DE202015100717U1 - Befüllvorrichtung zur Befüllung eines Behältnisses insbesondere eines Wetterballons mit Wasserstoff - Google Patents

Befüllvorrichtung zur Befüllung eines Behältnisses insbesondere eines Wetterballons mit Wasserstoff Download PDF

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Abstract

Befüllvorrichtung (2) zur Befüllung eines Behältnisses mit Wasserstoff, insbesondere eines Wetterballons, umfassend ein tragbares Gehäuse (4), in das ein Speicherbehälter (12) einsetzbar ist, welcher als Metallhydridspeicher zur chemisch gebundenen Speicherung des Wasserstoffs ausgebildet ist, wobei weiterhin eine Heizeinrichtung (16) zur Beheizung des Speicherbehälters (12) zur Freisetzung von gasförmigen Wasserstoff sowie ein Gasanschluss (32) zum Befüllen des Behältnisses mit gasförmigen Wasserstoff integriert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Befüllvorrichtung zur Befüllung eines Behältnisses mit Wasserstoff, insbesondere eines Wetterballons mit Wasserstoff.
  • Zur Erstellung von Wettervorhersagen ist es bekannt, sogenannte Wetterballons einzusetzen. Bei einem solchen handelt es sich um einen gasbefüllten Ballon, an dem Messgeräte befestigt sind, mit deren Hilfe meteorologische Daten aus unterschiedlichen Höhen ermittelt und heutzutage mittels Funk an eine Bodenstation übermittelt werden. Derartige funkbasierte Systeme werden Radiosonden genannt.
  • Der Ballon weist häufig eine Hülle aus Latex oder einem ähnlichen Material mit geringem Eigengewicht auf. Typische Wetterballons weisen unter Standardbedingungen in Bodennähe, also bei etwa 1 bar Luftdruck und 20°C, ein Volumen von typischerweise 500 bis 1.000 l und größere Wetterballons beispielsweise bis 3.000 l auf. Derartige Wetterballons können je nach Größe mehrere Kilometer bis hin zu beispielsweise 30 km Höhe erreichen.
  • Aus der DE 8705932 U1 ist solcher Wetterballon für große Steighöhen zu entnehmen.
  • Für die Befüllung des Ballons ist üblicherweise ein Leichtgas, insbesondere Wasserstoff, vorgesehen. Neben derartigen wassergefüllten Wetterballons sind auch sogenannte Solarballons bekannt, die nach Art eines Heißluftballons funktionieren. Wasserstoffgefüllte Ballons erfordern gegenüber derartigen Solarballons eine aufwändige Befüllanlage und aufgrund der hohen Explosionsgefahr des Wasserstoffs sind entsprechend aufwändige Sicherheitsvorkehrungen erforderlich.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Einsatz von wasserstoffgefüllten Wetterballons zu vereinfachen.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Befüllvorrichtung zur Befüllung eines Behältnisses mit Wasserstoff, insbesondere eines Wetterballons, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Befüllvorrichtung umfasst dabei ein tragbares Gehäuse, in das ein Speicherbehälter einsetzbar ist und im Betrieb eingesetzt ist. Der Speicherbehälter ist dabei als ein Metallhydridspeicher ausgebildet, welcher zur chemisch gebundenen Speicherung des Wasserstoffs ausgebildet ist. Ergänzend sind innerhalb des tragbaren Gehäuses ein Heizelement zur Beheizung des Speicherbehälters zur Freisetzung von gasförmigem Wasserstoff sowie weiterhin ein Gasanschluss zum Befüllen des Behältnisses mit gasförmigem Wasserstoff integriert.
  • Dieser Ausgestaltung liegt zum einen die Idee zugrunde, durch die Verwendung eines Metallhydridspeichers einen einfach zu handhabenden Speicher für den Wasserstoff bereitzustellen, sodass keine aufwändigen Sicherheitsvorkehrungen erforderlich sind. Kombiniert wird dieser Metallhydridspeicher mit einer insgesamt tragbaren Vorrichtung, in der sämtliche erforderliche Komponenten für die Freisetzung des Wasserstoffs aus dem Speicherbehälter integriert sind. Der Speicherbehälter selbst ist in das Gehäuse einsetzbar oder eingesetzt. Innerhalb des Gehäuses ist daher eine entsprechende Halterung oder Aufnahme für den Speicherbehälter integriert. Alternativ ist der Speicherbehälter fest im Gehäuse montiert.
