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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers, insbesondere eines Metallhydridspeichers.
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Gasspeicher wie beispielsweise Metallhydridspeicher können in einer Vielzahl von Systemen und Anlagen zum Einsatz kommen, in dem ein Gas, speziell Wasserstoff, als aktives Medium und insbesondere als Energieträger oder Treibstoff wirkt. Beispielsweise wird der Gasspeicher, wie etwa der Metallhydridspeicher, in wasserstoffbetriebenen Personenkraftwagen, Flurförderfahrzeugen, Transportfahrzeugen (auch fahrerlos) oder Flughafenvorfeldfahrzeugen eingesetzt, die auch Brennstoffzellen-Stacks umfassen können, die mit Hilfe von Wasserstoff betrieben werden. Andere Einsatzmöglichkeiten für Gasspeicher bieten sich in Feuerlöschern.
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Die Befüllung von Gasspeichern und insbesondere Metallhydridspeichern mit Gas führt zu deren Erwärmung. Aus diesem Grund wird Gas bei der Befüllung der Gasspeicher in stationären Anlagen gekühlt. Kommen Gasspeicher in transportablen Anlagen oder Systemen zum Einsatz ist es zweckmäßig, diese vor Ort zu befüllen, also am Ort der Anlage oder des Systems. Eine Kühlung des Gases erfordert hier einen beträchtlichen apparativen Aufwand. Aus diesem Grund werden Gasspeicher in derartigen Anlagen und Systemen mit ungekühltem Gas befüllt, wobei der Befülldruck langsam erhöht wird, so dass beim Befüllen auftretende Wärme vom Gasspeicher abgegeben wird. Dies nimmt allerdings eine beträchtliche Befüllzeit in Anspruch. Um diese zu verkürzen ist es bekannt, die Gasspeicher beim Befüllen in Wasserbehälter zu legen. Dabei unterliegen die Behälter jedoch der Korrosion und können beschädigt werden. Da sich das Wasser in dem Behälter begrenzter Größe während des Befüllvorgangs erwärmt, verlangsamt sich der Befüllvorgang mit steigendem Befüllgrad des Gasspeichers.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers bereitzustellen, mit dem der Gasspeicher zeitsparender befüllbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers, die gekennzeichnet ist durch eine Druckgasbereitstellungseinrichtung mit einem Druckgasbehälter, der mit dem mindestens einen Gasspeicher in fluidwirksame Verbindung bringbar ist, und durch eine Kühleinrichtung mit mindestens einem Kühlkörper, der eine Gasspeicheraufnahme umfasst oder bildet, in die der mindestens eine Gasspeicher einführbar ist und der mit einer Kühlkontaktfläche an eine Außenseite des mindestens einen Gasspeichers anlegbar ist.
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Bei der Vorrichtung kommt zum einen eine Druckgasbereitstellungseinrichtung mit einem Druckgasbehälter zum Einsatz und zum anderen eine Kühleinrichtung zum Kühlen des mindestens einen Gasspeichers. Druckgas kann dem Gasspeicher zugeführt und dieser damit befüllt werden. Der mindestens eine Gasspeicher kann vor dem Befüllvorgang in die Gasspeicheraufnahme eingeführt werden und außenseitig von dem mindestens einen Kühlkörper gekühlt werden, welcher über eine Kontaktfläche an der Außenseite des Gasspeichers anliegen kann. Während des Befüllens des Gasspeichers kann auftretende Wärme wirkungsvoll von der Außenseite über den mindestens einen Kühlkörper abgeführt und dadurch der Gasspeicher während des Befüllens wirkungsvoll gekühlt werden. Es zeigt sich in der Praxis, dass dadurch die Befüllzeit für Gasspeicher im Vergleich zur ungekühlten Befüllung verringert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für einen platzsparenden, kompakten und mobilen Aufbau. Dies gibt die Möglichkeit, die Vorrichtung zu einer Anlage oder einem System zu transportieren, an dem der mindestens eine Gasspeicher zum Einsatz kommt, und diesen vor Ort zu befüllen.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine Kühlkörper aus Metall gefertigt, insbesondere aus Kupfer. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls kann die Wärme des mindestens einen Gasspeichers wirkungsvoll abgeführt werden.
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Von Vorteil ist es, wenn die Größe der Gasspeicheraufnahme veränderbar ist zum Anpassen an den Gasspeicher. Dadurch ist zum einen die Möglichkeit gegeben, die Gasspeicheraufnahme an verschiedene Gasspeicher gleicher Bauart anzupassen, welche sich aufgrund von Fertigungstoleranzen hinsichtlich ihrer Größe unterscheiden können. Zum anderen ist es möglich, dass die Größe der Gasspeicheraufnahme an Gasspeicher unterschiedlicher Bauart und Größe angepasst wird.
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Beispielsweise ist die Gasspeicheraufnahme erweiterbar. Dadurch ist auch die Möglichkeit gegeben, den mindestens einen Gasspeicher bei erweiterter Aufnahme handhabungsfreundlich in die Gasspeicheraufnahme einzuführen oder aus dieser zu entnehmen. Während der Befüllung kann die Gasspeicheraufnahme demgegenüber verkleinert sein, damit die Kühlkontaktefläche die Außenseite des Gasspeichers für einen wirkungsvollen Wärmeübertrag kontaktiert.
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Als günstig erweist es sich, wenn der mindestens eine Kühlkörper eine Wicklungen aufweisende Kühlschlange umfasst und wenn die Wicklungen die Kühlkontaktfläche zum Anlegen an den Gasspeicher bilden. Der mindestens eine Kühlkörper weist bevorzugt schraubenförmig angeordnete Wicklungen auf, die die Gasspeicheraufnahme einfassen. Der mindestens eine Gasspeicher kann beispielsweise in axialer Richtung in die Gasspeicheraufnahme zwischen den Wicklungen eingeführt werden. Die Wicklungen können gemeinsam die Kühlkontaktfläche definieren, die die Außenseite des Gasspeichers kontaktieren kann.
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Vorzugsweise ist der Durchmesser der Wicklungen veränderbar, und die Wicklungen sind mit verändertem Durchmesser fixierbar. Beispielsweise kann die Kühlschlange einer Torsionsspannung ausgesetzt werden, zum Beispiel indem sie an einander abgewandten Enden in Wicklungsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt wird. Dadurch verkleinert sich der Durchmesser der Wicklungen, und die Gasspeicheraufnahme kann in ihrer Größe zum Anpassen an die Außenseite des Gasspeichers verkleinert werden. In diesem Zustand mit verringertem Durchmesser sind die Wicklungen vorzugsweise fixierbar, so dass die Möglichkeit gegeben ist, den Gasspeicher mit der Kühlschlange zu fixieren.
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Umgekehrt kann beispielsweise durch Beaufschlagung der Kühlschlange an einander abgewandten Enden mit einer Kraft entgegen der Wicklungsrichtung der Durchmesser der Wicklungen vergrößert werden. Dies erlaubt es, einen mit der Kühlschlange gehaltenen Gasspeicher freizugeben oder die Gasspeicheraufnahme so zu erweitern, dass ein größerer Gasspeicher in sie eingeführt werden kann.
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Vorzugsweise bildet der mindestens eine Kühlkörper eine Auflage für den mindestens einen Gasspeicher, so dass dieser in definierte Relativposition zum Kühlkörper gebracht werden kann.
