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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, in einer Vorrichtung zum Befüllen von Gasspeichern, und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Wärmekontaktes von einem Gasspeicher auf einen Kühlkörper.
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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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Ferner zeigt sich, dass bei Befüllen der Gasspeicher mit ungekühltem Gas oder in ungekühltem Zustand, insbesondere mit hohem Druck, deren Kapazität nicht ausgenutzt werden kann.
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In der
DE 698 35 600 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Lagerungs- und Verteilungssystemen für Gase beschrieben.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung bzw. Aufwärmung von Flüssigkeiten oder Gasen unter Ausnutzung des Peltier-Effektes ist in der
DE 37 39 375 A1 beschrieben.
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Verschiedene Ausführungsformen von Kühl- oder Isolationsvorrichtungen für Gefäße sind in den Druckschriften
US 2009/0056369 A1 ,
US 5,226,299 ,
US 3,383,874 und
US 744,111 offenbart.
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Die
US 2,075,408 beschreibt eine Vorrichtung zur Übertragung von Flüssiggas von einem Container auf einen weiteren Container.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Wärmekontaktes von einem Gasspeicher auf einen Kühlkörper und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, mit dem der Gasspeicher gekühlt werden kann und dadurch zeitsparender befüllbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung, in einer Vorrichtung zum Befüllen von Gasspeichern, zum Bereitstellen eines Wärmekontaktes von einem Gasspeicher auf einen Kühlkörper, der eine Wicklungen aufweisende Kühlschlange umfasst und eine Gasspeicheraufnahme umfasst oder bildet, in die der Gasspeicher einführbar ist, wobei die Einrichtung eine erste Halterung und eine davon beabstandete zweite Halterung umfasst, wobei die Kühlschlange mit einem ersten Kühlschlangenabschnitt an der ersten Halterung und mit einem zweiten Kühlschlangenabschnitt an der zweiten Halterung fixierbar ist und in mindesten einen Spannzustand überführbar ist, in der die Kühlschlange mit einer in Wicklungsrichtung wirkenden Torsionsspannung beaufschlagt ist, so dass sich die Wicklungen an eine Außenseite des in der Gasspeicheraufnahme angeordneten Gasspeichers anlegen.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist vorgesehen, dass als Kühlkörper eine Kühlschlange mit Wicklungen zum Einsatz kommt, die eine Gasspeicheraufnahme für den Gasspeicher umfasst oder bildet. Der Gasspeicher kann zum Befüllen in die Gasspeicheraufnahme eingeführt werden, die von den Wicklungen eingefasst wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zwei relativ zueinander beabstandete Halterungen, an denen die Kühlschlange mit unterschiedlichen Kühlschlangenabschnitten festgelegt werden kann. Die Kühlschlange ist in mindestens einen Spannzustand überführbar. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass der erste und der zweite Kühlschlangenabschnitt relativ zueinander um eine von der Kühlschlange definierte Achse in deren Wicklungsrichtung verdreht werden. Infolgedessen wird die Kühlschlange mit der in Wicklungsrichtung wirkenden Torsionsspannung beaufschlagt. Dies erlaubt es, den Durchmesser der Wicklungen zu verändern und insbesondere zu verringern. Dadurch können die Wicklungen an die Außenseite des Gasspeichers in der Gasspeicheraufnahme angelegt werden, um einen guten Wärmekontakt bereitzustellen. Beim Befüllen des Gasspeichers auftretende Wärme kann wirkungsvoll von dessen Außenseite an die Kühlschlange abgegeben und dadurch der Gasspeicher wirkungsvoll gekühlt werden. Es zeigt sich in der Praxis, dass dadurch die Befüllzeit für den Gasspeicher im Vergleich zur ungekühlten Befüllung deutlich verringert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung erweist sich insbesondere als vielseitig, denn bei Einnahme mindestens einen Spannzustandes in Folge einer Torsionsspannung kann die Größe der Gasspeicheraufnahme an den Gasspeicher angepasst werden. Beispielsweise kann die Gasspeicheraufnahme an verschiedene Gasspeicher gleicher Bauart angepasst werden, welche sich aufgrund von Fertigungstoleranzen hinsichtlich ihrer Größe unterscheiden können. Außerdem ist es möglich, dass die Größe der Gasspeicheraufnahme am Gasspeicher unterschiedlicher Bauart und Größe angepasst wird.
