucher dazu ausgelegt ist, in einem Normalbetrieb betrieben zu werden, wenn der Verbraucher Kryofluid mit einer vorbestimmten Mindesttemperatur und einem vorbestimmten Mindestdruck empfängt.
Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein Entnahmesystem mit einem Druckmanagementsystem gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Entnahmesystem mit einem Druckmanagementsystem. Die Figuren 3a bis 3d zeigen Varianten der möglichen Ventilanordnungen für die erfindungsgemäßen Überbrückungsleitungen.
Figur 4 zeigt eine Weiterentwicklung des Entnahmesystems von Figur 2.
Figur 1 zeigt ein allgemein bekanntes Entnahmesystem eines Kryobehälters 100, der Kryofluid im gasförmigen Zustand 107 oder flüssigen Zustand 108 lagert. Das Kryofluid kann beispielsweise Wasserstoff sein, sodass der Kryobehälter 100 ein Wasserstoffbehälter ist, oder das Kryofluid kann LNG (Liquefied Natural Gas) sein, sodass der Kryobehälter ein LNG-Behälter ist. Je nach Kryofluid ist der Kryobehälter somit dazu ausgelegt, Kryofluid bei Temperaturen von beispielsweise unter 150 Kelvin, im Fall von Wasserstoff sogar von unter 50 Kelvin oder unter 30 Kelvin oder im Wesentlichen 20 Kelvin, zu lagern. Je nach Anwendung könnte der Kryobehälter 100 beispielsweise zur Lagerung von sLH2 (subcooled liquid hydrogen) oder CcH2 (cryo-compressed hydrogen) ausgebildet und damit auch für entsprechende hohe Drücke ausgelegt sein, z.B. für Maximaldrücke zwischen 5 bar und 350 bar. Somit können die zwei Phasen auch nur zeitweise vorliegen.
Der hierin beschriebene Kryobehälter 100 wird üblicherweise als Kraftstoffbehälter eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs eingesetzt und kann zu diesem Zweck beispielsweise am Fahrzeugrahmen des Fahrzeugs montiert werden. Um einem Verbraucher, z.B. einem Antrieb wie einem Motor oder einer Brennstoffzelle, des Fahrzeugs das Kryofluid als Kraftstoff zuzuführen, sind zwei Entnahmeleitungen 109, 110 in den Kryobehälter 100 geführt. Die erste Entnahmeleitung 109 ist zur Entnahme von gasförmigen Kryofluid in den im Betriebslage des Kryobehälters 100 oberen Bereich geführt, und die zweite Entnahmeleitung 110 ist zur Entnahme von flüssigem Kryofluid in den im Betriebslage des Kryobehälters 100 unteren Bereich geführt. Die Entnahmeleitungen 109, 110 durchsetzen entweder den Kryobehältermantel oder eine der Endkappen des Kryobehälters 100 und werden so aus dem Kryobehälter 100 geführt. Die Entnahmeleitungen 109, 110 treffen auf einem Knotenpunkt 120 zusammen und werden dort als gemeinsame Entnahmeleitung 130 weitergeführt. Mittels eines oder mehrerer Economizer-Ventile 121 in den Entnahmeleitungen 109, 110, 130 kann gesteuert werden, ob Kryofluid in Flüssigphase oder Gasphase aus dem Kryobehälter 100 entnommen wird, was als sogenannte Economizer- Funktion bekannt ist. Im einfachsten Fall könnte aber auch nur eine einzige Entnahmeleitung 130 in den Kryobehälter 100 geführt werden.
Da das Kryofluid dem Verbraucher mit einer vorbestimmten Mindesttemperatur zugeführt werden soll, umfasst der Kryobehälter 100 einen externen Wärmetauscher 140 mit einem ersten Wärmetauscherrohr 141, das einen ersten Eingang El und einen ersten Ausgang Al aufweist. Die Entnahmeleitung 130 ist mit dem ersten Eingang El des ersten Wärmetauscherrohrs 141 verbunden. Um das durch den externen Wärmetauscher 140 erwärmte Kryofluid dem Verbraucher zuzuführen, ist eine Ausgangsleitung 150 mit dem ersten Ausgang Al des ersten Wärmetauscherrohrs 141 verbunden.
Um das im ersten Wärmetauscherrohr 141 befindliche Kryofluid zu erwärmen, wird dieses von einem Wärmetauschmedium umspült, welches über einen Mediumeingang Ml in den externen Wärmetauscher 140 eintritt und über einen Mediumausgang M2 von diesem austritt. Das Wärmetauschmedium ist üblicherweise durch eine Abwärme des Fahrzeugs bzw. des Verbrauchers erwärmt, sodass das Wärmetauschmedium beim Beginn des Betriebs des Verbrauchers, z.B. des Motors bzw. der Brennstoffzelle, kühler ist als während des Betriebs, d.h. nach einem vorbestimmten Zeitraum nach dem Beginn des Betriebs.
Allgemein bekannt ist, dass sich der Druck im Kryobehälter 100 reduziert, wenn Kryofluid während des Betriebs aus dem Kryobehälter 100 entnommen wird. Um den Druck im Kryobehälter 100 wieder zu erhöhen, ist weiters bekannt, ein sogenanntes Druckmanagementsystem im Entnahmesystem vorzusehen. Hierfür ist eine Abzweigleitung 160 an einem ersten Knotenpunkt 151 an die Ausgangsleitung 150 angeschlossen. Die Abzweigleitung 160 ist mit einem dritten Eingang E3 eines internen Wärmetauschers 170 verbunden, der in den Kryobehälter 100 hineinragt. Das in den internen Wärmetauscher 170 geführte warme Kryofluid erhöht die Temperatur und damit den Druck im Kryobehälter 100, wodurch die gewünschte Beeinflussung des Drucks im Kryobehälter 100 erzielt wird.