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Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Gasspeicher in der Gasspeicheraufnahme fixierbar, insbesondere mittels des Kühlkörpers. Der Gasspeicher kann zum Beispiel durch Formschluss und/oder Kraftschluss, beispielsweise klemmend und/oder rastend in der Gasspeicheraufnahme fixierbar sein. Vorzugsweise kann der Kühlkörper selber den Gasspeicher fixieren, wie dies vorstehend beispielhaft bei der Ausgestaltung des Kühlkörpers als Kühlschlange beschrieben wurde. Die Kühlschlange kann so mit einer Torsionsspannung beaufschlagt werden, dass der Durchmesser der Wicklungen verringert werden kann und sich die Wicklungen außenseitig klemmend an den Gasspeicher anlegen. Dies sichert zum einen eine gute Wärmeübertragung und erlaubt zum anderen eine zuverlässige Fixierung des Gasspeichers.
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Von Vorteil ist es, wenn die Gasspeicheraufnahme eine Einführöffnung aufweist, durch die der mindestens eine Gasspeicher in einer Einführrichtung einführbar ist, und eine der Einführöffnung gegenüberliegende Austrittsöffnung. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Gasspeicheraufnahme zwei einander gegenüberliegend angeordnete Öffnungen aufweist, nämlich eine Einführöffnung und eine Austrittsöffnung. Dies gibt die Möglichkeit, den mindestens einen Gasspeicher in die Gasspeicheraufnahme einzuführen. Je nach Länge kann dieser teilweise durch die Austrittsöffnung hindurch aus der Gasspeicheraufnahme herausragen. Dies erlaubt es, auch Gasspeicher unterschiedlicher Abmessungen, speziell unterschiedlicher Längen, zusammen mit dem mindestens einen Kühlkörper zu verwenden. Die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung sind zum Beispiel endseitige Öffnungen einer Kühlschlange, als die der mindestens eine Kühlkörper ausgestaltet ist.
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Günstig ist es, wenn der mindestens eine Kühlkörper einen Hohlkörper umfasst oder bildet und wenn die Kühleinrichtung ein Kühlmedium umfasst, mit dem der Hohlkörper durchströmbar ist. Mittels des den mindestens einen Kühlkörper durchströmenden Kühlmediums kann vom Gasspeicher an den Kühlkörper übertragene Wärme zuverlässig abgeführt werden.
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Das Kühlmedium kann beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch sein. Als Alkohol kann zum Beispiel Glykol zum Einsatz kommen, insbesondere Monoethylenglykol.
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Die Kühleinrichtung kann bei Einsatz eines Kühlmediums eine offene Kühleinrichtung sein, worunter das Vorhandensein einer Quelle von Kühlmedium und einer Senke von Kühlmedium verstanden werden kann. An der Quelle bereitgestelltes Kühlmedium kann durch den mindestens einen Kühlkörper hindurch bis zur Senke strömen oder gefördert werden.
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Von Vorteil ist es, wenn die Kühleinrichtung eine Umlaufkühleinrichtung mit einem Pumpaggregat und einem Kühlaggregat ist, die einen Kühlkreislauf bildet, in dem ein Kühlmedium förderbar ist. Durch Einsatz eines Kühlkreislaufes kann ein Verbrauch von Kühlmedium vermieden werden. Die Umlaufkühleinrichtung kann das Pumpaggregat umfassen, mit dem das Kühlmedium im Kreis förderbar ist. Weiter kann sie ein Kühlaggregat umfassen, das zum Beispiel ein Gebläserad mit einem Kühler aufweist. Dies erlaubt es, das Kühlmedium auf eine Temperatur nahe der oder gleich der Umgebungstemperatur zu kühlen. Denkbar ist auch eine Ausgestaltung des Kühlaggregates als Kompressionskältemaschine, wodurch das Kühlmedium auch auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur gekühlt werden kann. Die Kühleinrichtung kann weiter einen Ausgleichs- oder Vorratsbehälter für Kühlmedium umfassen, in dem dieses bevorratet und zwischengespeichert werden kann.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine Kühlkörper über Anschlusselemente lösbar mit Kühlmittelleitungen des Kühlkreislaufes verbindbar. Dadurch kann der mindestens eine Kühlkörper in den Kühlkreislauf geschaltet werden. Dies ist speziell dann vorteilhaft, wenn, darauf wird nachfolgend noch eingegangen, der mindestens eine Kühlkörper in der die Gasspeicher einsetzenden Anlage oder dem System angeordnet ist und die Kühleinrichtung im Übrigen zu dieser Anlage oder diesem System beim Befüllen des Gasspeichers transportiert werden kann. Die Anschlusselemente sind bevorzugt Schnellkupplungen, die es insbesondere erlauben, den mindestens einen Kühlkörper manuell und werkzeuglos mit Kühlmittelleitungen zu verbinden.
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Die Kühleinrichtung umfasst bevorzugt zwei oder mehr Kühlkörper. Dies erlaubt es, zwei oder mehr Gasspeicher bevorzugt gleichzeitig zu kühlen, während diese befüllt werden können.
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Günstig ist es, wenn zumindest zwei Kühlkörper Gasspeicheraufnahmen derselben Größe und/oder Gasspeicheraufnahmen unterschiedlicher Größe umfassen oder bilden. Gasspeicher derselben und/oder unterschiedlicher Größe können dadurch bevorzugt gleichzeitig gekühlt werden.
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Für eine konstruktiv einfache Ausgestaltung ist es günstig, wenn die zwei oder mehr Kühlkörper an einem gemeinsamen Tragelement festgelegt sind. Beispielsweise kommt als Tragelement eine Platte zum Einsatz, auf der zwei oder mehr Kühlkörper festgelegt sind.
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Die zwei oder mehr Kühlkörper sind vorzugsweise parallel in einen Kühlkreislauf der Kühleinrichtung geschaltet. Dies erlaubt es, zwei oder mehr Gasspeicher gleichzeitig zu kühlen, während diese mit Gas befüllt werden.
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Bei einer andersartigen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die zwei oder mehr Kühlkörper seriell in den Kühlkreislauf der Kühleinrichtung geschaltet sind.
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Der Druckgasbehälter ist vorzugsweise eine Druckgasflasche.
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Der Druckgasbehälter ist vorzugsweise lösbar mit der Vorrichtung im Übrigen verbindbar. Beispielsweise kann der Druckgasbehälter an einem Rahmen oder Gestell der Vorrichtung lösbar gehalten sein.
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Günstig ist es, wenn die Gasbereitstellungseinrichtung mindestens eine Fluidleitung mit dem mindestens einem Anschlusselement zum Anschließen des Druckgasbehälters an den mindestens einen Gasspeicher aufweist. Das Anschlusselement ist bevorzugt eine Schnellkupplung, wodurch die Fluidleitung vorteilhafterweise manuell und werkzeuglos an den Gasspeicher angeschlossen werden kann.
