DE19704360C1 - Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe, wie z. B. verflüssigter Wasserstoff, verflüssigtes Erdgas, etc.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer Betankungseinrichtung gemäß der Erfindung.

Im folgenden werden bei den Bezeichnungen spezieller kryogener Medien entsprechend ihrem Aggregatzustand die Buchstaben "G" für "gasförmig" und "L" für "flüssig" bzw. "liquid" vorangestellt; also z. B. GH₂ bzw. LH₂ für gasförmigen bzw. flüssigen Wasserstoff. Weiterhin werden die Begriffe "konditioniert" und "Konditionierung" verwendet. Unter diesen Begriffen sei die Erhöhung des Druckes und der Siedetemperatur der Flüssigkeit in dem Fahrzeug-Speicherbehälter auf die Betriebswerte zu verstehen.

Insbesondere Wasserstoff gewinnt gegenwärtig durch den steigenden Energiebedarf und das gestiegene Umweltbewußtsein als Energieträger zunehmend an Bedeutung. So sind erste Versuche im Gange, Flugzeuge, Lastkraftwagen, Busse sowie Personenkraftwagen mittels mit Wasserstoff-betriebener Turbinen bzw. Motoren anzutreiben. Auch Erdgas, insbesondere verflüssigtes Erdgas, wird bereits in ersten Feldversuchen zum Antreiben von Bussen und Personenkraftwagen verwendet.

Die Speicherung des Wasserstoffs oder Erdgases "an Bord" der oben genannten Verkehrsmittel ist dabei in flüssiger Form am sinnvollsten. Zwar muß, z. B. im Falle des Wasserstoffs, dieser dazu auf etwa 25 K abgekühlt und auf dieser Temperatur gehalten werden, was nur durch entsprechende Isoliermaßnahmen an den Speicherbehältern bzw. -tanks zu erreichen ist, doch ist eine Speicherung in gasförmigem Zustand aufgrund der geringen Dichte von GH₂ in der Regel in den obengenannten Verkehrsmitteln ungünstiger, da die Speicherung hierbei in großvolumigen Speicherbehältern bei hohen Drücken erfolgen muß.

Neben den bei Wasserstoff-betriebenen Fahrzeugen notwendigen Sicherheitsmaßnahmen, dem Preis/Leistungs-Verhältnis der verwendeten kryogenen Kraftstoffe wird unter anderem die notwendige Betankungszeit eine wichtige Rolle bezüglich der Akzeptanz von kryogenen Kraftstoffen für den Kunden spielen. Als mit den ersten Test- bzw. Feldversuchen von Erdgas- und/oder Wasserstoff-betriebenen Fahrzeugen begonnen wurde, lagen die Betankungszeiten für Pkw′s im Bereich von 20 bis 30 min. Zwischenzeitlich konnten die Betankungszeiten zwar deutlich reduziert werden, jedoch sind die Betankungszeiten herkömmlicher Kraftstoff-Be­ tankungseinrichtungen noch nicht erreicht.

Ein Nachteil der bisherigen Betankungssysteme besteht in den Abdampfraten (Boil-off) der kryogenen Kraftstoffe, was sich negativ in der Energiebilanz niederschlägt. Die wesentlichen Ursachen für die damit verbundenen Kraftstoffverluste sind:

• - Der Druck im Fahrzeugspeicherbehälter muß vor dem Befüllen abgesenkt und während der Betankung konstant gehalten werden.
• - Die Betankungsleitung muß durch den kryogenen Kraftstoff vorgekühlt werden.
• - Die Druckabfälle in der Betankungsleitung bewirken Siedevorgänge.
• - Über Pumpen, Druckaufbausystem und Isolierungen wird dem System Wärme zugeführt.

Es sind Lösungsvorschläge bekannt, nach denen der abgedampfte Kraftstoff rückverdichtet oder rückkondensiert wird. Diese Lösungen stehen jedoch im Widerspruch zu dem Bestreben nach (möglichst) einfachen Anlagen- bzw. Systemkonzepten. Zu bedenken ist ferner, daß ein hoher Anteil des Energieinhalts kryogener Kraftstoffe zu deren Verflüssigung benötigt wird.

