DE102019131405A1 - Method for filling a pressure vessel of a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft erfindungsgemäß ein Verfahren zum Befüllen eines Druckbehälters (10) eines Kraftfahrzeugs mit einem fluiden Brennstoff zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Einbringen des Brennstoffs in den Druckbehälter (10) durch eine Einfülleinrichtung des Druckbehälters (10) mit einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum (12) des Druckbehälters (10) und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter (10) eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar derart, dass sich beim Einströmen des Brennstoffs aus der Einfülleinrichtung in den Innenraum (12) des Druckbehälters (10) eine turbulente Strömung ausbildet.The technology disclosed here relates, according to the invention, to a method for filling a pressure vessel (10) of a motor vehicle with a fluid fuel for driving the motor vehicle, the method comprising the following step: introducing the fuel into the pressure vessel (10) through a filling device of the pressure vessel (10) with a pressure difference between the interior (12) of the pressure vessel (10) and a filling device from which the fuel is introduced into the pressure vessel (10) of approx. 10 to approx. 30 bar such that when the fuel flows in from the Filling device in the interior (12) of the pressure vessel (10) forms a turbulent flow.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Druckbehälters eines Kraftfahrzeugs und einen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug.The technology disclosed here relates to a method for filling a pressure vessel of a motor vehicle and a pressure vessel for a motor vehicle.

Bei bisher bekannten Druckbehälter zum Speichern von Brennstoff für Kraftfahrzeuge, insbesondere kryogenen Wasserstoff, wird oftmals ein elektrischer Tankwärmetauscher eingesetzt, der mittels Strom Wasserstoff erwärmt. Zum Befüllen des Druckbehälters weist der Druckbehälter eine Betankungsstange, die sich über einen großen Teil der Länge des Druckbehälters erstreckt. Die Betankungsstange weist auf ihrem Umfang eine Vielzahl von Löchern bzw. Aussparungen auf, durch die der Brennstoff in den Druckbehälter strömt bzw. gelangt. Hierdurch wird der Brennstoff relativ gleichmäßig in den Innenraum des Druckbehälters eingebracht.In previously known pressure vessels for storing fuel for motor vehicles, in particular cryogenic hydrogen, an electric tank heat exchanger is often used, which heats hydrogen by means of electricity. To fill the pressure vessel, the pressure vessel has a fueling rod which extends over a large part of the length of the pressure vessel. The fueling rod has a large number of holes or recesses on its circumference, through which the fuel flows or arrives in the pressure vessel. As a result, the fuel is introduced relatively evenly into the interior of the pressure vessel.

Nachteilig an bisher bekannten Druckbehältern ist, dass die Betankungsstange mechanisch abgestützt werden muss, um ein Schwingen des losen Endes der Betankungsstange zu verhindern bzw. zu vermindern. Zudem ist nachteilig, dass die Betankungsstange die Herstellung des Druckbehälters verteuert. Darüber hinaus wird durch die Betankungsstange das Gewicht des Druckbehälters erhöht.The disadvantage of previously known pressure vessels is that the fueling rod has to be mechanically supported in order to prevent or reduce swinging of the loose end of the fueling rod. It is also disadvantageous that the refueling rod makes the manufacture of the pressure vessel more expensive. In addition, the refueling rod increases the weight of the pressure vessel.

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. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie ein Verfahren zum Befüllen eines Druckbehälters eines Kraftfahrzeugs bzw. einen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, bei dem technisch einfach eine Durchmischung des Brennstoffs in dem Druckbehälter während des Einbringens des Brennstoffs in den Druckbehälter erreicht wird. 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 bzw. des Patentanspruchs 4 der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed here to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to propose an alternative solution. In particular, a preferred object of the technology disclosed here is to show a method for filling a pressure vessel of a motor vehicle or a pressure vessel for a motor vehicle in which the fuel in the pressure vessel is technically simply mixed while the fuel is being introduced into the pressure vessel. Further preferred objects can result from the advantageous effects of the technology disclosed here. The object (s) is / are achieved by the subject matter of claim 1 or claim 4 of the independent claims. The dependent claims represent preferred configurations.

Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Befüllen eines Druckbehälters eines Kraftfahrzeugs mit einem fluiden Brennstoff zum Antreiben des Kraftfahrzeugs gelöst, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Einbringen des Brennstoffs in den Druckbehälter durch eine Einfülleinrichtung des Druckbehälters mit einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Druckbehälters und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar derart, dass sich beim Einströmen des Brennstoffs aus der Einfülleinrichtung in den Innenraum des Druckbehälters eine turbulente Strömung ausbildet.In particular, the object is achieved by a method for filling a pressure vessel of a motor vehicle with a fluid fuel for driving the motor vehicle, the method comprising the following step: introducing the fuel into the pressure vessel through a filling device of the pressure vessel with a pressure difference between the interior of the pressure vessel and a filling device, from which the fuel is introduced into the pressure vessel, from approx. 10 to approx. 30 bar in such a way that a turbulent flow is formed when the fuel flows into the interior of the pressure vessel from the filling device.

Ein Vorteil hiervon ist, dass der Brennstoff in dem Druckbehälter durch das Einbringen von Brennstoff in den Druckbehälter durchmischt wird, da der Brennstoff über die Zeit mit unterschiedlichen Richtungen in den Druckbehälter einströmt. Hierdurch werden Temperaturgradienten innerhalb des Druckbehälters verringert bzw. es findet ein Temperaturausgleich über den Innenraum des Druckbehälters statt. Zudem wird keine Betankungsstange oder ähnliches benötigt. Dies spart Kosten und Gewicht. Insbesondere muss in dem Innenraum keine größere Struktur wie eine Betankungsstange oder ähnliches für das Einbringen des Brennstoffs in den Druckbehälter angeordnet sein. Die Änderung der Einströmrichtung des Brennstoffs über die Zeit ist typischerweise nicht genau vorhersagbar. Es ist jedoch ausreichend, dass sich über die Zeit (z.B. jeweils nach einigen Minuten) die Einströmrichtung zufällig bzw. chaotisch ändert.One advantage of this is that the fuel in the pressure vessel is mixed by the introduction of fuel into the pressure vessel, since the fuel flows into the pressure vessel in different directions over time. As a result, temperature gradients within the pressure vessel are reduced or a temperature equalization takes place over the interior of the pressure vessel. In addition, no fueling rod or the like is required. This saves costs and weight. In particular, no larger structure, such as a fueling rod or the like, has to be arranged in the interior space for introducing the fuel into the pressure vessel. The change in the direction of flow of the fuel over time is typically not precisely predictable. However, it is sufficient that the inflow direction changes randomly or chaotically over time (e.g. every few minutes).

Insbesondere wird die Aufgabe auch durch einen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug zum Speichern von Brennstoff gelöst, wobei der Druckbehälter eine Einfülleinrichtung zum Einfüllen des fluiden Brennstoffs in den Druckbehälter aufweist, wobei die Einfülleinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Druckbehälters und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar sich beim Einströmen des Brennstoffs aus der Einfülleinrichtung in den Druckbehälter eine turbulente Strömung ausbildet.In particular, the object is also achieved by a pressure vessel for a motor vehicle for storing fuel, the pressure vessel having a filling device for filling the fluid fuel into the pressure vessel, the filling device being designed in such a way that in the event of a pressure difference between the interior of the pressure vessel and a Filling device, from which the fuel is introduced into the pressure vessel, from approx. 10 to approx. 30 bar, a turbulent flow is formed when the fuel flows into the pressure vessel from the filling device.