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Vorteilhafterweise umfasst die Gasbereitstellungseinrichtung eine Mehrzahl von Fluidleitungen mit Anschlusselementen, über die der Druckgasbehälter an Gasspeicher anschließbar ist. Die Fluidleitungen sind günstigerweise parallel an den Druckgasbehälter angeschlossen oder anschließbar, damit eine Mehrzahl von Gasspeichern bevorzugt gleichzeitig mit Gas befüllt werden kann. Die Anschlusselemente sind beispielsweise Schnellkupplungen, die günstigerweise manuell und werkzeuglos an die Gasspeicher anschließbar sind.
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Die Vielseitigkeit der Vorrichtung wird bevorzugt dadurch erhöht, dass die Gasbereitstellungseinrichtung eine Druckeinstellung zum Einstellen des Befülldruckes des mindestens einen Gasspeichers umfasst. Der Befülldruck kann dadurch bedarfsgerecht eingestellt werden.
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Günstig ist es, wenn die Vorrichtung beweglich ist, insbesondere verfahrbar. Dadurch kann die Vorrichtung auf einfache Weise zu einem System oder einer Anlage transportiert werden, in dem der mindestens eine Gasspeicher zum Einsatz kommt, damit dieser vor Ort befüllt werden kann. Beispielsweise umfasst die Vorrichtung einen Rahmen oder ein Gestell, auf dem die Kühleinrichtung und die Gasbereitstellungseinrichtung jeweils zumindest teilweise aufgebaut sind. Die Vorrichtung kann zum Verfahren auf einer Aufstellfläche Rollen aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen eigenen Antrieb umfasst. Denkbar ist auch, dass die Vorrichtung frei von einem eigenen Antrieb ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist es günstig, wenn die Vorrichtung eine erste Einheit umfasst, die von der Kühleinrichtung zumindest den mindestens einen Kühlkörper umfasst, und eine zweite Einheit, die von der Gasbereitstellungseinrichtung zumindest den Druckgasbehälter umfasst, vorzugsweise mindestens eine Fluidleitung mit Anschlusselement, das an dem mindestens einen Gasspeicher anschließbar ist, und/oder eine Druckeinstellung, und wenn die erste Einheit und die zweite Einheit relativ zu einander beweglich sind, von einer räumlich getrennten Anordnung in eine Anordnung am selben Ort. Dies erlaubt es zum Beispiel, den mindestens einen Kühlkörper in der Anlage oder im System vorzuhalten, in der oder dem der mindestens eine Gasspeicher zum Einsatz kommt. Der Gasspeicher kann während des normalen Betriebs der Anlage oder des Systems in der Gasspeicheraufnahme angeordnet sein und darin fixiert sein, beispielsweise mittels des Kühlkörpers. Denkbar ist auch, den Gasspeicher erst zum Befüllen in die Gasspeicheraufnahme einzuführen. Der mindestens eine Kühlkörper ist Bestandteil der ersten Einheit, die somit am Ort des Einsatzes des Gasspeichers angeordnet sein kann. Die zweite Einheit, die von der Gasbereitstellungseinrichtung zumindest den Druckgasbehälter umfasst, kann zum Befüllen des Gasspeichers von einem räumlich entfernt liegenden Ort zum Ort der Anwendung, d.h. dem System oder der Anlage, transportiert werden und damit an denselben Ort, an dem sich die erste Einheit befindet. Die zweite Einheit kann ferner mindestens eine Fluidleitung mit Anschlusselement und/oder eine Druckeinstellung umfassen, wie dies voranstehend erläutert wurde.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es günstig, wenn die erste Einheit an dem mindestens einen Kühlkörper angeordnete Anschlusselemente zum Verbinden mit Kühlmittelleitungen der Kühleinrichtung aufweist und wenn die zweite Einheit Kühlmittelleitungen, ein Pumpaggregat oder ein Kühlaggregat der Kühleinrichtung umfasst, und wenn bei Anschließen der Anschlusselemente an die Kühlmittelleitungen ein Kühlkreislauf der Kühleinrichtung bereitstellbar ist. Die Kühleinrichtung kann sich bei dieser Ausführungsform auf die erste Einheit und die zweite Einheit verteilen. Die erste Einheit kann den mindestens einen Kühlkörper und Anschlusselemente umfassen. Dies gibt die Möglichkeit, den Kühlkörper in einen Kühlkreislauf zu schalten, der mit den weiteren Komponenten der Kühleinrichtung gebildet werden kann, welche Bestandteil der zweiten Einheit sind (insbesondere Pumpaggregat, Kühlaggregat sowie Kühlmittelleitungen). Wird die zweite Einheit zum Befüllen des mindestens einen Gasspeichers zu ersten Einheit transportiert, kann der Druckgasbehälter in Strömungsverbindung mit dem mindestens einen Gasspeicher gebracht werden, und der Kühlkreislauf kann durch Anschluss des mindestens einen Kühlkörpers an die Kühlmittelleitungen gebildet werden.
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Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die erste Einheit die Kühleinrichtung umfasst. Die erste Einheit kann am Ort der Anwendung des mindestens einen Gasspeichers, d.h. des Systems oder der Anlage, verbleiben. Zum Befüllen des Gasspeichers kann die zweite Einheit umfassend zumindest den Druckgasbehälter von einem räumlich entfernten Ort an denselben Ort der ersten Einheit transportiert werden und in Strömungsverbindung mit dem Gasspeicher gebracht werden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Einheit eine Druckeinstellung aufweist und mindestens eine Fluidleitung mit Anschlusselementen, die an den mindestens einen Gasspeicher und den Druckgasbehälter anschließbar sind. Zum Befüllen des mindestens einen Gasspeichers kann dieser über ein Anschlusselement mit der Fluidleitung verbunden werden. Ein weiteres Anschlusselement kann mit dem Druckgasbehälter der zweiten Einheit in Strömungsverbindung gebracht werden, nachdem diese zum Befüllen des Gasspeichers von einem räumlich getrennten Ort zum Ort der Anwendung an denselben Ort der ersten Einheit gebracht worden ist.
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Günstig ist es, wenn die Vorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung umfasst zum Bereitstellen elektrischer Energie für die Kühleinrichtung und/oder die Gasbereitstellungseinrichtung. Die Energieversorgungseinrichtung kann eine Wechselspannungs- oder Gleichspannungseinrichtung sein, sie kann eine Netzversorgung zum Anschließen an ein Energieversorgungsnetz und/oder wiederaufladbare Batterien oder auch ein Brennstoffzellen-Stack aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass Batterien aufgeladen werden, während die Vorrichtung über eine Netzversorgung an ein Energieversorgungsnetz angeschlossen ist. Es ist denkbar, dass der Benutzer auswählen kann, ob die elektrische Energie über eine Netzversorgung, wieder aufladbare Batterien oder ein Brennstoffzellen-Stack bereitgestellt wird.
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Die Vorrichtung umfasst günstigerweise mindestens eine Vorratsaufnahme für einen Gasspeicher und vorzugsweise einen in der mindestens einen Vorratsaufnahme angeordneten Gasspeicher. Der bevorzugt befüllte Gasspeicher kann gegen einen zu befüllenden Gasspeicher ausgetauscht werden, um Standzeiten der Anlage oder des Systems, bei dem der mindestens eine Gasspeicher eingesetzt wird, möglichst kurz zu halten.
