DE102012023329A1 - Method for performing a pressure and leak test - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests vor einem Betanken eines Speicherbehälters (5) mit einem unter Druck stehendem, gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, bei dem ein Gaspufferspeicher (1), in dem das zum Betanken zu verwendende Medium gespeichert ist, über ein erstes Ventil (28) mit einem ein Rohrleitungsvolumen begrenzenden Rohrleitungsabschnitt (29) verbunden ist, der über ein zweites Ventil (31) und eine nachfolgende Tankzuleitung (34) mit dem Speicherbehälter (5) verbunden ist, wobei vor dem Betanken bei geöffnetem ersten (28) und geschlossenem zweiten Ventil (31) das Rohrleitungsvolumen auf einen vordefinierten Initialdruck mit Medium bzw. Wasserstoff aus dem Gaspufferspeicher (1) bedrückt wird, sodann das erste Ventil (28) geschlossen und das zweite Ventil (31) geöffnet wird, so dass lediglich in dem Rohrleitungsvolumen befindliches Medium bzw. Wasserstoff ein Tankventil (53) des Speicherbehälters (5) aufdrückt und in den Speicherbehälter (5) strömt.The invention relates to a method for performing a pressure and tightness test before refueling a storage container (5) with a pressurized gaseous medium, in particular hydrogen, in which a gas buffer store (1) in which the medium to be used for refueling is stored , is connected via a first valve (28) to a pipe section (29) delimiting a pipe volume, which is connected to the storage tank (5) via a second valve (31) and a subsequent tank feed pipe (34) first (28) and closed second valve (31) the pipeline volume is pressurized to a predefined initial pressure with medium or hydrogen from the gas buffer store (1), then the first valve (28) is closed and the second valve (31) is opened, so that only medium or hydrogen located in the pipeline volume presses a tank valve (53) of the storage container (5) and into the Storage tank (5) flows.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests vor einem Betanken eines Speicherbehälters.The invention relates to a method for carrying out a pressure and leak test before refueling a storage container.
Fahrzeuge, die als Treibstoff ein gasförmiges Medium wie z. B. Wasserstoff tanken, benötigen speziell ausgebildete Tankstellen, die den unter vergleichsweise hohem Druck stehenden Wasserstoff (z. B. 700 bar) in den Fahrzeugtank oder Speicherbehälter leiten. Für gewöhnlich weist eine solche Tankstelle einen Speicher mit flüssigem Wasserstoff auf oder ist direkt an eine Wasserstoff-Pipeline oder andere Anlagen, die einen Wasserstoffspeicher darstellen können, angeschlossen. Da der Wasserstoff für die Betankung in der gasförmigen Phase vorliegen soll, verfügt eine derartige Tankstelle für gewöhnlich über Gaspufferspeicher, die sich aus dem vorgenannten (Flüssigwasserstoff-)Speicher speisen. Vorzugsweise sind dabei Gaspufferspeicher vorgesehen, die gasförmigen Wasserstoff in sogenannten Banken bei unterschiedlichen Drücken vorhalten; beispielsweise kann ein Gaspufferspeicher eine Hoch-, Mittel- und Niedrigdruck-Bank aufweisen.Vehicles that use a gaseous medium such as fuel. B. refueling, require specially trained gas stations that conduct the under relatively high pressure hydrogen (eg., 700 bar) in the vehicle tank or storage tank. Typically, such a gas station has a storage of liquid hydrogen or is connected directly to a hydrogen pipeline or other equipment that may be a hydrogen storage. Since the hydrogen is to be present for refueling in the gaseous phase, such a gas station usually has gas storage tanks, which feed from the aforementioned (liquid hydrogen) storage. Preferably, gas storage tanks are provided which hold gaseous hydrogen in so-called banks at different pressures; For example, a gas buffer may have a high, medium, and low pressure bank.
