DE19744431C1 - Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien sowie Betankungsvorrichtung für kryogene Medien - Google Patents

Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien sowie Betankungsvorrichtung für kryogene Medien

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien, wobei die Betankungsvorrichtung für kryogene Medien wenigstens einen Speicherbehälter für kryogene Medien, wenigstens eine Leitung für kryogene Medien sowie wenigstens eine Betankungskupplung für kryogene Medien aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Betankungsvorrichtung für kryogene Medien, wobei die Betankungsvorrichtung wenigstens einen Speicherbehälter für kryogene Medien, wenigstens eine Zuführleitung, wenigstens eine Rückführleitung sowie wenigstens eine Betankungskupplung für kryogene Medien aufweist.
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.
Insbesondere Wasserstoff gewinnt gegenwärtig durch den steigenden Energiebedarf und das gestiegene Umweltbewußtsein als Energieträger zunehmend an Bedeutung. So sind seit längerem Versuche im Gange, Flugzeuge, Lastkraftwagen, Busse sowie Personenkraftwagen mittels mit Wasserstoff-betriebenen Turbinen bzw. Motoren anzutreiben. Auch Erdgas wird bereits in ersten Feldversuchen zum Antreiben von Bussen und Personenkraftwagen verwendet.
Die Speicherung derartiger kryogener Medien "an Bord" der obengenannten 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 unter hohen Drücken erfolgen müßte.
Neben den bei Wasserstoff-betriebenen Fahrzeugen notwendigen Sicherheitsmaßnahmen sowie dem Preis/Leistungs-Verhältnis der verwendeten kryogenen Medien 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 Pkws im Bereich von 20 bis 30 Minuten. Zwischenzeitlich konnten die Betankungszeiten zwar deutlich reduziert werden, jedoch sind die Betankungszeiten herkömmlicher Kraftstoff- Betankungseinrichtungen noch nicht erreicht.
Problematisch ist insbesondere, daß bei größeren Zeitintervallen zwischen zwei Betankungsvorgängen sowohl die Leitung zwischen dem Speicherbehälter für die kryogenen Medien und der Betankungskupplung bzw. dem Betankungskupplungsstecker als auch die Betankungskupplung bzw. der Betankungskupplungsstecker "kaltgefahren" werden müssen. Dies bedeutet, daß dem eigentlichen Betankungsvorgang, also dem Umfüllen von kryogenem Medium aus dem Speicherbehälter der Tankstelle in den Speicherbehälter des zu betankenden Fahrzeuges, eine Abkühlphase vorgeschaltet werden muß. Diese zeitlich aufwendige Abkühlphase ist im Praxisbetrieb jedoch nicht tolerierbar.
Um die erwähnte Abkühlphase zu verkürzen wird in der DE-PS 41 29 020 ein Verfahren sowie eine Betankungseinrichtung zum Befüllen des Kryotanks eines Wasserstoff-betriebenen Fahrzeuges mit flüssigem Wasserstoff beschrieben, wobei der Wasserstoff in einem unterkühlten Zustand in den Kryotank des Wasserstoff­ betriebenen Fahrzeuges gefüllt wird. Die beschriebene Betankungseinrichtung zum Befüllen eines Kryotanks weist sowohl eine Wasserstoffzuleitung als auch aus Sicherheitsgründen eine Wasserstoffrückführleitung von dem Kryotank zu dem Flüssigkeitswasserstoffspeicher auf. Zwischen zwei Befüllvorgängen wird die Wasserstoffzuleitung mit der Rückführleitung über ein Kurzschlußstück verbunden, so daß die zum Überführen des Wasserstoffs in den Kryotank erforderlichen Betankungseinrichtungen zwischen zwei Befüllvorgängen mit flüssigem Wasserstoff gekühlt werden können; dieser strömt dazu durch die Wasserstoffzuleitung, das Kurzschlußstück sowie die Rückführleitung. Um die Kühlung der zu kühlenden Betankungseinrichtung zu erreichen wird der Betankungsschlauch nach dem Befüllen des Kryotanks mit seinen Anschlußstutzen in die Stutzen der Betankungseinrichtung eingeführt, wobei die Stutzen der Betankungseinrichtung mit einer Kurzschlußleitung verbunden sind.