Um eine abgasfreie Betankung mit einem kryogenen Kraftstoff zu ermöglichen, wurde zwischenzeitlich dazu übergegangen, den Kraftstoff in Form von unterkühlter Flüssigkeit in den Speicherbehälter einzubringen bzw. einzuspeisen, wobei es zu einer Drucksenkung innerhalb des Speicherbehälters kommt und damit das Einkondensieren des noch im Speicherbehälter verbliebenen gasförmigen Mediums erreicht wird.

Dieses Verfahren gelingt bisher nur, wenn die Betankungsleitung durch einen vorgezogenen Verfahrensschritt vorgekühlt und der zu befüllende Speicherbehälter vor dem Befüllen druckentlastet wird. Bei dieser Verfahrensweise fällt jedoch in unerwünschter Weise vor dem Betankungsvorgang des Speicherbehälters Abgas an. Auch gelingt es damit nicht, die Abgas raten, die z. B. durch Druckaufbausystem und Isolierungen verursacht werden, zu eliminieren.

Während die ersten Betankungskupplungen für kryogene Kraftstoffe bzw. Medien eine Rückführleitung für das während des Betankungsvorganges aus dem Speicherbehälter ausströmende gasförmige Medium aufwiesen, können beim Verfahren des abgasfreien Betankens mit unterkühlter Flüssigkeit einadrige Betankungskupplungen einfacherer Bauart verwendet werden.

Zum Betanken von Speicherbehältern mit unterkühlter Flüssigkeit sind bisher folgende drei Verfahrensweisen bekannt:

• - Das Betanken aus einem Standspeicherbehälter über eine Betankungsleitung in den Speicherbehälter. Die Unterkühlung wird dadurch erreicht, daß der kryogene Kraftstoff im Standspeicherbehälter bei niedrigem Druck gelagert wird und kurzfristig vor dem Betanken Druck auf den Standspeicherbehälter gegeben wird.
  Die wesentlichen Nachteile bei dieser Verfahrensweise sind die hohen Abgasverluste durch den Druckaufbauvorgang und die diskontinuierliche Betriebsweise.
• - Das Betanken aus einem Standspeicherbehälter über eine Pumpe und über eine Betankungsleitung in den Speicherbehälter. Die Unterkühlung wird dadurch erreicht, daß der kryogene Kraftstoff im Standspeicherbehälter bei niedrigem Druck gelagert wird und mittels der Pumpe in den Speicherbehälter gefördert wird.
  Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahrensweise ist die Energieeinbringung durch die Pumpe, so daß bei Wasserstoff die Unterkühlung merklich gemindert wird. Zudem muß zum permanenten Kalthalten und Rückkühlen des Pumpsystems zusätzliches Kältemittel verdampft werden. Nachteilig ist ferner der erhöhte apparative Aufwand, der zudem ein erhöhtes Störpotential beinhaltet. Die vergleichsweise langen Rohrsysteme sowie die vergleichsweise großen Anzahl von Ventilen bewirken zusätzliche Druckabfälle und letztendlich erhöhte Abgasverluste, was sich insbesondere im Falle des Wasserstoffs sehr nachteilig bemerkbar macht.
• - Das Betanken aus einem Standspeicherbehälter mit separatem Portionierungsspeicherbehälter über eine Betankungsleitung in den Speicherbehälter. Die Unterkühlung wird dadurch erreicht, daß der kryogene Kraftstoff im Standspeicherbehälter bei niedrigem Druck gelagert wird, eine bestimmte Portionierungsmenge, die mindestens für das Befüllen eines Speicherbehälters ausreicht, aus dem Standspeicherbehälter in den Portionierungsspeicherbehälter umgefüllt wird und unmittelbar vor dem Betanken Druck auf den Portionierungsspeicherbehälter gegeben wird.
  Die wesentlichen Nachteile bei dieser Verfahrensweise sind die nach dem Betanken im Portionierungsspeicherbehälter verbleibende Druckgasfüllung, die als Abgasverlust in die Atmosphäre abgegeben werden muß. Alternativ dazu kann die Druckgasfüllung auch in einer zusätzlich zu installierenden Rückverdichtungsanlage gespeichert werden und einem zusätzlichen Verbraucher zugeführt werden. Weitere Abgasverluste entstehen, bedingt durch Wärmeeinfall und Druckabfall, aufgrund des erweiterten Anlagesystems, bestehend aus Portionierungsspeicherbehälter und Leitungssystem. Mit diesem Anlagekonzept ist die Realisierung einer Kompaktanlage nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe sowie ein Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung anzugeben, die bzw. das die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe weist