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Günstig ist es, wenn die Wicklungen in Verlaufsrichtung der Kühlschlange zwischen dem ersten Kühlschlangenabschnitt und dem zweiten Kühlschlangenabschnitt angeordnet sind und wenn der erste Kühlschlangenabschnitt und der zweite Kühlschlangenabschnitt vorzugsweise Endabschnitte der Kühlschlange sind. Dies gibt die Möglichkeit, die Kühlschlange zwischen den endseitig angeordneten Kühlschlangenabschnitten über die gesamte oder im Wesentlichen die gesamte Länge zu spannen.
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Von Vorteil ist es, wenn zumindest ein Kühlschlangenabschnitt an der ihm zugeordneten Halterung in einer Mehrzahl von Positionen fixierbar ist, wobei die Kühlschlange in unterschiedlichen Positionen unterschiedliche Spannzustände einnimmt und mit unterschiedlichen Torsionsspannungen beaufschlagt ist. Dadurch erweist sich die Einrichtung als vielseitig. Je nachdem an welcher Position der Kühlschlangenabschnitt an der ihm zugeordneten Halterung fixiert wird, kann die Kühlschlange mit unterschiedlichen Torsionsspannungen beaufschlagt werden. Dies gibt die Möglichkeit, die Größe der Gasspeicheraufnahme zur verbesserten Anpassung an die Größe des Gasspeichers zu variieren.
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Günstigerweise sind beide Kühlschlangenabschnitte an der ihnen jeweils zugeordneten Halterung an einer Mehrzahl von Positionen fixierbar, wobei die Kühlschlange in den unterschiedlichen Positionen unterschiedliche Spannzustände einnimmt und mit unterschiedlichen Torsionsspannungen beaufschlagt ist. Dadurch kann die Vielseitigkeit der Einrichtung gesteigert werden.
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Bevorzugt ist die Mehrzahl von Positionen, mit der der Kühlschlangenabschnitt an der ihm zugeordneten Halterung fixierbar ist, stufenlos einstellbar. Darunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass die Position, an der der Kühlschlangenabschnitt an der Halterung fixierbar ist, kontinuierlich variiert werden kann. Bei dieser Ausführungsform kann der Spannzustand der Kühlschlange und damit die Torsionsspannung stufenlos und insbesondere kontinuierlich eingestellt werden. Dies erlaubt es, die Größe der Gasspeicheraufnahme kontinuierlich an den Gasspeicher anzupassen, und dadurch einen besonders guten Wärmekontakt bereitzustellen.
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Es kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Kühlschlangenabschnitt kraftschlüssig, formschlüssig, klemmend und/oder rastend an der ihm zugeordneten Halterung fixierbar ist.
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Günstig ist es, wenn zumindest ein Kühlschlangenabschnitt lösbar an der ihm zugeordneten Halterung fixierbar ist, beispielsweise zur Erleichterung der Handhabung der Einrichtung. Denkbar ist, dass der Gasspeicher in die Gasspeicheraufnahme eingeführt und anschließend die Kühlschlange mit dem daran angeordneten Gasspeicher an den Halterungen fixiert wird. Umgekehrt kann die Kühlschlange von den Halterungen gelöst und anschließend der Gasspeicher aus der Gasspeicheraufnahme entnommen werden.