Vorteilhaft hieran ist, dass bei dem Druckbehälter der Brennstoff durch das Einbringen von Brennstoff in den Druckbehälter durchmischt wird, da der Brennstoff über die Zeit mit unterschiedlichen Richtungen in den Druckbehälter einströmt. Durch die Änderung der Einströmrichtung werden Temperaturgradienten innerhalb des Druckbehälters verringert bzw. es findet ein Temperaturausgleich über den Innenraum des Druckbehälters statt. Der Druckbehälter benötigt zudem keine Betankungsstange oder ähnliches. Hierdurch kann der Druckbehälter ein geringes Gewicht aufweisen und kostengünstig herstellbar sein. Insbesondere muss in dem Innenraum des Druckbehälters keine größere Struktur wie eine Betankungsstange oder ähnliches für das Einbringen des Brennstoffs in den Druckbehälter angeordnet sein. Die Änderung der Einströmrichtung des Brennstoffs über die Zeit ist typischerweise nicht genau vorhersagbar. Es ist jedoch ausreichend, dass sich über die Zeit (z.B. jeweils nach einigen Minuten) die Einströmrichtung zufällig bzw. chaotisch ändert.The advantage of this is that, in the pressure vessel, the fuel is mixed by introducing fuel into the pressure vessel, since the fuel flows into the pressure vessel in different directions over time. By changing the direction of flow, temperature gradients within the pressure vessel are reduced or temperature equalization takes place over the interior of the pressure vessel. The pressure vessel also does not require a fueling rod or the like. As a result, the pressure vessel can have a low weight and can be manufactured inexpensively. In particular, there is no need to arrange a larger structure such as a fueling rod or the like in the interior of the pressure vessel for introducing the fuel into the pressure vessel. The change in the direction of flow of the fuel over time is typically not precisely predictable. However, it is sufficient that the inflow direction changes randomly or chaotically over time (e.g. every few minutes).

Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein Kraftfahrzeug mit einem oben beschriebenen Druckbehälter gelöst.In particular, the object is also achieved by a motor vehicle with a pressure vessel described above.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Brennstoff derart durch die Einfülleinrichtung in den Druckbehälter eingebracht, dass die Reynolds-Zahl größer als ca. 3*105 ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass sichergestellt ist, dass sich die Einströmrichtung des Brennstoffs in den Druckbehälter oft genug innerhalb eines Befüllungsvorgangs bzw. schnell genug ändert. Somit wird erreicht, dass sich auch bei einem zeitlich kurzen Befüllungsvorgang die Einströmrichtung oftmals ändert und folglich eine gute Durchmischung des Brennstoffs in dem Druckbehälter stattfindet. Darüber hinaus wird sichergestellt, dass die Einströmung turbulent ist.According to one embodiment of the method, the fuel is introduced into the pressure vessel through the filling device in such a way that the Reynolds number is greater than approximately 3 * 10 5 . One advantage of this is that it is ensured that the direction of flow of the fuel into the pressure vessel changes often enough within a filling process or quickly enough. It is thus achieved that the inflow direction often changes even with a brief filling process, and consequently good mixing of the fuel in the pressure vessel takes place. It also ensures that the inflow is turbulent.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Brennstoff derart durch die Einfülleinrichtung in den Druckbehälter eingebracht, dass die Reynolds-Zahl kleiner als ca. 3*106 ist. Vorteilhaft hieran ist, dass ein zu großer Druckverlust durch die Einfülleinrichtung des Druckbehälters verhindert wird. Somit wird bei guter Durchmischung des Brennstoffs in dem Druckbehälter gleichzeitig sichergestellt, dass der Brennstoff mit ausreichend Druck in den Druckbehälter einströmt.According to one embodiment of the method, the fuel is introduced into the pressure vessel through the filling device in such a way that the Reynolds number is less than approximately 3 * 10 6 . The advantage here is that too great a pressure loss through the filling device of the pressure vessel is prevented. Thus, if the fuel is well mixed in the pressure vessel, it is ensured at the same time that the fuel flows into the pressure vessel with sufficient pressure.

Gemäß einer Ausführungsform des Druckbehälters ist die Einfülleinrichtung derart ausgebildet, dass bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Druckbehälters und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar die Reynolds-Zahl größer als ca. 3*105 ist. Vorteilhaft hieran ist, dass bei dem Druckbehälter sichergestellt ist, dass sich die Einströmrichtung des Brennstoffs in den Druckbehälter oft genug innerhalb eines Befüllungsvorgangs bzw. schnell genug ändert. Hierdurch wird erreicht, dass sich auch bei einem zeitlich kurzen Befüllungsvorgang die Einströmrichtung oftmals ändert und folglich eine gute Durchmischung des Brennstoffs in dem Druckbehälter stattfindet. Zudem ist sichergestellt, dass die Einströmung des Brennstoffs in den Druckbehälter turbulent ist.According to one embodiment of the pressure vessel, the filling device is designed such that with a pressure difference between the interior of the pressure vessel and a filling device from which the fuel is introduced into the pressure vessel, the Reynolds number is greater than approx . 3 * 10 5 is. The advantage of this is that in the case of the pressure vessel it is ensured that the direction of flow of the fuel into the pressure vessel changes often enough within a filling process or quickly enough. What is achieved hereby is that the inflow direction often changes even with a brief filling process and consequently the fuel in the pressure vessel is thoroughly mixed. It is also ensured that the flow of fuel into the pressure vessel is turbulent.

Gemäß einer Ausführungsform des Druckbehälters ist die Einfülleinrichtung derart ausgebildet, dass bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Druckbehälters und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar die Reynolds-Zahl kleiner als ca. 3*106 ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass bei dem Druckbehälter ein zu großer Druckverlust durch die Einfülleinrichtung des Druckbehälters verhindert wird. Folglich ist bei guter Durchmischung des Brennstoffs in dem Druckbehälter gleichzeitig sichergestellt, dass der Brennstoff mit ausreichend Druck in den Druckbehälter einströmt.According to one embodiment of the pressure vessel, the filling device is designed in such a way that, in the event of a pressure difference between the interior of the pressure vessel and a filling device from which the fuel is introduced into the pressure vessel, the Reynolds number is less than approx 3 * 10 6 is. One advantage of this is that an excessive pressure loss in the pressure vessel due to the filling device of the pressure vessel is prevented. Consequently, if the fuel is well mixed in the pressure vessel, it is ensured at the same time that the fuel flows into the pressure vessel with sufficient pressure.

Gemäß einer Ausführungsform des Druckbehälters umfasst die Einfülleinrichtung ein Einfüllrohr, das einen Innendurchmesser von ca. 1 mm bis ca. 3 mm aufweist. Ein Vorteil hiervon ist, dass die benötigte Reynolds-Zahl, bei der eine turbulente Strömung entsteht und bei der sich die Einströmrichtung des Brennstoffs in den Druckbehälter über die Zeit ändert, technisch besonders einfach, insbesondere auch bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten, erreicht werden kann.According to one embodiment of the pressure vessel, the filling device comprises a filling pipe which has an inside diameter of approximately 1 mm to approximately 3 mm. One advantage of this is that the Reynolds number required, at which a turbulent flow occurs and the direction of flow of the fuel into the pressure vessel changes over time, can be achieved in a technically particularly simple manner, especially at low flow velocities.

