EP2914892A1 - Verfahren und betankungseinrichtung zum betanken eines speicherbehälters mit einem unter druck stehenden, gasförmigen medium - Google Patents

Verfahren und betankungseinrichtung zum betanken eines speicherbehälters mit einem unter druck stehenden, gasförmigen medium

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EP2914892A1
EP2914892A1 EP13773615.3A EP13773615A EP2914892A1 EP 2914892 A1 EP2914892 A1 EP 2914892A1 EP 13773615 A EP13773615 A EP 13773615A EP 2914892 A1 EP2914892 A1 EP 2914892A1
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EP
European Patent Office
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tank
cold storage
supply line
refueling
storage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13773615.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Adler
Martin Pfandl
Markus Rasch
Michael Stefan
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a method and a refueling device for refueling a storage container, with a pressurized gaseous medium.
  • Vehicles that fill up with hydrogen gas as fuel require specially designed filling stations, which store the hydrogen under relatively high pressure (eg 700 bar) in the vehicle tank or a connected vehicle
  • Lead storage tank To be a manufacturer-independent standard for the
  • Storage tank eg of the vehicle tank
  • a temperature of 85 ° C increases (caused by the rapid increase in pressure in the storage tank by inflowing hydrogen).
  • the temperature of the hydrogen during refueling when entering the storage tank does not fall below -40 ° C.
  • the hydrogen for refueling a storage tank therefore, inter alia, within a certain period of time (eg 25 s) a comparatively narrow temperature range of -40 ° C to -33 ° C, wherein the temperature of the hydrogen is usually measured at the entrance to the tank hose to the storage tank. Due to variable pipeline lengths in said refueling stations and the changing temperature conditions in the pipelines, a constant temperature of the hydrogen (of eg -40 ° C) at the dispenser is known in the art
  • Hydrogen does not reach the specified temperature range of -33 ° C to -40 ° C within a period of time to be maintained and the refueling process must therefore be terminated.
  • the present invention seeks to provide a method of the type mentioned, in which the said medium.
  • hydrogen for refueling a storage container (eg.
  • Vehicle tank can be tempered relatively inexpensively to an allowable temperature. This problem is solved by a method having the features of claim 1.
  • the additional cooling capacity to be transferred to the cold storage tank thus corresponds only slightly more than the power loss, which depends on the insulation of the cold storage tank and the connecting pipes (tank supply line).
  • the cold storage especially in the course of refueling, to an operating temperature of preferably -40 ° C tempered.
  • Cold storage can, for example, be designed so that the mass flow of the medium / hydrogen within a period of for example 50s to 90s from + 40 ° C to -40 ° C can be controlled.
  • the cold storage also has the advantage of acting as a "temperature-smoothing."
  • a temperature control eg via a bypass function or the like
  • the inventive method fluctuations in the temperature of the medium to lower temperatures below -40 ° C avoided because the cold storage warms the undercooled (ie colder than -40 ° C) medium accordingly, so that the temperature of the medium flowing into the reservoir again in is the said set temperature range.
  • Cooling circuit is cooled to the specified operating temperature, which provided with an upstream of the cold storage tank at the tank inlet
  • Cold storage removes heat and cools it.
  • the said chiller or the further cold storage is used for cooling the medium when entering the
  • Tank supply line or dispenser line Furthermore, the problem according to the invention is solved by a refueling device for refueling a storage container (eg vehicle tank) with a gaseous, pressurized medium (eg hydrogen) having the features of claim 4.
  • a refueling device for refueling a storage container eg vehicle tank
  • a gaseous, pressurized medium eg hydrogen
  • the refueling device therefore has, in particular, a cold accumulator which is arranged so that the passage of the medium from the
  • the cold storage is preferably arranged upstream of a tank hose of the tank inlet, at the free end of which fueling is provided, via which the tank hose is connectable to the storage tank, so that that medium can be passed through the tank hose into the storage tank.
  • the cold storage is arranged directly in front of a tear-off, which allows a separation of the tank hose from the rest of the tank supply line under train (eg., When a vehicle with coupled filling coupling away from the pump).
  • An arrangement of the cold storage directly in front of the tear-off means in particular that the medium from the cold storage to Abr fabricatkupplung or in the storage container travels a path that is as short as possible compared to the entire length of the tank supply line. This ensures that the
  • Temperature of the medium starting from the cold storage can change only slightly due to external influences before it is pressed into the storage container.
