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 Standard SAE J2601 . Der Standard gibt u. a. sicherheitsrelevante Grenzen und Leistungsanforderungen für den Tankvorgang vor. SAE J2601 sieht z. B. vor, dass mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge innerhalb von 3 Minuten auf 700 bar betankt werden sollen, ohne dass dabei die Temperatur des Speicherbehälters (Tanks) des Fahrzeugs über eine Temperatur von 85°C ansteigt.In order to ensure the safety (risk of explosion) for the environment when refueling storage tanks (eg vehicle tanks) with hydrogen and to set a standard for the refueling process, a consortium consisting of, inter alia, several vehicle manufacturers agreed on the Standard SAE J2601 , Among other things, the standard specifies safety-relevant limits and performance requirements for the refueling process. SAE J2601 sees z. Example, that hydrogen-powered vehicles should be refueled within 3 minutes to 700 bar, without causing the temperature of the storage tank (tanks) of the vehicle above a temperature of 85 ° C increases.

Des Weiteren sieht der Standard SAE J2601 vor, dass vor dem Befüllen des Speicherbehälters, ein Druck- und Dichtheitstest durchgeführt wird; unter anderem, um zu gewährleisten, dass die Tankzuleitung der Tankstelle korrekt am Speicherbehälter des Fahrzeugs angeschlossen wurde.Furthermore, he sees Standard SAE J2601 that before filling the storage tank, a pressure and tightness test is performed; among other things, to ensure that the fuel station tank inlet has been correctly connected to the vehicle's storage tank.

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 claim 1.

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. SAE 2601 festgelegt sein. Wird insbesondere in einer Zapfsäule der Tankstelle ein Druck von 700 bar gemessen, so wird die Betankung insbesondere nicht gestartet. Das Rohrleitungsvolumen ist insbesondere so bemessen, dass dieser Druck erreicht wird. Beim Teststoß wird der überschüssige Wasserstoff ansonsten in das Fahrzeug geleitet, so dass ein Druckausgleich stattfindet. Erfolgt eine Betankung auf einen anderen Druckwert der zur Durchführung des Drucktests notwendige Druckwert entsprechend angepasst.Said pipe volume is preferably dimensioned so that in the section to be tested downstream of said pipe section, a predefined pressure value is required, which is required for the pressure and / or leak test, ie, in particular allows opening of the tank valve, unless the storage tank is fully fueled. This pressure value is at refueling to 700 bar at z. B. 700 bar and z. B. in a set of rules such. B. SAE 2601 be set. If, in particular, a pressure of 700 bar is measured in a filling station of the gas station, the refueling is not started in particular. The pipe volume is especially dimensioned so that this pressure is reached. Otherwise, the surplus hydrogen is directed into the vehicle during the test surge, so that a pressure equalization takes place. If refueling to another pressure value is carried out, the pressure required to carry out the pressure test is adjusted accordingly.

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:

1 eine schematische Darstellung einer Wasserstoff-Tankstelle; und 1 a schematic representation of a hydrogen filling station; and

2 einen zeitlichen Druckverlauf in der Tankzuleitung bei einem nach dem Stand der Technik durchgeführten Druck- und Dichtheitstest; und 2 a temporal pressure curve in the tank supply line in a pressure and leak test carried out according to the prior art; and