Anschließend wird das durch den internen Wärmetauscher 170 geführte - nun wieder kalte - Kryofluid nochmals durch den externen Wärmetauscher 140 geführt, um das Kryofluid zu erwärmen. Hierfür umfasst der externe Wärmetauscher 140 ein zweites Wärmetauscherrohr 142 mit einem zweiten Eingang E2 und einem zweiten Ausgang A2. Alternativ kann ein vom externen Wärmetauscher 140 gesonderter weiterer externer Wärmetauscher eingesetzt werden (nicht dargestellt), der das zweite Wärmetauscherrohr 142 umfasst. Der weitere Wärmetauscher kann wieder einen Mediumeingang und einen Mediumausgang für Wärmetauschmedium, beispielsweise dasselbe Wärmetauschmedium wie der Wärmetauscher 140, umfassen.
Eine erste Rückführleitung 180 verbindet den dritten Ausgang A3 des internen Wärmetauschers 170 mit dem zweiten Eingang E2 des zweiten Wärmetauscherrohres 142. Eine zweite Rückführleitung 190 verbindet den zweiten Ausgang A2 des zweiten Wärmetauscherrohres 142 mit der Ausgangsleitung 150 an einem zweiten Knotenpunkt 152, wobei der zweite Knotenpunkt 152 stromabwärts des ersten Knotenpunkts 151 angeordnet ist. Um zu steuern, welcher Anteil des Massenstroms in der Ausgangsleitung 150 über das Druckmanagementsystem, d.h. über den internen Wärmetauscher 170 fließt, werden ein oder mehrere Druckmanagement-Ventile 153 vorgesehen, die beispielsweise am ersten Knotenpunkt 151 angeordnet sind. Optional kann auch das zweite Wärmetauscherrohr 142 entfallen und das Kryofluid aus der ersten Rückführleitung 180 kann direkt beim zweiten Knotenpunkt 152 wieder rückgeführt werden.
Figur 2 zeigt nun das erfindungsgemäße System, welches das System von Figur 1 weiterentwickelt. Da alle Komponenten gleich bzw. ähnlich wie in Figur 1 eingesetzt werden, werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Alle für Figur 1 beschriebenen Varianten können auch bei dem System von Figur 2 eingesetzt werden.
Da die Wärmetauscherrohre 141, 142 bzw. der Wärmetauscher 170 üblicherweise als Spiralrohre, gewundene Rohre etc. ausgebildet sind, bringen diese einen gewissen Druckverlust mit sich, der in der Regel in Kauf genommen wird. Es hat sich nun jedoch herausgestellt, dass gewisse Druckverluste zwar manchmal unvermeidlich sind, die Minimierung dieser Druckverluste jedoch situationsbedingt von entscheidender Bedeutung für die Nutzbarkeit des Fahrzeugs sein können.
Aus diesem Grund wird nun vorgesehen, zur temporären Reduktion von Druckverlusten zumindest eine, bevorzugt zwei oder alle drei der folgenden selektiv zuschaltbaren Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 vorzusehen: eine erste Überbrückungsleitung 210 für das erste Wärmetauscherrohr 141, wobei die erste Überbrückungsleitung 210 bevorzugt unmittelbar vor dem ersten Eingang El, beispielsweise zwischen dem ersten Eingang El und dem Knotenpunkt 120, an die Entnahmeleitung 130 anschließt und bevorzugt unmittelbar nach dem ersten Ausgang Al, beispielsweise zwischen dem ersten Ausgang Al und dem ersten Knotenpunkt 151, an die Ausgangsleitung 150 anschließt; eine zweite Überbrückungsleitung 220 für das zweite Wärmetauscherrohr 142, wobei die zweite Überbrückungsleitung 220 bevorzugt unmittelbar vor dem zweiten Eingang E2, beispielsweise zwischen dem zweiten Eingang E2 und dem dritten Ausgang A3 bzw. der Anschlussstelle der dritten Überbrückungsleitung 230, an die erste Rückführleitung 180 anschließt und bevorzugt unmittelbar nach dem zweiten Ausgang A2, beispielsweise zwischen dem zweiten Ausgang A2 und dem zweiten Knotenpunkt 152, an die zweite Rückführleitung 190 anschließt; eine dritte Überbrückungsleitung 230 für den internen Wärmetauscher 170, wobei die dritte Überbrückungsleitung 230 bevorzugt unmittelbar vor dem dritten Eingang E3, beispielsweise zwischen dem dritten Eingang E3 und dem ersten Knotenpunkt 151, an die Abzweigleitung 160 anschließt und bevorzugt unmittelbar nach dem dritten Ausgang A3, beispielsweise zwischen dem dritten Ausgang A3 und dem zweiten Eingang E2 bzw. der Anschlussstelle der zweiten Überbrückungsleitung 220, an die erste Rückführleitung 180 anschließt.
Da die Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 einen geringeren Druckverlust als die Wärmetauscherrohre 141, 142 bzw. der Wärmetauscher 170 haben, kann der Druckverlust des Entnahmesystems reduziert werden, wenn ein Massenstrom über die Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 erhöht wird, wobei gleichzeitig der Massenstrom über die Wärmetauscherrohre 141, 142 bzw. den Wärmetauscher 170 reduziert wird. Zu diesem Zweck werden Ventile 211, 221, 231 an bzw. in den Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 vorgesehen.