  • the cold storage preferably comprises a body made of a metal, in particular aluminum, which surrounds a portion of the tank supply line (end portion) or forms that portion of the tank supply line, so that heat of the body of the
  • the body is preferably cooled by means of a cooling circuit in which a refrigerant circulates.
  • An advantageous embodiment of the refueling invention is characterized in that the cold storage of a metal body, in particular an aluminum body which surrounds a portion of the tank supply line (end portion) or that portion of the tank supply line is formed and within the area surrounded by the cold storage line portion or within the formed by the cold storage Line section a plurality of wires, preferably stainless steel wires, are arranged.
  • the inner diameter of the aforementioned line section for example. 14 mm and the diameter of which is arranged in this line section
  • the cold storage for cooling the cold storage is coupled via those cooling circuit with a further cold storage a chiller, which preferably also has a body made of a metal, in particular aluminum, which surrounds a portion of the tank supply line upstream of the cold storage or that portion of the tank supply line, so that heat of the body flowing through the body of the further cold storage medium is transferred to that (cooled) body.
  • the body of the further cold storage is preferably by means of another
  • Cooling circuit cooled in which a refrigerant circulates.
  • Refueling device corresponds in particular to the cooling capacity to be supplied to the cold accumulator, mainly due to dissipative processes (eg heat input into the cold accumulator and the tank supply line through the environment).
  • the medium used for refueling cooled at the beginning of the refueling process, the initially comparatively warmer tank supply line in the course of refueling and thus acts in principle as a coolant for the tank supply line.
  • the cold storage then removes the medium from the heat introduced by the tank inlet heat and thereby to a certain extent self.
  • the total heat input into the cold storage thus corresponds to the dissipative heat input into the tank inlet and the heat input into the cold storage itself. This total heat input is via the said cooling circuit , which is a cold storage at the end of the
  • Tank supply line with the other cold storage at the entrance of the tank supply line connects compensated.
  • the cold storage must thus be able to absorb only slightly more than its own power loss and the power loss of the tank supply line in the process of the invention. This is done via those with the further cold storage coupled cooling circuit of the cold storage.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a refueling device for
  • FIG. 1 shows a refueling device for vehicles operated with hydrogen for refueling a storage container (vehicle tank) 8 of a vehicle with gaseous hydrogen that can be connected to the refueling device.
  • Refueling device according to the invention and the method according to the invention can of course also be used for refueling storage containers 8 with other, in particular gaseous and pressurized media.
  • the refueling device has a tank feed line 30 which draws the hydrogen from a reservoir (not shown) and forwards it into the storage container 8 via a filling coupling 19 provided at an end section 30a of the tank feed line 30.
  • a Cold storage (“Alu Coldfill”) 7 for cooling the in the storage container. 8
  • the cold storage 7 has for tempering the hydrogen to a body (block) made of aluminum, which surrounds those end portion 30a of the tank inlet 30 sections and thus withdraw the heat flowing through or can supply heat to the flowing hydrogen.
  • a valve 1 with a ramp controller followed by a further cold storage (“Alu Coldfill”) 2 is furthermore provided at the inlet of the tank supply line 30.
  • the further cold storage 2 also has a body (block) made of aluminum, which has a Section 30b of the tank supply line 30 surrounds and the hydrogen flowing through that section 30b
  • the cold storage 7 at the end portion 30a of the tank inlet 30 is also cooled by a cooling circuit 6, which couples the cold storage 7 with the further cold storage 2, so that the cold storage 7 is cooled by the further cold storage 2.
  • Said further cold storage 2 is connected via a dispensing line 3, which forms a substantial portion of the entire tank supply line 30, with a preferably pneumatically operated refueling valve 4 (inlet valve of the dispenser). Downstream of the refueling valve 4, a manual valve 5 is provided for manually shutting off the tank supply line 30, followed by a flow meter 13, which is set up and provided for measuring the mass flow of hydrogen in the tank supply line 30.
  • a chimney conduit 14 branches off the tank supply line 3 downstream of the mass flowmeter 13, so that hydrogen can be released into the environment in a controlled manner via a venting valve 15, which is arranged in the chimney conduit 14.
  • said cold accumulator 7 Downstream of the flow meter 13, said cold accumulator 7 is arranged, to which a tear-off coupling 1 1 (via the shortest possible connection) connects, which removably couples a flexible tank hose 10 to the tank feed line 30. Furthermore, the temperature of the medium can be detected by means of a temperature sensor 12 at the outlet of the cold accumulator 7.