  • Durch die tragbare Eigenschaft ist insgesamt eine mobile und flexible Befüllvorrichtung für insbesondere einen Wetterballon oder auch für sonstige zu befüllende Behältnisse verwirklicht. Dadurch können Wetterballons flexibel von unterschiedlichsten Orten problemlos gestartet werden. Eine aufwändige stationäre Füllstation, wie sie heutzutage eingesetzt wird, ist daher nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen.
  • Durch die Bindung des Wasserstoffes im Metallhydid und den relativ geringen Druck des Metallhydridspeichers ist im Gegensatz zu herkömmlichen Gasflaschen insbesondere auch ein gefahrloser Transport der gesamten Befüllvorrichtung möglich.
  • Eine derartige mobile Befüllvorrichtung ist insbesondere für eine ortsveränderliche, lokalisierte Wettervorhersage von besonderer Bedeutung. Dadurch können ortsungebunden mit nur geringem Aufwand meteorologische Daten über den aktuellen Aufenthaltsort in Erfahrung gebracht werden. Dies ist beispielsweise für mobile beispielsweise militärische Einheiten von besonderem Vorteil.
  • Innerhalb des Metallhydridspeichers ist der Wasserstoff chemisch in einem geeigneten als Feststoff vorliegenden Metallhydrid gebunden. Der Metallhydridspeicher selbst ist dabei beispielsweise als LaNi5-Metallhydridspeicher ausgebildet. Weitere bekannte Materialien für einen Metallhydridspeicher sind beispielsweise Magnesiumhydrid, Lithiumhydrid, Natriumhydrid etc. Derartige Metallhydridspeicher sind grundsätzlich zur Speicherung von Energie in Form von Wasserstoff als Energieträger bekannt.
  • Für das Befüllen des Speichers wird Wasserstoff unter Druck dem Metallhydrid zugeführt, welches innerhalb eines Druckbehälters integriert ist. Im gefüllten Zustand steht der Druckbehälter typischerweise unter einem Druck von maximal einigen 10 bar, beispielsweise unter einem Druck von kleiner 50 bar uns insbesondere von etwa 25 bis 40 bar. Zur Freisetzung des Wasserstoffs im gasförmigen Zustand an die Umgebung wird der Speicherbehälter insbesondere thermisch erwärmt, beispielsweise auf Temperaturen im Bereich von etwa 30° bis 50° und insbesondere im Bereich von etwa 40°C. Die thermische Erwärmung erfolgt dabei mit Hilfe der integrierten Heizeinrichtung.
  • Durch die chemische Speicherung des Wasserstoffs ist die gesamte Befüllvorrichtung sehr einfach ohne besondere Sicherheitsrisiken nutzbar.
  • Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist der Speicherbehälter dabei zur Speicherung von maximal bis zu 5.000 l und vorzugsweise maximal bis zu 3.000 l oder bis zu 1.500 l gasförmigem Wasserstoff bei Standardbedingungen ausgebildet. Hierunter wird verstanden, dass der im Metallhydridspeicher gespeicherte Wasserstoff nach seiner Freisetzung bei Standardbedingungen, also bei etwa 1 bar und 20°C das vorgenannte Volumen einnimmt.
  • Der Speicherbehälter weist dabei ein Gesamtvolumen auf, welches vorzugsweise nur teilweise mit einem Metallhydrid gefüllt ist. In einem verbleibenden Restvolumen, das vorzugsweise größer ist als das vom Metallhydrid eingenommene Volumen und beispielsweise das 1,5 bis 3-fache des Volumens des Metallhydrids ausmacht, ist insbesondere ein Wärmetauscher angeordnet. Bei einem Speicherbehälter für 1500 l freizusetzenden Wasserstoff beträgt das Volumen des Metallhydrids beispielsweise lediglich etwa 1,1 bis 1,5 l und insbesondere etwa 1,3l, bei einem Gesamtvolumen von 4–6l, insbesondere 4,5 l
  • Über den Wärmetauscher ist ein effizienter Wärmetausch und -Transport mit / zum Metallhydrid zur bedarfsweisen Freisetzung des Wasserstoffs ermöglicht. Beim Wärmetauscher handelt es sich beispielsweise um wärmeleitfähige Elemente, beispielsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Metall oder auch um fluidgefüllte Wärmeleitelemente. Diese transportieren insbesondere Wärme von den Wänden des Speicherbehälters in das Innenvolumen zum Metallhydrid. Dieses ist vorzugsweise möglichst homogen im Gesamtvolumen verteilt. Für einen guten Wärmetransport durch die Wandung des Druckbehälters besteht diese ebenfalls aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere aus Metall wie beispielsweise Aluminium.