3 einen zeitlichen Druckverlauf in der Tankzuleitung bei einem erfindungsgemäß durchgeführten Druck- und Dichtheitstest. 3 a temporal pressure curve in the tank supply line in a pressure and leak test carried out according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wasserstoff-Tankstelle, mit einem Gaspufferspeicher 1, der Wasserstoff bei unterschiedlichen Drücken in drei Banken (Hoch-, Mittel- und Niedrigdruckbank) 2, 3, 4 zur Betankung eines Speicherbehälters 5 eines Fahrzeugs 6 vorhält. Insbesondere sind die drei Banken 2, 3, 4 über Rohrleitungen 7 voneinander über eine Kombination von pneumatischen Ventilen 10, 12 und Rückschlagventilen 8; 9, 11, 13, 14, 15 druckentkoppelt, sowie individuell über einen Verdichter bzw. Cryopumpe 16 befüllbar. Des Weiteren ist den drei Banken 2, 3, 4 jeweils ein Drucktransmitter 17, 18, 19 zugeordneten, der den Druck in der jeweiligen Bank 2, 3, 4 abfühlt. 1 shows a schematic representation of a hydrogen filling station, with a gas storage tank 1 , the hydrogen at different pressures in three banks (high, medium and low pressure bank) 2 . 3 . 4 for refueling a storage tank 5 of a vehicle 6 holds. In particular, the three banks 2 . 3 . 4 over pipelines 7 from each other via a combination of pneumatic valves 10 . 12 and check valves 8th ; 9 . 11 . 13 . 14 . 15 pressure-decoupled, as well as individually via a compressor or cryopump 16 fillable. Furthermore, the three banks 2 . 3 . 4 one pressure transmitter each 17 . 18 . 19 associated with the pressure in the respective bank 2 . 3 . 4 senses.

Stromab der Banken 2, 3, 4 sind insbesondere pneumatische Ventile 20, 21, 22 gefolgt von Rückschlagventilen 23, 24, 25 so angeordnet, dass jede der drei Banken 2, 3, 4 individuell zur Wasserstoffentnahme verwendet werden kann. Damit kann aus dem Gaspufferspeicher 1 Wasserstoff bei verschiedenen Drücken abgezogen werden.Downstream of the banks 2 . 3 . 4 are in particular pneumatic valves 20 . 21 . 22 followed by check valves 23 . 24 . 25 arranged so that each of the three banks 2 . 3 . 4 can be used individually for hydrogen extraction. This can from the gas storage tank 1 Hydrogen are withdrawn at different pressures.

Der Gaspufferspeicher 1 ist des Weiteren über ein Ventil 26 und einen Partikelfilter 27 mit einem ersten, insbesondere pneumatisch-regelbaren Ventil 28 verbunden. Der sich an das erste Ventil 28 anschließende Rohrleitungsabschnitt 29, weist insbesondere einen Wärmeübertrager (z. B. ”Alu Cold Fill”) 30 auf und endet an einem zweiten, stromab angeordneten Ventil 31. Der Wärmeübertrager 30 temperiert den Wasserstoff insbesondere auf eine vordefinierte Temperatur, vorzugsweise –40°C. Weiterhin weist der Rohrleitungsabschnitt 29 ein Massendurchflussmessgerät 32 und einen Drucktransmitter 33 auf. Stromab des zweiten, vorzugsweise pneumatischen Ventils 31 befindet sich in einer das zweite Ventil 31 mit dem Speicherbehälter 5 verbindenden Tankzuleitung 34 ein Rückschlagventil 35, ein weiterer, stromab des besagten Rückschlagventils 35 angeordneter Drucktransmitter 36 nebst Druckanzeigt 36a sowie ein Temperaturtransmitter 37. Die Tankzuleitung 34 weist an einem Ende, das in den Speicherbehälter 5 mündet, ein insbesondere handgesteuertes Ventil 38 und einen Zapfhahn 39 auf. Der zu betankende Speicherbehälter 5 ist mit einem Tankventil 53 (z. B. Rückschlagventil) gesichert.The gas storage tank 1 is also about a valve 26 and a particle filter 27 with a first, in particular pneumatically controllable valve 28 connected. The first valve 28 subsequent pipeline section 29 , in particular has a heat exchanger (eg "aluminum cold fill") 30 on and ends at a second, downstream valve 31 , The heat exchanger 30 in particular, the temperature of the hydrogen is controlled to a predefined temperature, preferably -40 ° C. Furthermore, the pipe section 29 a mass flowmeter 32 and a pressure transmitter 33 on. Downstream of the second, preferably pneumatic valve 31 is located in a second valve 31 with the storage tank 5 connecting tank supply line 34 a check valve 35 , another, downstream of said check valve 35 arranged pressure transmitter 36 besides printing 36a as well as a temperature transmitter 37 , The tank supply line 34 points at one end into the storage tank 5 opens, a particular hand-controlled valve 38 and a tap 39 on. The storage tank to be refueled 5 is with a tank valve 53 (eg check valve) secured.