Die Ventile 211, 221, 231 können entweder manuell betätigt werden oder über eine Steuereinheit 240 angesteuert sein, zu welchem Zweck die Ventile 211, 221, 231 über Steuerleitungen oder kabellos mit der Steuereinheit kommunizieren können. In Figur 2 ist dargestellt, dass die Ventile an einer Eingangsanschlussstelle der Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 vorgesehen sind. Dies ist in Figur 3a nochmals verdeutlicht. Alternativ könnten die Ventile 211, 221, 231 aber auch an der Ausgangsanschlussstelle der Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 vorgesehen sein, wie in Figur 3b dargestellt ist. In diesen beiden Ausführungsformen sind die Ventile 211, 221, 231 üblicherweise als Mehrwegventil ausgebildet, um mittels eines Ventils zu regeln, wieviel Kryofluid über die jeweilige Überbrückungsleitung 210, 220, 230 und wieviel Kryofluid über das jeweilige Wärmetauscherrohr 141, 142 bzw. den Wärmetauscher 170 fließt. Die Mehrwegventile können als Proportionalventil auszuführen, um die Verbindung selektiv zu drosseln. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Verbindung zur jeweiligen Überbrückungsleitung 210, 220, 230 um X % zu öffnen und unabhängig davon die Verbindung zum jeweiligen Wärmetauscherrohr 141, 142 bzw. zum Wärmetauscher 170 um 100-X % zu öffnen, wobei 0 < X < 100. Alternativ könnte das Mehrwegventil dazu ausgebildet sein, die Verbindung zur jeweiligen Überbrückungsleitung 210, 220, 230 zwischen 0-100 % zu öffnen und unabhängig davon die Verbindung zum jeweiligen Wärmetauscherrohr 141, 142 bzw. zum Wärmetauscher 170 zwischen 0-100 % zu öffnen. Diese unterschiedlichen Ausführungsformen dienen dem Ziel, die Druckverluste zwischen dem Kyobehälter und dem Verbraucher (z.B. Motor oder Brennstoffzelle) zu minimieren. Die Druckverluste gehen als nicht nutzbares Druckintervall für die Hold Time (abblasefreie Speicherdauer) verloren. Gleichzeitig will man in gewissen Betriebszuständen bewusst Druckunterschiede zwischen gewissen Leitungspfaden einstellen können.
Figur 3c zeigt, dass die Ventile 211, 221, 231 auch zwischen den Anschlussstellen an die jeweiligen Leitungen ausgebildet sein können. In dieser Ausführungsform können die Ventile 211, 221, 231 Proportionalventile sein, d.h. als einfache 2/2-Wege-Ventile ausgeführt und zwischen 0-100% geöffnet werden. Alternativ könnten die Ventile 211, 221, 231 nur diskrete Schaltzustände aufweisen, z.B. nur vollständig geschlossen oder vollständig geöffnet sein und gegebenenfalls eine Zwischenstellung von beispielsweise 50 % geöffnet einnehmen. Wie in Figur 3c gezeigt reicht grundsätzlich ein Ventil aus, da das jeweilige Wärmetauscherrohr 141, 142 bzw. der Wärmetauscher 170 einen Widerstand darstellt und das meiste Kryofluid bei vollständig geöffnetem Ventil 211, 221, 231 somit über die jeweilige Überbrückungsleitung 210, 220, 230 fließen wird. Wie in Figur 3d gezeigt kann aber auch ein weiteres Ventil 235 vorgesehen werden, das in der Leitung des parallelzuschaltenden Wärmetauscherrohrs 141, 142 bzw. Wärmetauschers 170 angeordnet ist. Die Figuren 3a-3d zeigen diese Konfiguration anhand der dritten Überbrückungsleitung 230 zum Parallelschalten des internen Wärmetauschers 170, wobei derartige Konfigurationen selbstverständlich auch für die erste und/oder zweite Überbrückungsleitung 210, 220 vorgesehen werden können.
Damit die Steuereinheit 240 bestimmen kann, wann ein Massenstrom an Kryofluid über die Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 geführt werden soll, werden die folgenden Randbedingungen herangezogen. Um den Verbraucher in einem Normalbetriebsmodus zu betreiben, soll diesem Kryofluid mit einem vorbestimmten Mindestdruck pmin und einer vorbestimmten Mindesttemperatur Tmin bereitgestellt werden. Der Mindestdruck pmin und die Mindesttemperatur Tmin sind somit durch den Verbraucher an sich festgelegt. Um zu bestimmen, mit welchem Druck bzw. mit welcher Temperatur das Kryofluid dem Verbraucher momentan zugeführt wird, können ein Drucksensor 241 und ein Temperatursensor 242 in der Ausgangsleitung 150 stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 angeordnet werden. In diesem Fall könnte die Steuereinheit 240 die Temperatur und den Druck des Kryofluids in der Ausgangsleitung 150 stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 unmittelbar empfangen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da Drucksensoren oder Temepratursensoren auch an anderen Stellen vorgesehen werden können, z.B. in einer oder mehrerer der Überbrückungsleitungen 210, 220, 230, in der Entnahmeleitung 109, 110, 130, in der Ausgangsleitung 150 zwischen den zwei Knotenpunkten 151 und 152 oder stromaufwärts des ersten Knotenpunkts 151, in der Abzweigleitung 160 oder in der ersten oder zweiten Rückführleitung 180, 190. An den genannten Stellen könnten alternativ oder zusätzlich zu den Drucksensoren bzw. Temperatursensoren insbesondere auch Massenstromzähler angeordnet sein. Es können auch Sensoren eingesetzt werden, welche dazu ausgebildet sind, die Temperatur, den Druck und/oder den Massenstrom zu bestimmen.
Besonders bevorzugt ist überdies, wenn ein Drucksensor und/oder ein Temperatursensor 243 im bzw. am Kryobehälter 100 angeordnet ist, um den Druck bzw. die Temperatur im Kryobehälter 100 zu bestimmen.
In Abhängigkeit der von dem bzw. den Sensoren 241, 242, 243 erhaltenen bzw. bestimmten Messdaten kann die Steuereinheit 240 nun einen Massenstrom von Kryofluid durch die erste, zweite und/oder dritte Überbrückungsleitung 210, 220, 230 in Abhängigkeit der vom Sensor empfangenen Druckmesswerte und/oder Temperaturmesswerte bzw. Massenstrommesswerte zu steuern, indem die entsprechenden Ventile 211, 221, 231 in den Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 bzw. das Ventil 121 zur Bereitstellung der Economizer-Funktion und/oder das Ventil 153 entsprechend angesteuert wird. Die Steuerung des Massenstroms wird üblicherweise mit dem Ziel durchgeführt, dass die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 an oder über einer vorbestimmten Mindesttemperatur Tmin liegt, der Druck stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 an oder über einem vorbestimmten Mindestdruck pmin liegt und der Druck pKB im Kryobehälter 100 minimiert wird.