• - wenigstens einen ersten Speicherbehälter sowie wenigstens einen zweiten Speicherbehälter, wobei die Speicherbehälter für die Speicherung von kryogenen Medien, wie z. B. verflüssigter Wasserstoff, verflüssigtes Erdgas, etc., geeignet sind, wobei der bzw. die zweiten Speicherbehälter innerhalb des bzw. der ersten Speicherbehälter angeordnet sind, wobei das Volumen des zweiten Speicherbehälters kleiner als das Volumen des ersten Speicherbehälters und größer als das Volumen des oder der Speicherbehälter des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs ist,
• - wenigstens eine Leitung für kryogene Medien zwischen den Speicherbehältern, wobei in dieser Leitung wenigstens ein Ventil vorgesehen ist, und
• - wenigstens eine Leitung für kryogene Medien zwischen dem Volumen-mäßig kleineren der wenigstens zwei Speicherbehälter und der Betankungskupplung auf.

Im Gegensatz zu den bisher realisierten Betankungseinrichtungen für kryogene Kraftstoffe bzw. Medien weist die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung einen zusätzlichen zweiten Speicherbehälter auf. Dieser zweite Speicherbehälter ist innerhalb des ersten Speicherbehälters angeordnet. Unter dem Begriff "innerhalb des ersten Speicherbehälters" ist zu verstehen, daß die beiden Speicherbehälter in einer gemeinsamen, mit einer Isolierung versehenen Speicheraußenbehälterkonstruktion untergebracht sind.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe bzw. Medien zeichnet sich dadurch aus, daß der zweite Speicherbehälter zumindest teilweise gegenüber dem ersten Speicherbehälter isoliert ausgeführt ist.

Hierbei ist es prinzipiell ausreichend, wenn derjenige Bereich des zweiten Speicherbehälters, innerhalb dessen der Flüssigkeitsspiegel des in dem zweiten Speicherbehälter gelagerten Mediums schwankt, gegen den ersten Speicherbehälter isoliert ist.

Das Volumen des zweiten Speicherbehälters ist erfindungsgemäß kleiner als das Volumen des ersten Speicherbehälters und zudem größer als das Volumen des Speicherbehälters des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs. Sollte das zu betankenden Fahrzeug mehrere Speicherbehälter aufweisen, wie es z. B. oftmals bei Bussen der Fall ist, so ist das Volumen des zweiten Speicherbehälters größer als die Summe der Volumina der Einzelspeicherbehälter des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs zu wählen. Dieser zweite Speicherbehälter dient als sog. Portionierungsspeicherbehälter bzw. -tank.

Bei der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung wird der für eine Betankung ohne Pumpe notwendige Förderdruck lediglich in diesem zweiten Speicherbehälter erzeugt. Dadurch wird zum einen der Einsatz einer Pumpe für kryogene Medien und die mit ihr einhergehenden Nachteile, wie unerwünschter Wärmeeinfall in das Betankungseinrichtungssystem, geringere Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Betankungseinrichtung, etc., unnötig. Zum anderen wird nur derjenige Teil des innerhalb der Speicherbehälter gespeicherten kryogenen Mediums unter Druck gesetzt, der anschließend in das zu betankende Fahrzeug umgefüllt wird.

Es empfiehlt sich, daß das Volumen des zweiten Speicherbehälters ein vielfaches des Volumens des oder der Speicherbehälter des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs ist.

Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung wird es möglich, daß gegebenenfalls mehrere Fahrzeuge unmittelbar hintereinander betankt werden können, bevor ein erneuter Druckaufbau im zweiten Speicherbehälter notwendig ist. Diese Methode eignet sich insbesondere dann, wenn das gespeicherte Medium verflüssigtes Erdgas ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe sind in dem bzw. den ersten Speicherbehältern und/oder dem bzw. den zweiten Speicherbehältern Mittel zum Druckaufbau vorgesehen.