Diese Verfahrensweise hatte jedoch den großen Nachteil, daß die Kühlung mittels LH2 erfolgt. Zum Umpumpen des für die Kühlung benötigten LH2's ist der Betrieb einer LH2-Pumpe erforderlich. Zudem muß der durch die Leitung geführte LH2 in einem Kühler rückgekühlt werden, bevor er wieder dem Speicherbehälter der Betankungseinrichtung zugeführt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien sowie eine gattungsgemäße Betankungsvorrichtung für kryogene Medien anzugeben, das bzw. die die genannten Nachteile vermeidet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Speicherbehälter anfallendes gasförmiges, kryogenes Medium durch die der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten geführt wird.
Im Gegensatz zu der Verfahrensweise entsprechend der erwähnten DE-PS 41 29 020 wird für die Abkühlung der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten nunmehr anstelle des Flüssigwasserstoffs in dem Speicherbehälter anfallendes gasförmiges, kryogenes Medium verwendet. Die Abdampfrate von Speicherbehältern, die der Speicherung kryogener Medien dienen, ist aufgrund aufwendiger Isoliermaßnahmen zwar vergleichsweise gering, jedoch läßt es sich nicht vermeiden, daß innerhalb des Speicherbehälter kryogenes Medium in gasförmiger Form anfällt. Dieses wird bisher in der Regel über einen Kamin ungenützt an die Atmosphäre abgegeben. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das innerhalb des Speicherbehälters anfallende gasförmige, kryogene Medium nun zum Abkühlen der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten, vorzugsweise der Leitung zwischen dem Speicherbehälter und der Betankungskupplung sowie der Betankungskupplung selbst verwendet. Diese Verfahrensweise macht den Einsatz bzw. den Betrieb einer Pumpe, wie sie bzw. er im Falle der DE-PS 41 29 020 erforderlich ist, unnötig.
Entsprechend einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das durch die der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten geleitete gasförmige, kryogene Medium nach den Hindurchleiten verdichtet und gegebenenfalls einem Speicherbehälter, vorzugsweise einem Hochdruck-Speicherbehälter, zugeführt. Alternativ dazu wäre es denkbar, das durch die der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten geleitete Medium wiederum demjenigen Speicherbehälter, dem es entnommen wurde, zuzuführen.
Die erfindungsgemäße Betankungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Zuführleitung und die Rückführleitung innerhalb der Betankungskupplung über eine mittels eines Ventils absperrbare Bypass-Leitung miteinander verbunden oder verbindbar sind.
Vorzugsweise ist die Bypass-Leitung in demjenigen Endbereich der Betankungskupplung, der in das zu betankende Fahrzeug oder die zu betankende Vorrichtung eingeführt wird, angeordnet.
Eine derartige Bypass-Leitung, die mittels eines Ventils absperrbar ist, macht ein Einführen der Betankungskupplung bzw. des Betankungskupplungssteckers in eine ein Kurzschlußstück aufweisende Vorrichtung, wie sie in der DE-PS 41 29 029 beschrieben ist, unnötig.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogenen Medien sowie die erfindungsgemäße Betankungsvorrichtung für kryogene Medien und weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt einen mit einem kryogenen Medium, wie z. B. Wasserstoff, gefüllten Speicherbehälter S. Aus diesem Speicherbehälter S wird während eines Betankungsvorganges flüssiges kryogenes Medium über die Leitung 1 entnommen. In dieser Leitung 1 ist ein Absperrventil a vorgesehen. Gasförmiges kryogenes Medium kann aus dem oberen Bereich des Speicherbehälters S über Leitung 2, in der ebenfalls ein Absperrventil b vorgesehen ist, entnommen werden. Während des Betankungsvorganges ist das Ventil b geschlossen, so daß lediglich flüssiges, kryogenes Medium über die Zuführleitungen 1 und 3 sowie über die Betankungskupplung B dem zu betankenden Fahrzeug bzw. der zu betankenden Einrichtung zugeführt wird. Die Betankungskupplung B weist neben der Zuführleitung 3 eine Rückführleitung 5 auf. Zuführleitung 3 und Rückführleitung 5 sind über eine Bypass-Leitung, in der eine Absperrventil c vorgesehen ist, miteinander verbunden. Zum Zwecke der Isolierung sind die Betankungskupplung B sowie die Leitungen vorzugsweise mit einer Vakuum(super)isolierung 4 versehen.