Grundsätzlich könnte dieses Optimierungsproblem analytisch gelöst werden oder auch durch einen Maschineniemalgorithmus. In gewissem Maße könnte auch ein Trial-and-Error- Verfahren zum Einsatz kommen, indem eines oder mehrere der Ventile angesteuert werden und die Auswirkung auf den Zustand des Kryofluids stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 beobachtet bzw. ausgewertet wird. Es können jedoch auch konkrete Regeln aufgestellt und in der Steuereinheit 240 hinterlegt werden, anhand welcher die Steuereinheit die Ventile 211, 221, 231 und auch das Ventil 153 ansteuert. Dies wird im folgendem näher erläutert.
Einhalten der vorbestimmten Mindesttemperatur Tmin
Da das Kryofuid in der Regel bei Temperaturen unter -40°C gelagert wird, die Mindesttemperatur Tmin der Bauteile stromabwärts des Tanksystems z.B. für automotive Anwendungsbereiche für den Dauerbetrieb in der Regel ungefähr bei -40°C liegen, wird das Kryofluid durch das erste Wärmetauscherrohr 141 geführt, um das Kryofluid für die Zuführung an den Verbraucher zumindest auf diese Temperatur Tmin zu erwärmen. Die Einhaltung dieser Mindesttemperatur ist also eine Bedingung zumindest für den Dauerbetrieb des Kryobehälters 100, wobei Ausnahmen kurzfristig möglich sind.
Wie bereits erwähnt ist das Wärmetauschmedium üblicherweise durch eine Abwärme des Fahrzeugs erwärmt, sodass das Wärmetauschmedium beim Starten des Verbrauchers, z.B. des Motors oder der Brennstoffzelle, kühler ist als während des Betriebs. Üblicherweise wird der Wärmetauscher 140 so dimensioniert, dass bei "Kaltstart" des Fahrzeugs ausreichend Kryofluid für den Volllastbetrieb (zumindest ausreichend hohe Last) mit mindestens der Mindesttemperatur Tmin bereitgestellt werden kann. Die "Kaltstart" -Temperatur des Wärmetauschmediums wird in der Regel vom Fahrzeughersteller spezifiziert und kann z.B. - 30°C oder -20°C betragen.
Da während des Betriebs die Temperatur des Wärmetauschmediums deutlich steigen kann, z.B. auf +80°C oder auf +120°C, wird infolge der geforderten "Kaltstart" -Dimensionierung des Wärmetauschers 140 die Temperatur des bereitgestellten Kryofluids ebenfalls deutlich über Tmin liegen. Infolge der geringeren Dichte bei dieser höheren Temperatur wird auch der Druckverlust über den Wärmetauscher 140 bei gleicher Durchflussmenge höher sein als bei geringeren Temperaturen.
Durch die Verbindungsleitung 210 kann der Wärmetauscher 140 nun zumindest teilweise parallelgeschalten werden, wodurch die anteilsmäßige Regelung der beiden Teilströme über das erste Wärmetauscherrohr 141 und die Überbrückungsleitung 210 erzielt wird, sodass nach Vermischung der beiden Teilströme zumindest bis zum Punkt des Eintritts des Kryofluids zum Verbraucher (Motor, Brennstoffzelle) die vorbestimmte Mindesttemperatur Tmin erreicht bzw. überschritten werden kann. Da die erste Überbrückungsleitung 210 außerhalb des Wärmetauschers 140 geführt ist und ohne der Notwendigkeit der Temperaturerhöhung auch kürzer und mit größerem Durchmesser ausgeführt werden kann, ist der Druckverlust über diese Überbrückungsleitung 210 geringer als über das erste Wärmetauscherrohr 141, und der Druckverlust des gesamten Massenstroms (also die Summe der Teilströme über das erste Wärmetauscherrohr 141 und über die erste Überbrückungsleitung 210) ist daher geringer als über das erste Wärmetauscherrohr 141 allein.
Weiters ermöglicht die erste Überbrückungsleitung 210 auch eine gezielte Regelung und damit Absenkung der Temperatur des vom Entnahmesystem bereitgestellten Kryofluids. Damit wird die erforderliche Kühlleistung des Verbrauchers entsprechend reduziert, und die Leistung durch die höhere Dichte des bereitgestellten Kraftstoffs (Kryofluids) entsprechend erhöht und optimiert, allgemein die Effizienz des Antriebs verbessert.
Eine der in der Steuereinheit 240 hinterlegten Regeln kann daher lauten, dass der Massenstrom durch die erste Überbrückungsleitung 210 erhöht wird, wenn die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 über einem vorbestimmten Schwellwert liegt. Dieser Schwellwert könnte beispielsweise die vorbestimmte Mindesttemperatur Tmin oder beispielsweise Tmin+Tl sein, wobei TI z.B. 10% von Tmin oder ein Absolutbetrag ist.
In anderen Ausführungsformen kann dem Verbraucher das Kryofluid auch mit kryogenen Temperaturen zugeführt werden, z.B. bei -240 °C, was vom konkreten Verbraucher abhängig ist, sodass der externe Wärmetauscher 140 nur zur Einbringung von Wärme in den Kryobehälter 100 über den internen Wärmetauscher 170 eingesetzt wird und nicht zur Erhöhung der Temperatur für den Verbraucher.