Gemäß einer Ausführungsform des Druckbehälters steht die Einfülleinrichtung in den Innenraum des Druckbehälters vor. Vorteilhaft hieran ist, dass der Bereich, durch den die Einfülleinrichtung bzw. das Einfüllrohr hindurchgeht, thermisch isoliert ist, so dass dieser Bereich nicht übermäßig stark durch den einströmenden Brennstoff abgekühlt wird. Das Entstehen von mechanischen Spannungen aufgrund von großen Temperaturunterschieden von Teilen des Druckbehälters zueinander wird hierdurch verhindert.According to one embodiment of the pressure vessel, the filling device protrudes into the interior of the pressure vessel. The advantage of this is that the area through which the filling device or the filling pipe passes is thermally insulated so that this area is not cooled excessively by the inflowing fuel. This prevents mechanical stresses from occurring due to large temperature differences between parts of the pressure vessel.

Gemäß einer Ausführungsform des Druckbehälters ist die Einfülleinrichtung zumindest teilweise beabstandet zu einem Aufnahmeelement für ein Ventil des Druckbehälters ausgebildet. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Aufnahmeelement für das Ventil bzw. der Boss technisch einfach wärmeisoliert gegenüber der Einfülleinrichtung bzw. dem Einfüllrohr ist. Somit wird ein starkes Abkühlen des Bosses im Vergleich zu dem restlichen Druckbehälter, wodurch starke mechanische Spannungen entstehen könnten, verhindert.According to one embodiment of the pressure vessel, the filling device is designed at least partially at a distance from a receiving element for a valve of the pressure vessel. One advantage of this is that the receiving element for the valve or the boss is technically simply thermally insulated from the filling device or the filling pipe. This prevents the boss from cooling down significantly compared to the rest of the pressure vessel, which could lead to strong mechanical stresses.

Gemäß einer Ausführungsform des Druckbehälters ist die Einfülleinrichtung in einem Aufnahmeelement für ein Ventil des Druckbehälters mittels Verprägung fixiert. Vorteilhaft hieran ist, dass die Einfülleinrichtung bzw. das Einfüllrohr hierdurch technisch einfach bei guter thermischer Isolierung befestigt bzw. fest arretiert ist. Somit wird ein Bewegen bzw. Zappeln der Einfülleinrichtung bzw. des Einfüllrohrs während des Einbringens von Brennstoff in den Druckbehälter sicher verhindert.According to one embodiment of the pressure vessel, the filling device is fixed in a receiving element for a valve of the pressure vessel by means of stamping. The advantage here is that the filling device or the filling pipe is thereby technically simply attached or firmly locked with good thermal insulation. This reliably prevents the filling device or the filling pipe from moving or fidgeting while fuel is being introduced into the pressure vessel.

Gemäß einer Ausführungsform des Druckbehälters umfasst der Druckbehälter ferner einen elektrischen Wärmetauscher. Ein Vorteil hiervon ist, dass der Brennstoff des Druckbehälters technisch einfach erwärmt werden kann. Da der Druckbehälter keine Betankungsstange aufweisen muss, kann der elektrische Wärmetauscher ohne mechanische Einschränkungen in dem Druckbehälter angeordnet werden.According to one embodiment of the pressure vessel, the pressure vessel further comprises an electrical heat exchanger. One advantage of this is that the fuel in the pressure vessel can be heated in a technically simple manner. Since the pressure vessel does not have to have a fueling rod, the electrical heat exchanger can be arranged in the pressure vessel without mechanical restrictions.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode wird mit Brennstoff versorgt. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode wird mit Oxidationsmittel versorgt. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nafion®, Flemion® und Aciplex®.The technology disclosed here relates to a fuel cell system with at least one fuel cell. The fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles (for example passenger cars, motorcycles, utility vehicles), in particular for providing the Energy for at least one prime mover for locomotion of the motor vehicle. In its simplest form, a fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidizing agents into reaction products, producing electricity and heat in the process. The fuel cell comprises an anode and a cathode, which are separated by an ion-selective and ion-permeable separator, respectively. The anode is supplied with fuel. Preferred fuels are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode is supplied with oxidizing agent. Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides. The ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM). A cation-selective polymer electrolyte membrane is preferably used. Materials for such a membrane are, for example: Nafion®, Flemion® and Aciplex®.

Ein Brennstoffzellensystem umfasst neben der mindestens einen Brennstoffzelle periphere Systemkomponenten (auch Balance of Plant Komponenten oder BOP-Komponenten genannt), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.In addition to the at least one fuel cell, a fuel cell system comprises peripheral system components (also called balance of plant components or BOP components) that can be used when operating the at least one fuel cell. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Druckbehältersystem (en: compressed hydrogen storage system) für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Das Druckbehältersystem dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Das Druckbehältersystem kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem (auch Compressed Natural Gas oder CNG genannt) oder verflüssigtem (auch Liquid Natural Gas oder LNG genannt) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird.The technology disclosed here relates to a pressure vessel system (compressed hydrogen storage system) for a motor vehicle (e.g. passenger cars, motorcycles, commercial vehicles). The pressure vessel system is used to store fuel which is gaseous under ambient conditions. The pressure vessel system can be used, for example, in a motor vehicle that is operated with compressed (also called compressed natural gas or CNG) or liquefied (also called liquid natural gas or LNG) natural gas or with hydrogen.

Ein solches Druckbehältersystem umfasst mindestens einen Druckbehälter. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter oder ein Hochdruckgasbehälter sein.Such a pressure vessel system comprises at least one pressure vessel. The pressure vessel can be, for example, a cryogenic pressure vessel or a high-pressure gas vessel.

Hochdruckgasbehältersysteme sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff (z.B. Wasserstoff) dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von über ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von über ca. 500 barü und besonders bevorzugt von über ca. 700 barü zu speichern.High-pressure gas container systems are designed, essentially at ambient temperatures, fuel (e.g. hydrogen) permanently at a nominal operating pressure (also called nominal working pressure or NWP) of over approx. 350 barg (= overpressure compared to atmospheric pressure), further preferably of over approx. 500 barg particularly preferred to store from over approx. 700 barg.