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Die Vorrichtung kann weiter mindestens einen Gasspeicher aufweisen, beispielsweise einen Metallhydridspeicher.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines Gasspeicher aufweisenden Fahrzeugs;
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2: ein Blockschaltbild einer Druckgasbereitstellungseinrichtung der Vorrichtung aus 1 und zu befüllende Gasspeicher;
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3: ein Blockschaltbild einer Kühleinrichtung der Vorrichtung aus 1;
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4: eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in einem Fahrzeug angeordnet ist;
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5: eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform, die modular aufgebaut ist und zum Teil in einem Fahrzeug angeordnet ist;
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6: eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform, die ebenfalls modular aufgebaut und teilweise in einem Fahrzeug angeordnet ist;
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7: eine perspektivische Darstellung eines auf einem Tragelement angeordneten Kühlkörpers der Vorrichtung aus 1 und eines mit diesem fixierten Gasspeichers;
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8: eine Seitenansicht gemäß dem Pfeil "8" in 7;
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9: eine Frontansicht gemäß dem Pfeil "9" in 7 und
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10: den zeitabhängigen Verlauf der Temperatur zweier Gasspeicher, die mit der Vorrichtung aus 1 befüllt werden (je einmal gekühlt oder ungekühlt).
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste, insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers. Die Vorrichtung 10 kann insbesondere zum Befüllen von in 1 schematisch dargestellten Gasspeichern 12 zum Einsatz kommen, die in einem mobilen System wie insbesondere einem Kraftfahrzeug 14 verwendet werden. Die Gasspeicher 12 sind beispielsweise Metallhydridspeicher, in denen Wasserstoff als Treibstoff für das Kraftfahrzeug 14 gespeichert ist. Die Gasspeicher 12 haben die Form einer Gasflasche. Anstelle des Kraftfahrzeugs 14 könnten die Gasspeicher 12 auch in einem andersartigen System oder einer andersartigen Anlage zum Einsatz kommen, die nicht notwendigerweise mobil zu sein braucht. Auch der Einsatz in stationären Systemen oder Anlagen ist denkbar.
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Die Vorrichtung 10 weist einen kompakten Aufbau auf, bei dem alle Komponenten auf einem Gestell oder Rahmen 16 aufgebaut und daran festgelegt sind. An der Unterseite des Rahmens 16 ist ein Fahrwerk mit Rollen 18 angeordnet, so dass die Vorrichtung 10 mobil ist und auf einer Aufstellfläche verfahren werden kann. Dies erlaubt es, die Vorrichtung 10 zu dem beweglichen Kraftfahrzeug 14 zu transportieren und dessen Gasspeicher 14 vor Ort mit Gas zu befüllen. Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 10 einen Antrieb aufweist. Vorliegend ist die Vorrichtung 10 jedoch antriebslos.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine in 2 anhand eines Blockschaltbildes schematisch dargestellte Druckgasbereitstellungseinrichtung 20 zum Befüllen der Gasspeicher 12. Weiter weist die Vorrichtung 10 eine in 3 anhand eines Blockschaltbildes schematisch dargestellte Kühleinrichtung 22 auf, mit der die Gasspeicher 10 während des Befüllens gekühlt werden können.
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Die Druckgasbereitstellungseinrichtung 20 umfasst einen am Rahmen 16 lösbar festlegbaren Druckgasbehälter 24, bei dem es sich für die mobile Vorrichtung 10 vorzugsweise um eine Druckgasflasche 26 handelt. Die Druckgasflasche 26 enthält im vorliegenden Fall insbesondere Wasserstoff, um die Metallhydridspeicher 12 mit Wasserstoff zu befüllen. Der Gasdruck in der Druckgasflasche 26 beträgt beispielsweise ungefähr 200 bar bis ungefähr 300 bar. Eine Fluidleitung 28 ist an die Druckgasflasche 26 lösbar angeschlossen. In die Fluidleitung 28 ist eine Druckeinstellung 30 geschaltet. Mit der Druckeinstellung 30 kann der hohe Druck des Gases in der Druckgasflasche 26 gemindert werden und insbesondere eingestellt werden. Ein Manometer 32, das an die Fluidleitung 28 angeschlossen ist, erlaubt eine Kontrolle des Gasdrucks stromabwärts der Druckeinstellung 30. Die Druckeinstellung 30 und das Manometer 32 sind in 1 ebenfalls schematisch dargestellt, in der die Fluidleitung 28 selbst nicht gezeigt ist.
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Die Fluidleitung 28 verzweigt stromabwärts der Druckeinstellung 30 in eine Mehrzahl von Fluidleitungen 34, die somit parallel an die Fluidleitung 28 angeschlossen sind. In jede Fluidleitung 34 ist ein Ventil 36 geschaltet, mit dem die jeweilige Fluidleitung 34 von einem Benutzer geöffnet oder gesperrt werden kann. An dem der Fluidleitung 28 abgewandten Ende jeder Fluidleitung 34 ist ein Anschlusselement 38 angeordnet. Das Anschlusselement 38 ist bevorzugt als sogenannte "Schnellkupplung" ausgestaltet, die auf einfache Weise an einen Gasspeicher 12 angeschlossen werden kann. Insbesondere ist ein werkzeugloser und manueller Anschluss an dem Gasspeicher 12 möglich. Ist das jeweilige Anschlusselement 38 an einen Gasspeicher 12 angeschlossen und das jeweilige Ventil 36 und ein Ventil 40 der Druckgasflasche 26 geöffnet, kann Gas, insbesondere Wasserstoff, von der Druckgasflasche 26 in den Gasspeicher 12 strömen. Es besteht daher eine Strömungsverbindung zwischen der Druckgasflasche 26 und dem Gasspeicher 12.
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Insbesondere kann der jeweilige Gasspeicher 12 befüllt werden, indem die Vorrichtung 10, wie vorstehend erläutert, zum Kraftfahrzeug 14 transportiert wird und der Gasspeicher 12 an die Druckgasbereitstellungseinrichtung 20 angeschlossen wird.
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Die Druckgasbereitstellungseinrichtung 20 umfasst insgesamt vier Fluidleitungen 34 mit Anschlusselementen 38, so dass bis zu vier Gasspeicher 12 gleichzeitig befüllt werden können.
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Beim Befüllen, insbesondere mit hohem Befülldruck, erwärmen sich die Gasspeicher 12. Dies ist insbesondere bei Metallhydridspeichern der Fall, bei denen Wasserstoff in einem Metall oder einer Metalllegierung in Form von Metallhydrid gelöst gespeichert wird. Die Erwärmung erweist sich als nachteilig, denn sie erfordert, dass die Gasspeicher 12 nur mit verhältnismäßig geringem Druck gefüllt werden, weil das Gas in der Druckgasflasche 26 der mobilen Vorrichtung selbst nicht gekühlt ist. Die Erwärmung bringt außerdem den Nachteil mit sich, dass die Kapazität der Gasspeicher 12 nicht ausgeschöpft werden kann. Um die Kapazität der Gasspeicher 12 möglichst auszuschöpfen, können diese daher nur in einem langen Befüllvorgang mit relativ geringem Überdruck befüllt werden.
