EP2118556A1 - Verfahren zum befüllen eines wasserstoff-speicherbehälters - Google Patents

Verfahren zum befüllen eines wasserstoff-speicherbehälters

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EP2118556A1
EP2118556A1 EP08707680A EP08707680A EP2118556A1 EP 2118556 A1 EP2118556 A1 EP 2118556A1 EP 08707680 A EP08707680 A EP 08707680A EP 08707680 A EP08707680 A EP 08707680A EP 2118556 A1 EP2118556 A1 EP 2118556A1
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filling
storage container
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internal pressure
gaseous
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Helmut Mayer
Markus Mayer
Georg Siebert
Martin Stehrlein
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Linde GmbH
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Publication date
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    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a method for filling a storage container with a gaseous, pressurized medium, preferably with gaseous, pressurized hydrogen.
  • Generic methods for filling a storage container are used, for example, in the filling of vehicle storage tanks or tanks with pressurized hydrogen for use.
  • vehicle tanks can be filled up to pressures of 700 bar at 15 0 C.
  • the hydrogen filling station communicates with the vehicle to be refueled either via a communication cable, which is usually integrated in the filling coupling, or via an infrared interface.
  • a special flow-controlled control valve is controlled by means of a PLC evaluation to refuel different vehicle tank sizes independently.
  • the aforementioned flow-controlled control valve has the task to keep the flow within a predetermined range and to prevent the exceeding of a flow upper limit.
  • the controller not only serves to correct the current mass flow, but also causes a refueling stop if the flow is too low or too high.
  • the hydrogen flow is limited to a maximum of 100 g / s by means of a fixed throttle.
  • vehicle tank sizes meaning storage volumes with a capacity of less than 75 liters - it may, however, due to the negative Joule-Thompson effect and due to the adiabatic compression of the hydrogen to overheat the to be filled Vehicle tanks are coming. The filling of such vehicle tanks is therefore not possible with conventional refueling systems for gaseous, pressurized hydrogen.
  • a generic method for filling a storage container with a gaseous, pressurized medium, preferably proposed with hydrogen which is characterized in that at the beginning of the filling process by means of a Drucktestcertaines a determination of the storage container internal pressure and then in response to the determined Storage tank internal pressure filling with timed pressure increase up to the desired storage tank internal pressure.
  • a determination of the storage container internal pressure now takes place at or before the start of the actual filling process.
  • a so-called pressure test impact is realized, which firstly checks the tightness of the mechanical connection between the clutch and the vehicle and allows a clear determination of the reservoir pressure inside.
  • a filling process with time-controlled increase in pressure up to the desired storage container internal pressure is then realized.
  • the final pressure is calculated as a function of the parameters storage tank temperature, gas temperature, compressibility and Joule-Thompson effect.
  • the refueling or filling process is terminated when this calculated final pressure or the maximum operating pressure allowed for the maximum operating pressure of the tank to be refueled is reached.
  • the inventive method for filling a storage container with a gaseous, pressurized medium, preferably with hydrogen effectively avoids overfilling and / or overheating of the storage container to be filled, regardless of its storage volume.
  • the inventive method for filling a storage container also has the advantage that due to the realized, controlled pressure increase of the storage container to be filled more mass to be stored medium, since the temperature increase due to the inventive method is more controllable and equal for each storage tank size. Furthermore, the previously required complicated control technology as well as the aforementioned components, such as infrared interface, etc., can be dispensed with.
  • Storage container with a gaseous, pressurized medium can be seen in the fact that the filling or refueling process is less expensive, since, for example, the previously required connecting a vehicle to be refueled with the gas station "connecting" communication cable deleted; This is particularly advantageous if the filling procedure is performed by non-specialist personnel.
  • the disadvantages associated with the previously used infrared interfaces, such as abortion due to an accident, can now be avoided.
  • inventive method for filling a storage container with a gaseous, pressurized medium is not limited to the filling of a storage container with gaseous, pressurized hydrogen. Rather, the method according to the invention can be used in all media in which a controlled increase in pressure is desired or required during the filling process.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigem, unter Druck stehenden Wasserstoff, beschrieben. Erfindungsgemäß erfolgt zu Beginn des Befüllvorganges mittels eines Druckteststoßes eine Bestimmung des Speicherbehälterinnendrucks und anschließend in Abhängigkeit von dem ermittelten Speicherbehälterinnendruck ein Befüllvorgang mit zeitgesteuertem Druckanstieg bis zu dem gewünschten Speicherbehälterinnendruck.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Befüllen eines Wasserstoff-Speicherbehälters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigem, unter Druck stehenden Wasserstoff.
Gattungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters kommen beispielsweise bei der Befüllung von Fahrzeug-Speicherbehältern bzw. -tanks mit unter Druck stehendem Wasserstoff zur Anwendung. Mittels derartiger Befüllprozesse können Fahrzeugtanks bis zu Drücken von 700 bar bei 15 0C befüllt werden.
Hierbei wird gefordert, dass der Befüllvorgang für unterschiedlichste Fahrzeugtankgrößen ohne ein Überfüllen und/oder Überhitzen des Fahrzeugtanks realisiert werden kann. Derzeit kommuniziert die Wasserstoff-Tankstelle mit dem zu betankenden Fahrzeug entweder über ein Kommunikationskabel, das im Regelfall in der Befüllkupplung integriert ist, oder über eine Infrarotschnittstelle.