Das kryogene Druckbehältersystem umfasst einen kryogenen Druckbehälter. Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegen, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i.d.R. ca. - 40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), bevorzugt von ca. 500 barü, und besonders bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr. Im Innenbehälter ist der Brennstoff gespeichert. Der Außenbehälter schließt den Druckbehälter bevorzugt nach außen hin ab. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum mit einem Absolutdruck im Bereich von 10-9 mbar bis 10-1 mbar, ferner bevorzugt von 10-7 mbar bis 10-3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10-5 mbar, dass zumindest bereichsweise zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter in einem evakuierten (Zwischen)Raum bzw. Vakuum V angeordnet ist. Die Speicherung bei Temperaturen (knapp) oberhalb des kritischen Punktes hat gegenüber der Speicherung bei Temperaturen unterhalb des kritischen Punktes den Vorteil, dass das Speichermedium einphasig vorliegt. Es gibt also beispielsweise keine Grenzfläche zwischen flüssig und gasförmig.The cryogenic pressure vessel system includes a cryogenic pressure vessel. The cryogenic pressure vessel can store fuel in the liquid or supercritical state. A supercritical aggregate state is a thermodynamic state of a substance that has a higher temperature and a higher pressure than the critical point. The critical point describes the thermodynamic state at which the densities of gas and liquid of the substance coincide, i.e. the substance is single-phase. While one end of the vapor pressure curve is identified in a pT diagram by the triple point, the critical point represents the other end. In the case of hydrogen, the critical point is 33.18 K and 13.0 bar. A cryogenic pressure vessel is particularly suitable for storing the fuel at temperatures that are well below the operating temperature (meaning the temperature range of the vehicle environment in which the vehicle is to be operated) of the motor vehicle, for example at least 50 Kelvin, preferably at least 100 Kelvin or . at least 150 Kelvin below the operating temperature of the vehicle (usually approx. - 40 ° C to approx. + 85 ° C). The fuel can be hydrogen, for example, which is stored in the cryogenic pressure vessel at temperatures of approx. 34 K to 360 K. The cryogenic pressure vessel can in particular comprise an inner vessel which is designed for a nominal operating pressure (also called nominal working pressure or NWP) of approx. 350 barg (= overpressure compared to atmospheric pressure), preferably of approx. 500 bar, and particularly preferably of approx 700 barg or more. The fuel is stored in the inner container. The outer container preferably closes off the pressure container from the outside. The cryogenic pressure vessel preferably comprises a vacuum with an absolute pressure in the range from 10 -9 mbar to 10 -1 mbar, further preferably from 10 -7 mbar to 10 -3 mbar and particularly preferably from about 10 -5 mbar, that at least in some areas between the inner container and the outer container in an evacuated (intermediate) space or vacuum V is arranged. Storage at temperatures (just) above the critical point has the advantage over storage at temperatures below the critical point that the storage medium is single-phase. So there is no interface between liquid and gaseous, for example.

Der Druckbehälter kann einen Liner umfassen. Der Liner bildet den Hohlkörper aus, in dem der Brennstoff 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 vorgesehen sein.The pressure vessel can comprise a liner. The liner forms the hollow body in which the fuel is stored. The liner can be made, for example, of aluminum or steel or of their alloys. Furthermore, the liner can preferably be made from a plastic. A linerless pressure vessel can also be provided.

Die Befülleinrichtung kann typischerweise eine Tankstelle zum Befüllen des Druckbehälters mit Brennstoff umfassen oder sein. Die Befülleinrichtung kann z.B. eine Wasserstofftankstelle sein. Die Befülleinrichtung kann kryogenen Wasserstoff zum Betanken des Druckbehälters bereitstellen.The filling device can typically comprise or be a filling station for filling the pressure vessel with fuel. The filling device can be a hydrogen filling station, for example. The Filling device can provide cryogenic hydrogen for refueling the pressure vessel.

Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren bzw. einen Druckbehälter, bei dem der Brennstoff durch eine Einfülleinrichtung, insbesondere ein Einfüllrohr mit einem vorgegebenen Durchmesser, mit üblichen Einströmgeschwindigkeiten bzw. Druckdifferenzen eingebracht wird, so dass der Brennstoff eine derart hohe Reynolds-Zahl aufweist, die dazu führt, dass sich eine turbulente Strömung ausbildet und sich die Einströmrichtung des Brennstoffs beim Verlassen des Einfüllrohrs über die Zeit ändert (z.B. jede 30 Sekunden ändert sich die Einströmrichtung).In other words, the technology disclosed here relates to a method or a pressure vessel in which the fuel is introduced through a filling device, in particular a filling pipe with a predetermined diameter, at usual inflow velocities or pressure differences, so that the fuel has such a high Reynolds number which leads to the formation of a turbulent flow and the inflow direction of the fuel changing over time when it leaves the filler pipe (e.g. the inflow direction changes every 30 seconds).

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Druckbehälters gemäß der hier offenbarten Technologie;
  • 2 eine Detailansicht der Einfülleinrichtung des Druckbehälters aus 1;
  • 3 eine schematische Seitenansicht des Druckbehälters aus 1 zu einem ersten Zeitpunkt;
  • 4 eine schematische Aufsicht des Druckbehälters aus 1 zu dem ersten Zeitpunkt;
  • 5 eine schematische Seitenansicht des Druckbehälters aus 1 bzw. 3 zu einem zweiten Zeitpunkt;
  • 6 eine schematische Aufsicht des Druckbehälters aus 1 bzw. 3 zu einem zweiten Zeitpunkt; und
  • 7 eine Querschnittsansicht der Einfülleinrichtung aus 2 entlang der Linie VII-VII.
The technology disclosed here will now be explained with reference to the figures. Show it:
  • 1 a schematic view of a pressure vessel according to the technology disclosed herein;
  • 2 a detailed view of the filling device of the pressure vessel 1 ;
  • 3rd a schematic side view of the pressure vessel from 1 at a first point in time;
  • 4th a schematic plan view of the pressure vessel 1 at the first time;
  • 5 a schematic side view of the pressure vessel from 1 or. 3rd at a second point in time;
  • 6th a schematic plan view of the pressure vessel 1 or. 3rd at a second point in time; and
  • 7th a cross-sectional view of the filling device 2 along the line VII-VII.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Druckbehälters 10 gemäß der hier offenbarten Technologie. 2 zeigt eine Detailansicht der Einfülleinrichtung des Druckbehälters 10 aus 1. 1 shows a schematic view of a pressure vessel 10 according to the technology disclosed herein. 2 shows a detailed view of the filling device of the pressure vessel 10 out 1 .

Der Druckbehälter 10 ist zum Speichern eines Brennstoffs, insbesondere kryogenen Wasserstoffs, ausgebildet. Der Druckbehälter 10 ist zum Anordnen in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Der Brennstoff treibt das Kraftfahrzeug an. Insbesondere kann der Wasserstoff eine Brennstoffzelle antreiben, die dem Kraftfahrzeug elektrischen Strom zum Fortbewegen bereitstellt.The pressure vessel 10 is designed to store a fuel, in particular cryogenic hydrogen. The pressure vessel 10 is designed to be arranged in a motor vehicle. The fuel drives the motor vehicle. In particular, the hydrogen can drive a fuel cell that provides the motor vehicle with electrical power for locomotion.

Das Kraftfahrzeug kann ein PKW, ein LKW, ein Bus, ein Motorrad, ein Zug, ein Schiff, ein Hubschrauber oder ein Flugzeug sein.The motor vehicle can be a car, a truck, a bus, a motorcycle, a train, a ship, a helicopter or an airplane.

Der Druckbehälter 10 ist zigarrenförmig ausgebildet. An einem Längsende des Druckbehälters 10 ist ein Aufnahmeelement für ein Ventil des Druckbehälters 10 ausgebildet. Das Aufnahmeelement wird auch Boss 15 genannt. Der Boss 15 kann aus Metall bzw. einer Metalllegierung, wie z.B. Stahl, bestehen. Durch den Boss 15 führt eine Einfülleinrichtung. Die Einfülleinrichtung kann ein Einfüllrohr 35 bzw. eine Düse umfassen. Über das Einfüllrohr 35 wird kryogener Wasserstoff in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 eingebracht.The pressure vessel 10 is cigar-shaped. At one longitudinal end of the pressure vessel 10 is a receiving element for a valve of the pressure vessel 10 educated. The receiving element also becomes boss 15th called. The boss 15th can be made of metal or a metal alloy such as steel. By the boss 15th leads a filling device. The filling device can be a filling pipe 35 or comprise a nozzle. Via the filler pipe 35 gets cryogenic hydrogen in the interior 12th of the pressure vessel 10 brought in.