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Um die Befüllzeit zu verkürzen und zugleich die Kapazität der Gasspeicher 12 möglichst auszuschöpfen, weist die Vorrichtung 10 die Kühleinrichtung 22 auf. Die Kühleinrichtung 22 ist insbesondere als Umlaufkühleinrichtung ausgestaltet, die einen Kühlkreislauf 42 bereitstellt. Die Kühleinrichtung 22 ermöglicht es, die Gasspeicher 12 an ihrer Außenseite während des Befüllens zu kühlen, so dass beim Befüllen auftretende Wärme wirkungsvoll abgeführt und die Gasspeicher 12 zeitsparend befüllt werden können.
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Die Kühleinrichtung 22 umfasst eine Kühlmittelleitung 44, in die ein Ausgleichsbehälter 46 für Kühlmittel (Kühlmedium), ein Pumpaggregat 48 und ein Kühlaggregat 50 geschaltet sind. In Strömungsrichtung des Kühlmittels ist das Kühlaggregat 50 dem Ausgleichsbehälter 46 und dem Pumpaggregat 48 vorgelagert. Die Kühlmittelleitung 44 verzweigt in im vorliegenden Fall vier Kühlmittelleitungen 52, die parallel an die Kühlmittelleitung 44 angeschlossen sind.
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Eine Verzweigung erfolgt dem Pumpaggregat 48 in Strömungsrichtung des Kühlmittels nachgelagert. Die Kühlmittelleitungen 52 vereinigen sich in der Kühlmittelleitung 44 dem Kühlaggregat 50 vorgelagert.
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Die Kühlmittelleitungen 52 sind jeweils abschnittsweise unterbrochen und weisen an ihren Enden Anschlusselemente 54 auf. Die Anschlusselemente 54 sind ebenfalls als sogenannte "Schnellkupplungen" ausgestaltet. An die Anschlusselemente 54 können Kühlkörper 56 der Kühleinrichtung 22 lösbar angeschlossen werden, vorliegend insbesondere manuell und werkzeuglos. Insgesamt sind vier Kühlkörper 56 vorhanden, so dass je ein Kühlkörper 56 in eine Kühlmittelleitung 52 geschaltet werden kann. Die Kühlkörper 56 sind vorliegend ausgestaltet als Kühlschlangen 58. Auf Aufbau und Befestigung der Kühlschlangen 58 am Rahmen 16 und Anordnung der Gasspeicher 12 in den Kühlschlangen 58 wird nachfolgend noch im Detail eingegangen.
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Die Kühleinrichtung 22 umfasst ferner eine Bypassleitung 60, die dem Kühlaggregat 50 vorgelagert von der Kühlmittelleitung 44 abzweigt und mit einem Ventil 62 geöffnet und verschlossen werden kann. Die Bypassleitung 60 ist an den Ausgleichsbehälter 46 angeschlossen. Ein Ventil 64 ist am Ausgleichsbehälter 46 vorgesehen, damit Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf 42 abgelassen werden kann.
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Das Kühlmittel ist im vorliegenden Fall insbesondere Wasser oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch. Als Alkohol kommt beispielsweise Glykol zum Einsatz, insbesondere Monoethylenglykol.
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Bei dem Kühlaggregat 50 handelt es sich beispielsweise um einen Lüfter (ein Gebläserad) mit einem Kühler, der von Kühlmittel durchströmt wird. Dies erlaubt es, das Kühlmittel bis zu einer Temperatur nahe der oder gleich der Umgebungstemperatur zu kühlen. Damit das Kühlmittel auch auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur gekühlt werden kann, kann das Kühlaggregat 50 als Kompressionskältemaschine ausgestaltet sein.
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1 zeigt schematisch auch den Ausgleichsbehälter 46, das Pumpaggregat 48 und das Kühlaggregat 50 montiert am Rahmen 16 sowie die Kühlschlangen 58, die an die Kühlmittelleitungen 52 angeschlossen sind.
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Des Weiteren zeigt 1 noch eine Steuereinrichtung 66. Die Steuereinrichtung 66 ist eine elektrische Einrichtung der Vorrichtung 10. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise eine Energieversorgungseinrichtung umfassen, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Die Energieversorgungseinrichtung stellt elektrische Energie für die Vorrichtung 10 bereit, und sie kann beispielsweise eine Netzversorgung zum Anschließen an ein Energieversorgungsnetz und/oder wiederaufladbare Batterien und/oder ein Brennstoffzellen-Stack aufweisen.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 10 am Rahmen 16 gehaltene Vorratsaufnahmen 68 für Gasspeicher 12. In den Vorratsaufnahmen 68 können befüllte oder geleerte Gasspeicher 12 bevorratet werden. Beispielsweise wird ein Gasspeicher 12 befüllt in der Vorratsaufnahme 68 bevorratet und im Kraftfahrzeug 14 gegen einen entleerten Gasspeicher 12 ausgetauscht. Der leere Gasspeicher 12 kann daraufhin mit der Vorrichtung 10 befüllt werden. Es sind insgesamt acht Vorratsaufnahmen 68 in zwei unterschiedlichen Größen für je vier Gasspeicher 12 derselben Größe vorgesehen.
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Zum Befüllen der Gasspeicher 12 für Kraftfahrzeuge 14 kann vorgesehen sein, dass die mobile Vorrichtung 10 zum Kraftfahrzeug 14 transportiert und die Gasspeicher 12 in die Kühlschlangen 58 wie nachfolgend erläutert eingesetzt und darin befestigt werden. Die Fluidleitungen 34 werden über die Anschlusselemente 38 an die Gasspeicher 12 angeschlossen und die Gasspeicher 12 bei geöffnetem Ventil 40 mit an der Druckeinstellung 30 eingestelltem Gasdruck zu befüllen.
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Zugleich ist die Kühleinrichtung 22 in Betrieb, und das Kühlmedium wird mit dem Pumpaggregat 48 durch den Kühlkreislauf 42 gefördert. Dabei durchströmt das Kühlmedium die Kühlmittelleitung 44 und die Kühlmittelleitungen 52 sowie die in diese geschalteten Kühlschlangen 58. Zu diesem Zweck sind die Kühlschlangen 58 als durchströmbare Hohlkörper ausgestaltet. Die Kühlschlangen 58 liegen an einer Außenseite des jeweiligen Gasspeichers 12 an, so dass beim Befüllen auftretende Wärme wirkungsvoll von der jeweiligen Kühlschlange 58 aufgenommen und an das Kühlmedium abgegeben werden kann. Über das Kühlaggregat 50 kann das Kühlmittel wieder abgekühlt werden.
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10 zeigt den Temperaturverlauf für zwei unterschiedliche Typen von Gasspeichern 12 abhängig von der Zeit während des Befüllvorgangs, jeweils einmal gekühlt und einmal ungekühlt.
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Ein Gasspeicher ersten Typs wird symbolisiert durch eine Kurve 70 (ungekühlt) und eine Kurve 72 (gekühlt), wobei die Kurven 70, 72 in 10 durchgezogen dargestellt sind. Beide Gasspeicher 12 wiesen zu Beginn der Messung denselben Befüllzustand auf, bestimmt anhand des Druckes des Gases im Gasspeicher 12. Der Gasspeicher 12 gemäß Kurve 72 wurde mit einem vorgegebenen Beladedruck beaufschlagt, beispielsweise ungefähr 10 bar bis ungefähr 25 bar, und die Temperatur des Gasspeichers 12 an dessen Bodenwand gemessen. Nach einer Befüllzeit von ungefähr einer Stunde (die Zeitskala in 10 ist nicht linear) wurde die Temperatur des Gasspeichers 12 als Vergleichswert für den ungekühlten Gasspeicher 12 gemäß Kurve 70 herangezogen. Dieser wurde so lange geladen, bis Druck des Gases und Temperatur des Gasspeichers 12 denjenigen des gekühlten Gasspeichers 12 entsprechen. Es ergibt sich aus 10, dass der entsprechende Befüllgrad erst nach ungefähr sieben Stunden und damit sechs Stunden nach dem Gasspeicher 12 gemäß Kurve 72 erreicht werden konnte.