Eine Kaminleitung 40, die überschüssigen Wasserstoff in die Umwelt überführt, weist an mehreren Stellen ventilgesicherte Verbindungen mit den Rohrleitungen 7 der Tankstelle auf. Eine erste Verbindung ist über zwei Ventile 41, 42 stromab der Verdichter 16 vorgesehen. Zwischen diesen Ventilen 41, 42 ist ein Einlass 43 für ein weiteres Gas wie z. B. Stickstoffvorgesehen. Des Weiteren weist der Gaspufferspeicher 1 zwei Verbindungen mit der Kaminleitung 40 auf, wobei die erste Verbindung eine Notentlüftungsvorrichtung aufweist, bestehend aus einem Sicherheitsventil 44, das bei 850 bar öffnet, und wobei die zweite Verbindung zwei aufeinanderfolgende Ventile 45, 46 mit dazwischenliegendem Einlass 47 für ein weiteres Gas, wie beispielsweise Stickstoff, aufweist. Der Rohrleitungsabschnitt 29 weist ebenfalls eine Verbindung über ein Sicherheitsventil 48 mit der Kaminleitung 7 stromab des Wärmeübertragers 30 auf. Des Weiteren verbindet eine stromab des Rückschlagventils 35 vorgesehene Kombination aus drei Ventilen 49, 50, 51 die Tankzuleitung 34 mit der Kaminleitung 40. Stromab dieser Verbindung ist eine weitere Verbindung mit der Kaminleitung 40 und der Tankzuleitung 34 über ein Ventil 52 vorgesehen.A chimney pipe 40 , which transfers excess hydrogen into the environment, has valve-secured connections to the pipelines in several places 7 the gas station. A first connection is via two valves 41 . 42 downstream of the compressor 16 intended. Between these valves 41 . 42 is an inlet 43 for another gas such. For example, nitrogen is provided. Furthermore, the gas buffer memory 1 two connections to the chimney pipe 40 wherein the first connection comprises an emergency ventilation device consisting of a safety valve 44 which opens at 850 bar, and wherein the second connection two consecutive valves 45 . 46 with intermediate inlet 47 for another gas, such as nitrogen. The pipe section 29 also has a connection via a safety valve 48 with the chimney pipe 7 downstream of the heat exchanger 30 on. Furthermore, one connects downstream of the check valve 35 provided combination of three valves 49 . 50 . 51 the tank supply line 34 with the chimney pipe 40 , Downstream of this connection is another connection to the chimney pipe 40 and the tank supply line 34 via a valve 52 intended.

2 zeigt den zeitlichen Druckverlauf bei Durchführung des Druck- und Dichtheitstest sowie den Anfang des eigentlichen Betankungsvorgangs nach dem Stand der Technik gemäß dem Standard SAE J2601 an einer Tankstelle nach Art der 1. Dabei liegt zunächst zwischen den Ventilen 20 und 31 z. B. ein Initialdruck von z. B. etwa 850 bar aus der HD-Bank 2 an. 2 shows the temporal pressure curve when performing the pressure and tightness test and the beginning of the actual refueling operation according to the prior art according to the Standard SAE J2601 at a gas station on the type of 1 , It is initially between the valves 20 and 31 z. B. an initial pressure of z. B. about 850 bar from the HD-Bank 2 at.

