DE3924776A1

DE3924776A1 - Mit einem wasserstoffmotor ausgestattetes antriebssystem und verfahren zu dessen betrieb

Info

Publication number: DE3924776A1
Application number: DE3924776A
Authority: DE
Inventors: Takashi Iwaki; Kazunori Itou; Hiroshi Matsumoto; Kunitoshi Watanabe; Hiroyuki Suzuki; Juzo Shibata; Nobuyuki Uematsu; Mamoru Takeda
Original assignee: Nippon Steel Corp; Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1989-07-26
Publication date: 1990-02-15
Also published as: US5088452A; US5092281A; DE3924776C2; US5082048A; DE3943581C2; US5067447A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit einem Wasserstoff motor ausgestattetes Antriebssystem und Verfahren zu des sen Betrieb.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das System selbst, auf ein Verfahren zum Starten eines Wasserstoffmotors, auf ein Verfahren zum Stillsetzen eines solchen Motors, auf einen Behälter oder Tank für eine Wasserstoff-Einschlußle gierung, auf ein Verfahren zur Regelung der Erwärmung eines solchen Behälters (Tanks), der eine Wasserstoff-Einschluß legierung enthält, und auf ein Verfahren zur Kühlung eines eine Wasserstoff-Einschlußlegierung enthaltenden Be hälters.

Zum Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf die beigefügten Fig. 14-18 Bezug genommen.

Die Fig. 14 zeigt ein System mit einem Wasserstoffmotor, wobei eine Wasserstoff-Einschlußlegierung zur Anwendung kommt, das beispielsweise beschrieben ist in "A trial manu facture of an engine system utilizing metal hydride" auf Seite 247 einer Kollektion 851 der "Automotive Technique Academic Seminars", veröffentlicht durch Society of Automotive Engineers, Inc. im Mai 1985.

Wie die Fig. 14 zeigt, wird ein Motor 61 durch Wasserstoff betrieben, der in einem Behälter 65 für eine Wasserstoff- Einschlußlegierung erzeugt wird, wobei dieser Behälter im folgenden als MH-Tank bezeichnet wird, und in einem Abgas- Wärmetauscher wird die Wärme seines Abgases auf einen Zwi schenwärmeträger, der im MH-Tank 65 mit einer konstanten Strömungsmenge zirkuliert und der über eine Zwischenwärme trägerleitung zugeführt wird, übertragen.

Der Zwischenwärmeträger gelangt mit der Wasserstoff-Ein schlußlegierung im MH-Tank 65 in Wärmetausch, und der MH- Tank 65, der Wärme empfangen hat, gibt Wasserstoff in Über einstimmung mit den Gleichgewichtsbedingungen der Wasser stoff-Einschlußlegierung, die durch die Temperaturen und Drücke bestimmt sind, frei.

Die Wärmetauschvorgänge im MH-Tank werden durchgeführt, wie folgt:

Zuerst kann ein Wärmestrom Q _wm erlangt werden, wie folgt:

Q _wm = (T _w-T _m)/R _wm
= 2(T _wein-T _w) γ _w C _wF_w (kcal/h) (1)

auf der Grundlage der Bedingungen

T _w = (T _wein+T _waus)/2.

Es sind:
T _w : Durchschnittstemperatur des Zwischenwärmeträgers im Tank;
T _wein : Temperatur des Zwischenwärmeträgers am Einlaß in den Tank;
T _waus : Temperatur des Zwischenwärmeträgers am Auslaß des Tanks;
T _m : Durchschnittstemperatur der Wasserstoff-Einschlußlegierung im Tank;
R _wm : Wärmewiderstand zwischem dem Zwischenwärmeträger und der Legierung;
γ _w : spezifisches Gewicht des Zwischenwärmeträgers;
C _w : spezifische Wärme des Zwischenwärmeträgers;
F _w : Strömungsmenge des im Tank zirkulierenden Zwischenwärmeträgers;

Die Legierungstemperatur T _m kann erlangt werden, wie folgt:
T _m = ∫ (Q _wm-Q _mt-Q _m/C_m dt (2)

Q _m = α · Fe (3)

auf den Grundlagen von
α : Wärmemenge der Wasserstoff-Dissoziation (kcal/Nm);
Fe : Strömungsmenge des erzeugten Wasserstoffs;
Q _mt : Strömungsmenge der an der Oberfläche des Tanks abgegebenen Wärme;
C _m : Wärmekapazität der Legierung.

Wenn der MH-Tank 65 wärmeisoliert ist, so kann Q _mt niedrig sein. Demzufolge kann, wenn die MH-Legierung auf einen Wärmegleichgewichtszustand gelangt, eine Beziehung Q _wm=Q _m nach der Gleichung (2) erlangt werden, und Wasserstoff wird in der Menge erzeugt, die der vom Zwischenwärmeträger über tragenen Wärmemenge entspricht.

In einem solchen System, wie es oben beschrieben wurde, werden zum Zweck, den Druck des Wasserstoffs auf einem vor bestimmten Niveau zu haben, die Einströmmenge des Abgases in den Abgas-Wärmetauscher 67 und dessen Einström-Wärmemenge durch ein Abgas-Regelventil 68 geregelt, das durch die Si gnale von einem Druckregler 70 betätigt wird. Die Temperatur des Zwischenwärmeträgers auf der Eintrittsseite des MH-Tanks 65 wird sich in Übereinstimmung mit den Änderungen der Ein ström-Wärmemenge in den Abgas-Wärmetauscher 67 ändern.

Wenn beispielsweise der Druck des Wasserstoffs unter das vorbestimmte Niveau abfällt, so wird der Druckregler 70 das Abgas-Regelventil 68 so betätigen, daß das Abgas zum Wärme tauscher 67 geführt wird. Als Ergebnis dessen steigt die Temperatur des zirkulierenden Zwischenwärmeträgers allmäh lich an und erhitzt die Legierung im MH-Tank 65. Auf diese Weise erhöht sich die Menge des erzeugten Wasserstoffs, und der Druck des Wasserstoffs kann wieder erlangt werden.

Wenn dagegen der Druck über das vorbestimmte Niveau hinaus ansteigt, so wird der umgekehrte Vorgang ablaufen.

In dem oben beschriebenen System ist jedoch die Zeitkonstan te des Prozesses hinsichtlich des Druckreglers 70 wegen der Wärmekapazität des den Zwischenwärmeträger im Kreislauf füh renden Systems, das den Abgas-Wärmetauscher 67 einschließt, groß, und es treten unvermeidlich unstabile Änderungen in den Wasserstoffdrücken auf der Grundlage einer solchen Zeit verzögerung auf. Insbesondere wird, wenn eine Motorbelastung sich plötzlich ändert, auch der Wasserstoffdruck in hohem Maß verändert, was ein Faktor sein kann, der einen stabilen Betrieb erschwert oder verhindert.

Die Fig. 15 zeigt die Ergebnisse von Betriebssimulationen des in Fig. 14 dargestellten Systems.

Auf der Abszisse ist die Zeit (Sekunden) aufgetragen, während auf der Ordinate die Temperatur (°C) und der mit 10 multi plizierte Druck des Wasserstoffs (kg/cm²G) aufgetragen sind. Die Motorbelastungen sind in derselben Figur dargestellt, und es wurden Vollasten sowie Leerläufe mehrere Male wieder holt. Gleich nach einem Start des Betriebs wird Wasserstoff, selbst bei einem Leerlaufen, im Übermaß erzeugt, weil Wasser stoff am Beginn des Betriebs in seiner vollen Menge einge schlossen ist.

Wenn der MH-Motor 61 auf seine volle Belastung gelangt, so wird der Wasserstoffdruck bei etwa 8 kg/cm² eines vorbestimm ten Niveaus eingeregelt. Bei 1200 s jedoch überschreitet der Wasserstoffdruck das vorbestimmte Niveau in hohem Ausmaß in Übereinstimmung mit einem raschen Abfall in der Motorlast.

Danach wird während eines langen Leerlaufs der Wasserstoff druck abgesenkt, weil ein geringer Mangel an Wärmemenge des Abgases einen Anstieg der Temperatur des Zwischenwärmeträ gers verhindert. Etwa 6 min nach einer zweiten vollen Bela stung bei 3500 s gelingt es dem Wasserstoffdruck, auf das vorbestimmte Niveau zu kommen, jedoch können unstabile Ände rungen im Wasserstoffdruck nicht beendet werden.

Im allgemeinen hat ein Antriebsmechanismus eines Wasserstoff motors, z.B. eines Wasserstoffmotors mit Vergasern, eine Leitung, die einen MH-Tank mit dem Motor verbindet, und nach einer Einregelung des Drucks des Wasserstoffgases durch einen an der Leitung vorgesehenen Regler strömt das Gas vom Vergaser durch einen Ansaugkrümmer in das Innere eines Brennraumes, in dem das Gas durch die Funken einer Zündkerze gezündet wird. Auf diese Weise wird das Wasserstoffgas ver brannt (zur Explosion gebracht), um den Motor zu starten.