  • the tank hose 10 is still about the provided at the free end of the tank hoses 10 filling coupling 19 connected to the storage container 8, so that the gaseous hydrogen from the
  • Reservoir can be introduced via the tank inlet 30 into the respective storage container 8.
  • the storage container 8 is usually with a
  • the cold storage 7 is now first cooled to a predefined operating temperature of -40 ° C., in particular, before the actual refueling of the storage tank or vehicle tank 8.
  • the cooling takes place via the cooling circuit 6, which extracts heat 7 from the cold storage.
  • Tank supply line 3, 30 is heated (heat transfer from the tank inlet 30, in particular the dispenser line 3 to the medium) and in the further course on the temperature-controlled cold storage 7 flows into the storage tank 8, wherein first the temperature of the medium (hydrogen) upon entry into the cold storage 7 is greater than the operating temperature of the cold accumulator 7, so that a heat transfer from the medium to the cold storage 7 takes place, the temperature of the flowing in the downstream storage container 8 medium comparatively quickly lowers in the allowable or desired range (preferably -40 ° C. to -33 ° C). In a subsequent second phase of refueling, as soon as the tank supply line 30 has cooled by the inflowing hydrogen, the cold storage 7 is also cooled again by inflowing hydrogen.
  • Cold storage 7 in addition to transferring cooling capacity is therefore only slightly larger than the power loss, which depends on the isolation of the cold accumulator 7 and the connecting lines. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betanken eines Speicherbehälters, insbesondere in Form eines Fahrzeugtanks, mit einem unter Druck stehenden, gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff, bei dem jener Speicherbehälter (8) über eine Tankzuleitung (30) und eine an einem Endabschnitt (30a) der Tankzuleitung (30) vorgesehene Füllkupplung (19) mit dem besagten Medium befüllt wird, wobei vor dem Betanken des Speicherbehälters (8) ein stromauf der Füllkupplung (19) an jenem Endabschnitt (30a) der Tankzuleitung (30) vorgesehener Kältespeicher (7) auf eine vordefinierte Betriebstemperatur gekühlt wird, so dass Medium, das in einer ersten Phase des Betankens des Speicherbehälters (8) durch die Tankzuleitung (30) strömt und dabei in der Tankzuleitung (30) insbesondere erwärmt wird, durch den Kältespeicher (7) auf eine vordefinierte Solltemperatur abgekühlt wird, wobei, wenn die Tankzuleitung (30) durch nachströmendes Medium abgekühlt worden ist, der Kältespeicher (7) in einer zweiten Phase des Betankens des Speicherbehälters (8) durch nachströmendes Medium wieder abgekühlt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Betankungseinrichtung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Betankungseinrichtung zum Betanken eines Speicherbehälters mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen Medium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Betankungseinrichtung zum Betanken eines Speicherbehälters, mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen Medium.
Fahrzeuge, die als Treibstoff gasförmigen Wasserstoff tanken, benötigen speziell ausgebildete Tankstellen, die den unter vergleichsweise hohem Druck stehenden Wasserstoff (z. B. 700 bar) in den Fahrzeugtank oder einen angeschlossenen
Speicherbehälter leiten. Um einen herstellerübergreifenden Standard für den
Tankvorgang an besagten Tankstellen für wasserstoffgetriebene Fahrzeuge zu schaffen, formulierte ein Konsortium bestehend aus u. a. mehreren Fahrzeugbauern das Regelwerk SAE J2601. Dieser Standard gibt Richtlinien, sicherheitsrelevante Grenzen und Leistungsanforderungen für den Tankvorgang an besagten Tankstellen vor. So ist vorgesehen, dass mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge innerhalb von 3 Minuten auf 700 bar betankt werden, ohne dass dabei die Temperatur des
