DE102016221779A1 - Method for filling a pressure vessel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befüllung eines Druckbehälters mit Gas, umfassend folgende Schritte in gegebener Reihenfolge: Bereitstellen eines Druckbehälters mit einer im Druckbehälter angeordneten Blase, wobei die Blase mit einem Ausgangsgas, insbesondere Luft, gefüllt ist, und Einfüllen des Gases in den Druckbehälter, wobei das Gas zwischen die Innenwand des Druckbehälters und die Blase eingefüllt wird.The invention relates to a method for filling a pressure vessel with gas, comprising the following steps in a given order: providing a pressure vessel with a bubble arranged in the pressure vessel, wherein the bubble is filled with a starting gas, in particular air, and filling the gas into the pressure vessel, wherein the gas is filled between the inner wall of the pressure vessel and the bladder.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter und ein Verfahren zur Befüllung eines Druckbehälters mit Gas. Bei dem Gas handelt es sich insbesondere um ein Brenngas. Der Druckbehälter wird vorzugsweise in einem Fahrzeug verwendet.The technology disclosed herein relates to a pressure vessel and a method for filling a pressure vessel with gas. The gas is in particular a fuel gas. The pressure vessel is preferably used in a vehicle.
Hier betrachtete Druckbehälter werden beispielsweise in Fahrzeugen zur Bevorratung von Brenngas verwendet. Bei dem Brenngas handelt es sich beispielsweise um Wasserstoff oder Erdgas. Das Brenngas wird dabei im gasförmigen Aggregatszustand im Druckbehälter bevorratet. Die Druckbehälter müssen nach der Herstellung und vor der Inbetriebnahme bzw. nach einer Entleerung bei einem Service mit dem Brenngas befüllt werden. Der Druckbehälter ist nach seiner Herstellung mit Luft unter Umgebungsdruck gefüllt. Aus Gründen des Explosionsschutzes ist es nicht möglich, direkt eine Füllung mit dem Brenngas durchzuführen. In diesem Fall könnte ein zündfähiges Gemisch aus dem Brenngas und Luftsauerstoff entstehen.Pressure vessels considered here are used, for example, in vehicles for storing fuel gas. The fuel gas is, for example, hydrogen or natural gas. The fuel gas is stored in the gaseous state of aggregation in the pressure vessel. The pressure vessels must be filled after manufacture and before commissioning or after emptying at a service with the fuel gas. The pressure vessel is filled after its production with air at ambient pressure. For reasons of explosion protection, it is not possible to perform a filling with the fuel gas directly. In this case, an ignitable mixture could arise from the fuel gas and atmospheric oxygen.
Deshalb wird im Stand der Technik nicht unmittelbar das Brenngas in den luftgefüllten Druckbehälter gefüllt, sondern es erfolgt zunächst eine Zwischenfüllung mit einem Inertgas. Die dabei entstehenden Mischungen aus Luft und Inertgas bzw. Inertgas und Brenngas sind jeweils aus Sicht des Explosionsschutzes unbedenklich. Speziell bei Druckbehältern mit nur einer Öffnung, kann nicht ohne weiteres die Luft gegen das Inertgas bzw. das Inertgas gegen das Brenngas ausgetauscht werden. Stattdessen finden in der Regel Druckwechselspülungen statt: Dabei wird das einzufüllende Gas (Inertgas oder Brenngas) in den Druckbehälter eingefüllt. Es wird ein Überdruck gegen die Umgebung erzeugt und gleichzeitig unbedingt die Druckgrenze des Druckbehälters eingehalten. Anschließend wird der Überdruck wieder annähernd bis zu einem eventuell notwendigen Behältermindestdruck abgelassen und die Prozedur so lange wiederholt, bis das einzufüllende Gas mit der erforderlichen Reinheit im Druckbehälter vorliegt. Ein Behältermindestdruck kann beispielsweise erforderlich sein, um ein Ablösen einer (Kunststoff-)Liner-Wand von der umgebenden Faserarmierung zu vermeiden.Therefore, in the prior art, the fuel gas is not directly filled in the air-filled pressure vessel, but it is initially an intermediate filling with an inert gas. The resulting mixtures of air and inert gas or inert gas and fuel gas are each harmless from the point of view of explosion protection. Especially with pressure vessels with only one opening, the air can not be easily replaced by the inert gas or the inert gas against the fuel gas. Instead, pressure change rinses generally take place: the gas to be filled in (inert gas or fuel gas) is introduced into the pressure vessel. It creates an overpressure against the environment while maintaining the pressure limit of the pressure vessel. Subsequently, the overpressure is released again approximately to a possibly necessary minimum container pressure and the procedure is repeated until the gas to be filled with the required purity is present in the pressure container. A minimum container pressure may be required, for example, to avoid detachment of a (plastic) liner wall from the surrounding fiber reinforcement.