Eine Zündvorrichtung muß abgeschaltet werden, um die Funken bildung an der Zündkerze zu beenden, so daß der Motor still gesetzt wird. Zu nahezu derselben Zeit wird das Erwärmen der Wasserstoff-Einschlußlegierung beendet und die Zufuhr von Wasserstoffgas zum Motor abgesperrt.

Jedoch ist das Wasserstoffgas in der zum Motor führenden Leitung noch nicht verbrannt und gelangt auch nicht aus dem Motor heraus, wenn dieser zum Stillstand kommt. Demzufolge verbleibt Wasserstoffgas im Regler, im Vergaser und im An saugkrümmer des Motors. Wenn der Motor erneut gestartet wird, so tritt außerhalb des Brennraumes eine Verbrennung (Explo sion) auf, die üblicherweise als eine Fehlzündung bezeichnet wird und darauf beruht, daß Rest-Wasserstoffgas die Wasser stoffdichte bei einem Beginn des Zündens oder der Funken bildung erhöht. Es wurden bezüglich der Technik, die Fehl zündung bei dem Start des Motors zu verhindern, verschiede ne Wege in Betracht gezogen, weil fortwährende Fehlzündun gen den Motor zum Stillstand bringen.

Als ein Behälter für eine Wasserstoff-Einschlußlegierung (MH-Tank) ist der in den Fig. 16 und 17 gezeigte Behälter bekannt (JP-Patent-OS Nr. 62-49 100).

Dieser MH-Tank 81 umfaßt einen Tank-Hauptkörper 82 mit zylin drischer Gestalt, in dem Metallhydrid (Wasserstoff-Einschluß legierung) M als Feinkorn im voraus vorgesehen wird. Das Metallhydrid M schließt im Ansprechen auf die Wärmetausch reaktion Wasserstoffgas ein und gibt es frei. Ein Wasserstoff gas-Einlaß 82 a ist am Boden des Hauptkörpers 82 vorgesehen, während am Deckel dieses Körpers 82 ein Wasserstoffgas Auslaß 82 b angebracht ist. Im Hauptkörper 82 ist ein Gestell 85 mit einem zylindrischen Tragmantel 83 und mehreren Wasser stoff-Filtern 84, die im Gestell 85 Etagen bilden, durch die das Innere des Hauptkörpers 82 in viele Räume unterteilt wird, angeordnet.

Im Hauptkörper 82 ist ein Rohr 86 enthalten, in dem der Zwi schenwärmeträger umläuft, der durch das Innere des Hauptkör pers 82 strömt, um Wärme mit dem Metallhydrid M zu tauschen.

Damit das Metallhydrid M, das zuvor Wasserstoffgas einge schlossen hat, das Wasserstoffgas freigibt, wird ein Zwischen wärmeträger, wie Heißwasser, in das Rohr 86 eingeführt, so daß die Wärme des Zwischenwärmeträgers als Reaktionswärme die Wärmetauschreaktion hervorbringt, weshalb das Metallhy drid M das Wasserstoffgas freigibt. Das erzeugte Wasserstoff gas tritt dann aus dem Hauptkörper 82 durch den Wasserstoff gas-Auslaß 82 b aus.

Wenn dagegen das Metallhydrid M, das bereits das Wasserstoff gas freigegeben hat, dieses Gas wieder einschließen soll, dann wird ein Zwischenwärmeträger, wie Kaltwasser im Rohr 86 umgewälzt, während das Wasserstoffgas vom Gaseinlaß 82 a weiterhin eingeführt wird. Demzufolge schließt das Metallhy drid M das Wasserstoffgas ein, und die dann am Metallhydrid M erzeugte Reaktionswärme wird aus dem Hauptkörper 82 über den Zwischenwärmeträger abgegeben.

Das Metallhydrid hat zur gleichen Zeit einer Freigabe der Reaktionswärme eine kubische Expansion, jedoch wird die Aus dehnungsspannung durch das hierarchische Gestell 85 geteilt, so daß eine Spannungskonzentration am Hauptkörper 82 u.dgl. verhindert wird.

Bei dem beschriebenen MH-Tank 81 ist jedoch das hierarchi sche Gestell 85, das aus dem Tragmantel 83 und den Wasser stoff-Filtern 84 gebildet ist, im Hauptbehälter 82 unterge bracht, und der Einbau dieses Gestells ist wegen der Störung oder Beeinträchtigung, die auf das Rohr 86 zurückzuführen ist, ein komplizierter Vorgang. Hieraus rührt ein Problem in bezug auf höhere Kosten, weil mehrere Fertigungsschritte erforderlich sind, um das Gestell 85 einzubauen.

Ein weiteres Problem wird noch darin gesehen, daß die tat sächliche Kapazität zur Aufnahme des Metallhydrids M im Aus maß des Raumes, der für das Gestell 85 im Hauptkörper 82 erforderlich ist, kleiner wird.

Darüber hinaus ist noch ein weiterer MH-Tank 91 bekannt, der bei einem Wasserstoffmotor für ein Kraftfahrzeug zur An wendung kommt und in Fig. 18 gezeigt ist. Dieser MH-Tank 91 weist einen im wesentlichen zylindrischen Tank-Hauptkör per 92 auf, dessen Inneres im voraus mit Metallhydrid M ange füllt ist. Das als Kraftstoff erzeugte Wasserstoffgas wird dem Motor über eine Wasserstoffgasleitung 93 zugeführt.

In diesem Fall sind der Zwischenwärmeträger für die Behei zung des Metallhydrids M das Kühlwasser, das bei der Kühlung des Wasserstoffmotors erhitzt worden ist, und das Abgas mit hoher Temperatur, das vom Wasserstoffmotor ausgestoßen wird. Der Zwischenwärmeträger zirkuliert in den im Hauptkörper 92 angeordneten Spiralrohren 94, wobei der Wirkungsgrad im Wärmetausch auf Grund der Spiralform der Rohre 94 verbes sert werden kann.

Bei diesem MH-Tank 91 tritt jedoch ein Problem in bezug auf eine unstabile Bewegung des in Form von feinen Körnern vor liegenden Metallhydrids M auf, weil lediglich die Rohre 93 und 94 im Hauptkörper 92 vorhanden sind. Wenn nämlich der Hauptkörper 92 an einem Fahrzeug angebaut wird, das während seines Betriebs schroffen, ruckartigen Bewegungen unterliegt, so besteht die hohe Wahrscheinlichkeit, daß das Metallhydrid M sich umherbewegt und ungleichförmig auf Grund der Schwin gungen bei den Fahrzeugbewegungen im Hauptkörper 92 angeord net wird. In diesem Fall wird der Wärmetausch-Wirkungsgrad des Metallhydrids M sehr abgesenkt. Ein großes Problem dieser ungleichförmigen Anordnung oder Ausbildung des Metallhydrids M kann insbesondere bei einem Gabelstapler erwartet werden, der schroff, ruckartig kreuzweise wie auch rückwärts und vorwärts bewegt wird.

Im Hinblick auf die obigen Feststellungen zum Stand der Tech nik ist es ein Ziel der Erfindung, ein System mit einem Was serstoffmotor zu schaffen und ein Verfahren zur Regelung der Wärme eines eine Wasserstoff-Einschlußlegierung enthal tenden Behälters anzugeben, wodurch die Zufuhr von Wasser stoff zum Motor stabil gemacht und ein störungsfreier, ruhi ger Betrieb des gesamten Systems ermöglicht wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist in einem Verfahren zum Starten eines Wasserstoffmotors zu sehen, wodurch ein stö rungsfreier Start des Motors durch Vermeiden von Fehlzündun gen gewährleistet wird.

Ferner liegt ein Ziel der Erfindung darin, ein Verfahren zum Stillsetzen eines Wasserstoffmotors anzugeben, das einen präzisen, störungsfreien Start des Motors durch Vermeiden einer Fehlzündung bei einem erneuten Starten des Motors sicherstellt.

Ferner zielt die Erfindung auf die Ausbildung eines eine Wasserstoff-Einschlußlegierung aufnehmenden Behälters und auf ein Verfahren zur Kühlung des Behälters ab, wobei die Ausdehnungsspannung zur Zeit eines Einschließens von Wasser stoffgas auf seiten der Wasserstoff-Einschlußlegierung ver mieden werden kann, höhere Fertigungskosten für den Behälter verhindert werden und eine wesentliche Verminderung in der Kapazität für die Aufnahme der Wasserstoff-Einschlußlegie rung nicht hervorgerufen wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, einen Behälter für eine Wasserstoff-Einschlußlegierung zu schaffen, durch den eine ungleichförmige Anordnung und Ausbildung der Wasserstoff-Einschlußlegierung unterbunden und eine wirksa mere Verhinderung des Absenkens des Wärmetausch-Wirkungs grades der Wasserstoff-Einschlußlegierung erreicht werden kann.