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Vorteilhafterweise ist der Gasspeicher mit der den mindestens einen Spannzustand einnehmenden Kühlschlange in der Gasspeicheraufnahme fixierbar, wobei der Gasspeicher klemmend von den Wicklungen gehalten ist. Dies erlaubt es, den Gasspeicher zu sichern. Es kann vorgesehen sein, dass der Gasspeicher auch während des normalen Betriebes in der Anlage oder dem System, bei der beziehungsweise bei dem er zum Einsatz kommt, in der Gasspeicheraufnahme fixiert ist. Der Gasspeicher kann auch nur während des Befüllens mit Gas in der Gasspeicheraufnahme fixiert sein. Die unter der Torsionsspannung stehenden Wicklungen können sich außenseitig an den Gasspeicher anlegen und diesen klemmend fixieren, wodurch zugleich ein sehr guter Wärmekontakt hergestellt wird.
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Vorzugsweise sind die erste Halterung und die zweite Halterung identisch ausgestaltet, wodurch die Konstruktion der Einrichtung vereinfacht wird.
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Von Vorteil ist es, wenn zumindest eine Halterung einen ersten Abschnitt aufweist und einen an diesem fixierbaren zweiten Abschnitt, wobei die Kühlschlange vom zweiten Abschnitt mit der Torsionsspannung beaufschlagbar ist. Der erste Abschnitt kann beispielsweise ortsfest an einem Tragelement für die Kühlschlange und den Gasspeicher festgelegt sein. Mittels des zweiten Abschnittes, der am ersten Abschnitt fixierbar ist, kann der Kühlschlangenabschnitt fixiert und dadurch die Kühlschlange unter Torsionsspannung gesetzt werden.
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Als günstig erweist es sich, wenn der erste Abschnitt zwei voneinander beabstandete Segmente aufweist, zwischen denen eine Aufnahme für den Kühlschlangenabschnitt angeordnet ist und wenn der Kühlschlangenabschnitt in die Aufnahme einführbar und darin mit dem zweiten Abschnitt fixierbar ist. Der zweite Abschnitt wird bevorzugt an beiden Segmenten des ersten Abschnitts fixiert, um den Kühlschlangenabschnitt zuverlässig am ersten Abschnitt zu befestigen. Zu diesem Zweck kann der zweite Abschnitt einen Riegel bilden, der den Kühlschlangenabschnitt in der Aufnahme halten kann.
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Vorzugsweise ist die Aufnahme einseitig geöffnet und weist eine Einführöffnung auf, durch die hindurch der Kühlschlangenabschnitt in die Aufnahme einführbar ist. Beispielsweise umfasst die Aufnahme einen Schlitz oder ist als solcher ausgestaltet, in den der Kühlschlangenabschnitt eingeführt werden kann. Mit dem zweiten Abschnitt, der den Kühlschlangenabschnitt im Schlitz fixiert, kann die Kühlschlange an der Halterung gehalten werden.
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Günstig ist es, wenn der zweite Abschnitt am ersten Abschnitt in einer Mehrzahl von Positionen fixierbar ist. Dies gibt die Möglichkeit, die Kühlschlange abhängig von der Relativposition des ersten und des zweiten Abschnittes in unterschiedliche Spannzustände zu überführen und mit unterschiedlichen Torsionsspannungen zu beaufschlagen. Wie vorstehend erläutert, kann die Größe der Gasspeicheraufnahme dadurch auf einfache Weise verändert werden, um sie an die Gasspeicher unterschiedlicher Größe anzupassen.
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Bei einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung umfasst der erste Abschnitt ein Langloch oder bildet ein solches aus, längs dem der zweite Abschnitt am ersten Abschnitt festlegbar beweglich angeordnet ist. Am Langloch kann der zweite Abschnitt in einer Vielzahl von Positionen relativ zu ersten Abschnitt fixiert werden. Insbesondere ist es möglich, dass der zweite Abschnitt längs des ersten Abschnitts verschoben wird und dadurch relativ zu diesem unterschiedliche Positionen einnehmen kann. Durch die Verschiebung kann der Kühlschlangenabschnitt und damit die Kühlschlange unterschiedliche Spannzustände einnehmen und die Kühlschlange mit unterschiedlicher Torsionsspannung beaufschlagt werden. Nimmt der zweite Abschnitt die gewünschte Position ein, kann er, zum Beispiel klemmend, am ersten Abschnitt fixiert werden.