Sollten lediglich in dem ersten Speicherbehälter oder in dem zweiten Speicherbehälter Mittel zum Druckaufbau vorgesehen sein, so sind diese vorzugsweise so auszulegen, daß sie auch für den Druckaufbau in dem jeweils anderen Speicherbehälter verwendbar sind.

Hierbei sind die Mittel zum Druckaufbau vorzugsweise als eine in eine dem bzw. den ersten Speicherbehältern und/oder dem bzw. den zweiten Speicherbehälters zuführenden Leitung angeordneten Heizvorrichtung ausgebildet.

Selbstverständlich sind neben der erwähnten Heizvorrichtung, weitere, äquivalent wirkende Mittel zum Druckaufbau für den Fachmann denkbar.

Wie bereits erwähnt, liegt der Erfindung ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung anzugeben, das die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - nach Herstellen der Verbindung zwischen dem zweiten, mit einem kryogenen Medium befüllten Speicherbehälter und dem bzw. den Speicherbehältern des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs über die Betankungskupplung, ein Druckausgleich zwischen dem Fahrzeug-Spei­ cherbehälter und dem zweiten Speicherbehälter erfolgt,
• - nach erfolgtem Druckausgleich, in dem zweiten Speicherbehälter ein Druckaufbau erfolgt, der Fahrzeug-Speicherbehälter aus dem zweiten Speicherbehälter mit flüssigem kryogenen Medium betankt wird, und
• - nach erfolgter Betankung des Fahrzeug-Speicherbehälters, die Gasfüllung aus dem zweiten Speicherbehälter, die gegebenenfalls in einem Wärmetauscher angewärmt werden kann, mittels eines Verdichters in den Fahrzeug-Spei­ cherbehälter entleert und dadurch die Flüssigfüllung der Betankungsleitung(en) in den Fahrzeug-Speicherbehälter entleert und der bzw. die Speicherbehälter des betankten Fahrzeugs auf diese Weise konditioniert wird bzw. werden und wobei gleichzeitig der zweite Speicherbehälter über eine Leitung aus dem ersten Speicherbehälter mit flüssigem kryogenen Medium befüllt wird.

Die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art sowie weitere Ausgestaltungen der- bzw. desselben und die damit verbundenen Vorteile seien anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Hierbei ist, gemäß den Fig. 1 bis 3, innerhalb des ersten Speicherbehälters D1 ein zusätzlicher zweiter Speicherbehälter D2, der sog. Portionierungsspeicherbehälter bzw. -tank, angeordnet. Die beiden Speicherbehälter D1 und D2 sind über die Leitungen 5 und 6 sowie das in der Leitung 6 angeordnete Ventil d kommunizierend miteinander verbunden. Das Volumen des Speicherbehälters D2 entspricht einem Mehrfachen des Volumens des Speicherbehälters D3 des zu betankenden Fahrzeugs. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Speicherbehälter D2 sowohl die Flüssigkeitsfüllung des Speicherbehälters D3, als auch die Gasfüllung des Speicherbehälters D3 für den notwendigen Druckausgleich aufnehmen kann.

Sinnvollerweise empfiehlt es sich, daß der Durchmesser des Speicherbehälters D2 möglichst klein gehalten wird, da durch diese Maßnahme eine Verringerung der (Rück)Kondensationsgeschwindigkeit in dem Speicherbehälter D2 erreicht wird.

In den Fig. 1 bis 3 ist ferner eine einadrige Betankungskupplung K dargestellt, die aus einem sog. "Male"- und einem sog. "Female"-Teil, wobei diese jeweils ein Ventil b bzw. c aufweisen, aufgebaut ist. Die Ventile b und c sind hierbei vorzugsweise als Kugelhähne ausgebildet. Die Trennlinie zwischen der Betankungseinrichtung und dem zu betankenden Fahrzeug ist schematisch durch die gestrichelt gezeichnete Linie, die die Bereiche "T" und "F", stehend für "Betankungseinrichtung" bzw. "Fahrzeug", gegeneinander abgrenzt, dargestellt. Der Speicherbehälter D3 des zu betankenden Fahrzeugs ist in den Figuren lediglich schematisch und daher auch ohne die in der Realität vorgesehene Isolierung dargestellt.