Speicherbehälters (z. B. des Fahrzeugtanks) über eine Temperatur von 85 °C ansteigt (verursacht durch die rapide Druckerhöhung im Speicherbehälter durch einströmenden Wasserstoff). Gleichzeitig wird verlangt, dass die Temperatur des Wasserstoffs während des Betankens bei Eintritt in den Speicherbehälter -40 °C nicht unterschreitet. Ebenso existieren Regularien für die zugelassenen Temperaturschwankungen während des Betankens. Um sowohl die maximal zulässige Temperatur von insbesondere 85 °C während des Betankens nicht zu überschreiten und dabei gleichzeitig die limitierte Vorkühlung des Wasserstoffs von -40 °C nicht unterschreiten, muss der Wasserstoff zum Betanken eines Speicherbehälters daher u.a. innerhalb einer gewissen Zeitspanne (z. B. 25 s) einen vergleichsweise schmalen Temperaturbereich von -40 °C bis -33 °C temperiert werden, wobei die Temperatur des Wasserstoffs für gewöhnlich am Eintritt in den Tankschlauch zum Speicherbehälter gemessen wird. Aufgrund variabler Rohrleitungslängen in besagten Tankstellen und der wechselnden Temperaturverhältnisse in den Rohrleitungen ist eine konstante Temperatur des Wasserstoffs (von z. B. -40 °C) an der Zapfsäule nach Stand der Technik
vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv zu realisieren. Dies liegt unter anderem daran, dass beispielsweise jeder Tankvorgang zu einer temporären Absenkung der Tankzuleitungstemperatur und nach Beendigung des Tankvorgangs zu einer neuerlichen Angleichung der Tankzuleitungstemperatur an die Umgebungstemperatur führt. Daher hängt die Tankzuleitungstemperatur beim Start eines Tankvorgangs stark davon ab, wie lange ein potentiell vorangegangener Tankvorgang zurückliegt, was zu einem variablen Wärmeeintrag auf den in der Tankzuleitung geführten Wasserstoff führt. Eine zu sehr erwärmte Tankzuleitung kann also dazu führen, dass der
Wasserstoff an der Zapfsäule nicht innerhalb einer einzuhaltenden Zeitspanne den vorgegebenen Temperaturbereich von -33 °C bis -40 °C erreicht und der Tankvorgang daher abgebrochen werden muss.
Um dies zu verhindern benötigt man bei langen Tankzuleitungen eine Kühlung der Tankzuleitung, die jedoch mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden ist.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das besagte Medium. Insbesondere Wasserstoff, zum Betanken eines Speicherbehälters (z. B.
Fahrzeugtank) vergleichsweise kostengünstig auf eine zulässige Temperatur temperiert werden kann. Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist vorgesehen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betanken des Speicherbehälters mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, jener Speicherbehälter über eine Tankzuleitung und eine an einem Endabschnitt der Tankzuleitung vorgesehene Füllkupplung mit dem besagten Medium betankt wird, wobei vor dem Betanken des Speicherbehälters ein stromauf der Füllkupplung an jenem Endabschnitt der Tankzuleitung vorgesehener Kältespeicher (zum Kühlen des Mediums) auf eine vordefinierte Betriebstemperatur gekühlt wird, so dass Medium, das in einer ersten Phase des Betankens des Speicherbehälters durch die Tankzuleitung strömt und dabei in der Tankzuleitung insbesondere erwärmt wird, durch den Kältespeicher auf eine vordefinierte Solltemperatur abgekühlt wird, wobei, wenn die Tankzuleitung durch nachströmendes Medium abgekühlt worden ist, der Kältespeicher in einer zweiten Phase des Betankens des Speicherbehälters durch nachströmendes Medium wieder abgekühlt wird.
Die an den Kältespeicher zusätzlich zu übertragende Kälteleistung entspricht also nur etwas mehr als der Verlustleistung, die von der Isolierung des Kältespeichers und der verbindenden Leitungen (Tankzuleitung) abhängt. Bevorzugt wird der Kältespeicher, insbesondere auch im Verlauf des Betankens, auf eine Betriebstemperatur von vorzugsweise -40°C temperiert. Vorzugsweise wird das in den Speicherbehälter geleitete Medium durch den Kältespeicher auf eine
Solltemperatur im Bereich von -40°C bis -33°C temperiert. Der Kältevorrat des
Kältespeichers kann dabei z.B. so ausgelegt werden, dass der Massenstrom des Mediums/Wasserstoffs innerhalb einer Zeitspanne von beispielsweise 50s bis 90s von +40°C auf -40°C temperiert werden kann.