Durch das Öffnen von Ventil 20 und 31 steigt der Druck am Drucktransmitter 36 auf 800 bar an (Druckpeak P1 bei etwa 1,5 s). Anschließend werden besagte Ventile 20, 31 geschlossen und der Druck gleicht sich mit dem Druck im Speicherbehälter 5 aus, wenn das Tankventil 53 aufgedrückt wird. Eine Warteperiode von ca. 5 s nach Schließen der beiden Ventile 20, 31 folgt, um den Druck im Speicherbehälter 5 und die Dichtheit der Verbindung mit dem Speicherbehälter 5 zu eruieren. Anschließend werden beide Ventile 20, 31 abermals geöffnet und der noch zwischen den Ventilen 20 und 31 vorhandene Wasserstoff strömt in den Speicherbehälter 5 des Fahrzeugs 6, was zu einem zweiten Druckpeak P2 führt (ca. nach 7 s). Obwohl über das Ventil 28 schon beim zweiten Öffnen der Ventile 20 und 31 eine ansteigende Druckrampe gefahrenwird, wird diese erst nach Abklingen des zweiten Druckpeaks P2 sichtbar. Die folgende Tabelle 1 enthält die Zuordnungstabelle der Druck und Zeitwerte, wie in 2 zu sehen: Tabelle 1 Zeit in Sekunden Druck in bar 0 1 0,5 1 1 200 1,5 800 2 200 2,5 40 3 40 3,5 39 4 38 4,5 37 5 36 5,5 36 6 36 6,5 36 7 200 7,5 750 8 600 8,5 200 9 100 9,5 80 10 90 10,5 100 11 110 11,5 120 12 130 12,5 140 13 150 13,5 160 14 170 14,5 180 15 190 15,5 200 16 210 16,5 220 17 230 17,5 240 18 250 18,5 260 By opening valve 20 and 31 the pressure on the pressure transmitter rises 36 to 800 bar (pressure peak P1 at about 1.5 s). Subsequently, said valves 20 . 31 closed and the pressure is similar to the pressure in the storage tank 5 off when the tank valve 53 is pressed. A waiting period of approx. 5 s after closing the two valves 20 . 31 follows the pressure in the storage tank 5 and the tightness of the connection with the storage container 5 to determine. Subsequently, both valves 20 . 31 opened again and still between the valves 20 and 31 existing hydrogen flows into the storage tank 5 of the vehicle 6 , which leads to a second pressure peak P2 (approximately after 7 s). Although over the valve 28 already at the second opening of the valves 20 and 31 an increasing pressure ramp is driven, this is visible only after the second pressure peak P2 faded away. The following table 1 contains the allocation table of pressure and time values, as in 2 to see: Table 1 time in seconds Pressure in bar 0 1 0.5 1 1 200 1.5 800 2 200 2.5 40 3 40 3.5 39 4 38 4.5 37 5 36 5.5 36 6 36 6.5 36 7 200 7.5 750 8th 600 8.5 200 9 100 9.5 80 10 90 10.5 100 11 110 11.5 120 12 130 12.5 140 13 150 13.5 160 14 170 14.5 180 15 190 15.5 200 16 210 16.5 220 17 230 17.5 240 18 250 18.5 260

3 zeigt den zeitlichen Druckverlauf bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Druck- und Dichtheitstests sowie den Anfang des eigentlichen Betankungsvorgangs an einer Tankstelle gemäß 1. Der Rohrleitungsabschnitt 29 zwischen dem ersten und dem zweiten Ventil 28, 31 ist anfänglich auf den Initialdruck (etwa 850 bar) mit Wasserstoff aus der HD-Bank 2 bedrückt. Das Rohrleitungsvolumen des Rohrleitungsabschnitts 29, welches auch das vom Wärmeübertrager 30 umgebene Volumenumfasst, ist so bemessen, dass stromab des Rohrleitungsabschnitts 29, insbesondere in dem Abschnitt der Tankzuleitung 34 zwischen dem Ventil 35 und dem Fahrzeug bzw. Speicherbehälter 5 ein für den Druck- und/oder Dichtheitstest erforderlicher Druckwert des Wasserstoffs erreicht werden kann. 3 shows the temporal pressure curve in the implementation of a pressure and leakage test according to the invention and the beginning of the actual refueling operation at a gas station according to 1 , The pipe section 29 between the first and the second valve 28 . 31 is initially at the initial pressure (about 850 bar) with hydrogen from the HD bank 2 depressed. The pipe volume of the pipe section 29 , which is also the heat exchanger 30 Surrounding volume is sized so that downstream of the pipe section 29 , in particular in the section of the tank supply line 34 between the valve 35 and the vehicle or storage container 5 a pressure value of the hydrogen required for the pressure and / or leak test can be achieved.