Um die oben herausgestellten Ziele zu erreichen, umfaßt ein erfindungsgemäßes Wasserstoffmotor-Antriebssystem einen Motor, einen eine Wasserstoff-Einschlußlegierung aufnehmenden Behäl ter, der mit dem Motor verbunden ist und diesem Wasserstoff zuführt, eine Einrichtung zur Lieferung eines Zwischenwärme trägers, der mit dem die Einschlußlegierung enthaltenden Behälter verbunden ist und diesem den Zwischenwärmeträger zuführt, eine erste Regeleinrichtung, die mit der den Zwischen wärmeträger liefernden Einrichtung verbunden ist und diese Einrichtung so regelt, daß die Temperatur des dem die Wasser stoff-Einschlußlegierung enthaltenden Behälter zugeführten Zwischenwärmeträgers auf einem konstanten Wert gehalten wird, und eine zweite Regeleinrichtung, die mit der den Zwischenwär meträger liefernden Einrichtung zwischen der ersten Regelein richtung sowie dem die Einschlußlegierung enthaltenden Behäl ter verbunden ist und die Zufuhrmenge dieses Zwischenwärme trägers von dessen ihn liefernden Einrichtung zu dem Behäl ter mit der Wasserstoff-Einschlußlegierung regelt.

Weitere Ziele wie auch die Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Be schreibung von bevorzugten Ausführungsformen deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Wasserstoffmotor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsform des Systems;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Ergebnisse von Betriebssimu lationen des in Fig. 1 dargestellten Systems zeigt;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Startvorrich tung eines Motors;

Fig. 5 einen Flußplan zum Startvorgang eines Motors mit Hilfe der Startvorrichtung von Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Stillsetzen eines Motors;

Fig. 7 einen Flußplan für den Vorgang zum Stillsetzen des Motors mit Hilfe der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 8 einen Längsschnitt eines Behälters zur Aufnahme einer Wasserstoff-Einschlußlegierung;

Fig. 9 den Schnitt nach der Linie IX-IX in der Fig. 8;

Fig. 10 eine abgebrochene Darstellung einer in der obersten Etage von Fig. 9 angeordneten Rohrgruppe;

Fig. 11 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Dar stellung eines Behälters zur Aufnahme einer Was serstoff-Einschlußlegierung in einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 12 eine teilweise abgebrochene Darstellung eines Kühl wasserrohres mit Rippen;

Fig. 13 die Seitenansicht eines auf einen Gabelstapler auf gesetzten, eine Wasserstoff-Einschlußlegierung ent haltenden Behälters;

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Wasserstoffmotor nach dem Stand der Technik;

Fig. 15 ein Diagramm zu Ergebnissen von Betriebssimulatio nen des in Fig. 14 gezeigten Systems;

Fig. 16 einen Längsschnitt eines Behälters für eine Wasser stoff-Einschlußlegierung nach dem Stand der Technik;

Fig. 17 den Schnitt nach der Linie XVII-XVII in der Fig. 16;

Fig. 18 einen teilweise abgebrochenen Längsschnitt eines weiteren Behälters für eine Wasserstoff-Einschluß legierung nach dem Stand der Technik.

Ein System mit einem Wasserstoffmotor in einer ersten erfin dungsgemäßen Ausführungsform wird im folgenden unter Bezug nahme auf die Fig. 1 erläutert.

Hiernach ist ein Kühler 3 mit einem Wasserstoffmotor 1 über eine Kühlwasserleitung 11 verbunden, die der Führung von Wasser zur Kühlung des Motors 1 dient. Zwischen den Kühler 3 und den Motor 1 sind ein Temperaturschalter 4 sowie eine Kühlwasserpumpe 2 geschaltet, welche das im Kühler 3 abge kühlte Kühlwasser dem Motor 1 zuführt. Die Temperatur des Kühlwassers wird bei dieser Ausführungsform mittels des Tem peraturschalters 4 auf beispielsweise 80°C gehalten.

Über eine Abgasleitung 13 und ein Abgas-Regelventil 8 ist ein Wärmetauscher 7 mit dem Motor 1 verbunden. Ein eine Was serstoff-Einschlußlegierung enthaltender Behälter (MH-Tank) 5 ist thermisch mit dem Wärmetauscher 7 über einen Zwischen wärmeträger verbunden, welcher in einer Zwischenwärmeträger leitung 12 mit Hilfe einer Umwälzpumpe 6 umgewälzt wird. Ein eine Wärmeregeleinrichtung bildender Temperaturschalter 17 ist auf der Eintrittsseite des Zwischenwärmeträgers in den MH-Tank 5 mit der Zwischenwärmeträgerleitung 12 verbun den. Der Temperaturschalter 17 steuert das Abgas-Regelventil 8, um die Einströmmenge an Abgas vom Motor 1 in den Wärmetau scher 7 so zu regeln, daß die Temperatur des Zwischenwärmeträ gers in dessen Leitung 12 im wesentlichen auf einem maxima len Niveau an der Eintrittsseite in den MH-Tank 5 gehalten werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die se Temperatur des Zwischenwärmeträgers auf 85°C gehalten, jedoch ist klar, daß sich dieser Temperaturwert in Über einstimmung mit dem Zwischenwärmeträger ändern kann.

An der Eintrittsseite des Zwischenwärmeträgers in den MH- Tank 5 ist an der Zwischenwärmeträgerleitung 12 ein Regel ventil 15 vorgesehen, das die Einströmmenge des im Wärmetau scher 7 erwärmten Zwischenwärmeträgers in den MH-Tank 5 re gelt. An der Zwischenwärmeträgerleitung 12 ist zwischen der stromaufwärtigen Seite des Regelventils 15 und der Austritts seite des Zwischenwärmeträgers aus dem MH-Tank 5 ein Ventil 16 vorgesehen, das den Zwischenwärmeträger in der Leitung 12 in Übereinstimmung mit der Einströmmenge durch das Regel ventil 15 in den MH-Tank 5 an diesem vorbeiführt, so daß eine Unterbrechung in der Zirkulation des Zwischenwärmeträ gers verhindert wird.

Mit dem MH-Tank 5 ist eine Wasserstoffleitung 14 verbunden, um den Motor 1 mit dem aus der Wasserstoff-Einschlußlegie rung im MH-Tank 5 erzeugten Wasserstoff zu versorgen. An dieser Wasserstoffleitung 14 ist ein Druckminderventil 9 angeordnet, das den Druck des vom MH-Tank 5 dem Motor 1 zu geführten Wasserstoffs unter einem konstanten Niveau hält. Das Regelventil 15 regelt die Einströmmenge des Zwischenwär meträgers in den MH-Tank 5 entsprechend dem Druck des in der Wasserstoffleitung 14 geführten Wasserstoffs.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Regelung der Erwärmung des obigen Wasserstoff-Antriebssystems erläutert.

Abgas vom Motor 1 strömt durch den Wärmetauscher 7 und er wärmt den Zwischenwärmeträger in der Leitung 12 auf eine maximale Temperatur, wobei die Einströmmenge durch das Abgas- Regelventil 8 eingestellt wird. Der erwärmte Zwischenwärme träger strömt durch den Tank 5 und erwärmt die in diesem befindliche Wasserstoff-Einschlußlegierung in Übereinstim mung mit seiner Einströmmenge, die durch das Regelventil 15 bestimmt wird. Demzufolge erzeugt die Einschlußlegierung Wasserstoff in einer Menge, die dem Grad an aufgenommener Wärme entspricht, und der erzeugte Wasserstoff wird dem Mo tor 1 über die Wasserstoffleitung 14 unter Einregelung sei nes Drucks durch das Druckminderventil 9 zugeführt.

Bei dem oben beschriebenen System wird die Temperatur des zirkulierenden Zwischenwärmeträgers ständig auf einem maxi malen Wert gehalten, wenn die Leistung der Wärmequelle, d.h. im vorliegenden Fall die Abgasmenge, ausreichend ist. Demzu folge wird die Wärmemenge, die in den MH-Tank 5 eingeführt wird, durch Änderung der Einströmmenge des Zwischenwärme trägers in den MH-Tank 5 eingeregelt.

Bei einem Verfahren zur Regelung der Erwärmung eines Wasser stoffmotor-Antriebssystems nach dem Stand der Technik, das in Fig. 14 gezeigt ist, wird die in den MH-Tank eingeführte Wärmemenge durch Erhöhen und Absenken der Temperatur T _w von Warmwasser entsprechend der Gleichung (1) geregelt. Dagegen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmeregelung die Wärmemenge für den MH-Tank 5 durch Änderung der Einström menge F _w an Warmwasser geregelt.

Durch die Erfindung können folglich die unstabilen Änderungen im Wasserstoffdruck vermindert werden, weil die Einströmmen ge des Zwischenwärmeträgers in den MH-Tank 5 augenblicklich durch Öffnen oder Schließen des Regelventils 15, das ein rasches Ansprechverhalten auf drastische Änderungen in der Menge des zu verwendenden Wasserstoffs hat, erhöht und ver mindert werden kann. Bei einem plötzlichen Lastabfall am Motor 1 während eines Leerlauf od. dgl. kann der abnormale Anstieg im Wasserstoffdruck minimiert werden, wenn der Zustrom des Zwischenwärmeträgers in den MH-Tank 5 unterbrochen wird, weil die fühlbare Wärme des Zwischenwärmeträgers im MH-Tank 5 niedrig ist.