Der Kältespeicher bietet weiterhin den Vorteil,„temperaturglättend" zu wirken. Eine Temperaturregelung (z. B. über eine Bypass-Funktion o. ä.) wird somit wesentlich einfacher, da auch zu tiefe Temperaturen ausgeglichen werden können. So werden z. B. beim erfindungsgemäße Verfahren Schwankungen der Temperatur des Mediums zu tieferen Temperaturen unterhalb von -40 °C vermieden, da der Kältespeicher das unterkühlte (also kälter als -40 °C temperierte) Medium entsprechend aufwärmt, so dass die Temperatur des in den Speicherbehälter strömenden Mediums wieder in dem besagtem Solltemperaturbereich liegt.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Kältespeicher vor dem Betanken des Speicherbehälters über einen
Kühlkreislauf auf die festgelegte Betriebstemperatur gekühlt wird, der mit einem stromauf des Kältespeichers an der Tankzuleitung vorgesehenen weiteren
Kältespeicher einer Kältemaschine gekoppelt ist, so dass der Kühlkreislauf dem
Kältespeicher Wärme entzieht und diesen abkühlt. Die besagte Kältemaschine bzw. der weitere Kältespeicher dient zum Kühlen des Mediums beim Eintritt in die
Tankzuleitung bzw. Zapfsäulenleitung. Des Weiteren wird das erfindungsgemäße Problem durch eine Betankungseinnchtung zum Betanken eines Speicherbehälters (z. B. Fahrzeugtank) mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium (z. B. Wasserstoff) mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Danach ist der Kältespeicher stromauf der Füllkupplung an einem Endabschnitt der Tankzuleitung vorgesehen. Die Betankungseinnchtung weist also insbesondere einen Kältespeicher auf, der so angeordnet ist, dass die Passage des Mediums vom
Kältespeicher zum Speicherbehälter im Vergleich zur gesamten Tankzuleitung (vom weiteren Kältespeicher zur Füllkupplung) kurz ist.
Dabei ist der Kältespeicher vorzugsweise stromauf eines Tankschlauches der Tankzuleitung angeordnet, an dessen freien Ende jene Füllkupplung vorgesehen ist, über die der Tankschlauch mit dem Speicherbehälter verbindbar ist, so dass jenes Medium über den Tankschlauch in den Speicherbehälter geleitet werden kann.
Bevorzugt ist der Kältespeicher direkt vor einer Abreißkupplung angeordnet, die ein Separieren des Tankschlauches vom Rest der Tankzuleitung unter Zug erlaubt (z. B. wenn sich ein Fahrzeug mit eingekuppelter Füllkupplung von der Zapfsäule entfernt). Eine Anordnung des Kältespeichers direkt vor der Abreißkupplung bedeutet dabei insbesondere, dass das Medium vom Kältespeicher zur Abreißkupplung bzw. in den Speicherbehälter einen Weg zurücklegt, der im Vergleich zur gesamten Länge der Tankzuleitung möglichst kurz ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass sich die
Temperatur des Mediums ausgehend vom Kältespeicher nur in geringem Umfang aufgrund von äußeren Einflüssen ändern kann, bevor es in den Speicherbehälter verpresst wird.
Der Kältespeicher weist vorzugsweise einen Körper aus einem Metall, insbesondere Aluminium auf, der einen Abschnitt der Tankzuleitung (Endabschnitt) umgibt bzw. jenen Abschnitt der Tankzuleitung bildet, so dass Wärme des den Körper des
Kältespeichers durchströmenden Mediums auf jenen (gekühlten) Körper übertragen wird. Der Körper wird dabei bevorzugt mittels eines Kühlkreislaufes gekühlt, in dem ein Kältemittel zirkuliert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinnchtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher aus einem Metall-Körper, insbesondere einem Aluminium-Körper, der einen Abschnitt der Tankzuleitung (Endabschnitt) umgibt oder jenen Abschnitt der Tankzuleitung bildet, gebildet ist und innerhalb des von dem Kältespeicher umgebenen Leitungsabschnittes oder innerhalb des durch den Kältespeichergebildeten Leitungsabschnittes mehrere Drähte, vorzugsweise Edelstahldrähte, angeordnet sind.
Hierbei beträgt der Innendurchmesser des vorgenannten Leitungsabschnittes bspw. 14 mm und der Durchmesser der in diesem Leitungsabschnitt angeordneten
(Edelstahl)Drähte bspw. 4 mm. Die Anzahl und/oder der Durchmesser der
vorzusehenden Drähte sind abhängig von dem gewünschten Durchgang bzw.