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Ein Gasspeicher 12 anderen Typs, nämlich unterschiedlicher Größe, ist in 10 anhand von Kurven 74 (ungekühlt) und 76 (gekühlt) dargestellt, jeweils durch gestrichelte Linien. Die Messung verlief entsprechend der vorstehend erläuterten Messung. Es zeigt sich, dass derselbe Befüllgrad des ungekühlten Gasspeichers 12 erst ungefähr vier Stunden nach Beginn erzielt werden konnte gegenüber einer Stunde des gekühlten Gasspeichers 12.
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Im Ergebnis zeigt sich, dass unter Einsatz der Vorrichtung 10 eine Reduzierung der Befülldauer der Gasspeicher 12 erzielt werden konnte, die mindestens ungefähr 75% unter derjenigen Befüllzeit liegt, bei der die Gasspeicher 12 ungekühlt befüllt werden.
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Nachfolgend wird unter Verweis auf insbesondere die 7 bis 9 die Kühlung der Gasspeicher 12 an den Kühlschlangen 58 und die Fixierung der Gasspeicher 12 an den Kühlschlangen 58 näher erläutert.
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Die Vorrichtung 10 umfasst vorliegend vier Kühlschlangen 58 in zwei unterschiedlichen Größen, deren jeweils zwei vorhanden sind. Die 7 bis 9 zeigen hiervon eine Kühlschlange 58 beispielhaft. Art und Aufbau der übrigen Kühlschlangen 58, deren Fixierung und die Fixierung des Gasspeichers 12 an der Kühlschlange 58 funktioniert entsprechend zu der nachfolgend anhand einer Kühlschlange 58 beispielhaft erläuterten Weise.
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Insbesondere wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Wärmekontaktes von einem Gasspeicher 12 auf einen Kühlkörper 56, insbesondere eine Kühlschlange 58, beschrieben.
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Die Einrichtung trägt als Ganzes das Bezugszeichen 80. Sie umfasst insbesondere den Kühlkörper 56.
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Die Einrichtung 80 ist Bestandteil der Vorrichtung 10.
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Die Kühlschlange 58 umfasst ein Rohr 82 und weist Wicklungen 84 auf, in denen das Rohr 82 über einen Großteil seiner Länge aufgewickelt ist. Die Wicklungen 84 sind in Verlaufsrichtung der Kühlschlange 58 angeordnet zwischen einem Endabschnitt 86 an einem Ende und einem Endabschnitt 88 am anderen Ende der Kühlschlange 58. Die Endabschnitte 86, 88 sind Kühlschlangenabschnitte 87 und 89, die jeweils keine Wicklungen 84 aufweisen. Jedoch weisen die Kühlschlangenabschnitte 87 und 89 jeweils eine Abwinkelung auf vorliegend um ungefähr 100° bis ungefähr 120°. An die Kühlschlangenabschnitte 87 und 89 sind die Anschlusselemente 54 der Kühlmittelleitungen 52 lösbar anschließbar, insbesondere manuell und werkzeuglos.
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Die Kühlschlange 58 definiert eine Achse 90. Die Kühlschlange 58 bildet weiter eine Gasspeicheraufnahme 92, die in Umfangsrichtung von den Wicklungen 84 begrenzt ist. Die Wicklungen 84 bilden gewissermaßen eine mantelförmige Wand der Gasspeicheraufnahme 92. Diese umfasst eine Einführöffnung 94 im Bereich des Kühlschlangenabschnitts 87 und eine Austrittsöffnung 96, die der Eintrittsöffnung 94 gegenüberliegt. Die Austrittsöffnung 96 ist im Bereich des Kühlschlangenabschnitts 89 angeordnet. Ein Gasspeicher 12 kann in definierter Einführrichtung, die längs der Achse 90 verläuft, durch die Einführöffnung 94 zumindest teilweise in die Gasspeicheraufnahme 92 eingeführt werden. Weiter kann der Gasspeicher 12 teilweise aus der Austrittsöffnung 96 austreten. Dies erlaubt es auf konstruktiv einfache Weise, Gasspeicher 12 unterschiedlicher Länge in der Gasspeicheraufnahme 92 so anzuordnen, dass sich die Wicklungen 84 in Längsrichtung über einen mittleren Bereich des Gasspeichers 12 erstrecken. Je nach Länge des Gasspeichers 12 kann dieser mehr oder weniger aus der Einführöffnung 94 und/oder der Austrittsöffnung 96 aus der Gasspeicheraufnahme 92 herausragen.
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Das Rohr 82 ist aus einem Metall gefertigt, insbesondere aus Kupfer. Es weist einen runden Querschnitt auf, der im Bereich der Wicklungen 84 leicht elliptisch ist, so dass die Wicklungen 84 eine verhältnismäßig große Kühlkontaktfläche 98 bilden, die an eine Außenseite 100 des Gasspeichers 12 angelegt werden kann (9).
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Die Einrichtung 80 umfasst Halterungen 102 und 104 zum Haltern der Kühlschlange 58. Die Halterungen 102, 104 sind identisch ausgestaltet, weswegen nachfolgend nur auf die Halterung 102 eingegangen wird. In Längsrichtung der Kühlschlange 58 sind die Halterungen 102, 104 voneinander beabstandet, wobei sie auf unterschiedlichen Seiten der Kühlschlange 58 angeordnet sind. Es könnte auch vorgesehen sein, dass beide Halterungen 102, 104 auf derselben Seite der Kühlschlange 58 angeordnet sind.
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Die Halterung 102 bildet einen Haltewinkel 106, insbesondere einen 90°-Haltewinkel. Der Haltewinkel 106 ist an einem Tragelement 108 festgelegt oder festlegbar. Das Tragelement 108 ist Bestandteil der Einrichtung 80 und der Vorrichtung 10. Beispielsweise ist das in den 7 bis 9 nur abschnittsweise dargestellte Tragelement plattenförmig und wird durch den Rahmen 16 gebildet. Die übrigen Kühlschlangen 58 sind bevorzugt ebenfalls auf dem Tragelement 108 festgelegt.
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Der Haltewinkel 106 ist über einen Abschnitt 110 auf dem Tragelement 108 angeordnet. Im rechten Winkel zum Abschnitt 110 umfasst der Haltewinkel 106 einen weiteren Abschnitt 112, der in zwei voneinander beabstandete Segmente 114, 116 unterteilt ist. Zwischen den Segmenten 114 und 116 ist ein Zwischenraum gebildet, der eine Aufnahme 118 für den Kühlschlangenabschnitt 87 bildet. Die Aufnahme 118 ist schlitzförmig und an der dem Abschnitt 110 abgewandten Seite einseitig geöffnet. Durch eine entsprechende Einführöffnung kann der Kühlschlangenabschnitt 87 in die Aufnahme 118 eingeführt werden.