Des Weiteren, insbesondere wenn der Druckbehälter konstruktionsbedingt keinen Behältermindestdruck erfordert, ist auch eine Evakuierung des Druckbehälters möglich, sodass das sich darin ursprünglich befindliche Gas nahezu vollständig entfernt wird, bevor das einzufüllende Gas in den Druckbehälter gefüllt wird. Sowohl die Druckwechselspülungen als auch das Evakuieren ist relativ aufwendig hinsichtlich der Zeit und den benötigten Anlagen. Ferner entstehen bei der Druckwechselspülung Gasgemische, die entsprechend entsorgt werden müssen.Furthermore, especially if the pressure vessel does not require a minimum pressure of the vessel due to the design, an evacuation of the pressure vessel is also possible, so that the gas originally contained therein is almost completely removed before the gas to be filled is filled into the pressure vessel. Both the pressure swing flushing and the evacuation is relatively expensive in terms of time and the required equipment. Furthermore, in the pressure swing rinse gas mixtures, which must be disposed of accordingly.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, ein schnelles, sicheres und effizientes Verfahren zur Befüllung eines Druckbehälters und einen entsprechenden Druckbehälter anzugeben. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to suggest an alternative solution. In particular, it is an object of the technology disclosed herein to provide a fast, safe and efficient method for filling a pressure vessel and a corresponding pressure vessel. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of claim 1. The dependent claims are preferred embodiments.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Befüllung eines Druckbehälters mit Gas. Der Druckbehälter wird insbesondere in einem Fahrzeug verwendet. Der Druckbehälter kann sich bei der Befüllung auch schon in dem Fahrzeug befinden. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte in der gegebenen Reihenfolge: The object is achieved by a method for filling a pressure vessel with gas. The pressure vessel is used in particular in a vehicle. The pressure vessel may already be in the vehicle during filling. The method comprises at least the following steps in the given order:
Zunächst wird ein Druckbehälter bereitgestellt. In dem Druckbehälter befindet sich eine Blase. Die Blase ist insbesondere aus einem flexiblen Material. Die Blase ist mit einem Ausgangsgas gefüllt. Bei dem Ausgangsgas handelt es sich insbesondere um Luft. In besonders kritischen Fällen kann aufgrund der Explosionssicherheit auch ein Inertgas als Ausgangsgas verwendet werden. Die ursprünglich im Inneren des Druckbehälters in der Blase befindliche Luft kann beispielsweise durch ein herkömmliches Verfahren gegen das Inertgas ausgetauscht werden.First, a pressure vessel is provided. In the pressure vessel is a bubble. The bladder is in particular made of a flexible material. The bubble is filled with a source gas. The starting gas is in particular air. In particularly critical cases, due to the explosion safety, an inert gas can also be used as the starting gas. The air originally in the interior of the pressure vessel in the bubble can be exchanged for example by a conventional method against the inert gas.
Der Druckbehälter kann einen Liner umfassen. Der Liner bildet den Hohlkörper aus, in dem das Gas gespeichert ist. Der Liner kann beispielsweise aus Aluminium oder Stahl oder aus deren Legierungen hergestellt sein. Ferner bevorzugt kann der Liner aus einem Kunststoff hergestellt sein. Es kann ebenso auch ein linerloser Druckbehälter verwendet werden.The pressure vessel may include a liner. The liner forms the hollow body in which the gas is stored. The liner may for example be made of aluminum or steel or of their alloys. Further preferably, the liner may be made of a plastic. It can also be used a linerless pressure vessel.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Innenraum des Druckbehälters vollständig durch die mit dem Ausgangsgas gefüllte Blase ausgefüllt ist.In particular, it is provided that the interior of the pressure vessel is completely filled by the bubble filled with the starting gas.