Sodann wird das zweite Ventil 31 geöffnet und der Druck steigt peakförmig auf ca. 140 bar (P3 nach ca 2 s) an, bevor ein Wasserstoffstrom durch das Massendurchflussmessgerät 32 festgestellt wird. Bei Feststellen des Wasserstoffstroms bzw. einem Anstieg des Druckes in einer Zapfsäule der Wasserstoff-Tankstelle wird das zweite Ventil 31 geschlossen und z. B. eine Warteperiode von ca. 5 Sekunden nach Schließen des zweiten Ventils 31 gewartet, um den Druck im Speicherbehälter 5 und die Dichtheit der Verbindung mit dem Speicherbehälter 5 zu eruieren. Wurde das Tankventil 53 des Speicherbehälters 5 beim Teststoß nämlich aufgedrückt, erfolgt ein Druckausgleich und der Druck im Speicherbehälter 5 entspricht dem mittels des Drucktransmitters 36 gemessenen Druckplateau während der Warteperiode. Fällt dieser Druck innerhalb der Warteperiode nicht signifikant ab, kann auf eine dichte Verbindung zum Speicherbehälter 5 geschlossen werden.Then the second valve 31 opened and the pressure rises in a peak shape to about 140 bar (P3 after about 2 s), before a hydrogen flow through the mass flowmeter 32 is detected. Upon detection of the hydrogen flow or an increase in the pressure in a pump of the hydrogen station, the second valve 31 closed and z. B. a waiting period of about 5 seconds after closing the second valve 31 Waited for the pressure in the storage tank 5 and the tightness of the connection with the storage container 5 to determine. Became the tank valve 53 of the storage container 5 namely pressed on the test shock, there is a pressure equalization and the pressure in the storage tank 5 corresponds to that by means of the pressure transmitter 36 measured pressure plateau during the waiting period. If this pressure does not drop significantly within the waiting period, a tight connection to the storage tank may occur 5 getting closed.