Nachdem über die Betankungskupplung K die Verbindung zwischen dem Speicherbehälter D3 des zu betankenden Fahrzeugs und dem Portionierungstank D2 hergestellt ist, erfolgt bei geöffneten Ventilen c, b und a über die Leitungen 8, 7, 4, 2 und 1 ein Druckausgleich zwischen den Speicherbehältern D3 und D2 (dargestellt durch die fett gezeichneten Leitungen bzw. Leitungsabschnitte in der Fig. 1). Durch diesen Druckausgleich zwischen den Speicherbehältern D3 und D2 kommt es zu einem Druckaufbau im Speicherbehälter D2, während der Druck im Speicherbehälter D3 des zu betankenden Fahrzeuges sinkt. Während des Druckausgleichs kühlen die eben erwähnten Betankungsleitungen ab.

Nach erfolgtem Druckausgleich zwischen den Speicherbehältern D3 und D2 wird, wie in der Fig. 2 dargestellt, Ventil e, das vorzugsweise als Kugelhahn ausgebildet ist, geöffnet und der Speicherbehälter D3 des zu betankenden Fahrzeugs mit dem Speicherbehälter D2 über die Leitung 5, 4, 7 und 8 verbunden. Der notwendige Förderdruck wird durch Verdampfen einer Flüssigkeitsteilmenge im Wärmetauscher E und durch Druckaufgabe über Leitung 1 auf die Flüssigfüllung im Speicherbehälter D2 erzeugt (dargestellt durch die fett gezeichneten Leitungen bzw. Leitungsabschnitte in der Fig. 2).

Am Ende der Betankungsleitung 8 ist eine Brause B vorgesehen, mittels der die unterkühlte Flüssigkeit in den Fahrzeug-Speicherbehälter D3 eingespeist bzw. eingebracht wird, wodurch ein Rückkondensieren des noch in dem Speicherbehälter D3 verbliebenen Gases erreicht wird. Durch diese Rückkondensation des noch im Speicherraum des Speicherbehälters D3 befindlichen Gases, wird während des Betankungsvorganges jegliche Gasbildung vermieden. Dadurch wird die Verwendung einer einadrigen Betankungskupplung K ermöglicht, da während des Betankens kein Rückgas aus dem Fahrzeug-Speicherbehälter D3 abgeführt werden muß. Der vorgesehene Wärmetauscher W1 hat die Funktion eines Kondensators und bewirkt somit eine Druckabsenkung im Speicherbehälter D3.

Nach erfolgter Betankung des Fahrzeug-Speicherbehälters D3 aus dem Portionierungsspeicherbehälter D2, werden, wie in der Fig. 3 dargestellt, die Ventile a und e geschlossen und Ventil f geöffnet, so daß die Speicherbehälter D3 und D2 über die Leitungen 1, 3, 7 und 8 in Verbindung stehen.

Sodann wird mittels des Verdichters V das Gas aus dem Gasraum des Speicherbehälters D2 in den Speicherbehälter D3 abgepumpt - wobei gegebenenfalls eine Erwärmung des Gases mittels des Wärmetauschers W1 erfolgen kann - und der Speicherbehälter D3 des betankten Fahrzeugs auf diese Weise konditioniert. Die Leitungen 4, 7 und 8 werden dabei gleichzeitig von Flüssigkeit entleert.

Der Konditionierungs-Wärmetauscher W2 im Speicherbehälter D3 bewirkt die Konditionierung der Flüssigfüllung in dem Speicherbehälter D3 durch Rückkühlen und Teilkondensieren der Gasmengen, die aus den Speicherbehältern D1 und D2 in den Fahrzeug-Speicherbehälter D3 abgepumpt werden.

Zeitgleich mit dem Konditionieren des Speicherbehälters D3 wird, wie ebenfalls in der Fig. 3 dargestellt, Ventil d geöffnet, so daß über die Leitungen 6 und 5 Medium aus dem Speicherbehälter D1 in den Speicherbehälter D2 strömen kann und diesen dadurch wieder füllt. Nunmehr können erneut weitere Betankungsvorgänge durchgeführt werden.