  • Ein derartiges Speichervolumen ist dabei ausreichend, um mehrere Wetterballons beispielsweise mit einem Volumen von 700 l zu befüllen. Damit ist das Volumen des Speicherbehälters auf das spezielle Einsatzgebiet der Wetterballons abgestimmt. Für die Speicherung von beispielsweise 1.500 l Wasserstoff (im freigesetzten, gasförmigen Zustand) sind beispielsweise etwa 10 kg des oben genannten Metallhydrids LaNi5 ausreichend (bei einem Betriebsdruck von etwa 10 bis 12 bar).
  • Der Speicherbehälter weist dabei zweckdienlicherweise ein Gesamtvolumen von maximal etwa 5–7 l für die Speicherung von 1.500 l freisetzbarem Wasserstoff oder von maximal etwa 10–15 l bei einer Speicherung von etwa 3.000 l freisetzbarem Wasserstoff. Das Gewicht liegt dabei für den 1.500-Liter-Speicher bei etwa beispielsweise 10 bis 15 kg, wobei davon etwa 10 kg auf das Metallhydrid entfallen. Entsprechend liegt das Gewicht beispielsweise bei einem Speichervermögen von 3.000 l etwa beim Doppelten, also bei etwa 25 kg.
  • Der Speicherbehälter selbst ist dabei gebildet aus einem Druckbehälter und dem darin eingebrachten Metallhydrid. Der Druckbehälter ist dabei für Drücke von typischerweise 30 bis 50 bar, insbesondere für 30–40 bar ausgelegt.
  • Im Hinblick auf die sicherheitstechnischen Anforderungen ist weiterhin in das Gehäuse ein Sicherheitsventil integriert, welches bei Überschreiten einer Grenztemperatur und/oder eines Grenzdrucks des Speicherbehälters den Wasserstoff in die Umwelt freisetzt. Die Grenztemperatur liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 60° und 80°C. Der Grenzdruck liegt beispielsweise im Bereich von 20 bis 40 bar Überdruck.
  • Im Hinblick auf einen möglichst flexiblen Einsatz ist der Speicherbehälter dabei vorzugsweise reversibel austauschbar im Gehäuse angeordnet. Die Befüllkapazität kann daher durch einen Ersatzspeicherbehälter deutlich erweitert werden. Auch lässt sich hierdurch mit nur einer Befüllstation eine Vielzahl von Behältnissen befüllen und die Befüllstation steht kontinuierlich zur Verfügung. Ausfallzeiten für die Befüllung des Speicherbehälters fallen daher nicht an.
  • Für diese Austauschbarkeit weist der Speicherbehälter zweckdienlicherweise Anschlüsse zum reversiblen Befüllen und/oder zum reversiblen Anschließen an einen komplementären Anschluss im Gehäuse auf. Bei diesem Anschlusspaar im Gehäuse und am Speicherbehälter handelt es sich dabei vorzugsweise um Schnellverschlüsse, sodass innerhalb kürzester Zeit der Speicherbehälter ausgetauscht werden kann.
  • Bevorzugt weist der Speicherbehälter auch Anschlüsse zum reversiblen Befüllen auf, sodass der Druckbehälter des Speicherbehälters daher für eine Vielzahl von Befüllungen, typischerweise mehrere 1.000 Befüllungen, geeignet ausgebildet ist.
  • Im Hinblick auf einen zuverlässigen Betrieb beim Befüllen des Wetterballons ist innerhalb der Befüllvorrichtung eine Steuer- oder Regeleinheit zur Einstellung der Temperatur des Speicherbehälters integriert. Die Temperatur wird mit Hilfe der Heizeinrichtung eingestellt. Über die Temperatur wird das „Ausgasen“ des im Metallhydrid gespeicherten Wasserstoffs gesteuert, sodass ein gewünschter Volumenstrom erreicht wird, um ein zügiges Befüllen des Behältnisses mit gasförmigem Wasserstoff zu gewährleisten.