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Die Segmente 114 und 116 umfassen jeweils ein Langloch 120 parallel zur Richtung der Aufnahme 118.
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Der Haltewinkel 106 umfasst ferner einen Abschnitt 122, der einen Riegel zur Fixierung des Kühlschlangenabschnitts 87 in der Aufnahme 118 bildet. Der Abschnitt 122 ist beispielsweise plattenförmig ausgestaltet. Verbindungselemente wie zum Beispiel Schrauben erlauben es, den Abschnitt 122 am Abschnitt 112 zu fixieren. Dabei ist der Abschnitt 122 längs des Abschnitts 112 festlegbar beweglich angeordnet. Die Schrauben zur Fixierung können die Langlöcher 120 durchgreifen, was es erlaubt, den Abschnitt 120 längs dem Abschnitt 112 zu verschieben und relativ zu dem in einer Vielzahl von Positionen zu fixieren. Die Fixierung erfolgt vorliegend klemmend über die Schrauben, jedoch ist auch eine rastende Fixierung möglich. Insgesamt ist eine kraft- und/oder formschlüssige Fixierung möglich. Der Abschnitt 122 kann insbesondere stufenlos relativ zum Abschnitt 112 verschoben und an diesem fixiert werden.
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Mit dem Abschnitt 122 kann der Kühlschlangenabschnitt 87 an der Halterung 102 fixiert werden. Dies kann derart erfolgen, dass der Kühlschlangenabschnitt 87 in die Aufnahme eingeführt und mit dem Abschnitt 122 klemmend fixiert wird, wobei dieser in die Abwinkelung des Kühlschlangenabschnitts 87 eingreifen kann.
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Eine entsprechende Halterung des Kühlschlangenabschnitts 89 ist am gegenüberliegenden Ende des Rohres 82 durch die Halterung 104 möglich.
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Die Einrichtung 80 gibt die Möglichkeit, die Kühlschlange 58 in einen Spannzustand zu überführen, damit sie möglichst eng an der Außenseite 100 des Gasspeichers anliegt und einen möglichst guten Wärmekontakt bereitstellt. Beispielsweise kann der Gasspeicher 12 in die Gasspeicheraufnahme 92 eingeführt werden, wenn die Kühlschlange 58 nicht an den Halterungen 102, 104 oder nur an einer derselben fixiert ist. Die Kühlschlange 58 ist hinsichtlich ihrer Größe (Durchmesser der Wicklungen 84) ungefähr an die Größe des Gasspeichers 12 angepasst. Nach dem Einführen des Gasspeichers 12 kann die Kühlschlange 58 in einen Spannzustand überführt werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Kühlschlangenabschnitte 87, 89 relativ zueinander gespannt werden. Eine Spannung wird dadurch auf die Kühlschlange 58 ausgeübt, dass einer oder beide Kühlschlangenabschnitte 87, 89 mit einer in Richtung der Aufnahme 118 weisenden Zugkraft beaufschlagt wird und anschließend mit dem Abschnitt 122 klemmend in der Aufnahme 118 fixiert wird. Dies hat zur Folge, dass auf die Kühlschlange 58 in Wicklungsrichtung der Wicklungen 84 eine Torsionsspannung ausgeübt wird. Die Kühlschlangenabschnitte 87, 89 werden dadurch relativ zueinander in der Wicklungsrichtung verdreht. Dies hat zur Folge, dass die Wicklungen 84 unter mechanische Spannung gesetzt werden, wobei sich der Durchmesser der Wicklungen 84 verkleinern kann. Die Wicklungen 84 liegen mit der von ihnen gebildeten Kühlkontaktfläche 98 dadurch flächig an der Außenseite 100 an. Durch diesen flächigen Kontakt kann Abwärme des Gasspeichers 12 beim Befüllen mit Gas wirkungsvoll von der Kühlschlange 58 aufgenommen und vom Kühlmedium abtransportiert werden. Im Ergebnis erzielt man dadurch die bereits vorstehend erläuterte besonders wirkungsvolle Kühlung der Gasspeicher 12 beim Befüllen mit der Vorrichtung 10.
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Darüber hinaus hat das Ausüben der Torsionsspannung auf die Kühlschlange 58 den Vorteil, dass diese durch Veränderung des Durchmessers der Wicklungen 84 am Gasspeicher 12 unterschiedlicher Größe angepasst werden kann. Beispielsweise können Fertigungstoleranzen bei Gasspeichern 12 gleicher Bauart ausgeglichen werden, zum Beispiel in Folge von an den Gasspeichern 12 vorhandenen Schweißnähten, welche unterschiedliche Stärken aufweisen. Auch Gasspeicher 12 unterschiedlicher Bauart und damit unterschiedlicher Größe können mit der Kühlschlange 58 eingesetzt werden, indem diese, unter Torsionsspannung gesetzt, verkleinert wird.
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Die Einrichtung 80 umfasst ferner ein axiales Fixierelement 124, mit dem der Gasspeicher 12 in der Gasspeicheraufnahme 92 längs der Achse 90 fixiert werden kann. Das Fixierelement 124 bildet einen Haltewinkel 126, insbesondere einen 90°-Haltewinkel. Der Haltewinkel 126 umfasst einen Abschnitt 128, der am Tragelement 108 festgelegt oder festlegbar ist. Vom Abschnitt 128 steht rechtwinklig ein Abschnitt 130 ab. Der Abschnitt 130 ist in zwei voneinander beabstandete Segmente 132, 134 unterteilt, zwischen denen ein Zwischenraum 136 gebildet ist. Der Zwischenraum 136 ist an der dem Abschnitt 128 gegenüberliegenden Ende offen. Dies erlaubt es, den Gasspeicher 12 mit einem Halsabschnitt 138 in den Zwischenraum 136 einzuführen. Der Halsabschnitt 138 weist eine entsprechende Einschnürung auf, so dass der Gasspeicher 12 nicht mehr längs der Achse 90 bewegt werden kann.
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Der Haltewinkel 126 ist beispielsweise nahe der Einführöffnung 94 angeordnet. An der den Wicklungen 84 gegenüberliegenden Seite ist am Halsabschnitt 138 ein Anschlusselement 140 des Gasspeichers 12 vorhanden, an das ein Anschlusselement 38 der Druckgasbereitstellungseinrichtung 20 angeschlossen werden kann.
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Die Torsionsspannung der Kühlschlange 58 bietet ferner den Vorteil, dass der Gasspeicher 12 in der Gasspeicheraufnahme 92 mit den Wicklungen 84 fixiert werden kann und darin gehalten ist. Der Gasspeicher 12 kann dabei auf den Wicklungen 84 aufliegen.
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Zur weiteren Fixierung der Kühlschlange 58 und des Gasspeichers 12 umfasst die Einrichtung 80 ein Paar von Anlageelementen, die insbesondere als Auflageelemente 142 ausgebildet sind. Die Auflageelemente 142 sind gebildet durch Schellen 144, deren erster Teil unterhalb der Kühlschlange 58 angeordnet und am Tragelement 108 festgelegt oder festlegbar sind. Auf den unteren Teilen der Schellen 144 kann die Kühlschlange 58 aufliegen und sich darauf abstützen, diese sind rinnen- oder halbschalenförmig gebildet. Die jeweils oberen Teile der Schellen 144 können lösbar mit den unteren Teilen verbunden werden, beispielsweise durch Verschraubung. Dadurch umgreifen die Schellen 144 die Kühlschlange 58 und den darin angeordneten Gasspeicher zu dessen zusätzlicher Fixierung in der Gasspeicheraufnahme 92 und zur zusätzlichen Fixierung am Tragelement 108.