Im nächsten Schritt erfolgt das Einfüllen des Gases, insbesondere Brenngases, in den Druckbehälter. Es ist vorgesehen, dass das Gas zwischen die Innenwand des Druckbehälters und die Blase eingefüllt wird. Das eingebrachte Gas ist somit anfänglich begrenzt durch die Innenwand des Druckbehälters und die sich verkleinernde Blase. Durch das einströmende Gas wird die Blase verkleinert und das Ausgangsgas verdrängt. Eine Öffnung der Blase ist dabei an einer Öffnung des Druckbehälters angeordnet, sodass das verdrängte Ausgangsgas aus der Blase und somit auch aus dem Druckbehälter strömt. Beim Einfüllen des Gases wird das durch die Blase gebildete Volumen des Ausgangsgases stetig kleiner, bis die Blase vollständig leer ist und das vollständige Volumen des Druckbehälters durch das einzufüllende Gas eingenommen ist.In the next step, the filling of the gas, in particular fuel gas, takes place in the pressure vessel. It is envisaged that the gas is filled between the inner wall of the pressure vessel and the bladder. The introduced gas is thus initially limited by the inner wall of the pressure vessel and the decreasing bubble. The inflowing gas reduces the size of the bubble and displaces the starting gas. An opening of the bladder is arranged at an opening of the pressure vessel, so that the displaced starting gas flows out of the bladder and thus also out of the pressure vessel. At the Filling of the gas, the volume of the starting gas formed by the bubble is steadily smaller until the bubble is completely empty and the complete volume of the pressure vessel is occupied by the gas to be filled.
Das hier vorgestellte Verfahren stellt sicher, dass das ursprünglich im Druckbehälter befindliche Ausgangsgas stets von dem einzufüllenden Gas getrennt ist. Eine Verwendung von Inertgas ist somit nicht zwingend notwendig. The method presented here ensures that the starting gas originally contained in the pressure vessel is always separated from the gas to be filled. A use of inert gas is therefore not absolutely necessary.
Das Verfahren kann sehr schnell durchgeführt werden, da keine mehrmaligen Durchgänge wie bei der Druckwechselspülung nötig sind.The process can be carried out very quickly, since no repeated passages as in the pressure swing flushing are necessary.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Blase vor dem Einfüllen des Gases zumindest bereichsweise an der Innenwand des Druckbehälters anliegt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass vor dem Einfüllen des Gases die Blase vollständig an der Innenwand des Druckbehälters anliegt.Preferably, it is provided that the bubble rests at least partially against the inner wall of the pressure vessel before filling the gas. Particularly preferably, it is provided that before the filling of the gas, the bladder rests completely on the inner wall of the pressure vessel.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass sich vor dem Einfüllen des Gases zwischen der Blase und der Innenwand keine mit Luft gefüllten Hohlräume befinden.Furthermore, it is preferably provided that there are no air-filled cavities between the bubble and the inner wall before the gas is introduced.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Blase vor dem Einfüllen des Gases an der Innenwand haftet. Vorzugsweise haftet die Blase stoffschlüssig an der Innenwand. Dieses Haften der Blasen an der Innenwand wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Druckbehälter aus mehreren Schichten gefertigt wird, wobei die Schichten aneinanderhaften. Die innerste Schicht stellt die Blase dar. Durch das Einfüllen des Gases zwischen die Blase und die Innenwand wird die Blase von der Innenwand abgeschält. Die „Haftung“ ist vorzugsweise so stark, um ein sicheres Anliegen der Blase an der Innenwand sicherzustellen und andererseits so schwach, um das Abschälen zu ermöglichen. Je nach Ausgestaltung kann auch ein Trennmittel und/oder ein Haftvermittler zwischen der Blase und der Innenwand sinnvoll sein, um diese „Haftung“ entsprechend auszugestalten und/oder eine grenzflächenaktive Substanz, um bei der Bildung bzw. Herstellung der Blase, bevorzugt aus der flüssigen Phase, eine ausreichend gute Benetzung der Innenwand durch das die Blase ausbildende Medium zu erreichen.In particular, it is provided that the bubble adheres to the inner wall before filling the gas. Preferably, the bubble adheres cohesively to the inner wall. This adhesion of the bubbles to the inner wall is achieved, in particular, by producing the pressure vessel from a plurality of layers, the layers adhering to one another. The innermost layer represents the bubble. By filling the gas between the bubble and the inner wall, the bubble is peeled off the inner wall. The "adhesion" is preferably so strong as to ensure a secure abutment of the bladder on the inner wall and on the other hand so weak as to allow peeling. Depending on the embodiment, a release agent and / or an adhesion promoter between the bladder and the inner wall may be useful in order to design this "adhesion" accordingly and / or a surface-active substance to in the formation or production of the bladder, preferably from the liquid phase To achieve a sufficiently good wetting of the inner wall by the bubble forming medium.