Wie aus dem Obigen hervorgeht, können durch das erfindungs gemäße Verfahren zur Wärmeregelung die unstabilen Änderungen im Wasserstoffdruck, welche im Stand der Technik auf Grund einer plötzlichen Laständerung auftreten, vermindert werden.

Die Fig. 3 zeigt Ergebnisse von Betriebssimulationen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, um die Erwärmung durch die selbe Anlage unter den gleichen Betriebsbedingungen, wie sie für die Betriebssimulationen des in Fig. 15 gezeigten Wasserstoffmotor-Antriebssystems gelten, zu regeln.

Wie die Fig. 3 zeigt, übersteigt wegen der oben erläuterten Gründe der Druck das vorbestimmte Niveau kurz nach einem Starten des Betriebs. Nach einem Vollast-Betrieb ist jedoch der Wasserstoffdruck außerordentlich stabil, wie dargestellt ist.

Die allmähliche Abnahme in der Temperatur des Zwischenwärme trägers während eines langen Leerlaufens ist auf den Mangel an von dem Motor 1 zugeführter Wärmemenge zurückzuführen. Wenn jedoch die Wärmemenge ausreichend ist, wird die Tempe ratur des Zwischenwärmeträgers exakt auf 85°C gehalten.

Bei der gegenüber der Ausführungsform von Fig. 1 abgewandel ten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist eine Zwi schenwärmeträgerleitung 20 auf der Austrittsseite des Zwi schenwärmeträgers am MH-Tank 5 mit der Kühlwasserpumpe 2 verbunden, um anstelle des Umwälzens des Zwischenwärmeträ gers mittels der Umwälzpumpe 6 Kühlwasser dem Motor 1 zuzu führen. Die Kühlwasserpumpe 6 ist in diesem Fall mit der Kühlwasserleitung 11 verbunden und liefert das durch das Kühlen des Motors erhitzte heiße Kühlwasser als den Zwischen wärmeträger in den MH-Tank 5 über den Wärmetauscher 7 und das Regelventil 15. Der übrige Aufbau dieses Systems ist demjenigen des Systems von Fig. 1 gleich.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform wird das als Zwi schenwärmeträger durch den MH-Tank 5 geführte Kühlwasser auf Grund des endothermischen Effekts, wenn Wasserstoff aus der Wasserstoff-Einschlußlegierung im MH-Tank 5 erzeugt wird, abgekühlt. Der Zwischenwärmeträger wird dann über die Kühl wasserpumpe 2 dem Motor 1 zugeführt und kühlt diesen zusammen mit dem Kühlwasser vom Kühler 3, denn der MH-Tank 5 unter stützt als eine Wärmesenke die Kühlwirkung des Kühlers 3 gegenüber dem Motor 1. Demzufolge können die Kapazität und die Größe des Kühlers 3 klein gemacht werden, so daß das Wasserstoffmotor-Antriebssystem und folglich das gesamte Fahrzeug, das dieses System trägt, mit geringen Größenabmes sungen gefertigt werden können. Darüber hinaus ist das An triebssystem mit einem Wasserstoffmotor in der vorliegenden abgewandelten Ausführungsform für ein Fahrzeug geeignet, das üblicherweise mit niedrigen Geschwindigkeiten fährt und zu einem Überhitzen seines Motors neigt, wie z.B. ein Gabel stapler, weil das Kühlen des Motors 1 in ausreichender, zufriedenstellender Weise sowohl durch den Kühler 3 als auch durch den MH-Tank 5 bewerkstelligt wird.

Bei der abgewandelten, oben beschriebenen Ausführungsform kann der vom Motor 1 über die Umwälzpumpe 6 abgegebene Zwi schenwärmeträger unmittelbar ohne ein Durchströmen des Wär metauschers 7 dem MH-Tank 5 zugeführt werden, so daß der Wärmetauscher 7 wegfallen kann und insofern die Größenabmes sungen des Waserstoffmotor-Antriebssystems kleiner gehalten werden können.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 wird eine Einzelheit für das Wasserstoffmotor-Antriebssystem gemäß der Erfindung erläutert.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist in einem MH-Tank 21 eine Wasser stoff-Einschlußlegierung, die durch Erwärmung mittels Abgas, Kühlwassers von hoher Temperatur, das bei der Kühlung eines Motors usw. erhitzt worden ist, Wasserstoffgas bei ihrer Erwärmung erzeugt. Ein mit dem MH-Tank 21 in Verbindung ste hendes Filter 22 entfernt im Wasserstoffgas enthaltene Fremd materialien, wie feine Legierungspartikel. Das gereinigte Wasserstoffgas wird über ein zum Filter 22 stromabwär tiges Rückschlagventil 23 einem Druckminderventil 24 zuge führt. Wenn eine Fehlzündung auftritt, so verhindert das Rückschlagventil 23 einen Eintritt der Flamme in den MH- Tank 21. Vom Druckminderventil 24 wird das Wasserstoffgas nach Herabsetzen dessen Drucks auf das Niveau, das auf der Grundlage der Sicherheit einer Rohrleitung usw. vorbestimmt wird, einem Elektromagnet-Regelventil 25 zugeführt.

Dieses Elektromagnet-Regelventil 25 kann zwischen zwei Stel lungen - einer Stellung a und einer Stellung b - umgeschaltet werden. In der in Fig. 4 gezeigten Stellung b ist das vom Druckminderventil 24 herangeführte Wasserstoffgas an einem weiteren Strömen gehindert. Wird das Regelventil 25 zur Stel lung a umgeschaltet, so wird das Wasserstoffgas im Druck auf annähernd den Atmosphärendruck an einem nach dem Regel ventil 25 liegenden Regler 26 eingeregelt, worauf es einem anschließenden Vergaser 27 zugeführt wird, in dem das Wasser stoffgas mit der durch ein Luftfilter 28 herangeführten Luft gemischt wird. Dann strömt das Wasserstoffgas durch einen Ansaugkrümmer 30 des Motors 29 und wird in einem (nicht dar gestellten) Brennraum komprimiert, in welchem es durch Zün den mittels einer Zündkerze 31 verbrannt wird.

Im folgenden wird eine elektrische Einrichtung zur Betäti gung des Elektromagnet-Regelventils 25 erläutert.

Ein Steuergerät 33 betreibt und stoppt einen Anlasser 34 des Motors 29 auf der Grundlage einer An/Aus-Betätigung eines Zündschalters 32, und es bewirkt und stoppt einen Zündvorgang der Zündkerze 31 mittels einer Zündvorrichtung 35, wobei von einem eingebauten Zeitgeber gemäß einem vorge speicherten Programm eine Zeit gezählt wird. Das Steuerge rät 33 gibt an das Elektromagnet-Regelventil 25 Signale zu dessen Er- sowie Entregung ab und schaltet dieses Ventil 25 in entweder die Stellung a oder die Stellung b, so daß der MH-Tank 21 und der Motor 29 entweder miteinander verbun den oder voneinander getrennt sind. Mit dem Steuergerät 33 ist auch ein Motor-Drehzahlfühler 36 verbunden, der die Dreh zahl des Motors 29 ermittelt, so daß das Steuergerät das Drehen des Motors 29 in Übereinstimmung mit den Signalen vom Drehzahlfühler 36 überwacht.

Ein Verfahren zur Regelung des Startens des Motors 29 mit dem System von Fig. 4 wird im folgenden erläutert.

Es wird angenommen, daß der Motor 29 stillsteht, das Elektro magnet-Regelventil 25 sich in der Stellung b befindet und der MH-Tank 21 sowie der Motor 29 voneinander getrennt sind. Wenn der Zündschalter 32 zum Starten des Motors 29 angeschal tet wird, so stellt das das Steuergerät 33 im Schritt S 1 fest, und es dreht im Schritt S 2 den Anlasser 34, um den Motor 29 im Leerlauf zu drehen. Das restliche Wasserstoffgas, das seit dem letzten Stillsetzen des Motors 29 im Regler 26, Vergaser 27 und Ansaugkrümmer 30 verblieben ist, wird deshalb aus dem Motor 29 ausgestoßen. Das Steuergerät 33 zählt im Schritt S 3 die Zeit der Leerlaufdrehung des Motors 29 und wartet für eine bestimmte Zeitspanne (im vorliegenden Fall 1,5 s), bis das im Motor seit dem letzten Stillstand noch verbliebene Wasserstoffgas vollständig ausgestoßen wor den ist. Nach Ablauf dieser Zeitspanne gibt im Schritt S 4 das Steuergerät an die Zündvorrichtung 35 ein Signal, um die Funkenbildung an der Zündkerze 31 auszulösen.

Nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne (0,5 s) im Schritt S 5, d.h. zum Zeitpunkt, da die Zündkerze 31 gänz lich für ein Zünden bereit ist, prüft im Schritt S 6 das Steu ergerät 33 mittels der Signale vom Drehzahlfühler 36, ob der Motor 29 tatsächlich dreht oder nicht. Dies geschieht, um eine solche Situation zu vermeiden, daß Wasserstoffgas dem Motor 29 zugeführt wird, während dieser noch nicht dreht, weil der Anlasser 34 auf Grund eines Ausfalls der Batterie usw. nicht dreht. Wenn entschieden wird, daß der Motor 29 dreht, so gibt das Steuergerät 33 Signale im Schritt S 7 an das Elektromagnet-Regelventil 25 ab, um dessen Stellung von b nach a zu ändern. Dadurch kommen der MH-Tank 21 und der Motor 29 miteinander in Verbindung, so daß Wasserstoffgas dem Motor 29 zugeführt wird. Demzufolge wird nach dem Mi schen des Wasserstoffgases mit der Luft im Vergaser 27 die erste Verbrennung im Brennraum des Motors 29 bewirkt, so daß dieser mit seinem Laufen beginnt. Es ist zu bemerken, daß dann, wenn im Schritt S 6 festgestellt wird, daß der Motor 29 nicht dreht, das dafür angesehen wird, daß der Anlasser 34 nicht in Ordnung sind, weshalb das Steuergerät 33 ver schiedene Schritte unternimmt, die hier nicht näher zu er läutern sind.

Der Motor 29 kann zum Stillstand kommen, wenn der Zünd schalter 32 ausgeschaltet wird, um die Funkenbildung an der Zündkerze 31 zu unterbrechen, und hierbei wird die Stellung des Elektromagnet-Regelventils 25 durch das Steuergerät 33 von der Stellung a nach b verändert, wobei auch eine Behei zung der Wasserstoff-Einschlußlegierung im MH-Tank 21 in geeigneter Weise beendet wird.

Wie oben beschrieben wurde, wird bei der erläuterten Ausfüh rungsform eine Fehlzündung mit Sicherheit verhindert, weil das zwischen dem Regelventil 25 und dem Brennraum des Motors 29 verbliebene Wasserstoffgas durch ein Leerdrehen des Motors 29 vor dessen tatsächlichem Starten restlos ausgestoßen wird.

Wenngleich diese Ausführungsform derart ausgestaltet ist, daß das Elektromagnet-Regelventil 25 durch das Steuergerät 33 zwischen den Stellungen a und b umgeschaltet wird, um entweder den MH-Tank 21 und den Motor 29 miteinander zu ver binden oder voneinander zu trennen, ist es möglich, eine der artige Ausbildung vorzusehen, wobei anstelle der Schaltkon trolle des Steuergeräts 33 gegenüber dem Elektromagnet-Regel ventil 25 bei einem Starten des Motors 29 die Menge des in den Brennraum einströmenden Wasserstoffgases allmählich er höht wird und die erste Verbrennung (Explosion) störungsfrei abläuft.

Um bei der vorliegenden Ausführungsform das Wasserstoffgas in einem solchen Zustand zuzuführen, daß dessen Zündung er möglicht wird, wartet das Regelventil 25 nach dem Zünden der Kerze 31 für 0,5 s mit seinem Öffnen. Jedoch kann die ses Regelventil 25 entweder bei einem Zünden oder kurz vor einem Zünden je nach der Zeitsteuerung bei einem Start des Motors 29 öffnen, um sicherzustellen, daß die erste Zündung erst einsetzt, nachdem das im Ansaugkrümmer 30 und im Motor 29 usw. seit dem letzten Stillsetzen des Motors 29 verblie bene Wasserstoffgas restlos aus dem Motor 29 ausgestoßen ist.

Ferner wird bei dieser Ausführungsform die Entscheidung, ob das restliche Wasserstoffgas noch vorhanden ist oder nicht, auf der Grundlage einer Zeit getroffen, jedoch kann mittels des Feststellens der Anzahl der Drehungen des vom Anlasser 34 gedrehten Motors 29 die Entscheidung über das Vorhandensein von restlichem Wasserstoffgas auf der Zahl der Umdrehungen beruhend getroffen werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 wird eine weitere Ein zelheit des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar zum Still setzen desselben Systems, das anhand der Fig. 4 und 5 erläu tert wurde, beschrieben.

Wie die Fig. 6 zeigt, wird das Elektromagnet-Regelventil 25 in der Stellung a gehalten, wobei der Motor 29 mit dem vom MH-Tank 21 zugeführten Wasserstoffgas läuft. Wenn der Zündschalter 32 zum Stillsetzen des Motors 29 ausgeschaltet wird, so stellt das das Steuergerät im Schritt S 1 der Fig. 7 fest, und es ändert die Stellung des Regelventils 25 von a nach b, um den MH-Tank 21 und den Motor 20 voneinander im Schritt S 3 zu trennen, während die Zündvorrichtung 35 betrieben und die Zündkerze 31 des Motors 29 im Schritt S 2 im Zündzustand gehalten wird. Demzufolge verbleibt Wasser stoffgas nicht länger im Regler 26, Vergaser 27, Ansaugkrüm mer 30 usw., weil das gesamte, auf der stromabwärtigen Seite des Regelventils 25 verbleibende Wasserstoffgas unter der Saugwirkung eines (nicht dargestellten) Kolbens, der sich im Motor 29 bewegt, im Brennraum komprimiert und dort ver brannt wird, so daß ein Ausstoß in die Atmosphäre erfolgt.

Wenn nach dem Ausstoßen des verbliebenen Wasserstoffgases aus dem Motor 29 das Steuergerät 33 im Schritt S 4 auf Grund der Signale vom Motor-Drehzahlfühler 36 entscheidet, daß der Motor 29 stillsteht, dann unterbricht das Steuergerät 33 im Schritt S 5 das Zünden an der Zündkerze 31 über die Zündvorrichtung 35 und führt den Stillsetzvorgang für den Motor 29 zum Ende.

Bei diesem Verfahren zum Stillsetzen des Motors 29, wie es oben beschrieben wurde, wird das gesamte, zwischen dem Regel ventil 25 und dem Brennraum des Motors 29 verbliebene Wasser stoffgas im Brennraum komprimiert und entzündet, um nach dem Beendigen der Zufuhr von Wasserstoffgas vom MH-Tank 21 zum Motor 29 durch die Änderung in der Stellung des Regelven tils 25 ausgestoßen zu werden. Demzufolge verbleibt im Motor 29 und im Antriebssystem für diesen bei einem Stillsetzen des Motors 29 keinerlei Wasserstoffgas, so daß die auf rest lichem Wasserstoffgas beruhende Fehlzündung vermieden wer den kann, wenn der Motor 20 erneut gestartet wird.

Wenngleich bei der erläuterten Ausführungsform der Zündvor gang unterbrochen wird, nachdem die Maschine 29 stillsteht, so kann das beispielsweise, wie folgt, abgewandelt werden:

(1) die Zahl der Zündungen nach dem Schließen des Elektro magnet-Regelventils 25 wird für jeden Zylinder des Motors 29 im voraus bestimmt, so daß der Zündvorgang sich nicht fortsetzt, nachdem die vorbestimmte Anzahl an Zündungen aus geführt worden ist;

(2) wenn nach dem Schließen des Regelventils 25 der Motor 29 mit einer vorbestimmten Anzahl an Umdrehungen gedreht hat, wird der Zündvorgang nicht weiter fortgesetzt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8-10 ein Behälter (MH-Tank), der eine Wasserstoff-Einschlußlegierung aufnimmt, erläutert.

Nach den Fig. 8 und 9 weist ein MH-Tank 41 einen zylindri schen Tank-Hauptkörper 42 auf, der im voraus mit feinkörni gem Metallhydrid M gefüllt wurde, welches Wasserstoffgas in umkehrbaren Reaktionen, die mit Wärmetauschvorgängen verbunden sind, freigibt und/oder einschließt. Im Hauptkör per 42 sind Rohre 43 vorgesehen, die ein Zwischenkühlmittel führen und das Innere des Hauptkörpers 42 durchlaufen sowie zum (nicht dargestellten) Wasserstoffmotor zurückkehren, um das Metallhydrid M zu erwärmen oder zu kühlen. Die Rohre 43 tragen zur Wärmetauschreaktion bei, indem in diesen Was ser mit niedriger Temperatur als Zwischenkühlmittel umge wälzt wird, wenn das Metallhydrid M das Wasserstoffgas ein schließt. Gibt das Metallhydrid M das Wasserstoffgas frei, so tragen die Rohre auch zur Wärmetauschreaktion bei, indem in diesem Wasser mit hoher Temperatur, beispielsweise das nach einer Kühlung des Wasserstoffmotors hoch erhitzte Kühl wasser, als ein Zwischenheizmittel umgewälzt wird. Das frei gegebene Wasserstoffgas wird dem Wasserstoffmotor über eine (nicht dargestellte) Wasserstoffgasleitung zugeführt.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform sind die Rohre 43 im Hauptkörper 42 in mehreren Reihen parallel zueinan der, wobei sie sich in der Längsrichtung des Hauptkörpers 42 erstrecken, und in mehreren vertikalen Etagen übereinan der angeordnet.

