EP4695546A1 - Wasserstoff-tankstelle - Google Patents

Wasserstoff-tankstelle

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EP4695546A1
EP4695546A1 EP24718027.6A EP24718027A EP4695546A1 EP 4695546 A1 EP4695546 A1 EP 4695546A1 EP 24718027 A EP24718027 A EP 24718027A EP 4695546 A1 EP4695546 A1 EP 4695546A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrogen
heat exchanger
compressor
storage container
filling station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24718027.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas ACHER
Andreas Janzen
Martin BRÜCKLMEIER
Tibor Robert Gallina
Hannes Reichardt
Hubert Mayer
Annika Kropf
Armin Lachermeier
Simon Schäfer
Karl Jojo VIDIC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP4695546A1 publication Critical patent/EP4695546A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 present invention relates to a hydrogen filling station which is suitable for filling storage containers, in particular vehicle tanks, at at least two different pressure levels.
  • Vehicles are usually refueled with gaseous hydrogen at two pressure levels, namely at a pressure of 350 bar or 700 bar. While refueling at 350 bar is used in particular for buses and trucks, cars are preferably refueled at 700 bar. Two different technologies are used to compress the hydrogen, depending on the initial state of the hydrogen - this is usually in liquid or gaseous form at hydrogen filling stations.
  • Liquid hydrogen is compressed using a so-called cryopump to a pressure of 1000 bar.
  • heat is added to the cryogenic hydrogen in a heat exchanger system using a coolant, e.g. freezium.
  • the coolant cools down and, in its function as a cold storage device, enables the cooling power to be temporarily stored.
  • this stored cooling power is used to cool or condition the gaseous hydrogen in the pump or dispenser to the required refueling temperature using a heat exchanger. This conditioning is necessary due to the heating of the transferred gaseous hydrogen in the vehicle tank during refueling in order to prevent the vehicle tank from becoming too high and unacceptable; the optimal refueling temperature is -40 °C.
  • Gaseous hydrogen is compressed to a pressure of up to 1000 bar using a gas compressor, preferably a piston compressor.
  • a gas compressor preferably a piston compressor.
  • the subsequent thermal conditioning of the compressed hydrogen for the refueling process takes place via a separate refrigeration system, which results in additional energy requirements.
  • the increasing number of hydrogen cars and trucks is leading to a growing need for hydrogen filling stations that can refuel cars and trucks at the aforementioned refueling pressure levels of 350 bar and 700 bar.
  • these filling stations must have comparatively high refueling rates.
  • the existing filling station systems must be expanded. Simply scaling up the technologies described above is only possible if serious technical and commercial restrictions are accepted.
  • the object of the present invention is to provide a hydrogen filling station which enables the simultaneous dispensing of hydrogen at different pressure levels and with high filling rates or throughputs.
  • a hydrogen filling station which comprises a) a storage tank for liquefied hydrogen, b) a cryopump by means of which hydrogen taken from the storage tank is pumped to an intermediate pressure, c) a first storage tank which serves to store the hydrogen pumped to the intermediate pressure, d) a first dispenser which serves to dispense the hydrogen pumped to the intermediate pressure and/or taken from the first storage tank, e) a compressor, by means of which the hydrogen pumped to an intermediate pressure is compressed to a final pressure, f) a second storage container, which serves to store the hydrogen pumped to the final pressure, g) a second dispenser, which serves to dispense the hydrogen pumped to the final pressure and/or removed from the second storage container, and h) at least one heat exchanger system, which serves to heat the hydrogen pumped to an intermediate pressure, i) wherein the heat exchanger system is designed such that the cooling capacity stored in it can be used to cool the compressor and/or to condition the hydrogen at the first and/or second
  • the hydrogen filling station according to the invention which enables comparatively high throughputs, has a storage tank for liquefied hydrogen.
  • the liquefied hydrogen is preferably stored at 1.5 barg to 8 barg.
  • the cryopump connected downstream of the storage tank is preferably designed as a two-stage piston pump. With it, the liquid hydrogen taken from the storage tank can be pumped or compressed to an intermediate pressure of 300 bar to 600 bar with very low specific energy consumption and correspondingly low costs. Such compression is significantly less efficient due to the physical restrictions of gas compression with a gas compressor and would require a large number of compression stages.
  • the cryopump is preferably driven hydraulically.
  • the hydrogen compressed to the intermediate pressure is warmed in a heat exchanger system, preferably to ambient temperature.
  • the coolant used in the heat exchanger system cools down in the process, thus enabling the cooling capacity to be temporarily stored.
  • the hydrogen compressed to the intermediate pressure and then heated is temporarily stored in a first storage container and/or transferred directly to a vehicle tank via a fuel pump or dispenser.
  • the aforementioned storage container is designed as a storage bank.
  • a compressor is connected downstream of the cryopump, which compresses the hydrogen compressed to an intermediate pressure to a final pressure, preferably 700 to 1000 bar.
  • the compressor is preferably designed as a piston compressor.
  • the cooling capacity stored in the heat exchanger system is used according to the invention to cool this compressor. Since the hydrogen is already present at a pressure of between 300 and 600 bar, the compressor can compress efficiently to the desired final pressure with just a few compressor stages due to the high inlet pressure.