Einhalten des vorbestimmten Mindestdrucks pmin
Längerer Betrieb mit hoher Last führt durch die entsprechend entnommene Masse an Kryofluid aus dem Tank zu einem Druckabfall. Durch Zuführung von Wärme in den Innentank über den internen Wärmetauscher 170 kann dieser Druckabfall vermieden bzw. periodisch kompensiert werden.
Dazu wird wie bereits oben ausgeführt am Knotenpunkt 151 ein Teilstrom des bereits erwärmten Fluids über die Abzweigleitung 160 abgezweigt und über den internen Wärmetauscher 170 geführt, wo sich das Kryofluid durch die Wärmeabgabe an das kältere gespeicherte Kryofluid abkühlt, ggf. auch unter die vorbestimmte Mindesttemperatur Tmin. Eine weitere der in der Steuereinheit 240 hinterlegten Regeln kann daher lauten, dass der Massenstrom durch die Abzweigleitung 160 wird erhöht, wenn der Druck stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt. Dieser Schwellwert könnte beispielsweise der vorbestimmte Mindestdruck pmin oder beispielsweise pmin+pl sein, wobei pl z.B. 10% von pmin oder ein Absolutbetrag ist.
Um die Leistungsfähigkeit des internen Wärmetauschers 170 zu optimieren, wird der Rückstrom nochmals über das zweite Wärmetauscherrohr 142 geführt, welche wieder mit entsprechend hohem Druckverlust ausgeführt ist. Die Leistungsfähigkeit des internen Wärmetauschers 170 ist dann voll erreicht, wenn der gesamte entnommene Massenstrom über den internen Wärmetauscher 170 geführt werden kann und dieser im zweiten Wärmetauscherrohr 142 wieder zumindest über die vorbestimmte Mindesttemperatur Tmin erwärmt werden kann. Diese Leistungsfähigkeit bestimmt die maximale Leistung (=Massenstrom), die das Kryotanksystem dem Verbraucher bereitstellen kann.
Je nach Dimensionierung des internen Wärmetauschers 170 und des zweiten Wärmetauscherrohres 142, das im Allgemeinen auch kürzer sein kann als das erste Wärmetauscherrohr 141, stellen sich Leistungsgrenzen des Systems ein, immer unter der Maßgabe, dass die Temperatur des Kryofluid stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 nach Vermischung der Teilströme zumindest unmittelbar vor Eintritt in den Verbraucher über der vorbestimmten Mindesttemperatur Tmin liegt.
Die zweite Überbrückungsleitung 220 ermöglicht hier, das zweite Wärmetauscherrohr 142 parallelzuschalten, wodurch wiederum geringere Druckverluste ermöglicht werden, als wenn das gesamte Kryofluid über das zweite Wärmetauscherrohr 142 geführt wird, wobei die Leistungsfähigkeit des internen Wärmetauschers 170 und unter Einhaltung der vorgegebenen Mindesttemperatur Tmin ermöglicht wird. Die Regelungen ermöglichen also die Minimierung der Druckverluste für jede gerade zur Verfügung stehende Temperatur des Wärmetauschmediums unter Einhaltung der vorgegebenen Mindesttemperatur Tmin.
Eine weitere der in der Steuereinheit 240 hinterlegten Regeln kann daher lauten, dass der Massenstrom durch die zweite Überbrückungsleitung 220 erhöht wird, wenn die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 über einem vorbestimmten Schwellwert liegt. Dieser Schwellwert könnte beispielsweise die vorbestimmte Mindesttemperatur Tmin oder beispielsweise Tmin+T2 sein, wobei T2 z.B. 10% von Tmin oder ein Absolutbetrag ist. Die Überbrückungsleitung 230 ermöglicht das zusätzliche Durchschleusen eines Massenstroms durch den Wärmetauscher 140 unter Umgehung des internen Wärmetauschers 170. Somit kann in Abhängigkeit der Wärmetauscher-Mediumtemperatur z.B. beim Kaltstart eine zusätzliche Länge im Wärmetauscher nutzbar gemacht werden und der Wärmetauscher 140 kann insgesamt kleiner ausgeführt werden, weil im Normalbetrieb von höheren Wärmetauscher-Mediumtemperaturen ausgegangen werden kann.
Eine weitere der in der Steuereinheit 240 hinterlegten Regeln kann daher lauten, dass der Massenstrom durch die dritte Überbrückungsleitung 230 erhöht wird, wenn die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt. Dieser Schwellwert könnte beispielsweise die vorbestimmte Mindesttemperatur Tmin oder beispielsweise Tmin+T3 sein, wobei T3 z.B. 10% von Tmin oder ein Absolutbetrag ist.
Ausgleichen eines zu niedrigen Kryobehälterdrucks. z.B, nach einer Fehlbetankung
Im Normalfall beträgt der Mindestdruck pmin, den der Verbraucher für einen Volllastbetrieb benötigt, beispielsweise 5 bar. Unter der Annahme, dass ein statisches Stand-der-Technik- Entnahmesystem wie in Figur 1 gezeigt einen Druckverlust AP von 3 bar bei Vollast- Massenstrom bietet, muss im Kryobehälter 100 ein Druck pKB von 8 bar vorliegen, um stromabwärts des zweiten Knotenpunkts 152 den gewünschten Mindestdruck pmin von 5 bar nach dem Entnahmesystem zu erreichen. Mit dem System von Figur 2 kann ermöglicht werden, dass das Entnahmesystem im Volllastbetrieb dank der Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 nur einen Druckverlust von 2 bar hat, wodurch der Druck pKB im Kryobehälter 100 nur bei 7 bar liegen muss, um den gewünschten Mindestdruck pmin von 5 bar nach dem Entnahmesystem zu erreichen. Die erzielte Druckreduktion durch die Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 hat die gewünschte Erhöhung der Hold Time zur Folge.