Erfolgt über einen längeren Zeitraum eine zu geringe Entnahme von kryogenem flüssigen Medium aus dem Speicherbehälter D1, so kommt es in diesem, aufgrund des Wärmeeinfalls über die Isolierung des Speicherbehälters D1, zu einer Druck- und Temperaturerhöhung, wodurch der Unterkühlungsgrad der in den Speicherbehälter D3 einzuspeisenden kryogenen Flüssigkeit vermindert wird. Aus diesem Grund wird in Intervallen über Leitung 10, in der ein Ventil h vorgesehen ist, Gas aus dem Speicherbehälter D1 mittels des Verdichters V in den Speicherbehälter D3 des zu betankenden Fahrzeuges abgeführt.

Fällt innerhalb des Systems, aus welchen Gründen auch immer, Abgas an, so kann dieses über die Leitung 9, in der ein Ventil g vorgesehen ist, abgeführt werden. Unter dem Begriff "abgeführt" ist hierbei das Ablassen an die Atmosphäre oder ein Abgeben z. B. in ein bestehendes Leitungsnetz zu verstehen.

Bei der Inbetriebnahme eines Fahrzeuges oder nach einer längeren Stillstandszeit eines Fahrzeuges ist es notwendig, daß der Speicherbehälter D3 vor dem eigentlichen Betankungs- bzw. Befüllungsvorgang zunächst auf Betriebstemperatur abgekühlt wird. Dieses Abkühlen erfolgt im Pilgerschrittverfahren, wobei mehrmals kryogene Flüssigkeit aus dem Speicherbehälter D2 über die Leitungen 5, 4, 7 und 8 in den Speicherbehälter D3 eingespeist und nach dem Erreichen des oberen Betriebsdrucks des Speicherbehälters D3 über die Leitungen 8, 7 und 9, bei geöffnetem Ventil g, z. B. in die Atmosphäre oder in ein Leitungsnetz entspannt wird.

Die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit weisen gegenüber den bekannten Betankungseinrichtungen für kryogene Kraftstoffe bzw. gegenüber den bekannten Verfahren zum Betanken folgende Vorteile auf:

• - Kraftstoffverluste werden vermieden, indem die durch Energiezufuhr anfallenden Gasmengen in den (Fahrzeug-)Speicherbehälter D3 abgeführt werden.
• - Minimierung des Wärmeeinfalls und Optimierung der Flüssigkeitsunterkühlung durch das kompakte "Tank-in-Tank"-System.
• - Optimierung der Flüssigkeitsunterkühlung durch Verzicht auf eine Pumpe und durch kurze Leitungen ohne Ventilverengungen.
• - Hohe Betriebssicherheit und Verfügbarkeit, einfache Wartung und Kostenreduzierung, da auf kryogene Pumpe(n) verzichtet wird. Auch bei einem Ausfall des Verdichters V bleibt die Betankungseinrichtung bzw. das Betankungsverfahren, wenngleich nicht mehr abgasfrei, funktionsfähig. Zudem erübrigt sich eine betriebsmäßige Abkühlung von Leitungen und Verdichter(n) auf die Siedetemperatur des kryogenen Mediums, wie diese bei einem System mit kryogener Pumpe der Fall ist.
• - der vorgesehene, einfache Verdichter kann bei Umgebungstemperatur betrieben werden.
• - Gute Konditionierungsmöglichkeiten für den (Fahrzeug-)Speicherbehälter D3.
• - Geringer Platzbedarf aufgrund der Kompaktheit der Betankungseinrichtung.
• - Kurze Betankungszeit durch optimale Unterkühlung der Flüssigkeit, wobei aufgrund der kurzen und massearmen Betankungsleitung ohne Ventile ein Sieden der Flüssigkeit und ein ansonsten an den Drosselstellen eintretender Druckabfall und eine daraus resultierende Gasbildung vermieden wird.

Prinzipiell ist anzumerken, daß selbstverständlich die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum abgasfreien Betanken nicht nur auf das Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit, sondern auch auf das Betanken bzw. Befüllen von z. B. stationären Speicherbehältern anwendbar ist.