  • Another advantage of a compressor is that it is designed as an ambient temperature and not as a cryogenic system. The compressor therefore does not have to be cooled to a low operating temperature for operation and can therefore start at any time. In addition, the wear-intensive compressor stages are directly accessible for maintenance work. Depending on the flow requirements of the hydrogen compressed to the final pressure, several compressors or
  • the hydrogen compressed to the final pressure can be stored in a second storage tank or storage bank or fed directly to a second dispenser which serves to dispense the hydrogen pumped to the final pressure and/or removed from the second storage tank.
  • Vehicles can now be refueled in parallel from the two storage tanks or storage banks at two different pressure levels, preferably at 350 bar and 700 bar.
  • the hydrogen to be transferred to the vehicle tank must be conditioned before refueling.
  • the cooling capacity stored in the heat exchanger system is used for this purpose.
  • cryopumps If one wanted to handle a high flow rate using cryopumps alone, several cryopumps would have to be installed in parallel, which would require a great deal of effort in terms of cryogenic equipment, e.g. MSR technology and valves. on the liquid hydrogen tank.
  • cryogenic equipment e.g. MSR technology and valves. on the liquid hydrogen tank.
  • the wear and tear of the cryopumps increases significantly at pressures above 500 bar. This is of considerable relevance, as the maintenance effort of a cryopump is significantly higher than that of a compressor.
  • One of the reasons for this is the time- and labor-intensive warming up and inerting of the entire pump system, which consists of the actual pump and a vacuum-insulated pump container.
  • the "cryopump” and “compressor” technologies are now combined.
  • This makes it possible to use the cooling capacity stored in the cryogenic, liquid hydrogen.
  • the intermediate storage of this cooling capacity with the aid of one or more heat exchanger systems creates a thermal coupling of the various filling station components and thus enables the main components, in particular the compressor(s), to be cooled as required and the hydrogen to be filled up to be conditioned.
  • this thermal coupling means that the use of a separate refrigeration system can be dispensed with. This reduces the overall energy requirement of the filling station and consequently allows efficient filling at 350 bar and 700 bar.
  • the combination of the two technologies also means that the various compressor technologies work in their efficient pressure ranges. This significantly minimizes the specific energy consumption and maintenance costs in particular.
  • the hydrogen filling station according to the invention and further advantageous embodiments thereof are explained in more detail below using the exemplary embodiment shown in the figure.
  • the hydrogen taken from the storage tank 1 for liquid hydrogen is conveyed or compressed to an intermediate pressure of 300 bar to 600 bar by means of the cryopump 2.
  • the storage tank 1, the cryopump 2 and/or the system components described below, such as compressor, storage tank, dispenser and heat exchanger system, are preferably designed redundantly.
  • the hydrogen compressed to the intermediate pressure has a temperature of between 35 and 70 K at the outlet of the cryopump 2.
  • the hydrogen is warmed to approximately ambient temperature against the coolants of two heat exchanger systems, which are discussed in more detail below.
  • the hydrogen can then be stored at the intermediate pressure in a first storage container or a first storage bank 5 or released directly via a first dispenser 6.
  • This dispenser 6 is assigned a heat exchanger 13 which, as will be explained below, serves to condition the hydrogen to be released.
  • the hydrogen to be released via the dispenser 6 is usually taken from the first storage bank 5.
  • a compressor 7 is connected downstream of the cryopump 2 and the first storage bank 5, which serves to compress the hydrogen to the final pressure of 700 bar to 1000 bar.
  • the compressor 7 is preferably designed as a piston compressor.
  • the hydrogen compressed in this way is temporarily stored in a second storage container or a second storage bank 8 or is released directly via a second dispenser 9.
  • This dispenser 9 is also assigned a heat exchanger 15, which, as will be explained below, serves to condition the hydrogen to be released.
  • the hydrogen to be released via the dispenser 9 is usually taken from the second storage bank 8.
  • two heat exchanger systems are provided.
  • a coolant circulates in each of them.
  • Mixtures of water and antifreeze, such as glycol (e.g. ethylene glycol, propylene glycol and the like) or salts (e.g. potassium formate or similar) are particularly suitable for this.
  • glycol e.g. ethylene glycol, propylene glycol and the like
  • salts e.g. potassium formate or similar
  • the two Heat exchanger systems each have a storage tank 10 and 20, a heat exchanger 3 and 4 and several pumps 11, 12, 14, 21, 23 and 24.
  • the first heat exchanger system which stores cold at a lower temperature level, has two heat exchangers 13 and 15 assigned to the dispensers 6 and 9.
  • the first heat exchanger system is used to condition the hydrogen to be dispensed via the first and second dispensers 6 and 9, for which purpose the coolant is taken from the storage container 10 and fed to the heat exchangers 13 and 15 by means of the pumps 12 and 14.
  • the coolant is fed to the heat exchanger 3, which is used to heat the hydrogen, by means of the pump 11.
  • the second heat exchanger system which stores cold at a higher temperature level, is used to cool the compressor 7, for which purpose the coolant used is taken from the storage container 20 and fed to the compressor 7 by means of the pump 21.
  • a hydraulic drive 30 is assigned to the cryopump 2 described.
  • Both the pump of the oil circuit of this drive 30 and the heat exchanger 22 to be provided are cooled by means of the coolant of the second heat exchanger system, which is why corresponding pumps 23 and 24 are also provided.
  • the pump 25 is used to pump the coolant through the described heat exchanger 4.