In der Regel wird der gewünschte Druck pKB im Kryobehälter 100 auch über den 7 bar bzw. 8 bar liegen, sodass die Erfindung dazu eingesetzt wird, den Druck im Kryobehälter 100 zu reduzieren, um gerade den Mindestdruck pmin am Ende des Entnahmesystems zu erreichen. Die Erfindung ermöglich jedoch auch, dass ein zu niedriger Druck pKB im Kryobehälter 100, beispielsweise nach einer Fehlbetankung, nicht unweigerlich zu einem Szenario führt, in dem das Fahrzeug nicht mehr startbar ist und abgeschleppt werden müsste. Dies kann insbesondere bei der Betankung von sLH2 vorkommen, da hier am Ende des Betankungsvorganges das Kryofluid in einen überdrückten Zustand gebracht wird. Eingangs kann angenommen werden, dass der Verbraucher nun einen Mindestdruck für einen Teillastbetrieb (z.B. für einen Leerlauf um das Wärmetauschmedium zu erwärmen oder eine „limp home“ -Funktion zur Fahrt mit verminderter Leistung) von beispielsweise 4 bar aufweist. Wenn der Druck im Kryobehälter 100 nun aufgrund der Fehlbetankung nur 5 bar beträgt, wäre es mit einem Druckverlust des Entnahmesystems von 2 bar im Teillast- Betrieb nicht einmal möglich, den Verbraucher mit der minimalen Leistung bei 4 bar Druck zu betreiben. Erfmdungsgemäß kann nun jedoch der Druckverlust des Entnahmesystems reduziert werden, insbesondere wenn ein Massenstrom an Kryofluid über die erste Überbrückungsleitung 210 geführt wird. Somit kann der Druckverlust des Entnahmesystems beispielsweise auf 1 bar gesenkt werden, womit bei einem Druck pKB im Kryobehälter 100 von 5 bar ein Mindestdruck von 4 bar am Verbraucher erzielbar ist. Hierbei kann ein gewisses Unterschreiten der Mindesttemperatur Tmin des Verbrauchers über einen vorbestimmten Zeitraum, z.B. 10 Minuten, in Kauf genommen werden.
Das System ermöglich durch selektives Zuschalten der Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 in diesem Fall auch, dass der Druck pKB im Kryobehälter 100 so rasch wie möglich angehoben werden kann, während der Druck stromabwärts des Knotenpunktes 152 im Wesentlichen konstant am Mindestdruck pmin gehalten wird.
Figur 4 zeigt, dass ein großer Teil des Entnahmesystems in einem einstückigen Ventilblock 250 verwirklicht sein kann. Die Eingangsleitungen 109, 110 bzw. 130, die Ausgangsleitung 150, die Abzweigleitung 160, die erste Rückführleitung 180, die zweite Rückführleitung 190 und/oder die Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 können alle zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, im Inneren des einstückigen Ventilblocks 250 verwirklicht sein, z.B. aus Ausnehmungen wie gefräßte, gebohrte oder bei einem Gießverfahren hergestellte Löcher des einstückigen Ventilblocks 250. Bevorzugt weist der einstückige Ventilblock 250 zumindest eine, bevorzugt zwei, Eingangsöffnungen für die Entnahmeleitungen 109, 110 bzw. 130, eine Eingangsöffnung für die erste Rückführleitung 180, eine Ausgangsöffnung für die Ausgangsleitung 150 und eine Ausgangsöffnung für die Abzweigleitung 160 auf, sowie vier Anschlussöffnungen zum Anschluss des Wärmetauschers mit den Eingangsöffnungen El, E2 bzw. den Ausgangsöffnungen Al, A2. Um die Ventile zu verwirklichen, kann der einstückige Ventilblock 250 Ventilausnehmungen aufweisen, die an den entsprechenden Leitungen innerhalb des einstückigen Ventilblocks ansetzen.
Es können auch zwei oder mehr einstückige Ventilblocke vorgesehen werden, z.B. wenn der erste einstückige Ventilblock die Eingangsleitungen 109, 110 bzw. 130 und die erste Rückführleitung 180 umfasst und der zweite einstückige Ventilblock die Ausgangsleitung 150, die Abzweigleitung 160 und die zweite Rückführleitung 190. In diesem Fall könnten die beiden einstückigen Ventilblöcke entsprechende Anschlussöffnungen aufweisen, um die Überbrückungsleitungen 210, 220, 230 zwischen den einstückigen Ventilblöcken zu führen.