Das Einfüllrohr 35 weist einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf. Der Durchmesser des Einfüllrohrs 35 kann im Bereich zwischen ca. 1 mm und ca. 3 mm liegen. Beispielsweise weist das Einfüllrohr 35 einen Durchmesser von ca. 2 mm auf.The filler pipe 35 has a substantially circular cross-section. The diameter of the filler pipe 35 can be in the range between approx. 1 mm and approx. 3 mm. For example, the filler pipe 35 a diameter of approx. 2 mm.

Zum Befüllen des Druckbehälters 10 wird der Druckbehälter 10 bzw. der Innenraum 12 des Druckbehälters 10 über das Einfüllrohr 35 mit einer Betankungsstelle zum Befüllen des Druckbehälters 10 mit kryogenem Wasserstoff fluidverbunden.For filling the pressure vessel 10 becomes the pressure vessel 10 or the interior 12th of the pressure vessel 10 via the filler pipe 35 with a refueling point for filling the pressure vessel 10 fluidly connected with cryogenic hydrogen.

Der Druckbehälter 10 weist eine Einfülleinrichtung, die eine Betankungsleitung 30 und ein dünnes Metallrohr 35 bzw. eine Düse aufweist, wobei die Betankungsleitung 30 in das dünne Metallrohr 35 übergeht. Das Metallrohr 35 bzw. die Düse weist gegenüber der restlichen Einfülleinrichtung bzw. gegenüber der Betankungsleitung 30 einen etwas geringeren Querschnitt bzw. Durchmesser auf. Der Unterschied kann im Bereich zwischen ca. 0,2 mm und ca. 0,5 mm liegen.The pressure vessel 10 has a filling device, which is a refueling line 30th and a thin metal pipe 35 or has a nozzle, wherein the refueling line 30th into the thin metal tube 35 transforms. The metal pipe 35 or the nozzle faces the rest of the filling device or the refueling line 30th a slightly smaller cross-section or diameter. The difference can be in the range between approx. 0.2 mm and approx. 0.5 mm.

Das Metallrohr 35 ist beabstandet zum Boss 15, der üblicherweise aus Edelstahl ist, angeordnet. Hierdurch ist der Boss 15 gegenüber dem Einfüllrohr 35 bzw. Metallrohr bzw. Düse bzw. dem kryogenen Wasserstoff, der durch das Einfüllrohrs 35 bzw. Metallrohr bzw. die Düse strömt, thermisch isoliert.The metal pipe 35 is at a distance from the boss 15th , which is usually made of stainless steel, arranged. This is the boss 15th opposite the filler pipe 35 or metal pipe or nozzle or the cryogenic hydrogen that flows through the filler pipe 35 or metal pipe or the nozzle flows, thermally insulated.

Das Metallrohr 35 steht etwas, z.B. ca. 0,1 mm bis ca. 1,5 mm, beispielsweise ca. 1 mm, über den Boss 15 in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 vor. Dies ist in 2 gut zu erkennen. Dies bedeutet, dass das Metallrohr 35 in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 hineinragt. Hierdurch wird verhindert, dass der einströmende Wasserstoff den Boss 15 wesentlicher stärker abkühlt als den restlichen Druckbehälter 10. Hierdurch werden größere mechanische Spannungen in dem Boss 15 verhindert.The metal pipe 35 stands something, for example approx. 0.1 mm to approx. 1.5 mm, for example approx. 1 mm, above the boss 15th in the interior 12th of the pressure vessel 10 in front. This is in 2 clearly visible. This means that the metal pipe 35 in the interior 12th of the pressure vessel 10 protrudes. This prevents the inflowing hydrogen from being the boss 15th cools significantly more than the rest of the pressure vessel 10 . This creates greater mechanical stresses in the boss 15th prevented.

Die Betankungsstelle pumpt den kryogenen Wasserstoff durch das Einfüllrohr 35 bzw. Metallrohr bzw. die Düse in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10. Typischerweise sorgt eine Pumpe der Betankungsstelle für einen Druckunterschied von ca. 20 bar zwischen der Pumpe und dem Wasserstoff in dem Druckbehälter 10.The refueling point pumps the cryogenic hydrogen through the filler pipe 35 or metal pipe or the nozzle into the interior 12th of the pressure vessel 10 . Typically, a pump at the refueling point ensures a pressure difference of approx. 20 bar between the pump and the hydrogen in the pressure vessel 10 .

Die Einfülleinrichtung bzw. das Metallrohr 35 des Druckbehälters 10 ist derart ausgebildet, dass der Wasserstoff beim Einströmen eine hohe Reynolds-Zahl aufweist, so dass sich eine turbulente Strömung des Brennstoffs beim Einströmen in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 ausbildet. Die Reynolds-Zahl kann im Bereich von ca. 3*105 bis ca. 3*106 liegen. Durch die Reynolds-Zahl bzw. die turbulente Strömung ändert sich die Einströmrichtung 50 des Wasserstoffs in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 über die Zeit. Die Strömung des Wasserstoffs in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 ist aufgrund der Reynolds-Zahl instabil.The filling device or the metal pipe 35 of the pressure vessel 10 is designed in such a way that the hydrogen has a high Reynolds number when flowing in, so that a turbulent flow of the fuel occurs when flowing into the interior 12th of the pressure vessel 10 trains. The Reynolds number can be in the range from approx. 3 * 10 5 to approx. 3 * 10 6 . The direction of inflow changes due to the Reynolds number or the turbulent flow 50 of the hydrogen in the interior 12th of the pressure vessel 10 over time. The flow of hydrogen into the interior 12th of the pressure vessel 10 is unstable due to the Reynolds number.

Eine Reynolds-Zahl oberhalb von 3*106 würde zwar auch zu einer Änderung der Einströmrichtung 50 des Wasserstoffs in den Druckbehälter 10 über die Zeit führen, allerdings ist dann der Druckabfall durch das Einfüllrohr 35 bzw. die Düse typischerweise unerwünscht hoch.A Reynolds number above 3 * 10 6 would also change the direction of flow 50 of the hydrogen in the pressure vessel 10 lead over time, but then there is the pressure drop through the filler pipe 35 or the nozzle is typically undesirably high.

3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Druckbehälters 10 aus 1 zu einem ersten Zeitpunkt. 4 zeigt eine schematische Aufsicht des Druckbehälters 10 aus 1 zu dem ersten Zeitpunkt. 3rd shows a schematic side view of the pressure vessel 10 out 1 at a first point in time. 4th shows a schematic top view of the pressure vessel 10 out 1 at the first time.

In 3 ist der obere Teil des Druckbehälters 10 oben zu sehen und der untere Teil des Druckbehälters 10 ist unten zu sehen. In 4 ist der linke Teil des Druckbehälters 10 oben zu sehen und der rechte Teil des Druckbehälters 10 ist unten zu sehen.In 3rd is the upper part of the pressure vessel 10 seen above and the lower part of the pressure vessel 10 can be seen below. In 4th is the left part of the pressure vessel 10 seen above and the right part of the pressure vessel 10 can be seen below.