Druckverlust. Mittels dieser konstruktiven Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung wird erreicht, dass das nach Beendigung eines
Betankungsvorganges zu entlastende Gasvolumen verringert wird und damit die Verluste an Wasserstoff während der Entlastungsphase signifikant reduziert werden können. Des Weiteren führt diese konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung zu einer Erhöhung der Wärmetauscheroberfläche sowie der Speichermasse des Kältespeichers und zu einer Erhöhung des
Wärmeübertragungskoeffizienten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kältespeicher zum Kühlen des Kältespeichers über jenen Kühlkreislauf mit einem weiteren Kältespeicher einer Kältemaschine gekoppelt ist, der vorzugsweise ebenfalls einen Körper aus einem Metall, insbesondere Aluminium aufweist, der einen Abschnitt der Tankzuleitung stromauf des Kältespeichers umgibt bzw. jenen Abschnitt der Tankzuleitung bildet, so dass Wärme des den Körper des weiteren Kältespeichers durchströmenden Mediums auf jenen (gekühlten) Körper übertragen wird. Der Körper des weiteren Kältespeichers wird dabei bevorzugt mittels eines weiteren
Kühlkreislaufes gekühlt, in dem ein Kältemittel zirkuliert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
Betankungseinrichtung entspricht insbesondere die dem Kältespeicher zuzuführende Kälteleistung hauptsächlich der durch dissipative Prozesse (z. B. Wärmeeintrag in den Kältespeicher und die Tankzuleitung durch die Umwelt) bedingten Verlustleistung. Das zum Tanken verwendete Medium kühlt bei Beginn des Tankvorgangs die zunächst vergleichsweise wärmere Tankzuleitung im Verlauf des Betankens ab und fungiert somit im Prinzip auch als Kühlmittel für die Tankzuleitung. Der Kältespeicher entzieht anschließend dem Medium die durch die Tankzuleitung eingetragene Wärme und erwärmt sich dabei zu einem gewissen Grad selbst. Der Gesamtwärmeeintrag in den Kältespeicher entspricht also dem dissipativen Wärmeeintrag in die Tankzuleitung und dem Wärmeeintrag in den Kältespeicher selbst. Dieser Gesamtwärmeeintrag wird über den besagten Kühlkreislauf, der den einen Kältespeicher am Endabschnitt der
Tankzuleitung mit dem weiteren Kältespeicher am Eingang der Tankzuleitung verbindet, kompensiert.
Der Kältespeicher muss somit beim erfindungsgemäßen Verfahren nur etwas mehr als seine eigene Verlustleistung und die Verlustleistung der Tankzuleitung aufnehmen können. Dies geschieht über jenen mit dem weiteren Kältespeicher gekoppelten Kühlkreislauf des Kältespeichers.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende
Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand einer Figur erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Betankungseinrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 1 zeigt eine Betankungseinrichtung für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge zum Betanken eines mit der Betankungseinrichtung verbindbaren Speicherbehälters (Fahrzeugtank) 8 eines Fahrzeuges mit gasförmigem Wasserstoff. Die
erfindungsgemäße Betankungseinrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können natürlich auch zum Betanken von Speicherbehältern 8 mit anderen, insbesondere gasförmigen und unter Druck stehenden Medien verwendet werden.
Die Betankungseinrichtung weist eine Tankzuleitung 30 auf, die den Wasserstoff aus einem (nicht eingezeichneten) Reservoir bezieht und über eine an einem Endabschnitt 30a der Tankzuleitung 30 vorgesehene Füllkupplung 19 in den Speicherbehälter 8 weiterleitet. Am Endabschnitt 30a der Tankzuleitung 30 ist erfindungsgemäß ein Kältespeicher („Alu Coldfill") 7 zum Kühlen des in den Speicherbehälter 8
einzuleitenden Wasserstoffs vorgesehen. Der Kältespeicher 7 weist zum Temperieren des Wasserstoffs einen Körper (Block) aus Aluminium auf, der jenen Endabschnitt 30a der Tankzuleitung 30 abschnittsweise umgibt und dem durchströmenden Wasserstoff somit Wärme entziehen bzw. zuführen kann.
Zum Betanken des Speicherbehälters 8 mit Wasserstoff ist weiterhin eingangs der Tankzuleitung 30 ein Ventil 1 mit einem Rampenregler gefolgt von einem weiteren Kältespeicher („Alu Coldfill") 2 vorgesehen. Der weitere Kältespeicher 2 weist ebenfalls einen Körper (Block) aus Aluminium auf, der einen Abschnitt 30b der Tankzuleitung 30 umgibt und den durch jenen Abschnitt 30b strömenden Wasserstoff durch
Wärmeübertragung auf eine Temperatur von insbesondere -40 °C temperiert. Der besagte Block 2 wird dabei über einen Kühlkreislauf 20 gekühlt, der zusammen mit dem weiteren Kältespeicher 2 eine Kältemaschine bildet.