Claims

Ansprüche:
1. System, umfassend einen Kryobehälter (100), insbesondere einen LNG-Behälter oder einen Wasserstoffbehälter, einen externen Wärmetauscher (140) und einen internen Wärmetauscher (170), wobei der externe Wärmetauscher (140) über einen Mediumeingang (Ml) und einen Mediumausgang (M2) für Wärmetauschmedium verfügt und der interne Wärmetauscher (170) innerhalb des Kryobehälters (100) angeordnet ist, um das im Kryobehälter (100) befindliche Kryofluid als Wärmetauschmedium zu nutzen, wobei der externe Wärmetauscher (140) ein erstes Wärmetauscherrohr (141) mit einem ersten Eingang (El) und einem ersten Ausgang (Al) und ein zweites Wärmetauscherrohr (142) mit einem zweiten Eingang (E2) und einem zweiten Ausgang (A2) umfasst oder wobei der externe Wärmetauscher (140) nur ein erstes Wärmetauscherrohr (141) mit einem ersten Eingang (El) und einem ersten Ausgang (Al) umfasst und das System ferner einen weiteren externen Wärmetauscher mit einem zweiten Wärmetauscherrohr mit einem zweiten Eingang und einem zweiten Ausgang umfasst; wobei der interne Wärmetauscher (170) einen dritten Eingang (E3) und einen dritten Ausgang (A3) umfasst; wobei eine Entnahmeleitung (109, 110, 130) des Kryobehälters (100) mit dem ersten Eingang (El) des externen Wärmetauschers (140) verbunden ist, wobei eine Ausgangsleitung (150) an einen ersten Ausgang (Al) des externen Wärmetauschers (140) angeschlossen ist, wobei eine Abzweigleitung (160) an einem ersten Knotenpunkt (151) an die Ausgangsleitung (150) angeschlossen und mit dem dritten Eingang (E3) des internen Wärmetauschers (170) verbunden ist, wobei eine erste Rückführleitung (180) an den dritten Ausgang (A3) des internen Wärmetauschers (170) angeschlossen und mit dem zweiten Eingang (E2) des zweites Wärmetauscherrohrs (142) verbunden ist; und wobei eine zweite Rückführleitung (190) an den zweiten Ausgang (A2) des zweites Wärmetauscherrohrs (142) angeschlossen und an einem zweiten Knotenpunkt (152) an die Ausgangsleitung (150) angeschlossen ist, wobei sich der zweite Knotenpunkt (152) stromabwärts des ersten Knotenpunkts (151) befindet; dadurch gekennzeichnet, dass das System zumindest eine der folgenden selektiv zuschaltbaren Überbrückungsleitungen (210, 220, 230) aufweist: eine erste Überbrückungsleitung (210) für das erste Wärmetauscherrohr (141) des externen Wärmetauschers (140), wobei die erste Überbrückungsleitung (210) vor dem ersten Eingang (El) an die Entnahmeleitung (109, 110, 130) anschließt und nach dem ersten Ausgang (Al) an die Ausgangsleitung (150) anschließt; eine zweite Überbrückungsleitung (220) für das zweite Wärmetauscherrohr (142), wobei die zweite Überbrückungsleitung (220) vor dem zweiten Eingang (E2) an die erste Rückführleitung (180) anschließt und nach dem zweiten Ausgang (A2) an die zweite Rückführleitung (190) anschließt; eine dritte Überbrückungsleitung (230) für den internen Wärmetauscher (170), wobei die dritte Überbrückungsleitung (230) vor dem dritten Eingang (E3) an die Abzweigleitung (160) anschließt und nach dem dritten Ausgang (A3) an die erste Rückführleitung (180) anschließt.
2. System nach Anspruch 1, umfassend eine Steuereinrichtung (240) und zumindest einen Sensor (241, 242, 243) zur Bestimmung von Druckmesswerten und/oder Temperaturmesswerten, wobei der Sensor (241, 242, 243) im Kryobehälter (100), in der Entnahmeleitung (109, 110, 130), in der Abzweigleitung (160) in der ersten Rückführleitung (180), in der zweiten Rückführleitung (190) oder in der Ausgangsleitung (150) angeordnet ist, wobei die Steuereinheit (240) dazu ausgebildet ist, einen Massenstrom von Kryofluid durch die erste, zweite und/oder dritte Überbrückungsleitung (210, 220, 230) in Abhängigkeit der vom Sensor (241, 242, 243) empfangenen Druckmesswerte und/oder Temperaturmesswerte zu steuern.
3. System nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (240) dazu ausgebildet ist, eine Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts (152), einen Druck stromabwärts des zweiten Knotenpunkts (152) und einen Druck im Kryobehälter (100) zu empfangen oder zu bestimmen und einen Massenstrom über die Abzweigleitung (160), die erste, zweite und/oder dritte Überbrückungsleitung (210, 220, 230) unter den Bedingungen zu regeln, dass die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts (152) an oder über einer vorbestimmten Mindesttemperatur liegt, der Druck stromabwärts des zweiten Knotenpunkts (152) an oder über einem vorbestimmten Mindestdruck liegt und der Druck im Kryobehälter (100) minimiert wird.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuereinheit (240) dazu ausgebildet ist, den Massenstrom durch die erste Überbrückungsleitung (210) oder die zweite Überbrückungsleitung (220) zu erhöhen, wenn die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts (152) über einem vorbestimmten Schwellwert liegt.
5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuereinheit (240) dazu ausgebildet ist, den Massenstrom durch die dritte Überbrückungsleitung (230) zu erhöhen, wenn die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts (152) unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt.
6. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das System dazu ausgebildet ist, das Wärmetauschmedium zu Beginn eines Betriebs mit einer ersten Temperatur bereitzustellen und nach einem vorbestimmten Zeitraum nach dem Beginn des Betriebs das Wärmetauschmedium mit einer zweiten Temperatur bereitzustellen, die höher ist als die erste Temperatur, wobei der externe Wärmetauscher (140) dazu ausgelegt ist, das Kryofluid zu Beginn des Betriebs bei einer einmaligen Durchführung des Kryofluids durch das erste Wärmetauscherrohr (141) zumindest auf die vorbestimmte Mindesttemperatur eines Verbrauchers zu bringen, wobei die Steuereinheit (240) dazu ausgebildet ist, zu Beginn des Betriebs keinen Massenstrom an Kryofluid über die erste Überbrückungsleitung (210) und/oder die zweite Überbrückungsleitung (220) zu führen, und nach dem vorbestimmten Zeitraum einen Massenstrom an Kryofluid über die erste Überbrückungsleitung (210) und/oder die zweite Überbrückungsleitung (220) zu führen, gegebenenfalls unter der Bedingung, dass die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts (152) an einer vorbestimmten Mindesttemperatur liegt.
7. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das System dazu ausgebildet ist, das Wärmetauschmedium zu Beginn eines Betriebs mit einer ersten Temperatur bereitzustellen und nach einem vorbestimmten Zeitraum nach dem Beginn des Betriebs das Wärmetauschmedium mit einer zweiten Temperatur bereitzustellen, die höher ist als die erste Temperatur, wobei der externe Wärmetauscher (140) dazu ausgelegt ist, das Kryofluid zu Beginn des Betriebs bei einer einmaligen Durchführung des Kryofluids durch das erste Wärmetauscherrohr (141) nur auf eine Temperatur zu bringen, die unter der vorbestimmten Mindesttemperatur eines Verbrauchers liegt, wobei die Steuereinheit (240) dazu ausgebildet ist, zu Beginn des Betriebs einen Massenstrom an Kryofluid über die dritte Überbrückungsleitung (230) zu führen, gegebenenfalls unter der Bedingung, dass die Temperatur stromabwärts des zweiten Knotenpunkts (152) an einer vorbestimmten Mindesttemperatur liegt, und nach dem vorbestimmten Zeitraum keinen Massenstrom an Kryofluid über die dritte Überbrückungsleitung (230) zu führen.