  • Bei dem Heizelement handelt es sich gemäß einer ersten Ausführungsvariante zweckdienlicherweise um ein elektrisches Heizelement, bei dem also elektrische Energie in Wärmeenergie umgesetzt wird. Hierbei wird beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung verwendet.
  • Im Hinblick auf eine effiziente Umwandlung wird zweckdienlicherweise ein Peltier-Heizelement eingesetzt.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist als Heizelement eine Wärmepumpe eingesetzt. Innerhalb der Befüllstation ist daher ein an sich bekannter Kältekreislauf integriert, sodass mittels der Wärmepumpe die Temperatur eines Wärmereservoirs, insbesondere die Umgebungsluft, auf ein höheres Temperaturniveau angehoben wird, welches dann zur Beheizung des Speicherbehälters herangezogen wird. Die Wärmepumpe umfasst hierzu allgemein ein in einem Kreislauf geführtes Kältemittel. In diesem Kreislauf ist ein Verdampfer integriert, mit dessen Hilfe Wärme aus der Umgebung, insbesondere der Luft, an das Kältemittel abgegeben wird. Nachfolgend zum Verdampfer ist ein Kompressor zur Verdichtung des Kältemittels, nach dem Verdichter ein Kondensator zur Abgabe der Wärme beispielsweise an den Speicherbehälter und schließlich dem Kondensator nachfolgend ein Expansionsorgan zum Entspannen des im Kreislauf geführten Kältemittels angeordnet.
  • Die Heizleistung des Heizelements beträgt dabei einige 100 Watt und liegt vorzugsweise bei maximal 1.500 Watt und insbesondere in einen Beriech von 400–1000 Watt. Die Mindestheizleistung liegt dabei typischerweise bei etwa 300 Watt. Mit einer derartigen Heizleistung ist ein zügiges Befüllen eines Wetterballons gewährleistet. Insgesamt ist die Heizleistung dabei derart ausgebildet, dass eine Freisetzung von 500 l Wasserstoff bei Standardbedingungen in einem Zeitraum von 5 bis 15 Minuten ermöglicht ist. Vorzugsweise ist eine Befüllung eines Wetterballons mit beispielsweise 700 l Volumen bei Standardbedingungen innerhalb von etwa 10 Minuten ermöglicht.
  • Im Hinblick auf die angestrebte kompakte Ausgestaltung der Befüllvorrichtung und deren Tragbarkeit ist das Gehäuse zweckdienlicherweise nach Art eines Koffers mit einem Deckel ausgebildet. Innerhalb des Koffers sind sämtliche Komponenten inkl. einer Aufnahme für den Speicherbehälter integriert. Innerhalb des Gehäuses liegen sämtliche Komponenten geschützt ein.
  • Im Hinblick auf eine möglichst einfache Tragbarkeit weist das Gehäuse einen Traggriff auf.
  • Das Gewicht des gesamten Gehäuses beträgt dabei typischerweise etwa 10 bis 20 kg ohne Speicherbehälter. Dieser weist – beispielsweise für ein Gasvolumen von 1.500 l – ein Gewicht von etwa 10 bis 15 kg auf.
  • Insgesamt weist dabei der Koffer vergleichsweise kompakte Außenmaße auf mit einer Länge beispielsweise im Bereich von 40 bis 70 cm, eine Breite im Bereich von 20 bis 40 cm und eine Höhe im Bereich von 10 bis 30 cm. Insgesamt weist das als vorzugsweise tragbarer Transportbehälter ausgebildete Gehäuse ein Volumen von etwa 30 bis 80 l und insbesondere von etwa 60°C auf. Im Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse Abmessungen von etwa 50 cm × 25 cm × 45 cm auf.
  • Die Aufgabe wird weiterhin gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung einer derartigen Befüllvorrichtung zur Befüllung eines Wetterballons mit Wasserstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie durch ein Befüllsystem, umfassend eine zuvor beschriebene Befüllstation sowie einen Wetterballon zum Befüllen mit Wasserstoff.