Wie die Fig. 9 zeigt, sind aus mehreren Reihen von Rohren 43 gebildete Rohrgruppen 44 A-44 G im Tank-Hauptkörper 42 von dessen oberem zu dessen unterem Teil hin in mehreren Etagen angeordnet. Gemäß Fig. 10 sind in jeder Rohrgruppe 44 A-44 G die Rohre miteinander in der Draufsicht in einer Schlangenlinien- oder Zickzack-Ausbildung verbunden. Ferner wird gemäß Fig. 8 ein Ende einer jeden Rohrgruppe in jeder Etage in Aufeinanderfolge mit dem anderen Ende einer jeden Rohrgruppe derart verbunden, daß die Rohrgruppe 44 A an die genau darunter befindliche Rohrgruppe 44 B, diese Rohrgruppe 44 B an die Rohrgruppe 44 C angeschlossen ist, wobei dann die weiteren Rohrgruppen 44 D, 44 E, 44 F und 44 G in der untersten Etage miteinander in der gleichen Weise verbunden sind, so daß das Wasser mit niedriger Temperatur von der einen zur nächsten Rohrgruppe fließt.

Ein Niedertemperatur-Wassereinlaß 45 ist gemäß Fig. 8 am einen Ende der in der obersten Etage befindlichen Rohrgruppe 44 A vorhanden, während ein Niedertemperatur-Wasserauslaß 47 am anderen Ende der untersten Rohrgruppe 44 G über ein aufwärts sich erstreckendes Verbindungsrohr 46 angeschlossen ist.

Auf beiden Seiten eines jeden Rohres oder rund um dieses sind in dessen Längsrichtung und über dessen Länge scheibenförmige Rippen 48 in einer Vielzahl angebracht. Die Rippen 48 weisen zueinander einen vorbestimmten Abstand auf, und das Metallhydrid M kann in diese Abstände oder Zwi schenräume eingefüllt werden. Insofern haben die Rippen 48 keinen wesentlichen Einfluß auf die Kapazität der Fül lung mit dem Metallhydrid M.

Im Fall, daß das Metallhydrid M, das bereits Wasserstoffgas freigegeben hat, dieses Wasserstoffgas wieder einschließt, wird das Wasserstoffgas in den Hauptkörper 42 durch den (nicht dargestellten) Wasserstoffgas-Einlaß eingeführt, wie auch das Wasser niedriger Temperatur in den Hauptkörper 42 durch den Niedertemperatur-Wassereinlaß 45 eingeleitet wird. Hierbei wird das Metallhydrid M, wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, agglomeriert, und in einem Zustand einer agglo merierten Schicht verbleibt im oberen Teil innerhalb des Hauptkörpers 42 wegen des Freisetzens von Wasserstoffgas ein kleiner Raum.

Das durch den Niedertemperatur-Wassereinlaß 45 eingeführte Wasser von niedriger Temperatur wird zuerst dem einen Ende der Rohrgruppe 44 A in der obersten Etage zugeführt, worauf es zur Rohrgruppe 44 B in der nächst niedrigeren Etage nach einer Zickzack-Strömung längs der Rohre 43 der obersten Rohr gruppe 44 A geflossen ist. Dann fließt dieses Wasser niedri ger Temperatur zickzackförmig längs der Rohre 43 in der Rohrgruppe 44 B und gelangt in die Rohrgruppe 44 C in der nächst niedrigeren Etage. Das aufeinanderfolgend von der Rohrgruppe 44 C zur Rohrgruppe 44 G in der untersten Etage geflossene Wasser niedriger Temperatur wird dann über das Verbindungsrohr 46 und den Niedertemperatur-Wasserauslaß 47 aus dem Tank-Hauptkörper 42 abgeführt. Demzufolge bewegt sich das Wasser niedriger Temperatur allmählich vom obersten zum untersten Teil des Hauptkörpers 42, wobei es in dessen Längsrichtung durch die Rohrgruppen 44 A-44 G strömt, wie in Fig. 9 durch Pfeile angedeutet ist.

Eine Reaktionsgleichung des Wasserstoffeinschlusses (H₂- Einschlusses) des Metallhydrids M kann, wie folgt, angegeben werden:

M+H₂-MH₂+Q,

worin Q die Reaktionswärme bedeutet.

Demzufolge ist einer der wesentlichen Punkte auf seiten des Wasserstoffgas-Einschlusses, wirksam die Reaktionswärme Q aus dem Hauptkörper 42 freizugeben, und ein Abführen der Reaktionswärme Q vom Hauptkörper 42 begünstigt in hervorra gender Weise den Wasserstoff-Einschluß des Metallhydrids M. Ein weiterer wesentlicher Punkt ist die Minderung oder Milderung der Ausdehnungsspannung am agglomerierten Metall hydrid M, das bei der Wasserstoffgas-Einschlußreaktion noch nicht zur Reaktion gebracht wurde.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform beginnt der Wasser stoffgas-Einschluß durch das Metallhydrid M, d.h. die Wär metauschreaktion, rund um die Rohrgruppe 44 A in der obersten Etage, die das Wasser mit niedriger Temperatur zuerst durch strömt und in der die Reaktionswärme zuerst absorbiert wird. Diese Wärmetauschreaktion schreitet allmählich zu einem Be reich rund um die Rohrgruppe 44 G in der untersten Etage ab wärts fort. Die kubische Expansion des Metallhydrids M, die von dem Wasserstoffgas-Einschluß begleitet wird, setzt sich vom oberen Teil zum unteren Teil der nicht-reagierten Agglo meratschicht des Metallhydrids M, das im Hauptkörper 42 ag glomeriert ist, fort. Das heißt mit anderen Worten, daß die kubische Expansion des Metallhydrids M im oberen Teil des Tank-Hauptkörpers 42, in welchem ausreichender Raum für die Expansion vorhanden ist, beginnt und sich allmählich zum unteren Teil hin fortsetzt.

Als Ergebnis dessen kann der Wasserstoffgas-Einschluß durch das Metallhydrid M mit dem Raum durchgeführt werden, von dem das nicht-reagierte agglomerierte Metallhydrid M abgeht, d.h., das Wasserstoffgas kann unter Vermeidung der Erzeu gung einer Restspannung in der Agglomeratschicht des nicht reagierten Metallhydrids M eingeschlossen werden. Die Ausdeh nungsspannung am nicht-reagierten, im unteren Teil des Haupt körpers 42 agglomerierten Metallhydrid M wird gemildert, weshalb die Spannungskonzentration am Tank-Hauptkörper 42 sowie den Rohren 43 usw. herabgesetzt werden kann.

Darüber hinaus sind bei der in Rede stehenden Ausführungs form die in Vielzahl vorhandenen Rippen 48 an den Rohren 43 vorgesehen, so daß das Metallhydrid M durch diese Rippen 48 wirksam gekühlt und der Wirkungsgrad im Wärmetausch am Metallhydrid M gesteigert wird.

Ferner kann die Bewegung des Metallhydrids M beschränkt wer den, wenn der Tank-Hauptkörper 42 in seiner Längsrichtung, d.h. in Richtung der Längserstreckung der Rohre 43, Schwingungen unterliegt. Das bedeutet, daß die Bewegung des Metallhydrids M in der Längsrichtung des Hauptkörpers 42 begrenzt wird, so daß eine ungleichförmige Anordnung des Metallhydrids M im Hauptkörper 42 verhindert wird.

Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Ausdehnungsspan nung am Metallhydrid M allein durch die Konstruktion der Rohre 43 gemildert werden, die unmittelbar zu den Wärmetausch reaktionen des Metallhydrids M beitragen. Insofern müssen irgendwelche anderen Bauteile oder Elemente zur Milderung der Ausdehnungsspannung nicht im Tank-Hauptkörper 42 vorge sehen werden, was gegensätzlich ist zu dem MH-Tank 82 des Standes der Technik, der in Fig. 16 gezeigt ist, wobei der Tank-Hauptkörper 82 das aus dem Tragmantel 83 und den Wasser stoff-Filtern 84 gebildete hierarchische Gestell 85 enthält.

Demzufolge können die Fertigungsschritte für den MH-Tank 41 vereinfacht und die Verkleinerung des Raumes des Hauptkör pers 42, in dem Metallhydrid M aufgenommen werden kann, ver hindert werden.

Vergleicht man den MH-Tank 81 nach dem Stand der Technik mit dem MH-Tank 41 nach der Erfindung, so betragen die Her stellungskosten für den erfindungsgemäßen MH-Tank die Hälfte von denjenigen für einen Tank nach dem Stand der Technik. Soweit die Aufnahmekapazität für das Metallhydrid M betrof fen ist, ist diese bei einem Tank gemäß der Erfindung 1,6 mal größer als diejenige bei dem Tank nach dem Stand der Technik. Insofern zeigt der MH-Tank 41 nach der Erfindung eine bemer kenswerte Überlegenheit gegenüber dem Stand der Technik hin sichtlich der Herstellungskosten und der tatsächlichen Kapa zität oder Aufnahmefähigkeit.