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Vorzugsweise weist die Halterung einen dritten Abschnitt auf zum Fixieren der Halterung an einem Tragelement, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist. Über den dritten Abschnitt kann die Halterung an einem Tragelement festgelegt werden, beispielsweise einem plattenförmigen Tragelement, auf dem die Einrichtung angeordnet ist. Die Halterungen können an einem gemeinsamen Tragelement festgelegt sein.
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Das Tragelement kann von der Einrichtung umfasst werden.
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Günstig ist es, wenn die erste Halterung und/oder die zweite Halterung einen Haltewinkel umfasst oder bildet. Beispielsweise bildet eine Halterung einen Winkel mit einem an einem Tragelement festgelegten oder festlegbaren (dritten) Abschnitt und einen weiteren (ersten) Abschnitt, an dem der Kühlschlangenabschnitt fixierbar ist. Der Haltewinkel kann insbesondere ein 90°-Winkel sein.
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Vorteilhafterweise weist die Einrichtung mindestens ein axiales Fixierelement auf zum Fixieren eines in der Gasspeicheraufnahme angeordneten Gasspeichers längs einer von der Kühlschlange definierten Achse. Dies erlaubt es, den Gasspeicher noch zuverlässiger in der Gasspeicheraufnahme zu haltern. Beispielsweise wird der Gasspeicher mit dem axialen Fixierelement fixiert, nachdem er in die Gasspeicheraufnahme eingesetzt worden ist.
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Die Fixierung des Gasspeichers mit dem axialen Fixierelement kann zum Beispiel klemmend, rastend, formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen.
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Bei einer Umsetzung der Einrichtung in der Praxis erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Fixierelement zwei über einen Zwischenraum voneinander beabstandete Segmente aufweist, wobei der Gasspeicher mit einem Halsabschnitt in den Zwischenraum einführbar ist. Beispielsweise bilden die Segmente einen Aufnahme für einen Halsabschnitt des Gasspeichers, der in die Aufnahme eingeführt in Längsrichtung unverrückbar am Fixierelement gehalten ist.
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Das axiale Fixierelement kann einen Abschnitt aufweisen, mit dem es an einem Tragelement für die Einrichtung festgelegt oder festlegbar ist.
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Beispielsweise ist das axiale Fixierelement als Winkel ausgestaltet, insbesondere als 90°-Winkel.
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Günstig ist es, wenn die Kühlschlange ein Auflageelement bildet, auf dem ein in der Gasspeicheraufnahme angeordneter Gasspeicher aufliegt. Dadurch kann der Gasspeicher auf einfache Weise in der Gasspeicheraufnahme gehalten werden.
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Beispielsweise ist der Gasspeicher horizontal ausgerichtet, wenn er in der Gasspeicheraufnahme angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist die Kühlschlange aus Metall gefertigt, insbesondere aus Kupfer. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls kann die Wärme des Gasspeichers wirkungsvoll abgeführt werden.
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Günstigerweise ist der Querschnitt eines Rohres der Kühlschlange rund, insbesondere elliptisch. "Rund" ist vorliegend insbesondere als "frei von Ecken" aufzufassen, jedoch nicht notwendigerweise als "kreisrund". Durch den bevorzugt elliptischen Querschnitt können sich die Wicklungen besser an die Außenseite des Gasspeichers anlegen und einen besseren Wärmekontakt bereitstellen.
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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. Der Gasspeicher kann in die Gasspeicheraufnahme eingeführt werden. 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 der Kühlschlange zu verwenden. Die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung sind insbesondere einseitige Öffnungen der Kühlschlange.
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Günstig ist es, wenn die Kühlschlange einen durchströmbaren Hohlkörper umfasst oder bildet und an einem ersten Ende und an einem zweiten Ende vorzugsweise Anschlusselemente zum Anschließen von Kühlmittelleitungen aufweist. Mittels eines die Kühlschlange durchströmenden Kühlmediums kann an die Kühlschlange übertragene Wärme zuverlässig abgeführt werden. Das Kühlmedium kann beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch sein. Als Alkohol kann beispielsweise Glykol zum Einsatz kommen, insbesondere Monoethylenglykol. Die Anschlusselemente sind vorzugsweise Schnellkupplungen, über die Kühlmittelleitungen günstigerweise manuell und werkzeuglos an die Kühlschlange angeschlossen werden können.