Anschließend wird erfindungsgemäß das erste und das zweite Ventil 28, 31 geöffnet, wobei ein Rampenregler das erste Ventil 28 auf den gemessenen Druck (Plateauwert) im Speicherbehälter 5 einstellt, wobei der noch in dem Rohrleitungsabschnitt 29 befindliche, unter Druck stehende Wasserstoff in den Speicherbehälter 5 strömt, was zu einem etwas steileren Anstieg des Drucks (vergl. 3 bei P4) am Drucktransmitter 36 führt (ca. nach 7 s bis 9 s). Danach steigt der Druck wie über das erste Ventil 28 und den Rampenregler vorgegeben annähernd linear an. Die folgende Tabelle 2 enthält die entsprechenden Zeit- und zugeordneten Druckwerte der 3, die z. B. mittels des Drucktransmitters 36 gemessen werden können. Tabelle 2 Zeit in Sekunden Druck in bar 0 1 0,5 1 1 140 1,5 50 2 40 2,5 40 3 40 3,5 39 4 38 4,5 37 5 36 5,5 36 6 36 6,5 36 7 36 7,5 36 8 36 8,5 60 9 80 9,5 80 10 90 10,5 100 11 110 11,5 120 12 130 12,5 140 13 150 13,5 160 14 170 14,5 180 15 190 15,5 200 16 210 16,5 220 17 230 17,5 240 18 250 18,5 260 Bezugszeichenliste 1 Gaspufferspeicher 2 Hochdruckbank 3 Mitteldruckbank 4 Niedrigdruckbank 5 Speicherbehälter 6 Fahrzeug 7 Rohrleitungen 8, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 23, 24, 25, 35 Rückschlagventil 12, 20, 21, 22, 49 Pneumatisches Ventil 16 Pumpe 17 Drucktransmitter Hochdruckbank 18 Drucktransmitter Mitteldruckbank 19 Drucktransmitter Niedrigdruckbank 26, 41, 42, 45, 46, 50, 51, 52 Ventil 27 Partikelfilter 28 Erstes (pneumatisches) Ventil 29 Rohrleitungsabschnitt 30 Wärmeübertrager 31 Zweites (pneumatisches) Ventil 32 Massendurchflussmessgerät 33, 36 Drucktransmitter 36a Druckanzeige 34 Tankzuleitung 37 Temperaturtransmitter 38 Handgesteuertes Ventil 39 Zapfhahn 40 Kaminleitung 43, 47 Einlass 44 Sicherheitsventil 48 Sicherheitsventil 53 Tankventil (z. B. Rückschlagventil) P1, P2, P3, P4 Druckpeak Subsequently, according to the invention, the first and the second valve 28 . 31 open, with a ramp regulator the first valve 28 on the measured pressure (plateau value) in the storage tank 5 the still in the pipe section 29 located, pressurized hydrogen in the storage container 5 flows, resulting in a somewhat steeper increase in pressure (cf. 3 at P4) at the pressure transmitter 36 leads (about 7 s to 9 s). Thereafter, the pressure increases as over the first valve 28 and the ramp controller specified approximately linearly. The following Table 2 contains the corresponding time and associated pressure values of 3 that z. B. by means of the pressure transmitter 36 can be measured. Table 2 time in seconds Pressure in bar 0 1 0.5 1 1 140 1.5 50 2 40 2.5 40 3 40 3.5 39 4 38 4.5 37 5 36 5.5 36 6 36 6.5 36 7 36 7.5 36 8th 36 8.5 60 9 80 9.5 80 10 90 10.5 100 11 110 11.5 120 12 130 12.5 140 13 150 13.5 160 14 170 14.5 180 15 190 15.5 200 16 210 16.5 220 17 230 17.5 240 18 250 18.5 260 LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 Gas buffer 2 High pressure Bank 3 Medium pressure Bank 4 Low pressure Bank 5 storage container 6 vehicle 7 piping 8th . 9 . 10 . 11 . 13 . 14 . 15 . 23 . 24 . 25 . 35 check valve 12 . 20 . 21 . 22 . 49 Pneumatic valve 16 pump 17 Pressure transmitter high pressure bank 18 Pressure transmitter Medium pressure bank 19 Pressure transmitter low pressure bank 26 . 41 . 42 . 45 . 46 . 50 . 51 . 52 Valve 27 particulate Filter 28 First (pneumatic) valve 29 Pipeline section 30 Heat exchanger 31 Second (pneumatic) valve 32 Mass Flow Meter 33 . 36 pressure transmitters 36a pressure indicator 34 tank supply line 37 temperature transmitter 38 Hand-controlled valve 39 tap 40 fire line 43 . 47 inlet 44 safety valve 48 safety valve 53 Tank valve (eg check valve) P1, P2, P3, P4 peak pressure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Standard SAE J2601 [0003] Standard SAE J2601 [0003]
  • Standard SAE J2601 [0004] Standard SAE J2601 [0004]
  • SAE 2601 [0012] SAE 2601 [0012]
  • Standard SAE J2601 [0029] Standard SAE J2601 [0029]

Claims (8)

Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests vor einem Betanken eines Speicherbehälters (5) mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, bei dem ein Gaspufferspeicher (1), indem 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 dem Medium 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 ein Tankventil (53) des Speicherbehälters (5) aufdrückt und in den Speicherbehälter (5) strömt.Method for carrying out a pressure and leak test before refueling a storage container ( 5 ) with a pressurized, gaseous medium, in particular hydrogen, in which a gas buffer memory ( 1 ) by storing the medium to be refueled via a first valve ( 28 ) with a pipe section delimiting a pipe volume ( 29 ) connected via a second valve ( 31 ) and a subsequent tank supply line ( 34 ) with the storage container ( 5 ), wherein before refueling when the first ( 28 ) and closed second valve ( 31 ) the pipe volume to a predefined initial pressure with the medium from the gas storage tank ( 1 ), then the first valve ( 28 ) and the second valve ( 31 ) is opened, so that only in the pipeline volume medium located a tank valve ( 53 ) of the storage container ( 5 ) and into the storage container ( 5 ) flows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrleitungsabschnitt (29) mit einem Wärmeübertrager (30) gekühlt wird, der insbesondere einen Kühlkörper, insbesondere aus Aluminium, aufweist, der jenen Rohrleitungsabschnitt (29) zumindest abschnittsweise umgibt.Method according to claim 1, characterized in that the pipeline section ( 29 ) with a heat exchanger ( 30 ), which in particular has a heat sink, in particular made of aluminum, which has that pipe section ( 29 ) at least partially surrounds. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungsvolumen so bemessen ist, dass stromab des Rohrleitungsabschnitts (29) ein vordefinierter Druck des Mediums erreicht wird, der insbesondere zur Durchführung des Druck- und/oder Dichtheitstests ausreicht, wobei der besagte Druck vorzugsweise 700 bar beträgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the pipe volume is dimensioned such that downstream of the pipe section ( 29 ) reaches a predefined pressure of the medium, which is sufficient in particular for carrying out the pressure and / or leak test, said pressure is preferably 700 bar. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des zweiten Ventils (31) der in der Tankzuleitung (34) herrschende Druck über eine vordefinierte Zeitspanne gemessen wird, um den im Speicherbehälter (5) herrschenden Druck sowie die Dichtheit der Tankzuleitung (34) zu ermitteln.Method according to one of the preceding claims, characterized in that downstream of the second valve ( 31 ) in the tank supply line ( 34 ) pressure is measured over a predefined period of time to the pressure in the storage container ( 5 ) prevailing pressure and the tightness of the tank supply line ( 34 ) to investigate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufdrücken des Tankventils (53) das zweite Ventil (31) geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after pressing the tank valve ( 53 ) the second valve ( 31 ) is closed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine dichte Tankzuleitung (34) geschlossen wird, wenn der gemessen Druck über eine vordefinierte Zeitspanne konstant ist, wobei jener konstante Druckwert als im Speicherbehälter (5) herrschender Druck angenommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that on a dense tank supply line ( 34 ) is closed when the measured pressure is constant over a predefined period of time, with that constant pressure value as in the storage container ( 5 ) prevailing pressure is assumed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Initialdruck oberhalb eines nominalen Betankungsdrucks des Speicherbehälters (5) liegt, wobei der Initialdruck insbesondere größer gleich 800 bar ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that said initial pressure above a nominal refueling pressure of the storage container ( 5 ), wherein the initial pressure is in particular greater than or equal to 800 bar. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (28) zum Betanken des Speicherbehälters (5) bei geöffnetem zweiten Ventil (31) mittels eines Rampenreglers so geregelt wird, dass der stromab des zweiten Ventils (31) gemessene Druck ausgehend von jenem konstanten Druckwert rampenförmig ansteigt.Method according to claim 6, characterized in that the first valve ( 28 ) for refueling the storage container ( 5 ) with the second valve open ( 31 ) is controlled by means of a ramp regulator so that the downstream of the second valve ( 31 ) measured pressure ramps up from that constant pressure value.
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