Aufgrund der von dem zu betankenden Fahrzeugtank erhaltenen Informationen, wie Druck, Temperatur, etc., wird ein spezielles durchflussgesteuertes Regelventil mittels einer SPS-Auswertung angesteuert, um unterschiedliche Fahrzeugtankgrößen unabhängig betanken zu können. Das vorgenannte durchflussgesteuerte Regelventil hat die Aufgabe, den Durchfluss innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu halten und das Überschreiten einer Durchfluss-Obergrenze zu verhindern. Die Steuerung dient bzw. bestimmt nicht nur die Korrektur des aktuellen Massendurchflusses, sondern veranlasst darüber hinaus einen Betankungsabbruch, wenn der Durchfluss zu gering oder zu groß ist.
Bei derzeit realisierten Tankstellen für gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff wird mittels einer fest eingestellten Drossel der Wasserstoff-Durchfluss auf maximal 100 g/s begrenzt. Bei vergleichsweise kleinen Fahrzeugtankgrößen - gemeint sind hierbei Speichervolumina mit einem Fassungsvermögen von weniger als 75 Liter - kann es jedoch aufgrund des negativen Joule-Thompson-Effekts und aufgrund der adiabatische Kompression des Wasserstoffes zu einer Überhitzung des zu befüllenden Fahrzeugstanks kommen. Die Befüllung derartiger Fahrzeugtanks ist daher mit herkömmlichen Betankungsanlagen für gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff nicht möglich.
Da jedoch die Unabhängigkeit des Fahrzeugtankdesigns und damit auch der Fahrzeugtankgröße von der Automobilindustrie gefordert wird, stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit Wasserstoff anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet und ein Befüllen unterschiedlichster Fahrzeugtankgrößen ermöglicht, ohne dass es zu einem Überfüllen und/oder Überhitzen des Fahrzeugtanks kommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit Wasserstoff vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zu Beginn des Befüllvorganges mittels eines Druckteststoßes eine Bestimmung des Speicherbehälterinnendrucks und anschließend in Abhängigkeit von dem ermittelten Speicherbehälterinnendruck ein Befüllvorgang mit zeitgesteuertem Druckanstieg bis zu dem gewünschten Speicherbehälterinnendruck erfolgt.
Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr zu bzw. vor Beginn des eigentlichen Befüllvorganges eine Bestimmung des Speicherbehälterinnendrucks. Dazu wird nach dem Fixieren der Betankungskupplung an dem zu betankenden Fahrzeug ein sog. Druckteststoß realisiert, der zum einen die Dichtheit der hergestellten mechanischen Verbindung zwischen Kupplung und Fahrzeug überprüft und zum anderen eine eindeutige Bestimmung des Speicherbehälterinnendrucks ermöglicht.
In Abhängigkeit von dem so ermittelten Speicherbehälterinnendruck wird dann ein Befüllvorgang mit zeitgesteuertem Druckanstieg bis zu dem gewünschten Speicherbehälterinnendruck realisiert. Dazu wird nach der Ermittelung des Startdrucks der Enddruck in Abhängigkeit von den Parametern Speicherbehältertemperatur, Gastemperatur, Kompressibilität und Joule-Thompson-Effekt errechnet. Der Betankung- bzw. Befüllvorgang ist dann beendet, wenn dieser errechnete Enddruck oder der für die maximale Betriebstemperatur zulässige maximale Betriebsdruck des zu betankenden Speicherbehälters erreicht ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit Wasserstoff, vermeidet wirkungsvoll ein Überfüllen und/oder Überhitzen des zu befüllenden Speicherbehälters, unabhängig von dessen Speichervolumen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass aufgrund der realisierten, kontrollierten Druckerhöhung der zu befüllende Speicherbehälter mehr Masse an zu speicherndem Medium aufnehmen kann, da der Temperaturanstieg aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kontrollierbarer und für jede Speicherbehältergröße gleich ist. Des Weiteren kann auf die bisher erforderliche komplizierte Regelungstechnik sowie die vorgenannten Komponenten, wie Infrarotschnittstelle, etc., verzichtet werden.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befüllen eines
Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium sind darin zu sehen, dass der Befüll- bzw. Betankungsvorgang weniger aufwendig ist, da bspw. das bisher erforderliche Anschließen eines das zu betankende Fahrzeug mit der Tankstelle "verbindende" Kommunikationskabel entfällt; dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Befüllprozedur durch Nicht-Fachpersonal vollzogen wird. Auch die mit den bisher verwendeten Infrarotschnittstellen verbundenen Nachteile, wie bspw. Abbruch wegen eines Störfalles, können nunmehr vermieden werden.
Es sei betont, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium nicht auf die Befüllung eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff beschränkt ist. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Medien, bei denen während des Befüllvorganges ein kontrollierter Druckanstieg gewünscht oder erforderlich ist, Anwendung finden kann.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigem, unter Druck stehenden Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Befüll Vorganges mittels eines Druckteststoßes eine Bestimmung des Speicherbehälterinnendrucks und anschließend in Abhängigkeit von dem ermittelten
Speicherbehälterinnendruck ein Befüllvorgang mit zeitgesteuertem Druckanstieg bis zu dem gewünschten Speicherbehälterinnendruck erfolgt.
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