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Bevorzugt weist die Einrichtung mindestens ein Anlageelement auf, an dem die Kühlschlange anliegt und das an einem Tragelement fixiert oder fixierbar ist. Über das Anlageelement kann sich die Kühlschlange abstützen und dadurch eine gut definierte Relativposition zu einem Tragelement einnehmen.
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Bevorzugt ist das Anlageelement ein Auflageelement, auf dem die Kühlschlange aufliegt. Die Auflage kann beispielsweise schalen- oder rinnenförmig ausgestaltet sein und in ihrer Krümmung an die Krümmung der Wicklungen der Kühlschlange angepasst sein.
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Bei einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn das Anlageelement eine Schelle umfasst oder bildet, die die Wicklungen umgreift und mit der die Wicklungen an einem in der Gasspeicheraufnahme angeordneten Gasspeicher fixierbar sind. Die Schelle, zum Beispiel eine Schlauchschelle oder eine Rohrschelle, erlaubt eine konstruktiv einfache und benutzerfreundliche Fixierung der Kühlschlange einschließlich eines in dessen Gasspeicheraufnahme gehaltenen Gasspeichers. Die Schelle kann vorzugsweise manuell und werkzeuglos geöffnet und/oder geschlossen werden, um die Kühlschlange aus ihr zu entnehmen.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr in Längsrichtung der Kühlschlange voneinander beabstandete Anlage- und insbesondere Auflageelemente vorgesehen sind.
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Die Einrichtung kann mindestens einen Gasspeicher umfassen, insbesondere einen Metallhydridspeicher.
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Wie eingangs erwähnt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren. Die eingangs gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Wärmekontaktes von einem Gasspeicher auf einen Kühlkörper gelöst, der eine Wicklungen aufweisende Kühlschlange umfasst und eine Gasspeicheraufnahme umfasst oder bildet, in die der Gasspeicher einführbar ist, wobei die Kühlschlange mit einem ersten Kühlschlangenabschnitt an einer ersten Halterung und mit einem zweiten Kühlschlangenabschnitt an einer von der ersten Halterung beabstandeten zweiten Halterung fixiert wird und in einen Spannzustand überführt wird, in der die Kühlschlange mit einer in Wicklungsrichtung wirkenden Torsionsspannung beaufschlagt wird, so dass sich die Wicklungen an einen Außenseite des in der Gasspeicheraufnahme angeordneten Gasspeichers anlegen.
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Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung erwähnt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf voranstehende Erläuterungen verwiesen werden kann.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden, dessen Merkmale bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung vorteilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung erwähnt wurden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird diesbezüglich ebenfalls auf die voranstehenden Erläuterungen verwiesen.
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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 Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers, bei der die erfindungsgemäße Einrichtung zum Einsatz kommt, 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 Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers, die in einem Fahrzeug angeordnet ist;
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5: eine schematische Darstellung einer dritten Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers, die modular aufgebaut ist und zum Teil in einem Fahrzeug angeordnet ist;
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6: eine schematische Darstellung einer vierten Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers, die ebenfalls modular aufgebaut und teilweise in einem Fahrzeug angeordnet ist;
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7: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung und eines an dieser befestigten Gasspeichers, wie sie bei den Vorrichtungen gemäß den 1, 4, 5 oder 6 zum Einsatz kommt;
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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. 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 erfindungsgemäßen 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 kraftund/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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Die Einrichtung 80 erlaubt die Durchführung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie dies eingangs erläutert wurde.
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Nachfolgend wird auf in den 4 bis 6 dargestellte weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung zum Befüllen mindestens eines Gasspeichers eingegangen, die insgesamt mit den Bezugszeichen 150, 170 beziehungsweise 190 belegt sind und die jeweils Einrichtungen 80 aufweisen. 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