In besonders bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass die Blase zusammen mit der Innenwand des Druckbehälters gefertigt wird. Die Blase kann dabei, wie der Liner selbst, durch Rotationsformen, Blasformen oder Spritzgießen hergestellt werden. Bevorzugt wird bei der Herstellung durch Einsatz eines Trennmittels sichergestellt, dass die Blase sich später leicht wieder von der Innenwand des Behälters löst.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the bladder is manufactured together with the inner wall of the pressure vessel. The bladder, like the liner itself, can be made by rotational molding, blow molding or injection molding. It is preferably ensured in the production by use of a release agent that the bubble later easily dissolves again from the inner wall of the container.
Alternativ hierzu ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Blase nach der Fertigung der Innenwand in den Druckbehälter eingesetzt wird. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein flüssiges aushärtbares Material, insbesondere Gummi oder Kunststoff, in den Druckbehälter gegossen wird. Besonders bevorzugt wird der Druckbehälter während des Aushärtens dieses Materials um mehrere Achsen geschwenkt, sodass sich das Material an die Innenwand anlegt. Nach dem Aushärten stellt dieses Material die Blase dar.Alternatively, it is preferably provided that the bladder is inserted into the pressure vessel after the production of the inner wall. For this purpose, it is preferably provided that a liquid hardenable material, in particular rubber or plastic, is poured into the pressure vessel. Particularly preferably, the pressure vessel is pivoted about several axes during the curing of this material, so that the material rests against the inner wall. After curing, this material represents the bubble.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Blase, wie ein leerer Luftballon, in den Druckbehälter eingesetzt wird und im Druckbehälter aufgeblasen wird, bis das ganze Volumen des Druckbehälters durch die Blase eingenommen wird. Die Blase wird vorzugsweise mit Luft oder Inertgas aufgeblasen.Further, it is preferably provided that the bladder, such as an empty balloon, is inserted into the pressure vessel and is inflated in the pressure vessel until the entire volume of the pressure vessel is occupied by the bladder. The bubble is preferably inflated with air or inert gas.
Vorzugsweise wird die Blase nach dem Einfüllen des Gases, insbesondere nach dem vollständigen Befüllen des Druckbehälters mit dem Gas, aus dem Druckbehälter entfernt.Preferably, the bubble is removed after filling the gas, in particular after complete filling of the pressure vessel with the gas from the pressure vessel.
Wie eingangs beschrieben, kann im Regelfall auf die Verwendung eines Inertgases verzichtet werden. Für besonders kritische Fälle ist jedoch auch bevorzugt vorgesehen, eine weitere Blase im Druckbehälter und in der bereits beschriebenen ersten Blase zu verwenden. Dabei wird vor dem Einfüllen des Gases, insbesondere des Brenngases, zwischen die beiden Blasen ein Zusatzgas, vorzugsweise ein Inertgas, eingefüllt. Sobald das Zusatzgas und somit die äußere Blase das vollständige Volumen des Druckbehälters einnimmt, kann das einzufüllende Gas zwischen die äußere Blase und die Innenwand des Druckbehälters eingefüllt werden.As described above, can be dispensed with the use of an inert gas as a rule. For particularly critical cases, however, it is also preferable to use a further bladder in the pressure vessel and in the first bladder already described. In this case, before the filling of the gas, in particular the fuel gas, an additional gas, preferably an inert gas, is introduced between the two bubbles. Once the additional gas and thus the outer bladder occupies the entire volume of the pressure vessel, the gas to be filled can be filled between the outer bladder and the inner wall of the pressure vessel.