Während des Betankungsvorganges anfallendes gasförmiges, kryogenes Medium wird aus dem zu betankenden Speicherbehälter bzw. Kryotank über die Rückführleitung 5 abgezogen und z. B. über einen Kamin an die Atmosphäre abgegeben.
Nach Beendigung des Betankungsvorganges wird das Ventil a geschlossen und die Betankungskupplung bzw. der Betankungskupplungsstecker B aus dem zu betankenden Fahrzeug bzw. der zu betankenden Einrichtung entnommen. Nachdem die Zuführung von kryogenem Medium in die Betankungsleitungen 1 und 3 sowie die Betankungskupplung bzw. den Betankungskupplungsstecker B unterbrochen ist, kommt es zu einem Anwärmen von Leitungen und Kupplung. Um dieses Anwärmen zu verhindern, wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr das Ventil b geöffnet, so daß über Leitung 2 gasförmiges, kryogenes Medium aus dem Speicherbehälter S über die Leitungen 2 und 3 in die Betankungskupplung bzw. den Betankungskupplungsstecker B geleitet wird. Mittels dieser Verfahrensweise werden sowohl alle diejenigen Leitungsbereiche, die der Umgebungswärme ausgesetzt sind, sowie die Betankungskupplung selbst kalt gehalten.
Über das geöffnete Bypass-Ventil c strömt das gasförmige kryogene Medium aus der Zuführleitung 4 in die Rückführleitung 5 und kann anschließend z. B. über einen Kamin an die Atmosphäre abgegeben werden.
Unter Umständen macht es Sinn, das mittels der Rückführleitung 5 aus der Betankungskupplung bzw. dem Betankungskupplungsstecker B abgezogene gasförmige Medium zu verdichten 6 und über eine Leitung 7 einem oder mehreren Speicherbehälter 8, bei denen es sich vorzugsweise um sog. Hochdruck- Speicherbehälter handelt, zuzuführen. So kann z. B. eine Verdichtung des gasförmigen, kryogenen Mediums auf ca. 50 bis ca. 250 bar erfolgen und das verdichtete Medium anschließend in entsprechende Hochdruck-Gasflaschen abgefüllt und verkauft werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien, wobei die Betankungs­ vorrichtung für kryogene Medien wenigstens einen Speicherbehälter für kryogene Medien, wenigstens eine Leitung für kryogene Medien sowie wenigstens eine Betankungskupplung für kryogene Medien aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Speicherbehälter (S) anfallendes gasförmiges, kryogenes Medium durch die der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten geführt wird.
2. Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten geleitete gasförmige, kryogene Medium verdichtet (6) wird.
3. Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten geleitete und anschließend verdichtete Medium einem Speicherbehälter, vorzugsweise einem Hochdruck-Speicherbehälter (8), zugeführt wird.
4. Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die der Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten geleitete gasförmige, kryogene Medium wiederum dem Speicherbehälter (S), dem es entnommen wurde, zugeführt wird.
5. Betankungsvorrichtung für kryogene Medien, wobei die Betankungsvorrichtung wenigstens einen Speicherbehälter für kryogene Medien, wenigstens eine Zuführ­ leitung, wenigstens eine Rückführleitung sowie wenigstens eine Betankungs­ kupplung für kryogene Medien aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (3) und die Rückführleitung (5) innerhalb der Betankungskupplung (B) über eine mittels eines Ventils (c) absperrbare Bypass-Leitung miteinander verbunden oder verbindbar sind.
6. Betankungsvorrichtung für kryogene Medien nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Leitung in demjenigen Endbereich der Betankungskupplung (B), der in das zu betankende Fahrzeug oder die zu betankende Vorrichtung eingeführt wird, angeordnet ist.
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