Der Kältespeicher 7 am Endabschnitt 30a der Tankzuleitung 30 wird ebenfalls über einen Kühlkreislauf 6 gekühlt, der den Kältespeicher 7 mit dem weiteren Kältespeicher 2 koppelt, so dass der Kältespeicher 7 über den weiteren Kältespeicher 2 gekühlt wird. Der besagte weitere Kältespeicher 2 ist über eine Zapfsäulenleitung 3, die einen wesentlichen Abschnitt der gesamten Tankzuleitung 30 bildet, mit einem vorzugsweise pneumatisch betriebenen Betankungsventil 4 (Eingangsventil der Zapfsäule) verbunden. Stromab des Betankungsventils 4 ist ein Handventil 5 zum händischen Absperren der Tankzuleitung 30 vorgesehen, gefolgt von einem Durchflussmessgerät 13, das zum Messen des Massenstromes des Wasserstoffs in der Tankzuleitung 30 eingerichtet und vorgesehen ist.
Eine Kaminleitung 14 zweigt stromab des Massendurchflussmessgerätes 13 von der Tankzuleitung 3 ab, so dass über ein Entlüftungsventil 15, das in der Kaminleitung 14 angeordnet ist, Wasserstoff kontrolliert an die Umwelt abgegeben werden kann.
Stromab des Durchflussmessgerätes 13 ist der besagte Kältespeicher 7 angeordnet, an den sich eine Abreißkupplung 1 1 (über eine möglichst kurze Verbindung) anschließt, die einen flexiblen Tankschlauch 10 lösbar mit der Tankzuleitung 30 koppelt. Ferner kann am Ausgang des Kältespeichers 7 die Temperatur des Mediums mittels eines Temperatursensors 12 erfasst werden. Der Tankschlauch 10 ist weiterhin über die am freien Ende des Tankschlauche 10 vorgesehene Füllkupplung 19 mit dem Speicherbehälter 8 verbindbar, so dass der gasförmige Wasserstoff aus dem
Reservoir über die Tankzuleitung 30 in den jeweiligen Speicherbehälter 8 eingeleitet werden kann. Der Speicherbehälter 8 ist üblicherweise mit einem
Speicherbehälterventil 9 (Rückschlagventil) gesichert.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird nun zunächst vor dem eigentlichen Betanken des Speicherbehälters bzw. Fahrzeugtanks 8 der Kältespeicher 7 auf eine vordefinierte Betriebstemperatur von insbesondere -40 °C abgekühlt. Die Kühlung erfolgt dabei über den Kühlkreislauf 6, der dem Kältespeicher 7 Wärme entzieht.
Hiernach wird während einer ersten Phase des Betankens, insbesondere nach einem Druck- und Dichtheitstest, mittels des Rampenreglers am Ventil 1 vorzugsweise eine Druckrampe gefahren, so dass Wasserstoff bei geöffnetem Betankungsventil 4 über den weiteren Kältespeicher 2 strömt, abgekühlt wird und sodann in der Zapfsäulenbzw. Tankzuleitung 3, 30 erwärmt wird (Wärmeübertragung von der Tankzuleitung 30, insbesondere der Zapfsäulenleitung 3 auf das Medium) und im weiteren Verlauf über den temperierten Kältespeicher 7 in den Speicherbehälter 8 strömt, wobei zunächst die Temperatur des Mediums (Wasserstoff) bei Eintritt in den Kältespeicher 7 größer ist als die Betriebstemperatur des Kältespeichers 7, so dass eine Wärmeübertragung vom Medium auf den Kältespeicher 7 stattfindet, die die Temperatur des in den stromab angeordneten Speicherbehälters 8 strömenden Mediums vergleichsweise schnell in den zulässigen bzw. gewünschten Bereich absenkt (vorzugsweise -40 °C bis -33 °C). In einer sich anschließenden zweiten Phase des Betankens, sobald die Tankzuleitung 30 durch den nachströmenden Wasserstoff abgekühlt ist, wird der Kältespeicher 7 ebenfalls wieder durch nachströmenden Wasserstoff abgekühlt. Die an den
Kältespeicher 7 zusätzlich zu übertragende Kälteleistung ist also nur etwas größer als die Verlustleistung, die von der Isolierung des Kältespeichers 7 und den verbindenden Leitungen abhängt. Bezugszeichenliste
1 Ventil mit Rampenregler
2 Weiterer Kälterspeicher ("Alu Coldfill")
3 Zapfsäulenleitung
4 Betankungsventil (Eingangsventil Zapfsäule)
5 Handventil
6 Kühlkreislauf
7 Kältespeicher ("Alu Coldfill")
8 Speicherbehälter
9 Speicherbehälterventil
10 Tankschlauch
11 Abreißkupplung
12 Temperatursensor
13 Durchflussmesser
14 Kaminleitung
15 Entlüftungsventil
19 Füllkupplung
0 Kühlkreislauf
30 Tankzuleitung