Zu dem ersten Zeitpunkt des Einströmens von Wasserstoff in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 durch das Einfüllrohr 35 bzw. das Metallrohr bzw. die Düse strömt der Brennstoff nach links unten. Die Richtung „links unten“ ist ausgehend von einem Beobachter zu verstehen, der entlang der Mittellinie des Metallrohrs 35 in Richtung des Innenraums 12 des Druckbehälters 10 schaut.At the first point in time when hydrogen flows into the interior 12th of the pressure vessel 10 through the filler pipe 35 or the metal pipe or the nozzle, the fuel flows down to the left. The "bottom left" direction is to be understood based on an observer who is walking along the center line of the metal pipe 35 towards the interior 12th of the pressure vessel 10 looks.

Diese Einströmrichtung 50 wird typischerweise für einige Sekunden bis einige Dutzend Sekunden oder wenige Minuten beibehalten. Anschließend ändert sich aufgrund der Änderung der Druckverhältnisse bzw. der Dichte des Wasserstoffs in dem Druckbehälter 10 die Einströmrichtung 50 des Wasserstoffs in den Druckbehälter 10.This direction of flow 50 is typically maintained for a few seconds to a few tens of seconds or a few minutes. Then changes due to the change in the pressure conditions or the density of the hydrogen in the pressure vessel 10 the direction of flow 50 of the hydrogen in the pressure vessel 10 .

5 zeigt eine schematische Seitenansicht des Druckbehälters 10 aus 1 bzw. 3 zu einem zweiten Zeitpunkt. 6 zeigt eine schematische Aufsicht des Druckbehälters 10 aus 1 bzw. 3 zu einem zweiten Zeitpunkt. 5 shows a schematic side view of the pressure vessel 10 out 1 or. 3rd at a second point in time. 6th shows a schematic top view of the pressure vessel 10 out 1 or. 3rd at a second point in time.

In 5 ist der obere Teil des Druckbehälters 10 oben zu sehen und der untere Teil des Druckbehälters 10 ist unten zu sehen. In 6 ist der linke Teil des Druckbehälters 10 oben zu sehen und der rechte Teil des Druckbehälters 10 ist unten zu sehen.In 5 is the upper part of the pressure vessel 10 seen above and the lower part of the pressure vessel 10 can be seen below. In 6th is the left part of the pressure vessel 10 seen above and the right part of the pressure vessel 10 can be seen below.

Zu dem zweiten Zeitpunkt hat sich gegenüber dem ersten Zeitpunkt die Einströmrichtung 50 des Wasserstoffs in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 geändert. Zu dem zweiten Zeitpunkt strömt der Wasserstoff in einer Einströmrichtung 50, die nach rechts oben zeigt, in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10.At the second point in time, the direction of inflow is different from the first point in time 50 of the hydrogen in the interior 12th of the pressure vessel 10 changed. At the second point in time, the hydrogen flows in an inflow direction 50 , which points to the top right, into the interior 12th of the pressure vessel 10 .

Die Richtung „rechts oben“ ist ausgehend von einem Beobachter zu verstehen, der entlang der Mittellinie des Metallrohrs 35 in Richtung des Innenraums 12 des Druckbehälters 10 schaut.The direction "top right" is to be understood based on an observer who is walking along the center line of the metal pipe 35 towards the interior 12th of the pressure vessel 10 looks.

Durch die Änderung der Einströmrichtung 50 findet eine thermische Durchmischung des Brennstoffs bzw. des Wasserstoffs in dem Innenraum 12 des Druckbehälters 10 statt. Hierdurch werden mechanische Spannungen in dem Druckbehälter 10 durch größere Temperaturunterschiede verhindert bzw. vermindert.By changing the direction of flow 50 thermal mixing of the fuel or the hydrogen takes place in the interior 12th of the pressure vessel 10 instead of. This creates mechanical stresses in the pressure vessel 10 prevented or reduced by larger temperature differences.

Die Änderung der Einströmrichtung 50 findet während eines Befüllungsvorgangs bzw. eines Betankungsvorgangs typischerweise mehrmals statt. Einen fast leeren Druckbehälter 10 vollständig zu befüllen dauert beispielsweise ca. 5 min. Hierbei ändert sich z.B. alle 20 Sekunden bis 40 Sekunden die Einströmrichtung 50 des Wasserstoffs in den Druckbehälter 10.The change in the direction of flow 50 typically takes place several times during a filling process or a refueling process. An almost empty pressure vessel 10 Filling it completely takes about 5 minutes, for example, with the direction of flow changing every 20 to 40 seconds 50 of the hydrogen in the pressure vessel 10 .

Das Einfüllrohr 35 bzw. die Düse bewegt sich nicht, weder aktiv noch passiv. Die Änderung der Einströmrichtung 50 wird hauptsächlich durch Druckänderungen und/oder Temperaturänderungen und/oder Änderungen der Einströmgeschwindigkeit des Wasserstoffs verursacht.The filler pipe 35 or the nozzle does not move, neither actively nor passively. The change in the direction of flow 50 is mainly caused by pressure changes and / or temperature changes and / or changes in the inflow velocity of the hydrogen.

Zu Anfang der Befüllung eines im Wesentlichen leeren Druckbehälters 10 beträgt die Einströmgeschwindigkeit des Wasserstoffs in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 durch das Einfüllrohr 35 bzw. Metallrohr bzw. die Düse ca. 800 m/s bis ca. 2000 m/s. Hierbei liegt die Reynolds-Zahl in der Größenordnung von ca. 1*106.At the beginning of the filling of an essentially empty pressure vessel 10 is the inflow speed of the hydrogen into the interior 12th of the pressure vessel 10 through the filler pipe 35 or metal pipe or the nozzle approx. 800 m / s to approx. 2000 m / s. Here the Reynolds number is in the order of magnitude of approx. 1 * 10 6 .

Durch Druckanstieg bzw. Dichteanstieg des Brennstoffs in dem Druckbehälter 10 sinkt die Einströmgeschwindigkeit in dem Einfüllrohr 35 bzw. Metallrohr bzw. der Düse während des Betankungsvorgangs. Wenn der Druckbehälter 10 fast voll ist während des Betankungsvorgangs, beträgt die Einströmgeschwindigkeit beispielsweise nur noch ca. 50 m/s bis ca. 100 m/s. Hierdurch sinkt die Reynolds-Zahl. Am Ende des Betankungsvorgangs liegt die Reynolds-Zahl typischerweise im Bereich von ca. 0,5*105. Auch am Ende des Befüllungsvorgangs des Druckbehälters 10 mit Brennstoff liegt eine turbulente Strömung vor.By increasing the pressure or the density of the fuel in the pressure vessel 10 the inflow velocity in the filler pipe decreases 35 or metal pipe or the nozzle during the refueling process. When the pressure vessel 10 is almost full during the refueling process, the inflow velocity is, for example, only approx. 50 m / s to approx. 100 m / s. This reduces the Reynolds number. At the end of the refueling process, the Reynolds number is typically in the range of approx. 0.5 * 10 5 . Also at the end of the filling process of the pressure vessel 10 with fuel there is a turbulent flow.

Die Reynolds-Zahl liegt oberhalb oder deutlich oberhalb der kritischen Reynolds-Zahl, so dass sich eine turbulente Strömung ausbildet.The Reynolds number is above or significantly above the critical Reynolds number, so that a turbulent flow develops.