  • Die im Hinblick auf die Befüllvorrichtung angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Verwendung sowie das Befüllsystem zu übertragen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise vereinfachten Darstellungen:
  • 1 eine tragbare Befüllvorrichtung mit einem Koffer als Gehäuse für die einzelnen Komponenten mit aufgeklapptem Deckel in einer perspektivischen Darstellung,
  • 2 eine Aufsicht von oben in das offene Gehäuse des Koffers,
  • 3 eine ausschnittsweise Außenansicht einer Seite des Gehäuses mit einem in eine Gehäusewand integrierten Ablassventil sowie
  • 4 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch einen Druckbehälter für den Speicherbehälter.
  • In den Figuren sind gleich wirkende Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Gemäß 1 umfasst eine mobile, insbesondere tragbare Befüllvorrichtung 2 ein als Koffer ausgebildetes Gehäuse 4 mit einem Gehäuseunterteil 6 und einem Deckel 8. Der Deckel 8 ist an dem Gehäuseunterteil im Ausführungsbeispiel über ein Scharniergelenk angelenkt. Weiterhin umfasst das Gehäuse 4 einen Traggriff 10, über den das Gehäuse 4 nach Art eines Koffers von einer Person getragen werden kann.
  • Bei dem Gehäuse 4 handelt es sich zugleich auch um ein Schutzgehäuse für darin angeordnete Komponenten. Das Gehäuse 4 besteht dabei beispielsweise aus Kunststoff oder auch aus Metall.
  • Innerhalb des Gehäuses 4 ist ein Speicherbehälter 12 eingesetzt, welcher nach Art einer insbesondere zylindrischen Kartusche ausgebildet ist. Der Speicherbehälter 12 ist dabei insbesondere reversibel austauschbar in das Gehäuse 4 einsetzbar. Der Speicherbehälter 12 ist als ein Metallhydridspeicher ausgebildet und weist einen Druckbehälter 14 (vgl. hierzu 4) auf, innerhalb dessen ein als Feststoff vorliegendes Metallhydrid aufgenommen ist.
  • Zum Beheizen des Speicherbehälters 12, um den darin gespeicherten Wasserstoff als gasförmigen Wasserstoff freisetzen zu können, ist weiterhin innerhalb des Gehäuses 4 eine Heizeinrichtung 16 integriert. Diese ist im Ausführungsbeispiel nach Art einer Wärmepumpe ausgebildet. Hierzu ist insbesondere anhand der 2 ein Lufteinlass 18 sowie ein Luftauslass 20 erkennbar. Die weiteren Komponenten der Wärmepumpe sind verdeckt und damit in den Figuren nicht sichtbar.
  • Weiterhin ist in das Gehäuse 4 eine Steuereinheit 22 integriert. Diese ist im Ausführungsbeispiel nach Art eines Moduls ausgebildet, welches einen Schalter oder Regler 24 zum Ein-/Ausschalten oder auch zum Regeln der Temperatur und damit der Gasfreisetzung aufweist. Weiterhin ist in die Steuereinheit 22 ein Anschluss 26 für eine elektrische Energieversorgung, eine Kommunikationsschnittstelle 28 für den Anschluss eines Datenkabelns, beispielsweise ein LAN-Kabel, ein Manometer 30 zur Angabe des im Speicherbehälter herrschenden Drucks des Wasserstoffs sowie ein Gasanschluss 32 integriert. Über diesen Gasanschluss 32 lässt sich über einen geeigneten Steckverbinder ein zu befüllendes Behältnis, beispielsweise mittels eines Verbindungsschlauchs oder auch unmittelbar direkt zum Befüllen anschließen.
  • Wie anhand des Ausschnitts gemäß der 3 zu erkennen ist, ist weiterhin noch ein Sicherheitsventil 34 in eine Gehäusewand des Gehäuses 4 integriert. Übersteigt der Druck und/oder die Temperatur des Speicherbehälters 12 einen Grenzwert, so wird über dieses Sicherheitsventil Wasserstoff in die Umgebung abgeblasen. Das Sicherheitsventil 34 löst beispielsweise bei einem Druck ab 20 und vorzugsweise ab 30 oder 40 bar aus. Der Speicherbehälter 12 ist entsprechend für diese Drücke ausgelegt.
  • Im Ausführungsbeispiel ist der elektrische Anschluss 26 als ein Niedervoltanschluss beispielsweise für eine Versorgungsspannung im Bereich von wenigen 10 Volt, beispielsweise von bis zu 40 Volt und insbesondere für 24 Volt ausgebildet.
