DE19639658A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Betankung von Fahrzeugen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Betankung von FahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betankung von Fahrzeugen mit unterkühlter
Flüssigkeit und eine Vorrichtung hierzu.
Bei der Betankung mit Flüssigkeit im Siedezustand entstehen große Abgasmengen,
die an die Umgebung gelangen oder mit großem Aufwand rückverflüssigt werden
müssen. Aus der Druckschrift: F.-J. Wetzel "Handling of Liquid Hydrogen at Filling
Stations" Proceedings of the 11 th World Hydrogen Energy Conference, 1996, Stutt
gart, Germany, ist bekannt, daß beim Betanken von Fahrzeugen mit unterkühltem
Flüssigwasserstoff (LH₂) als Treibstoff nur geringe oder keine Abgasmengen auftreten.
Hierzu wird LH₂ in einem Vorratstank unterhalb des Druckes im zu füllenden Tank im
Siedezustand gehalten. Erst zum Betanken wird der Druck im Vorratstank erhöht und
dieser erhöhte Druck während der Betankung aufrechterhalten. Es verdampft kein LH₂,
da die LH₂-Temperatur unterhalb der Siedetemperatur bei diesem erhöhten Druck
liegt.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß der Wärmeeintrag in den Vorratstank hinein
durch die Druckhaltung, die mit Hilfe einer Druckaufbauverdampfung erfolgt, mit der
Zeit dazu führt, daß die LH₂-Temperatur im Vorratstank sich der Siedetemperatur bei
diesem erhöhten Druck nähert. Erst nach einer Druckentlastung des Vorratstanks, bei
der auch die LH₂-Temperatur wieder absinkt, kann durch anschließende Druckerhö
hung im Vorratstank wieder Unterkühlung erreicht werden. Bei dieser Druckentlastung
zum Absenken der LH₂-Temperatur entstehen zwar nicht unbedingt beim Tankvorgang
selbst, aber in bestimmten Intervallen doch sehr große Abgasmengen oder Rückver
flüssigungsaufwand.
Bei einem anderen Verfahren nach dem Stand der Technik wird das unter geringem
Druck im Vorratstank befindliche LH₂ mit einer Pumpe auf den zur unterkühlten Betan
kung notwendigen erhöhten Druck gebracht. Bei diesem Verfahren entsteht der Wär
meeintrag durch das Kaltfahren und Kalthalten der Pumpe und durch die zur Drucker
höhung benötigte Leistung der Pumpe. Die Abgasmengen oder der Rückverflüssi
gungsaufwand sind entsprechend groß.
Die bei der Betankung mit LH₂ als Treibstoff bei Verfahren nach dem Stand der Tech
nik auftretenden Nachteile gelten auch für die Anwendung dieser Verfahren bei der
Betankung von Fahrzeugen mit flüssigem unterkühlten Erdgas, Methan oder anderen
Kohlenwasserstoffen. In einem solchen Fall ist jedoch zusätzlich zu beachten, daß aus
Gründen des Umweltschutzes ein Freisetzen von Abgasen dieser Treibstoffe uner
wünscht ist und vermieden werden muß.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit geringem verfahrenstechnischen Aufwand die
Abgabe von Abgasen des Treibstoffes zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Ausfüh
rungen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Kennzeichnend an der Erfindung ist, daß die Unterkühlung durch Wärmeaustausch mit
einem tiefkalten verflüssigten Gas bewirkt wird und die Betankung mit einem unter
Druck stehenden Vorratsbehälter mit kryogener Flüssigkeit im Siedezustand begonnen
und unter weiterer Aufrechterhaltung des Druckes durchgeführt wird. Der Vorteil be
steht darin, daß die zur Betankung von Fahrzeugen bestimmte Flüssigkeit ständig im
Siedezustand gelagert werden kann. Der Druck im Vorratstank liegt, um Leckagen in
den Vorratstank hinein zu vermeiden, geringfügig über dem Atmosphärendruck, kann
aber auch auf Drücke bis zum maximalen Betriebsdruck beim Tanken ansteigen.
Durch einen Druckaufbau im Vorratsbehälter vor der Betankung und Aufrechterhaltung
des notwendigen Druckes kann auf die Verwendung einer Pumpe verzichtet werden.