Somit kann sich die Einströmgeschwindigkeit am Anfang eines Betankungsvorgangs schneller bzw. öfter ändern als gegen Ende eines (vollständigen) Betankungsvorgangs. Dies ist auch erwünscht, da sich am Anfang wenig Wasserstoff in dem Druckbehälter 10 befindet, der als thermischer Puffer dient, während gegen Ende des Betankungsvorgangs viel Wasserstoff in dem Druckbehälter 10 ist und somit viel Wasserstoff als thermischer Puffer dienen kann. Der thermische Puffer verhindert größere Temperaturunterschiede von verschiedenen Teilen des Druckbehälters 10 und verhindert somit das Entstehen von mechanischen Spannungen, insbesondere im metallischen Liner und im carbonfaserverstärken Kunststoff (CFK) des Druckbehälters 10.Thus, the inflow velocity can change faster or more often at the beginning of a refueling process than towards the end of a (complete) refueling process. This is also desirable since there is little hydrogen in the pressure vessel at the beginning 10 is located, which serves as a thermal buffer, while at the end of the refueling process there is a lot of hydrogen in the pressure vessel 10 and thus a lot of hydrogen can serve as a thermal buffer. The thermal buffer prevents major temperature differences between different parts of the pressure vessel 10 and thus prevents the development of mechanical stresses, especially in the metallic liner and in the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) of the pressure vessel 10 .

Die hohe Reynolds-Zahl bewirkt, dass eine Einströmungsrichtung des Wasserstoffs in alle Richtungen hin und her zappelt. Die Einströmrichtung 50 ist also nicht immer mittig horizontal, sondern manchmal einige Grad schräg nach oben ausgerichtet, kurz danach einige Grad schräg nach unten, kurz danach einige Grad schräg nach links und kurz danach einige Grad schräg nach rechts. Diese Richtungsveränderungen passieren sehr oft im Verlauf einer Betankung.The high Reynolds number has the effect that one direction of flow of the hydrogen fidgets back and forth in all directions. The direction of flow 50 is not always horizontally in the middle, but sometimes a few degrees upwards, shortly afterwards a few degrees downwards, shortly afterwards a few degrees to the left and shortly afterwards a few degrees to the right. These changes of direction very often happen in the course of refueling.

7 zeigt eine Querschnittsansicht der Einfülleinrichtung aus 2 entlang der Linie VII-VII. Der Querschnitt verläuft senkrecht zur Mittellinie des Einfüllrohrs 35 bzw. der Düse. 7th FIG. 13 shows a cross-sectional view of the filling device from FIG 2 along the line VII-VII. The cross-section is perpendicular to the center line of the filler pipe 35 or the nozzle.

Die Einfülleinrichtung weist im Bereich des Metallrohrs 35 bzw. der Düse eine Verprägung auf. An 3 Punkten, die in Umfangsrichtung des Metallrohrs 35 äquidistant zueinander sind (sozusagen auf 12 Uhr, 4 Uhr und 8 Uhr einer Uhr), weist das Metallrohr 35 jeweils einen Vorsprung bzw. ein Verprägungselement 40-42 auf den Außenseiten und eine hierzu korrespondiere Vertiefung auf der Innenseite auf. Diese Vertiefungen sind im Vergleich zum Innendurchmesser des Metallrohrs 35 geringfügig, z.B. weisen sie eine Tiefe bzw. Höhe im Bereich von ca. 0,2 mm bis ca. 0,5 mm auf.The filling device points in the area of the metal pipe 35 or the nozzle on an embossing. At 3 points in the circumferential direction of the metal pipe 35 are equidistant from each other (so to speak at 12 o'clock, 4 o'clock and 8 o'clock of a clock), the metal tube 35 in each case a projection or an embossing element 40-42 on the outside and a corresponding depression on the inside. These depressions are compared to the inner diameter of the metal pipe 35 slightly, for example, they have a depth or height in the range from approx. 0.2 mm to approx. 0.5 mm.

Die Vorsprünge kontaktieren die Innenoberfläche einer zylindrischen Aussparung des Boss 15 des Druckbehälters 10. Die übrige Außenoberfläche des Metallrohrs 35 berührt den Boss 15 des Druckbehälters 10 nicht. Hierdurch ist der Boss 15 gegenüber dem Metallrohr 35 thermisch isoliert.The protrusions contact the inner surface of a cylindrical recess of the boss 15th of the pressure vessel 10 . The rest of the outer surface of the metal pipe 35 touches the boss 15th of the pressure vessel 10 Not. This is the boss 15th opposite the metal pipe 35 thermally insulated.

Da das Metallrohr 35 über den Boss 15 in den Innenraum 12 des Druckbehälters 10 vorsteht, verbleibt Wasserstoff mehr oder minder ruhend in dem Bereich zwischen Metallrohr 35 und Boss 15 nahe des Innenraums 12. Dieser Wasserstoff trägt zur thermischen Isolierung zwischen Metallrohr 35 und Boss 15 bei.Because the metal pipe 35 about the boss 15th in the interior 12th of the pressure vessel 10 protrudes, hydrogen remains more or less dormant in the area between the metal tube 35 and boss 15th near the interior 12th . This hydrogen contributes to the thermal insulation between the metal pipe 35 and boss 15th at.

Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Druckbehälter 10, die eine Einfülleinrichtung, das/ein Einfüllrohr 35, der/ein Boss 15, die/eine Düse, die/eine Verprägung, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Druckbehälter 10, die mindestens eine Einfülleinrichtung, das mindestens eine Einfüllrohr 35, der mindestens eine Boss 15, die mindestens eine Düse, die mindestens eine Verprägung, etc.).For reasons of legibility, the expression “at least one” has been partially omitted for the sake of simplicity. If a feature of the technology disclosed here is described in the singular or indefinitely (e.g. the / a pressure vessel 10 , the one filling device, the filling pipe 35 , the / a boss 15th , the / a nozzle, the / an embossing, etc.), the plurality of these should also be disclosed at the same time (eg the at least one pressure vessel 10 , the at least one filling device, the at least one filling pipe 35 who is at least one boss 15th , the at least one nozzle, the at least one stamping, etc.).

Der Begriff „im Wesentlichen“ (z.B. „im Wesentlichen senkrechte Achse“) umfasst im Kontext der hier offenbarten Technologie jeweils die genaue Eigenschaft bzw. den genauen Wert (z.B. „senkrechte Achse“) sowie jeweils für die Funktion der Eigenschaft/ des Wertes unerhebliche Abweichungen (z.B. „tolerierbare Abweichung von senkrechte Achse“).The term “essentially” (eg “essentially vertical axis”) in the context of the technology disclosed here includes the exact property or the exact value (e.g. “vertical axis”) as well as deviations that are insignificant for the function of the property / value (eg “tolerable deviation from the vertical axis”).