Um die Sicherheit (Explosionsgefahr) für die Umwelt beim Betanken von Speicherbehältern (z. B. Fahrzeugtanks) mit Wasserstoff zu gewährleisten und um einen Standard für den Betankungsprozess zu schaffen, einigte sich ein Konsortium bestehend u. a. aus mehreren Fahrzeugherstellern auf den
Des Weiteren sieht der
Bei besagtem Drucktest wird der Druck im Speicherbehälter des Fahrzeugs ermittelt. Dies geschieht über einen kurzen Druckstoß seitens der Tankstelle, um den Speicherbehälter des Fahrzeugs zu öffnen, der durch ein Tankventil (in der Regel ein Rückschlagventil) gesichert ist. Darauf kann eine Beruhigungszeit von 5 s bis 20 s eingefügt werden, um thermische Veränderungen durch den Druckstoß auszugleichen. Diese Phase kann aber auch entfallen (tolerierbarer Druckabfall wird erhöht – Genauigkeit der Dichtheitsprüfung sinkt). Anschließend wird für den Dichtheitstest der sich nun in der Tankzuleitung einstellende Druck, der gleich dem Druck im Speicherbehälter des Fahrzeug ist, in der Tankstelle über eine gewisse Zeit (Warteperiode ca. 5 s bis 20 s) gemessen, um sicherzustellen, dass kein nennenswerter Druckabfall stattfindet, welcher auf ein Problem, beispielsweise ein Leck in der Tankzuleitung bzw. in der Verbindung mit dem Speicherbehälter des Fahrzeugs hinweisen würde.In the said pressure test, the pressure in the storage tank of the vehicle is determined. This is done via a short surge from the gas station to open the storage tank of the vehicle, which is secured by a tank valve (usually a check valve). Then a settling time of 5 s to 20 s can be inserted to compensate for thermal changes due to the pressure surge. This phase can also be omitted (tolerable pressure drop is increased - accuracy of the leak test decreases). Subsequently, for the tightness test, the pressure which now settles in the tank supply line, which is equal to the pressure in the storage container of the vehicle, is measured at the filling station for a certain time (waiting period about 5 s to 20 s) to ensure that there is no appreciable pressure drop takes place, which would indicate a problem, such as a leak in the tank supply line or in connection with the storage container of the vehicle.
Der Druckstoß für den Druck- und Dichtheitstest wird dabei in der Regel direkt von der Hochdruckbank des Gaspufferspeichers aus durchgeführt, so dass nachgeschaltete Elemente in den Rohrleitungen oder der Tankzuleitung, wie z. B. Drucktransmitter, Thermometer, Durchflussmessgeräte, Ventile und Rampenregler, dem vollen Druckstoß (z. B. 800 bar bis 850 bar) ausgesetzt sind.The pressure surge for the pressure and tightness test is usually carried out directly from the high pressure bank of the gas storage tank, so that downstream elements in the pipes or the tank inlet, such. Pressure transmitters, thermometers, flowmeters, valves and ramp regulators are exposed to the full pressure surge (eg 800 bar to 850 bar).
Des Weiteren kommt es bei dieser Art des unmittelbar von der Hochdruckbank des Gaspufferspeichers durchgeführten Druckstoßes beim Start (nach besagter Warteperiode) des eigentlichen Betankungsvorgangs oftmals zu einem weiteren Druckpeak in den nachgeschalteten Elementen, der auf ein unter Druck stehendes Restvolumen in Teilen der Rohrleitung zurückzuführen ist. Derartige Lastwechsel in der Rohrleitung und Tankzuleitung tragen zur schnelleren Abnutzung der nachgeschalteten Elemente und damit zu einer Verkürzung der Lebensdauer dieser Komponenten bei.Furthermore, in this type of pressure surge, carried out directly by the high-pressure bank of the gas buffer accumulator, at the start (after said waiting period) of the actual refueling operation, there is often a further pressure peak in the downstream elements, which is due to a residual volume under pressure in parts of the pipeline. Such load changes in the pipeline and tank feed contribute to the faster wear of the downstream elements and thus to a shortening of the life of these components.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die genannten Belastungen gemindert sind.Proceeding from this, the present invention is based on the problem to provide a method of the type mentioned, in which the said loads are reduced.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved by a method having the features of