0a Endabschnitt
0b Abschnitt

Claims

Patentansprüche
Verfahren, zum Betanken eines Speicherbehälters, insbesondere in Form eines Fahrzeugtanks, mit einem unter Druck stehenden, gasförmigem Medium, insbesondere Wasserstoff, bei dem jener Speicherbehälter (8) über eine
Tankzuleitung (30) und eine an einem Endabschnitt (30a) der Tankzuleitung (30) vorgesehene Füllkupplung (19) mit dem besagten Medium befüllt wird, wobei vor dem Betanken des Speicherbehälters (8) ein stromauf der Füllkupplung (19) an jenem Endabschnitt (30a) der Tankzuleitung (30) vorgesehener Kältespeicher (7) zum Kühlen des Mediums auf eine vordefinierte Betriebstemperatur gekühlt wird, so dass Medium, das in einer ersten Phase des Betankens des Speicherbehälters (8) durch die Tankzuleitung (30) strömt und dabei in der Tankzuleitung (30) insbesondere erwärmt wird, durch den Kältespeicher (7) auf eine vordefinierte Solltemperatur abgekühlt wird, wobei, wenn die Tankzuleitung (30) durch nachströmendes Medium abgekühlt worden ist, der Kältespeicher (7) in einer zweiten Phase des Betankens des Speicherbehälters (8) durch nachströmendes Medium wieder abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (7) bei jener Betriebstemperatur einen Kältevorrat aufweist, der in der ersten Phase des Betankens ein Abkühlen des Mediums durch den Kältespeicher (7) auf eine Solltemperatur im Bereich von -40 °C bis -33 °C bewirkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (7) vor dem Betanken des Speicherbehälters (8) über einen Kühlkreislauf (6) auf jene Betriebstemperatur gekühlt wird, der mit einem stromauf des Kältespeichers (7) an der Tankzuleitung (30) vorgesehenen weiteren Kältespeicher (2) gekoppelt ist.
Betankungseinrichtung zum Betanken eines Speicherbehälters, insbesondere in Form eines Fahrzeugtanks, mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, insbesondere zur Verwendung bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer
Tankzuleitung (30), die über eine an einem Endabschnitt (30a) der Tankzuleitung (30) vorgesehene Füllkupplung (19) zum Betanken des Speicherbehälters (8) mit dem Speicherbehälter (8) verbindbar ist, und einem Kältespeicher (7), der dazu ausgebildet ist, durch Wärmeübertragung dem in den Speicherbehälter (8) zu füllenden Medium Wärme zu entziehen oder zuzuführen, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (7) stromauf der Füllkupplung (19) an dem Endabschnitt (30a) der Tankzuleitung (30) vorgesehen ist.
Betankungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (7) stromauf eines Tankschlauches (10) der Tankzuleitung (30) angeordnet ist, wobei an einem freien Ende des Tankschlauches (10) jene Füllkupplung (19) vorgesehen ist.
Betankungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (7) stromauf einer Abreißkupplung (11) der Tankzuleitung (30) angeordnet ist, und zwar insbesondere direkt vor der Abreißkupplung (11 ), wobei die Abreißkupplung (11) zum Separieren des Tankschlauchs (10) von der Tankzuleitung (30) unter Zug ausgebildet ist.
Betankungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kältespeicher(7) zum Kühlen des Kältespeichers (7) über einen Kühlkreislauf (6) mit einem weiteren Kältespeicher (2) verbunden ist.
Betankungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kältespeicher (2) dazu ausgebildet ist, einen Abschnitt (30b) der
Tankzuleitung (30) stromauf des Kältespeichers (7) zu kühlen.
Betankungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kältespeicher (7) aus einem Metall-Körper,
insbesondere einem Aluminium-Körper, der einen Abschnitt der Tankzuleitung (Endabschnitt) umgibt oder jenen Abschnitt der Tankzuleitung bildet, gebildet ist und innerhalb des von dem Kältespeicher (7) umgebenen Leitungsabschnittes oder innerhalb des durch den Kältespeicher (7) gebildeten Leitungsabschnittes mehrere Drähte, vorzugsweise Edelstahldrähte, angeordnet sind.
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