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 symbols

1010
Druckbehälterpressure vessel
1212th
Innenrauminner space
1515th
Bossboss
3030th
BetankungsleitungRefueling line
3535
Einfüllrohr (Metallrohr)Filler pipe (metal pipe)
40-4240-42
VerprägungselementStamping element
5050
EinströmrichtungDirection of flow

Claims (12)

Verfahren zum Befüllen eines Druckbehälters (10) eines Kraftfahrzeugs mit einem fluiden Brennstoff zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Einbringen des Brennstoffs in den Druckbehälter (10) durch eine Einfülleinrichtung des Druckbehälters (10) mit einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum (12) des Druckbehälters (10) und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter (10) eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar derart, dass sich beim Einströmen des Brennstoffs aus der Einfülleinrichtung in den Innenraum (12) des Druckbehälters (10) eine turbulente Strömung ausbildet.A method for filling a pressure vessel (10) of a motor vehicle with a fluid fuel for driving the motor vehicle, the method comprising the following step: introducing the fuel into the pressure vessel (10) through a filling device of the pressure vessel (10) with a pressure difference between the interior space ( 12) des Pressure vessel (10) and a filling device from which the fuel is introduced into the pressure vessel (10) from approx. 10 to approx. 30 bar in such a way that when the fuel flows from the filling device into the interior (12) of the pressure vessel ( 10) forms a turbulent flow. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Brennstoff derart durch die Einfülleinrichtung in den Druckbehälter (10) eingebracht wird, dass die Reynolds-Zahl größer als ca. 3*105 ist.Procedure according to Claim 1 , the fuel being introduced into the pressure vessel (10) through the filling device in such a way that the Reynolds number is greater than approx. 3 * 10 5 . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Brennstoff derart durch die Einfülleinrichtung in den Druckbehälter (10) eingebracht wird, dass die Reynolds-Zahl kleiner als ca. 3*106 ist.Procedure according to Claim 1 or 2 , the fuel being introduced into the pressure vessel (10) through the filling device in such a way that the Reynolds number is less than approx. 3 * 10 6 . Druckbehälter (10) für ein Kraftfahrzeug zum Speichern von Brennstoff, wobei der Druckbehälter (10) eine Einfülleinrichtung zum Einfüllen des fluiden Brennstoffs in den Druckbehälter (10) aufweist, wobei die Einfülleinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum (12) des Druckbehälters (10) und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter (10) eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar sich beim Einströmen des Brennstoffs aus der Einfülleinrichtung in den Innenraum (12) des Druckbehälters (10) eine turbulente Strömung ausbildet.Pressure vessel (10) for a motor vehicle for storing fuel, wherein the pressure vessel (10) has a filling device for filling the fluid fuel into the pressure vessel (10), wherein the filling device is designed such that in the event of a pressure difference between the interior (12) of the pressure vessel (10) and a filling device from which the fuel is introduced into the pressure vessel (10), from approx. 10 to approx. 30 bar The flow of fuel from the filling device into the interior (12) of the pressure vessel (10) forms a turbulent flow. Druckbehälter (10) nach Anspruch 4, wobei die Einfülleinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum (12) des Druckbehälters (10) und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter (10) eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar die Reynolds-Zahl größer als ca. 3*105 ist.Pressure vessel (10) Claim 4 , wherein the filling device is designed such that with a pressure difference between the interior (12) of the pressure vessel (10) and a filling device from which the fuel is introduced into the pressure vessel (10), the Reynolds number is greater than approx. 3 * 10 5 . Druckbehälter (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Einfülleinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einem Druckunterschied zwischen dem Innenraum (12) des Druckbehälters (10) und einer Befülleinrichtung, von der der Brennstoff in den Druckbehälter (10) eingebracht wird, von ca. 10 bis ca. 30 bar die Reynolds-Zahl kleiner als ca. 3*106 ist.Pressure vessel (10) Claim 4 or 5 , wherein the filling device is designed such that with a pressure difference between the interior (12) of the pressure vessel (10) and a filling device from which the fuel is introduced into the pressure vessel (10), the Reynolds number is less than approx. 3 * 10 6 . Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 4-6, wobei die Einfülleinrichtung ein Einfüllrohr (35) umfasst, das einen Innendurchmesser von ca. 1 mm bis ca. 3 mm aufweist.Pressure vessel (10) according to one of the Claims 4 - 6th wherein the filling device comprises a filling tube (35) which has an inside diameter of approximately 1 mm to approximately 3 mm. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 4-7, wobei die Einfülleinrichtung in den Innenraum (12) des Druckbehälters (10) vorsteht.Pressure vessel (10) according to one of the Claims 4 - 7th , wherein the filling device protrudes into the interior (12) of the pressure vessel (10). Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 4-8, wobei die Einfülleinrichtung zumindest teilweise beabstandet zu einem Aufnahmeelement für ein Ventil des Druckbehälters (10) ausgebildet ist.Pressure vessel (10) according to one of the Claims 4 - 8th wherein the filling device is at least partially spaced apart from a receiving element for a valve of the pressure vessel (10). Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 4-9, wobei die Einfülleinrichtung in einem Aufnahmeelement für ein Ventil des Druckbehälters (10) mittels Verprägung fixiert ist.Pressure vessel (10) according to one of the Claims 4 - 9 , wherein the filling device is fixed in a receiving element for a valve of the pressure vessel (10) by means of stamping. Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 4-10, ferner umfassend einen elektrischen Wärmetauscher.Pressure vessel (10) according to one of the Claims 4 - 10 , further comprising an electrical heat exchanger. Kraftfahrzeug mit einem Druckbehälter (10) nach einem der Ansprüche 4-11.Motor vehicle with a pressure vessel (10) according to one of the Claims 4 - 11 .
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10031155A1 (en) * 2000-06-27 2002-01-17 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Device for rapidly introducing a gas into a container e.g. for filling a vehicle with natural gas comprises a feed pipe with an annular gap nozzle having a central nozzle core and diverging peripheral walls
US20070051423A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-08 Kiyoshi Handa Pressure Differential System for Controlling High Pressure Refill Gas Flow Into On Board Vehicle Fuel Tanks
DE102006019993B3 (en) * 2006-04-26 2007-12-27 Daimlerchrysler Ag Compressed gas e.g. hydrogen, storage for e.g. fuel cell vehicle, has cooling device provided for heat transfer medium, where part of gas is supplied as heat transfer medium to cooling device through branching of filling device
DE102007027281A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Daimler Ag High pressure gas tank and method for filling a high pressure gas tank
JP2011122657A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Toyota Motor Corp Fuel gas station, fuel gas filling system, and fuel gas filling method
DE102012200554A1 (en) * 2012-01-16 2013-07-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Storage tank of cryogenic compressed gas with an inlet
US20150108137A1 (en) * 2011-12-05 2015-04-23 Blue Wave Co S.A. Pressure Vessel and a Method of Loading CNG into a Pressure Vessel
DE102014209916A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft High pressure vessel

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10031155A1 (en) * 2000-06-27 2002-01-17 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Device for rapidly introducing a gas into a container e.g. for filling a vehicle with natural gas comprises a feed pipe with an annular gap nozzle having a central nozzle core and diverging peripheral walls
US20070051423A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-08 Kiyoshi Handa Pressure Differential System for Controlling High Pressure Refill Gas Flow Into On Board Vehicle Fuel Tanks
DE102006019993B3 (en) * 2006-04-26 2007-12-27 Daimlerchrysler Ag Compressed gas e.g. hydrogen, storage for e.g. fuel cell vehicle, has cooling device provided for heat transfer medium, where part of gas is supplied as heat transfer medium to cooling device through branching of filling device
DE102007027281A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Daimler Ag High pressure gas tank and method for filling a high pressure gas tank
JP2011122657A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Toyota Motor Corp Fuel gas station, fuel gas filling system, and fuel gas filling method
US20150108137A1 (en) * 2011-12-05 2015-04-23 Blue Wave Co S.A. Pressure Vessel and a Method of Loading CNG into a Pressure Vessel
DE102012200554A1 (en) * 2012-01-16 2013-07-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Storage tank of cryogenic compressed gas with an inlet
DE102014209916A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft High pressure vessel

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