Um das Wasserstoffgas aus dem Metallhydrid M, nachdem der oben erwähnte Wasserstoffgas-Einschluß abgeschlossen ist, freizusetzen, fließt Wasser mit hoher Temperatur durch die Rohre 43, wobei die Wärme dieses hochtemperierten Wassers an das Metallhydrid M als Reaktionswärme abgegeben wird. In diesem Fall wird das freigesetzte Wasserstoffgas aus dem Hauptkörper 42 durch einen (nicht dargestellten) Wasserstoff gas-Auslaß abgeführt. Da gemäß der Erfindung zahlreiche Rip pen 48 an den Rohren 43 vorhanden sind, kann der Wärmetausch mit dem Metallhydrid M wirksam durchgeführt und das Wasser stoffgas mit hoher Leistungsfähigkeit freigegeben werden.

Die beschriebene Ausführungsform kann, wie folgt, abgewandelt werden:

(1) Wenngleich die Rohrgruppen 44 A-44 G in jeder Etage in der Draufsicht bei der erläuterten Ausführungsform zickzack oder schlangenförmig verlaufen, so können sie auch in der Draufsicht als Gitter ausgebildet sein.

(2) Wenngleich die Rohre 43 in jeder Etage als zickzackför mig verlaufende Rohrgruppen 44 A-44 G vorgesehen sind, so können sie auch ein Einzelrohr sein.

(3) Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform die Rohr gruppen 44 A-44 G in jeder Etage miteinander an ihren einen und anderen Enden so verbunden sind, daß das niedertempe rierte Wasser von der Rohrgruppe 44 A in der obersten Etage aufeinanderfolgend zur Rohrgruppe 44 G in der untersten Etage fließt, so kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Rohrgruppe 44 A-44 G in jederEtage unabhängig vorgesehen ist und der Umlauf des niedertemperierten Wassers nachein ander so gelegt wird, daß das niedertemperierte Wasser 44 A zuerst durch die Rohrgruppe 44 A und durch die Rohrgruppe 44 G zuletzt fließt.

(4) Wenngleich der MH-Tank 41 bei der in Rede stehenden Aus führungsform für ein Wasserstoffmotor-Antriebssystem ver wendet wird, so kann er für alle Apparate und Vorrichtungen, die die Zufuhr von Wasserstoffgas benötigen, ebenfalls zur Anwendung kommen.

Im folgenden wird eine Ausführungsform eines MH-Tanks eines Wasserstoffmotors für einen Gabelstapler, bei dem die Erfin dung verwirklicht wird, näher erläutert.

Wie die Fig. 13 zeigt, ist ein MH-Tank 51 in einer Ausbil dung gemäß der Erfindung am Heckteil eines Gabelstaplers 52 angeordnet. Nach Fig. 11 hat der MH-Tank 51 einen zylin drischen Tank-Hauptkörper 53, der im voraus mit einem fein körnigen Metallhydrid M gefüllt wird, das auf der Grundlage einer Wärmetauschreaktion Wasserstoffgas freisetzt. Ein durch den Hauptkörper 53 verlaufendes Kühlwasserrohr 54, das zu einem (nicht dargestellten) Wasserstoffmotor zurückführt, dient als Umlaufweg für einen Zwischenwärmeträger, um das Metallhydrid M im Tank-Hauptkörper 53 zu erwärmen. Das Kühl wasserrohr 54 führt als darin umlaufenden Zwischenwärmeträger Kühlwasser von hoher Temperatur, das nach der Kühlung des Wasserstoffmotors von diesem zum Hauptkörper 53 abgegeben und für die Wärmetauschreaktion des Metallhydrids M im Haupt körper 53 verwendet wird.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform erstreckt sich das Kühlwasserrohr 54 über die Länge des Tank-Hauptkörpers 53. Wie die Fig. 12 zeigt, sind rund um das Kühlwasserrohr 54 auf dessen Länge zahlreiche Rippen 55 mit scheibenförmi ger Gestalt wie auch bei der vorherigen Ausführungsform (s. Fig. 8-10) vorhanden. Jede Rippe 55 hat einen vorbe stimmten Abstand zu den benachbarten Rippen, wobei das Me tallhydrid M in diese Abstände oder Zwischenräume einge füllt wird.

Bei dieser Ausführungsform ist der Tank-Hauptkörper 53 paral lel zur Querrichtung des Gabelstaplers 52, der in dieser Querrichtung schroffen, ruckartigen Bewegungen unterliegt, angeordnet, weshalb jede Rippe in der Längsrichtung des Ga belstaplers 52 liegt.

Das Wasserstoffgas, das als Ergebnis der Wärmetauschreaktion des Metallhydrids M freigesetzt wird, wird vom Tank-Haupt körper 53 dem Wasserstoffmotor über eine Wasserstoffgaslei tung 56 zugeführt.

Demzufolge wird, wenn das Kühlwasser von hoher Temperatur, das aus dem Wasserstoffmotor austritt, durch das Kühlwasser rohr 54 strömt, das Metallhydrid M im Tank-Hauptkörper 53 erwärmt, wobei das Wasserstoffgas auf Grund der Wärmetausch reaktion freigesetzt wird. Hierbei dient jede Rippe 55 dazu, das Metallhydrid M wirksam zu erwärmen, so daß der Wärme tausch-Wirkungsgrad auf seiten des Metallhydrids M ge steigert wird.

Wenn der Hauptkörper 53 bei starken, schroffen Bewegungen in seiner Längsachse, d.h. in der Querrichtung des Gabelstap lers 52,während des Betriebs schwingt, so wird auf Grund einer jeden Rippe 55 die Bewegung des Metallhydrids M be grenzt. Das bedeutet, daß die Bewegung des Metallhydrids M in der Richtung der Längsachse des Hauptkörpers 53 einge engt oder beschränkt wird, so daß das Metallhydrid M daran gehindert ist, im Hauptkörper 53 eine ungleichförmige Anord nung oder Ausbildung anzunehmen.

Vergleichsergebnisse des MH-Tanks 91 nach dem Stand der Technik, der in Fig. 17 gezeigt ist, mit dem MH-Tank 51 ge mäß der Erfindung werden im folgenden gegeben. Der Ver gleich wurde hinsichtlich der ungleichförmigen Anordnung des Metallhydrids M, d.h. der Unterschiede der Schichthöhen des Metallhydrids M zwischen dem rechten und linken Ende eines jeden MH-Tanks 91 bzw. 51 durchgeführt, wobei die Un tersuchung erfolgte, nachdem beide MH-Tanks 91 bzw. 51 auf Gabelstaplern 52 angebracht und mit diesen über drei Monate verwendet worden sind. Der Unterschied in den Schichthöhen im Stand der Technik beträgt 20%. Dagegen beträgt dieser Unterschied bei dem Erfindungsgegenstand 0%. Ferner hat sich bei dem Erfindungsgegenstand keine ungleichförmige Ausbil dung des Metallhydrids M gezeigt. Insofern bietet der MH-Tank 51 gemäß der Erfindung eine herausragende Überlegenheit gegenüber dem MH-Tank 91 nach dem Stand der Technik hinsicht lich der ungleichförmigen Ausbildung des Metallhydrids M als Schicht.

Ferner sind die Vergleichsergebnisse des MH-Tanks 91 nach dem Stand der Technik mit dem MH-Tank 51 nach der Erfindung unter denselben obigen Bedingungen hinsichtlich der Wärme übergangsleistung des Metallhydrids die folgenden: die Wärme übergangsleistung wird im Stand der Technik um 35% abgesenkt; bei dem Erfindungsgegenstand tritt dagegen eine Änderung in der Wärmeübergangsleistung nicht ein. Das Absinken in der Wärmeübergangsleistung, d.h. die Verminderung im Wärme tausch-Wirkungsgrad am Metallhydrid M, kann nämlich verhin dert werden, weil die ungleichförmige Ausbildung und Anord nung des Metallhydrids M im MH-Tank 51 gemäß der Erfindung unterbunden wird. Darüber hinaus kann die wirksame Erwär mung über die Rippen 55 auch eine Absenkung im Wärme tausch-Wirkungsgrad in gesteigerter und wirksamer Weise ver hindern.

Die in Rede stehende Ausführungsform kann, wie folgt, abge wandelt werden:

(1) Obwohl die Rippen 55 am Kühlwasserrohr 54, die sich in Mehrzahl über die Länge des Tank-Hauptkörpers bei der er läuterten Ausführungsform erstrecken angebracht sind, kön nen Rippen auch an einem Kühlwasserrohr das quer zur Längs erstreckung des Hauptkörpers verläuft, vorgesehen werden.

(2) Wenngleich als Rippen 55 solche von Scheibenform beschrie ben wurden, so können auch Rippen von rechtwinkliger, drei eckiger, sektorförmiger Gestalt usw. zur Anwendung kommen.

(3) Wenngleich das Kühlwasser des Wasserstoffmotors als Zwi schenwärmeträger bei der erläuterten Ausführungsform verwen det wird, so kann das Abgas des Wasserstoffmotors als Zwi schenwärmeträger Anwendung finden.