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Nachfolgend wird auf in den 4 bis 6 dargestellte weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers eingegangen, die insgesamt mit den Bezugszeichen 150, 170 beziehungsweise 190 belegt sind. Gleiche und gleichwirkende Merkmale und Bauteile der Vorrichtungen 10, 150, 170 und 190 werden mit denselben Bezugszeichen belegt. Die mit der Vorrichtung 10 erzielbaren Vorteile können mit den weiteren Vorrichtungen 150, 170 und 190 ebenfalls erzielt werden, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf voranstehende Erläuterungen verwiesen werden kann.
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Die Vorrichtung 150 ist vollständig am Ort der Anwendung angeordnet und in das System integriert, in dem die Gasspeicher 12 zum Einsatz kommen, nämlich im Kraftfahrzeug 14. Im Kraftfahrzeug 14 ist die Vorrichtung 150 fest montiert. Es kann vorgesehen sein, dass die Gasspeicher 12 im Betrieb des Kraftfahrzeugs 14 in den Kühlschlangen 58 fixiert und sicher gehalten sind. Anstelle der Fluidleitungen 34 können in der Zeichnung nicht dargestellte Fluidleitungen an die Gasspeicher 12 angeschlossen sein, um einem Verbraucher des Kraftfahrzeugs 14 Gas aus den Gasspeichern 12 zuzuführen. Denkbar ist auch, dass der Gasspeicher 12 nur zum Befüllen unter Kühlung in die Kühlschlangen 58 eingeführt und darin fixiert werden.
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Die Vorrichtung 170 in 5 ist modular aufgebaut und sie umfasst eine erste Einheit 172 und eine zweite Einheit 174. Die erste Einheit 172 umfasst die Kühlkörper 56 und daran angeschlossene Kühlmittelleitungen, beispielsweise die Kühlmittelleitungen 52. Diese können über in der Zeichnung nicht gezeigte Anschlusselemente (insbesondere Schnellkupplungen) mit der Kühlmittelleitung 44 lösbar verbunden werden. Die Vorrichtung 170 umfasst ferner die Einrichtungen 80 zum Fixieren der Kühlkörper 56 auf einem Tragelement 176, das fest im Kraftfahrzeug 14 installiert ist.
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Die Einheit 174 umfasst die Vorrichtung 170 im Übrigen, also im Wesentlichen die Vorrichtung 10 mit Ausnahme der Kühlkörper 56 und der Kühlmittelleitungen 52.
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Zum Befüllen der Gasspeicher kann die zweite Einheit 174 von einem räumlich entfernten Ort zum Ort der Anwendung transportiert werden, nämlich zu dem Kraftfahrzeug 14 gebracht werden. Die Gasspeicher 12 können an die Fluidleitungen 34 angeschlossen und befüllt werden. Zusätzlich kann der Kühlkreislauf 42 durch Anschließen der Kühlmittelleitungen 52 an die Kühlmittelleitung 44 geschlossen werden, damit die Gasspeicher 12 beim Befüllen gekühlt werden können.
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Auch bei der Vorrichtung 170 kann vorgesehen sein, dass die Gasspeicher während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeuges 14 in den Kühlschlangen 58 fest fixiert verbleiben, wie dies bereits bei der Vorrichtung 150 erläutert wurde.
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Bei der Vorrichtung 190 sind ebenfalls zwei Einheiten 192 (im Kraftfahrzeug 14) und 194 vorgesehen. Die zweite Einheit 194 ist beweglich ausgebildet und kann von einem räumlich entfernten Ort zum Ort der Anwendung der Gasspeicher 12, nämlich dem Kraftfahrzeug 14, gebracht werden. Die zweite Einheit 194 umfasst von der Druckgasbereitstellungseinrichtung 20 lediglich die Druckgasflasche 26.
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Zum Befüllen der Gasspeicher kann die Druckgasflasche 26 mit einem dafür vorgesehenen Wagen 196 zur ersten Einheit 192 transportiert werden und an die Fluidleitung 28 angeschlossen werden. Die erste Einheit 192 entspricht der Vorrichtung 150 mit Ausnahme der Druckgasflasche 26, und sie ist fest im Fahrzeug 14 installiert. Wie bei der Vorrichtung 150 kann vorgesehen sein, dass die Gasspeicher 12 im normalen Betrieb des Kraftfahrzeuges 14 in den Kühlschlangen 58 angeordnet und darin fixiert sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Gasspeicher
- 14
- Kraftfahrzeug
- 16
- Rahmen
- 18
- Rollen
- 20
- Druckgasbereitstellungseinrichtung
- 22
- Kühleinrichtung
- 24
- Druckgasbehälter
- 26
- Druckgasflasche
- 28
- Fluidleitung
- 30
- Druckeinstellung
- 32
- Manometer
- 34
- Fluidleitung
- 36
- Ventil
- 38
- Anschlusselement
- 40
- Ventil
- 42
- Kühlkreislauf
- 44
- Kühlmittelleitung
- 46
- Ausgleichsbehälter
- 48
- Pumpaggregat
- 50
- Kühlaggregat
- 52
- Kühlmittelleitungen
- 54
- Anschlusselement
- 56
- Kühlkörper
- 58
- Kühlschlangen
- 60
- Bypassleitung
- 62
- Ventil
- 64
- Ventil
- 66
- Steuereinrichtung
- 68
- Vorratsaufnahme
- 70
- Kurve (ungekühlt)
- 72
- Kurve (gekühlt)
- 74
- Kurve (ungekühlt)
- 76
- Kurve (gekühlt)
- 80
- Einrichtung
- 82
- Rohr
- 84
- Wicklungen
- 86
- Endabschnitt
- 87
- Kühlschlangenabschnitt
- 88
- Endabschnitt
- 89
- Kühlschlangenabschnitt
- 90
- Achse
- 92
- Gasspeicheraufnahme
- 94
- Einführöffnung
- 96
- Austrittsöffnung
- 98
- Kühlkontaktfläche
- 100
- Außenseite
- 102
- Halterung
- 104
- Halterung
- 106
- Haltewinkel
- 108
- Tragelement
- 110
- Abschnitt
- 112
- Abschnitt
- 114
- Segment
- 116
- Segment
- 118
- Aufnahme
- 120
- Langloch
- 122
- Abschnitt
- 124
- Fixierelement
- 126
- Haltewinkel
- 128
- Abschnitt
- 130
- Abschnitt
- 132
- Segment
- 134
- Segment
- 136
- Zwischenraum
- 138
- Halsabschnitt
- 140
- Anschlusselement
- 142
- Auflageelement
- 144
- Schelle
- 150
- Vorrichtung
- 170
- Vorrichtung
- 172
- erste Einheit
- 174
- zweite Einheit
- 190
- Vorrichtung
- 192
- erste Einheit
- 194
- zweite Einheit
- 196
- Wagen