8. System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuereinheit (240) dazu ausgebildet ist, den Massenstrom an Kryofluid über die erste Überbrückungsleitung (210) zu erhöhen, wenn der Druck im Kryobehälter (100) oder stromabwärts des zweiten Knotenpunktes (152) unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt, wobei die Steuereinheit (240) bevorzugt dazu ausgebildet ist, eine Bedingung hinsichtlich einer geforderten Mindesttemperatur des Verbrauchers zu lockern oder außer Kraft zu setzten.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Überbrückungsleitung (210) ein Ventil (211) an der Anschlussstelle an die Entnahmeleitung (130), ein Ventil an der Anschlussstelle an die Ausgangsleitung (150) oder ein Ventil zwischen den genannten Anschlussstellen aufweist; wobei die zweite Überbrückungsleitung (220) ein Ventil (221) an der Anschlussstelle an die erste Rückführleitung (180), ein Ventil an der Anschlussstelle an die zweite Rückführleitung (190) oder ein Ventil zwischen den genannten Anschlussstellen aufweist; und/oder wobei die dritte Überbrückungsleitung (230) ein Ventil an der Anschlussstelle an die Abzweigleitung (160), ein Ventil an der Anschlussstelle an die erste Rückführleitung (180) oder ein Ventil zwischen den genannten Anschlussstellen aufweist.
10. Fahrzeug, umfassend ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Ausgangsleitung (150) mit einem Verbraucher, insbesondere einem Motor oder einer Brennstoffzelle, des Fahrzeugs verbunden ist, wobei der Verbraucher dazu ausgelegt ist, in einem Normalbetrieb betrieben zu werden, wenn der Verbraucher Kryofluid mit einer vorbestimmten Mindesttemperatur und einem vorbestimmten Mindestdruck empfängt.
EP22782875.3A 2021-09-15 2022-09-15 System mit einen kryobehälter zur temporären reduktion von druckverlusten Pending EP4402355A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT501922021 2021-09-15
PCT/EP2022/075623 WO2023041630A1 (de) 2021-09-15 2022-09-15 System mit einen kryobehälter zur temporären reduktion von druckverlusten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4402355A1 true EP4402355A1 (de) 2024-07-24

Family

ID=84488009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22782875.3A Pending EP4402355A1 (de) 2021-09-15 2022-09-15 System mit einen kryobehälter zur temporären reduktion von druckverlusten

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240263746A1 (de)
EP (1) EP4402355A1 (de)
WO (1) WO2023041630A1 (de)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6348606B2 (ja) * 2013-11-11 2018-06-27 ワルトシラ フィンランド オサケユキチュア ガス燃料システムにおける熱伝達方法及び熱伝達装置
DK178668B1 (en) * 2015-02-10 2016-10-24 Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland A fuel gas supply system for an internal combustion engine
WO2021026580A1 (de) 2019-08-14 2021-02-18 Cryoshelter Gmbh System zur entnahme eines fluids aus einem kryobehälter

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023041630A1 (de) 2023-03-23
US20240263746A1 (en) 2024-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1262347B1 (de) Heiz-/Kühlkreislauf für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, Klimaanlage und Verfahren zur Regelung derselben
EP2831491B1 (de) Betriebsverfahren für einen kryo-drucktank
DE602006001045T2 (de) Auswahl kaskatierter Tanks in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
DE3422390A1 (de) Kaelteerzeugungssytem
EP1206663B1 (de) Verfahren zur regelung des drucks in einem kryotank und dafür geeignete vorrichtung
EP3961083B1 (de) Tanksystem
DE112019005717T5 (de) Fluid-bypass-verfahren und -system zur steuerung der temperatur eines nicht-petroleum-kraftstoffs
WO2021026580A1 (de) System zur entnahme eines fluids aus einem kryobehälter
WO2018086886A1 (de) Elektrische kühlmittelpumpe
EP3236132B1 (de) Tanksystem
DE10040679A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur druckgeregelten Versorgung aus einem Flüssiggastank
WO2017148604A1 (de) Verfahren zum abkühlen eines ersten kryogenen druckbehälters
EP4402355A1 (de) System mit einen kryobehälter zur temporären reduktion von druckverlusten
DE102021203485A1 (de) Kältemittelspeicher für ein Kältemittelsystem
EP3236133A1 (de) Tanksystem
DE19645488C1 (de) System und Verfahren zum Entnehmen von kaltem Gas aus einem Kryotank
EP4392703B1 (de) Verfahren und fördervorrichtung
EP1090251B1 (de) System zum versorgen eines verbrauchers mit einen kryogenem medium
EP4065878B1 (de) System mit zumindest zwei kryobehältern zur bereitstellung eines fluids
DE19645492C1 (de) System und Verfahren zum Aufrechterhalten oder Erhöhen des Drucks in einem Kryotank
DE102007052259A1 (de) Kraftstoffversorgungseinrichtung für ein mit Wasserstoff zu betreibendes Kraftfahrzeug
DE19704361C1 (de) Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung
DE3511421A1 (de) Kaeltemittelkreislauf fuer eine kaelteanlage
DE2352147C3 (de) Vorrichtung zur Versorgung eines Kryostaten
DE102014019030A1 (de) Kraftstoffzufuhrvorrichtung zum Versorgen einer Verbrennungseinrichtung und Verfahren zum Versorgen einer Verbrennungseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240408

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)