  • Der Speicherbehälter 12 ist insgesamt nach Art einer zylindrischen Kartusche ausgebildet, wie sie im Querschnitt beispielhaft in 4 dargestellt ist. Der Speicherbehälter 12 weist den bereits erwähnten Druckbehälter 14 auf, an den stirnseitig, im Ausführungsbeispiel an beiden Stirnseiten, zylindrische Ringelemente angeformt sind, in die beispielsweise Traggriffe zum Tragen des Speicherbehälters 12 integriert sind.
  • An zumindest einer Stirnseite, bevorzugt an beiden Stirnseiten sind weiterhin Bohrungen 38 für hier nicht näher dargestellte Anschlüsse ausgebildet, die wahlweise oder in Kombination zum Befüllen des Speicherbehälters 12 mit Wasserstoff und/oder zum Anschließen an korrespondierende komplementäre Anschlüsse innerhalb des Gehäuses 4 dienen. Über die komplementären Anschlüsse im Gehäuse 4 ist der Speicherbehälter 12 in dieses austauschbar, also reversibel einsetzbar. Vorzugsweise handelt es sich bei den Anschlüssen um Steckkupplungen, sodass der Speicherbehälter 12 einfach auf komplementäre Anschlüsse aufgesteckt werden kann und die gesamte Befüllvorrichtung damit betriebsbereit ist.
  • Der Speicherbehälter 12 weist vorliegend eine Länge L von etwa 30 cm bei einem Durchmesser D von etwa 15 cm auf. Die Länge ist hierbei gemessen zwischen den geschlossenen Stirnseiten des Druckbehälters 14. Eine derartige Größe ist ausreichend beispielsweise zur Aufnahme von etwa 10 kg eines Metallhydridspeichers des Typs LaNi5. Dieser erlaubt eine Speicherung von etwa 1.500 l freisetzbaren gasförmigen Wasserstoff bei Standardbedingungen.
  • Der Druckbehälter 14 ist dabei aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere ein gut wärmeleitfähiges Metall, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer.
  • In eine der beiden Stirnseiten ist bevorzugt ein Druckventil integriert, welches vorzugsweise mit dem Sicherheitsventil 34 verbunden ist, wenn der Speicherbehälter 12 im Gehäuse 4 eingesetzt ist. Weiterhin ist an der einen Stirnseite vorzugsweise ein weiteres Manometer angebracht. Das Druckventil bildet ein Sicherheitsventil für den Transport des Speicherbehälters 12. Im angeschlossenen Zustand innerhalb des Gehäuses 4 übernimmt das zuvor beschriebene Sicherheitsventil 34 die Funktion der Überdrucksicherung. Vorzugsweise löst daher das Sicherheitsventil 34 bereits bei einem etwas geringeren Druck aus im Vergleich zum Druckventil des Speicherbehälters 12.
  • Zum Beladen des Speicherbehälters 12 wird diesem beispielsweise Wasserstoff mit einem Druck von 15 bar bei einer Temperatur von etwa 25°C bereitgestellt. Die Beladedauer liegt dabei beispielsweise bei etwa 1 Stunde.
  • Zum Freigeben des chemisch gebundenen Wasserstoffs wird der Speicherbehälter 12 beheizt. Hierbei wird die gute thermische Leitfähigkeit des Druckbehälters 14 ausgenutzt. Der Speicherbehälter 12 wird hierbei beispielsweise auf 40°C aufgeheizt. Dabei erfolgt vorzugsweise eine Steuerung oder Regelung der Temperatur des Speicherbehälters 12. Zum Freisetzen des Gases ist lediglich das Einschalten des Schalters 24 erforderlich. Über die Regeleinheit 22 erfolgt vorzugsweise ein automatisches Temperaturmanagement und eine Temperaturregelung. Die Beheizung ist dabei derart gewählt, dass innerhalb von 20 Minuten etwa 2.000 l gasförmiger Wasserstoff freigesetzt wird. Durch das Beheizen steigt der Druck. Die Regulierung der Beheizung erfolgt ergänzend oder alternativ auch druckabhängig, um einen maximalen Druck von beispielsweise 16 bar nicht zu überschreiten.
  • Die Beheizung des Speicherbehälters 12 erfolgt dabei beispielsweise auf 40° bis 50°C. Zur Energieversorgung der Heizeinrichtung 16 ist eine elektrische Leistung von einigen 100 Watt, insbesondere von beispielsweise 550 Watt vorgesehen.