Danach wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests vor einem Betanken eines Speicherbehälters mit unter Druck stehendem gasförmigen Wasserstoff, bei dem ein Gaspufferspeicher, in dem der zum Betanken zu verwendende Wasserstoff gespeichert ist, über ein erstes Ventil mit einem ein Rohrleitungsvolumen begrenzenden Rohrleitungsabschnitt verbunden ist, der über ein zweites Ventil und eine nachfolgende Tankzuleitung mit dem Speicherbehälter verbunden ist, vor dem Betanken bei geöffnetem ersten und geschlossenem zweiten Ventil das Rohrleitungsvolumen auf einen vordefinierten Initialdruck mit Wasserstoff aus dem Gaspufferspeicher bedrückt, sodann das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil geöffnet, so dass lediglich in dem Rohrleitungsvolumen befindlicher Wasserstoff ein Tankventil des Speicherbehälters beaufschlagt, ggf. öffnet und in den Speicherbehälter strömt. Der besagte Rohrleitungsabschnitt wird zumindest abschnittsweise von einem Wärmeübertrager bzw. einem Kühlkörper eines Wärmeübertragers umgeben. Der Kühlkörper ist vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, gefertigt. Der Wärmeübertrager wird daher auch als ”Alu Cold Fill” bezeichnet.Thereafter, in a method according to the invention for carrying out a pressure and leak test prior to refueling a storage container with pressurized gaseous hydrogen, in which a gas storage tank, in which the hydrogen to be used for refueling is stored, via a first valve with a limiting a pipe volume Pipe section is connected, which is connected via a second valve and a subsequent tank supply line to the storage container, before the Refueling with the first opened and closed second valve, the pipe volume to a predefined initial pressure with hydrogen from the gas storage tank depressed, then closed the first valve and the second valve, so that only in the pipe volume hydrogen applied to a tank valve of the storage tank, if necessary, opens and flows into the storage tank. The said pipe section is at least partially surrounded by a heat exchanger or a heat sink of a heat exchanger. The heat sink is preferably made of a metal, in particular of aluminum. The heat exchanger is therefore also known as "aluminum cold fill".
Anstelle von Wasserstoff kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zum Betanken eines Speicherbehälters mit einem anderen gasförmigen, unter Druck stehenden Medium verwendet werden. Im Folgenden soll das Verfahren exemplarisch anhand von Wasserstoff beschrieben werden.Instead of hydrogen, the inventive method can also be used for refueling a storage container with another gaseous, pressurized medium. In the following, the method will be described by way of example with reference to hydrogen.
Das besagte Rohrleitungsvolumen ist vorzugsweise so bemessen, dass in der zu prüfenden Sektion stromab des besagten Rohrleitungsabschnitts ein vordefinierter Druckwert erreicht werden kann, der für den Druck- und/oder Dichtheitstest erforderlich ist, d. h., insbesondere ein Öffnen des Tankventils ermöglicht, sofern der Speicherbehälter nicht voll betankt ist. Dieser Druckwert liegt bei Betankungen auf 700 bar bei z. B. 700 bar und kann z. B. in einem Regelwerk wie z. B.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann mit Vorteil der ansonsten auftretende initiale Druckpeak vermieden werden.The solution according to the invention advantageously avoids the otherwise occurring initial pressure peak.
Bei dem besagten Speicherbehälter handelt es sich insbesondere um einen (Treibstoff-)Tank eines mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugs. Weiterhin ist das erste und das zweite Ventil bevorzugt als ein pneumatisches Ventil ausgebildet.The said storage container is in particular a (fuel) tank of a vehicle operated with hydrogen. Furthermore, the first and the second valve is preferably designed as a pneumatic valve.
Bevorzugt wird nach jenem Öffnen des Tankventils das zweite Ventil wieder geschlossen. Dies geschieht bevorzugt möglichst unmittelbar, da ein Schließen des zweiten Ventils zur Vermeidung eines Druckpeaks in der Tankzuleitung beiträgt. Dies kann durch einen Massenstrom in der Zapfsäule der Wasserstoff-Tankstelle oder durch einen Druckanstieg in der Zapfsäule elektronisch erkannt werden.Preferably, the second valve is closed again after that opening of the tank valve. This is preferably done as directly as possible, since closing the second valve contributes to avoiding a pressure peak in the tank supply line. This can be detected electronically by a mass flow in the dispenser of the hydrogen filling station or by a pressure rise in the dispenser.