(4) Der MH-Tank 51 wurde hier zu seiner Verwendung bei einem Wasserstoffmotor eines Gabelstaplers erläutert, jedoch kann dieser MH-Tank 51 auch für den Wasserstoffmotor von anderen Einrichtungen und für alle Vorrichtungen, die eine Zufuhr von Wasserstoffgas benötigen, angewendet werden.

Es ist klar, daß bei Kenntnis der durch die Erfindung ver mittelten Lehre verschiedene Abwandlungen und Abänderungen an den geschilderten Ausführungsformen vorgenommen werden können, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims

1. Wasserstoffmotor-Antriebssystem mit einem Motor (1), mit einem eine Wasserstoff-Einschlußlegierung aufnehmenden Tank (5), der mit dem Motor (1) verbunden ist und diesen mit Wasserstoff speist, sowie mit einer einen Zwischenwär meträger liefernden Einrichtung (6, 7, 12, 20), die mit dem Tank (5) für die Wasserstoff-Einschlußlegierung verbunden ist und durch diesen den Zwischenwärmeträger führt, dadurch gekennzeichnet,

- daß mit der den Zwischenwärmeträger liefernden Einrich tung (6, 7, 12, 20) eine erste Regeleinrichtung (8, 17) verbunden ist, die die Temperatur des dem die Was serstoff-Einschlußlegierung enthaltenden Tank (5) zugeführten Zwischenwärmeträgers auf einem konstanten Wert hält, und
- daß mit der den Zwischenwärmeträger liefernden Einrich tung (6, 7, 12, 20) eine zweite Regeleinrichtung (15) zwischen der ersten Regeleinrichtung (8, 17) sowie dem die Wasserstoff-Einschlußlegierung enthaltenden Tank (5) verbunden ist, die eine Menge des diesem Tank von der den Zwischenwärmeträger liefernden Einrichtung zugeführten Zwischenwärmeträgers regelt.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zwischenwärmeträger liefernde Einrichtung (6, 7, 12, 20) thermisch mit dem Motor (1) über die erste Regeleinrichtung (8,17) verbunden ist und eine Leitung (12, 20) enthält, welche die Wärme des Motors auf den Zwischenwärmeträger überträgt, daß sich in dieser Leitung eine den Zwischenwärmeträger in der Leitung umwälzende Pumpe (6) befindet und daß die zweite Regeleinrichtung ein Regelventil (15) umfaßt, das an dieser Leitung an einer Eintrittsseite des Zwischenwärmeträgers in den Tank (5) für die Wasserstoff-Einschlußlegierung angeordnet ist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein an der Leitung (12, 20) zwischen einer Eintrittsseite des Zwischenwärmeträgers zum Regelventil (15) und einer Austrittsseite des Zwischenwärmeträgers vom Tank (5) für die Wasserstoff-Einschlußlegierung angeordnetes Ven til (16), das den Zwischenwärmeträger in dieser Leitung entsprechend einer Zufuhr des Zwischenwärmeträgers durch das Regelventil (15) um den Tank (5) herumführt.

4. Antriebssysstem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zwischenwärmeträger liefernde Einrichtung (6, 7, 12, 20) des weiteren mit dem Motor (1) verbunden ist und einen Wärmetauscher (7) einschließt, der einen Teil der Leitung (12, 20) aufnimmt, um mit dem Zwischen wärmeträger mittels Abgas vom Motor (1) einen Wärmetausch auszuführen, daß die erste Regeleinrichtung ein Abgas Regelventil (8) umfaßt, welches zwischen dem Motor (1) sowie dem Wärmetauscher (7) angeordnet ist, um in ausge wählter Weise das Abgas vom Motor entweder in die Atmo sphäre oder in den Wärmetauscher zu führen, und daß eine Temperatur-Regelvorrichtung (17) zwischen die Leitung (12, 20) sowie den Wärmetauscher (7) geschaltet ist, die die Zufuhr des Abgases durch das Abgas-Regelventil (8) zum Wärmetauscher entsprechend der Temperatur des Zwi schenwärmeträgers in dieser Leitung regelt.

5. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsseite des Zwischenwärmeträgers am Tank (5) für die Wasserstoff-Einschlußlegierung mit dem Motor (1) so verbunden ist, daß der Zwischenwärmeträger vom Tank der Wasserstoff-Einschlußlegierung im Motor einen Umlauf ausführen kann.

6. Verfahren zur Wärmeregelung einesTanks mit einer Wasser stoff-Einschlußlegierung, gekennzeichnet durch einen ersten Schritt, wonach die Temperatur eines Zwischenwärme trägers auf dessen Eintrittsseite in den die Wasserstoff- Einschlußlegierung enthaltenden Tank auf einen konstanten Wert eingeregelt wird, und einen zweiten Schritt, wonach eine Einströmmenge des Zwischenwärmeträgers, der auf die konstante Temperatur eingeregelt worden ist, in den die Wasserstoff-Einschlußlegierung enthaltenden Tank geregelt wird.

7. Verfahren zum Starten eines Wasserstoffmotors, gekenn zeichnet durch einen ersten Schritt, wonach, während eine Verbindungsleitung zwischen einem eine Wasserstoff-Ein schlußlegierung enthaltenden Tank und dem Motor abgesperrt wird, um die Zufuhr von Wasserstoffgas von dem die Was serstoff-Einschlußlegierung enthaltenden Tank zum Motor zu unterbrechen, und der Motor leerläuft, um in einem zwischen der Absperreinrichtung in der Verbindungsleitung und dem Motor befindlichen Leitungsabschnitt verbliebe nes Rest-Wasserstoffgas auszustoßen, und durch einen zwei ten Schritt, wonach nach Durchführung des Ausstoßens des Rest-Wasserstoffgases die Absperrung der Verbindungslei tung aufgehoben wird, um den Motor mit Wasserstoffgas zu beliefern und das Laufen des Motors zu starten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Leerlaufen des Motors für eine vorbestimmte Zeitspanne im genannten ersten Schritt der Motor im ge nannten zweiten Schritt gezündet wird und der die Wasser stoff-Einschlußlegierung enthaltende Tank sowie der Motor lediglich miteinander verbunden sind, wenn der Motor nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluß an das Zünden dreht, so daß das Wasserstoffgas dem Motor zuge führt wird.

9. Verfahren zum Stillsetzen eines Wasserstoffmotors, gekennzeichnet durch einen ersten Schritt, wonach während des Aufrechterhaltens eines Zündungszustandes des Motors eine Verbindungsleitung zwischen einem Tank für die Was serstoff-Einschlußlegierung sowie dem Motor abgesperrt und Rest-Wasserstoffgas in einem Leitungsabschnitt von der Absperreinrichtung der Verbindungsleitung zum Motor in diesem verbrannt sowie aus dem Motor ausgestoßen wird, und durch einen zweiten Schritt, wonach der Motor still steht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zünden des Motors nach Beendigen dessen Drehung im zweiten Schritt abgeschlossen wird.

11. Behälter für eine Wasserstoff-Einschlußlegierung mit einem Tank-Hauptkörper (42), der ein oberes sowie unteres Teil in seiner vertikalen Richtung aufweist und eine Wasser stoff-Einschlußlegierung (M) enthält, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere Rohre (43), die ein Zwischenkühl medium führen, sich horizontal in dem Tank-Hauptkörper erstrecken sowie in Aufeinanderfolge vom oberen zum un teren Teil hin angeordnet sind, und daß eine Leiteinrich tung (45, 46, 47) für eine aufeinanderfolgende Führung des Zwischenkühlmediums von einem Rohr (44 A) der Rohre an der oberen Seite zu einem Rohr (44 G) derjenigen an der unteren Seite vorhanden ist.

12. Behälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seite der Länge eines jeden Rohres (43) mehrere Rippen (48) angeordnet sind und die Wasserstoff-Einschluß legierung zwischen diese Rippen eingefüllt ist.

13. Verfahren zur Kühlung eines eine Wasserstoff-Einschluß legierung enthaltenden Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Tank-Hauptteil (42) enthaltene Wasser stoff-Einschlußlegierung in Aufeinanderfolge von einer oberen zu einer unteren Seite hin in der vertikalen Rich tung des Tank-Hauptteils gekühlt wird.

14. Behälter für eine Wasserstoff-Einschlußlegierung mit einem Tank-Hauptteil (53), das eine Wasserstoff-Einschluß legierung (M) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Tank-Hauptteil ein Rohr (54) horizontal erstreckt, das einen Zwischenwärmeträger führt, und daß mehrere Rip pen (55) am Außenumfang dieses Rohres über dessen Länge angeordnet sind, die in Querrichtung zur Längserstreckung des Rohres verlaufen, wobei die Wasserstoff-Einschluß legierung zwischen diese Rippen eingefüllt ist.

15. Gabelstapler, der mit einem Tank für eine Wasserstoff- Einschlußlegierung nach Anspruch 14 ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Tank (51, 53) für die Wasserstoff-Einschlußlegierung am Gabelstapler (52) so angebracht ist, daß die Längserstreckung des Behälters quer zur Fahrtrichtung des Gabelstaplers in einer hori zontalen Ebene verläuft.