  • Mit der hier beschriebenen mobilen Befülleinrichtung 2 ist eine vollständig integrierte Befüllvorrichtung angegeben, welche mobil und ortsunabhängig einsetzbar ist. Aufgrund ihres Konzepts weist sie insgesamt ein nur geringes Gewicht auf, sodass sie leicht handhabbar und tragbar ist. Infolge der Verwendung des insbesondere austauschbaren Speicherbehälters 12 lässt sie sich quasi nach Art eines Plug-and-Play-Konzepts ortsunabhängig betreiben. Es ist lediglich eine elektrische Energieversorgung erforderlich. Wahlweise kann diese auch über einen integrierten Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie, bereitgestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Befüllvorrichtung
    4
    Gehäuse
    6
    Gehäuseunterteil
    8
    Deckel
    10
    Traggriff
    12
    Speicherbehälter
    14
    Druckbehälter
    16
    Heizeinrichtung
    18
    Lufteinlass
    20
    Luftauslass
    22
    Steuereinheit
    24
    Schalter
    26
    elektrischer Anschluss
    28
    Kommunikationsschnittstelle
    30
    Manometer
    32
    Gasanschluss
    34
    Sicherheitsventil
    36
    Ringelement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 8705932 U1 [0004]

Claims (15)

  1. Befüllvorrichtung (2) zur Befüllung eines Behältnisses mit Wasserstoff, insbesondere eines Wetterballons, umfassend ein tragbares Gehäuse (4), in das ein Speicherbehälter (12) einsetzbar ist, welcher als Metallhydridspeicher zur chemisch gebundenen Speicherung des Wasserstoffs ausgebildet ist, wobei weiterhin eine Heizeinrichtung (16) zur Beheizung des Speicherbehälters (12) zur Freisetzung von gasförmigen Wasserstoff sowie ein Gasanschluss (32) zum Befüllen des Behältnisses mit gasförmigen Wasserstoff integriert ist.
  2. Befüllvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der Speicherbehälter (12) zur Speicherung von maximal bis zu 5000l und vorzugsweise von maximal bis zu 3000l oder bis zu 1500l gasförmigen Wasserstoff bei Standardbedingungen ausgebildet ist.
  3. Befüllvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Speicherbehälter (12) ein Gesamtvolumen aufweist, das nur teilweise von einem Metallhydrid angefüllt ist, wobei in einem Restvolumen des Gesamtvolumens ein Wärmetauscher angeordnet ist, wobei das Restvolumen vorzugsweise größer ist als das von dem Metallhydrid eingenommene Volumen.
  4. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sicherheitsventil (34) integriert ist, welches bei Überschreitung einer Grenztemperatur oder eines Grenzdruckes des Speicherbehälters (12) insbesondere im Bereich von 60° bis 80°C den Wasserstoff in die Umwelt freisetzt.
  5. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Speicherbehälter (12) austauschbar im Gehäuse (4) angeordnet ist.
  6. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Speicherbehälter (12) Anschlüsse zum reversiblen Befüllen und/oder zum Anschließen an einen komplementären Anschluss im Gehäuse (4) aufweist.
  7. Befüllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer integrierten Steuereinheit (22) zur Einstellung der Temperatur des Speicherbehälters (12).
  8. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Heizeinrichtung (16) um eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere mit einem Peltier-Heizelement handelt.
  9. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Heizeinrichtung (16) eine Wärmepumpe eingesetzt ist.
  10. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizeinrichtung (16) eine Heizleistung von maximal 1500W und vorzugsweise von maximal 700W aufweist.
  11. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zur Freisetzung von 500l gasförmigen Wasserstoff bei Standardbedingungen in einem Zeitraum von 5min bis 15 min ausgebildet ist.
  12. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (4) nach Art eines Koffers mit einem Deckel (8) ausgebildet ist.
  13. Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (4) einen Traggriff (10) zum Tragen aufweist.
  14. Verwendung der Befüllvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Befüllung eines Wetterballons mit Wasserstoff.
  15. Befüllsystem umfassend eine Befüllvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 sowie einen Wetterballon zum Befüllen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115046135A (zh) * 2022-06-21 2022-09-13 上海航天精密机械研究所 一种适用复杂环境的高兼容性便携式发射筒充氮设备

Citations (1)

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