Anschließend kann eine Beruhigungszeit von 5 s bis 25 s eingefügt werden. Diese dient dazu, beim Druckstoß entstandene thermische Veränderungen auszugleichen. Dieser Schritt kann auch übersprungen werden – die tolerierbare Druckschwankung ist hierbei dann höher.Subsequently, a settling time of 5 s to 25 s can be inserted. This serves to compensate for thermal shocks created during the pressure surge. This step can also be skipped - the tolerable pressure fluctuation is then higher.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann auf eine dichte Tankzuleitung geschlossen, wenn der gemessene Druck über eine vordefinierte Zeitspanne im Bereich von 5 s bis 25 s innerhalb gewisser Schwankungen konstant ist, wobei jener konstante Druckwert als im Speicherbehälter herrschender Druck angenommen wird. Die tolerierbare Schwankungsbreite hängt vom verbauten Zapfsäulenequipment (Volumen) sowie der Durchführung einer Beruhigungsphase (Beruhigungszeit) ab. Richtwerte hierfür sind ca. 1 bar bis 15 bar. Für den Fall, dass die Tankzuleitung (einschließlich einer Verbindung zum Speicherbehälter) undicht sein sollte, würde der gemessene Druck in der besagten Zeitspanne merklich abfallen und der Tankvorgang würde entsprechend abgebrochen werden.According to a variant of the method according to the invention is then closed to a dense tank supply line when the measured pressure over a predefined period of time in the range of 5 s to 25 s is constant within certain fluctuations, said constant pressure value is assumed as prevailing in the storage tank pressure. The tolerable fluctuation range depends on the installed dispenser equipment (volume) as well as the implementation of a calming phase (soothing time). Guide values for this are approx. 1 bar to 15 bar. In the event that the tank supply line (including a connection to the storage tank) should be leaking, the measured pressure in the said time period would drop noticeably and the refueling process would be interrupted accordingly.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Ventil zum Betanken des Speicherbehälters bei geöffnetem zweiten Ventil mittels eines Rampenreglers so geregelt wird, dass der stromab des zweiten Ventils in der Tankzuleitung gemessene Druck ausgehend von jenem konstanten Druckwert, der als Startwert für den Rampenregler angenommen wird, rampenförmig (vorzugsweise linear steigend) – bis auf einen etwaigen Druckpeak durch noch in dem Rohrleitungsvolumen befindlichen Wasserstoff – ansteigt. Die Steilheit der Rampe ist in der relevanten Norm (siehe oben) festgelegt und wird insbesondere in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und dem im Speicherbehälter herrschenden Druck sowie der Vorkühltemperatur des zu betankenden Wasserstoffs gewählt. Diese Temperatur kann z. B. bei –20°C bzw. –40° liegen. Temperaturen dazwischen, z. B. –30°C sind auch denkbar.In a further variant of the invention, it is provided that the first valve for refueling the storage container is controlled by means of a ramp regulator when the second valve is open in such a way that the pressure measured downstream of the second valve in the tank supply line starts from that constant pressure value which is used as starting value for the tank Ramp controller is assumed, ramp-shaped (preferably linearly rising) - up to a possible pressure peak by still in the pipeline volume hydrogen increases. The slope of the ramp is specified in the relevant standard (see above) and is chosen in particular as a function of the ambient temperature and the pressure prevailing in the storage container and the pre-cooling temperature of the hydrogen to be refueled. This temperature can z. B. at -20 ° C or -40 °. Temperatures in between, z. B. -30 ° C are also conceivable.
Das Bedrücken des besagten Rohrleitungsabschnitts auf den Initialdruck wird bevorzugt nach dem Beenden des jeweiligen Tankvorgangs aufs Neue durchgeführt, so dass ein entsprechender (begrenzter) Druckstoß für den nächsten Test zur Verfügung steht. The pressing of the said pipe section to the initial pressure is preferably carried out again after the end of the respective refueling operation, so that a corresponding (limited) pressure surge is available for the next test.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert werden.Further details and advantages of the invention will be explained by the following description of an exemplary embodiment with reference to the figures.
Es zeigen:Show it:
Stromab der Banken
Der Gaspufferspeicher
Eine Kaminleitung
Durch das Öffnen von Ventil
Sodann wird das zweite Ventil
Anschließend wird erfindungsgemäß das erste und das zweite Ventil
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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