Das Gas, das in den Druckbehälter eingefüllt wird, ist insbesondere ein Brenngas. Bei dem Brenngas handelt es sich insbesondere um Wasserstoff oder ein kohlenstoffhaltiges Brenngas. Das kohlenstoffhaltige Brenngas ist insbesondere Erdgas.The gas that is introduced into the pressure vessel is, in particular, a fuel gas. The fuel gas is in particular hydrogen or a carbon-containing fuel gas. The carbonaceous fuel gas is especially natural gas.
Das hier vorgestellte Verfahren wird insbesondere bei einem Druckbehälter mit nur einer Öffnung angewendet.The method presented here is used in particular in a pressure vessel with only one opening.
In einer bevorzugten Variante wird das hier beschriebene Verfahren an einem Druckbehälter durchgeführt, der in einem Fahrzeug verbaut ist.In a preferred variant, the method described here is carried out on a pressure vessel which is installed in a vehicle.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner den Druckbehälter. Der Druckbehälter ist vorzugsweise zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgebildet. Im Druckbehälter ist zumindest eine Blase angeordnet. Die Blase ist an einer Öffnung des Druckbehälters nach außen offen. Zwischen die Innenwand des Druckbehälters und die Blase ist das Gas, insbesondere Brenngas einfüllbar.The technology disclosed herein further includes the pressure vessel. The pressure vessel is preferably designed for carrying out the described method. In the pressure vessel at least one bubble is arranged. The bladder is open at an opening of the pressure vessel to the outside. Between the inner wall of the pressure vessel and the bubble, the gas, in particular fuel gas can be filled.
Die im Rahmen des offenbarten Verfahrens beschriebenen Unteransprüche und vorteilhaften Ausgestaltungen finden auch entsprechend vorteilhafte Anwendung auf den Druckbehälter. Insbesondere ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Blase vor dem Einfüllen des Gases zumindest bereichsweise an der Innenwand des Druckbehälters anliegt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass vor dem Einfüllen des Gases die Blase vollständig an der Innenwand des Druckbehälters anliegt. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass sich vor dem Einfüllen des Gases zwischen der Blase und der Innenwand keine mit Luft gefüllten Hohlräume befinden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Blase vor dem Einfüllen des Gases an der Innenwand haftet. Vorzugsweise haftet die Blase stoffschlüssig an der Innenwand. Durch das Einfüllen des Gases zwischen die Blase und die Innenwand wird die Blase von der Innenwand abgeschält.The subclaims and advantageous embodiments described in the context of the disclosed method also find correspondingly advantageous application to the pressure vessel. In particular, it is preferably provided that the bubble rests at least partially against the inner wall of the pressure vessel before filling the gas. Particularly preferably, it is provided that before the filling of the gas, the bladder rests completely on the inner wall of the pressure vessel. Furthermore, it is preferably provided that there are no air-filled cavities between the bubble and the inner wall before the gas is introduced. In particular, it is provided that the bubble adheres to the inner wall before filling the gas. Preferably, the bubble adheres cohesively to the inner wall. By filling the gas between the bladder and the inner wall, the bladder is peeled off the inner wall.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 bis 3 schematische Ansichten eines Druckbehälters zur Erläuterung des offenbarten Verfahrens.
-
1 to3 schematic views of a pressure vessel for explaining the disclosed method.
Die
Wie
Ferner verdeutlicht
Die Innenwand des Druckbehälters
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Druckbehälterpressure vessel
- 22
- Öffnungopening
- 33
- Luftair
- 66
- Gas, insbesondere BrenngasGas, especially fuel gas
- 88th
- Blasebladder
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016221779.8A DE102016221779A1 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | Method for filling a pressure vessel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016221779.8A DE102016221779A1 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | Method for filling a pressure vessel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016221779A1 true DE102016221779A1 (en) | 2018-05-09 |
Family
ID=62002945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016221779.8A Withdrawn DE102016221779A1 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | Method for filling a pressure vessel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016221779A1 (en) |
Citations (5)
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-
2016
- 2016-11-07 DE DE102016221779.8A patent/DE102016221779A1/en not_active Withdrawn
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