Claims (10)

1. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe,

• - mit wenigstens einem ersten Speicherbehälter (D1) sowie wenigstens einem zweiten Speicherbehälter (D2), wobei die Speicherbehälter (D2, D1) für die Speicherung von kryogenen Medien, wie z. B. verflüssigter Wasserstoff, verflüssigtes Erdgas, etc., geeignet sind, wobei der bzw. die zweiten Speicherbehälter (D2) innerhalb des bzw. der ersten Speicherbehälter (D1) angeordnet sind, wobei das Volumen des zweiten Speicherbehälters (D2) kleiner als das Volumen des ersten Speicherbehälters (D1) und größer als das Volumen des oder der Speicherbehälter (D3) des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs ist,
• - mit wenigstens einer Leitung (5, 6) für kryogene Medien zwischen den Speicherbehältern (D2, D1), wobei in dieser Leitung (5, 6) wenigstens ein Ventil (d) vorgesehen ist, und
• - mit wenigstens einer Leitung (1, 2, 4, 7) für kryogene Medien zwischen dem Volumen-mäßig kleineren der wenigstens zwei Speicherbehälter (D1, D2) und der Betankungskupplung (K).

2. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Speicherbehälter (D2) zumindest teilweise gegenüber dem ersten Speicherbehälter (D1) isoliert ausgeführt ist.

3. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Druckaufbau in dem bzw. den ersten Speicherbehältern (D1) und/oder dem bzw. den zweiten Speicherbehältern (D2) vorgesehen sind.

4. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Druckaufbau als eine in einer dem bzw. den ersten Speicherbehältern (D1) und/oder dem bzw. den zweiten Speicherbehältern (D2) zuführenden Leitung angeordneten Heizvorrichtung (E) ausgebildet sind.

5. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Konditionieren des Speicherbehälters (D3) des zu betankenden Fahrzeuges vorgesehen sind.

6. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Konditionieren des Speicherbehälters (D3) des zu betankenden Fahrzeuges als wenigstens ein Verdichter (V) ausgebildet sind, wobei mittels des Verdichters (V) gasförmiges Medium in den Speicherbehälter (D3) des zu betankenden Fahrzeuges gefördert und damit flüssiges kryogenes Medium aus der Betankungsleitung in den Speicherbehälter (D3) ausgeschoben wird.

7. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmetauscher (W1) vorgesehen ist, der das mittels des Verdichters (V) geförderte Medium anwärmt.

8. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Konditionieren des Speicherbehälters (D3) des zu betankenden Fahrzeuges als wenigstens ein innerhalb des Speicherbehälters (D3) angeordneter Wärmetauscher (W2) ausgebildet sind.

9. Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer Betankungseinrichtung gemäß den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - nach Herstellen der Verbindung zwischen dem zweiten, mit einem kryogenen Medium befüllten Speicherbehälter (D2) und dem bzw. den Speicherbehältern (D3) des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs über die Betankungskupplung (K), ein Druckausgleich zwischen dem zweiten Speicherbehälter (D2) und dem Fahrzeug-Speicherbehälter (D3) erfolgt,
• - nach erfolgtem Druckausgleich in dem Speicherbehälter (D2) ein Druckaufbau erfolgt, der Fahrzeug-Speicherbehälter (D3) aus dem zweiten Speicherbehälter (D2) mit flüssigem kryogenen Medium betankt wird, und
• - nach erfolgter Betankung des Fahrzeug-Speicherbehälters (D3), die Gasfüllung aus dem Speicherbehälter (D2) mittels eines Verdichters (V) in den Fahrzeug-Speicherbehälter (D3) entleert, dadurch die Flüssigfüllung der Betankungsleitung(en) (7, 8) ebenfalls in den Fahrzeug-Speicherbehälter (D3) entleert, der bzw. die Speicherbehälter (D3) des betankten Fahrzeugs auf diese Weise konditioniert wird bzw. werden und wobei gleichzeitig der Speicherbehälter (D2) über eine Leitung (6) aus dem Speicherbehälter (D1) mit flüssigem kryogenen Medium befüllt wird.

10. Verfahren zum abgasfreien Betanken nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Speicherbehälter (D2) mittels eines Verdichters (V) in den Fahrzeug-Speicherbehälter (D3) entleerte Gasfüllung vor dem Einfüllen in den Speicherbehälter (D3) angewärmt (W1) wird.