Die Unterkühlung durch Wärmeaustausch mit einem tiefkalten verflüssigten Gas er
möglicht es, die gesamten beim Betanken auftretenden Wärmeverluste auf einem so
niedrigen Temperaturniveau abzuführen, daß die Verdampfung der zur Betankung
bestimmten Flüssigkeit nicht erfolgen kann. Um die Unterkühlung der zur Betankung
bestimmten Flüssigkeit durch Wärmeaustausch zu bewirken, kann als tiefkaltes, ver
flüssigtes Gas vorteilhaft Stickstoff eingesetzt werden, der dabei verdampft. Stickstoff
belastet als Abgas die Umwelt nicht, kann aber auch rückverflüssigt im Kreislaufbetrieb
wiederverwendet werden.
Der Wärmeaustausch kann mit Vorteil in einem Rohrbündelwärmetauscher, aber auch
in einem Einzelrohrwärmetauscher durchgeführt werden. Wärmetauscher dieser Bau
arten können auch für Temperatur- und Druckwechselbeanspruchung dicht ausgelegt
werden. Ein solcher Wärmetauscher liegt in der Transferleitung vom Vorratstank zum
Fahrzeugtank.
Der Wärmeaustausch kann in besonders einfacher Weise in einem Einzelrohrwärme
tauscher durchgeführt werden, bei dem das Einzelrohr die Transferleitung selbst ist
und die Transferleitung mit tiefkaltem verflüssigten Gas gekühlt wird.
Die bevorzugte unterkühlte Flüssigkeit für die Betankung enthält hauptsächlich Erdgas,
Methan oder eine beliebige Mischung von beiden. Bei der Verbrennung entsteht dann
wegen des hohen Anteils an Wasserstoffatomen hauptsächlich Wasserdampf. Zur
Unterkühlung ist flüssiger Stickstoff dann besonders gut geeignet.
Die Vorrichtung zur Betankung von Fahrzeugen enthält einen Vorratsbehälter, eine
Transferleitung, einen Wärmetauscher und eine flexible Leitung, die mit dem Flüssig
keitstank des Fahrzeuges verbunden ist. Vorteilhaft ist, daß die Vorrichtung zum Be
tanken keine Pumpe benötigt.
Eine vorteilhafte Anwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung erfolgt in Tankstel
len zur Betankung von Fahrzeugen jeder Art. Zwei Ausführungsarten der Erfindung
werden anhand von zwei Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung mit einem Wärmetauscher in der Transferleitung.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung mit einer Transferleitung als Teil des Wärmetauschers.
Das flüssige Erdgas oder flüssige Methan 1 aus dem Vorratstank 2 gelangt in die
Transferleitung 3 und wird im Wärmetauscher 4 mit verdampfendem flüssigem Stick
stoff 5 unterkühlt. Der entstehende gasförmige Stickstoff gelangt über die Leitung 6 zu
einer in der Figur nicht dargestellten Rückverflüssigung oder an die Atmosphäre. Die
unterkühlte Flüssigkeit, vorzugsweise Erdgas oder Methan, wird anschließend über ei
ne flexible isolierte Leitung 7 in den Fahrzeugtank 8 geleitet. Der Förderdruck hierzu
wird im Vorratstank durch einen nicht dargestellten Druckaufbauverdampfer eingestellt.
In Fig. 2 wird die Transferleitung mit einer Kühlleitung versehen und ermöglicht so die
Unterkühlung. Die Behälter und Leitungen sind vakuumisoliert ausgeführt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Betankung von Flüssigkeitstanks von Fahrzeugen mit unterkühlter
Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkühlung durch Wärmeaus
tausch mit einem tiefkalten verflüssigten Gas bewirkt wird und die Betankung mit
einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter mit kryogener Flüssigkeit im Siede
zustand begonnen und unter weiterer Aufrechterhaltung des Druckes durchgeführt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als tiefkaltes verflüs
sigtes Gas für die Unterkühlung Stickstoff eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme
austausch in einem Rohrbündelwärmetauscher durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wärmeaustausch in einem Einzelrohrwärmetauscher durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wärmeaustausch in einem Einzelrohrwärmetauscher durchgeführt wird, wobei das
Einzelrohr die Transferleitung selbst ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
unterkühlte Flüssigkeit für die Betankung hauptsächlich Erdgas, Methan oder eine
beliebige Mischung von beiden enthält.
7. Vorrichtung zur Betankung von Fahrzeugen nach einem der Verfahren 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Vorratsbehälter, eine Trans
ferleitung, einen Wärmetauscher und eine flexible Leitung enthält, und die flexible
Leitung bei der Betankung mit dem Flüssigkeitstank des Fahrzeuges verbunden
ist.
8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder der Vorrich
tung nach Anspruch 7 in Tankstellen zur Betankung von Fahrzeugen.
Priority Applications (4)
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Publications (1)
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