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Abstract

Es wird eine Wasserstoff-Tankstelle beschrieben, die wenigstens ein Wärmeübertragersystem aufweist. Sie ermöglicht eine gleichzeitige Wasserstoff-Betankung mit 350 bar sowie 700 bar.

Description

Beschreibung
Wasserstoff-Tankstelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstoff-Tankstelle, die für die Betankung von Speicherbehältern, insbesondere von Fahrzeugtanks, bei wenigstens zwei unterschiedlichen Druckniveaus geeignet ist.
Die Betankung von Fahrzeugen mit gasförmigem Wasserstoff erfolgt üblicherweise auf zwei Druckniveaus, nämlich bei einem Druck von 350 bar oder 700 bar. Während Betankungen bei 350 bar insbesondere bei Bussen und Lkw zum Einsatz kommen, werden Pkw vorzugsweise bei 700 bar betankt. Für die Verdichtung des Wasserstoffs kommen je nach Ausgangszustands des Wasserstoffs - dieser liegt an Wasserstoff- Tankstellen üblicherweise in flüssiger oder gasförmiger Form vor - zwei unterschiedliche Technologien zur Anwendung.
Flüssiger Wasserstoff wird mittels einer sog. Kryopumpe bis zu einem Druck von 1000 bar verdichtet. Nach der Verdichtung des flüssigen Wasserstoffs in der Kryopumpe wird dem kryogenen Wasserstoff in einem Wärmeübertrager-System mithilfe eines Kälteträgers, bspw. Freezium, Wärme zugeführt. Der Kälteträger kühlt sich dabei ab und ermöglicht so in seiner Funktion als Kältespeicher eine Zwischenspeicherung der Kälteleistung. Unmittelbar vor dem Betankungsvorgang wird diese gespeicherte Kälteleistung genutzt, um den gasförmigen Wasserstoff in der Zapfsäule bzw. dem Dispenser mittels Wärmeübertrager auf die benötigte Betankungstemperatur abzukühlen bzw. zu konditionieren. Diese Konditionierung ist aufgrund der Erwärmung des überführten, gasförmigen Wasserstoffs im Fahrzeugtank bei der Betankung notwendig, um eine zu hohe und unzulässige Temperatur des Fahrzeugtanks zu verhindern; hierbei beträgt die optimale Betankungstemperatur -40 °C.
Gasförmiger Wasserstoff wird mittels eines Gaskompressors, vorzugsweise mittels eines Kolbenverdichters auf einen Druck bis zu 1000 bar verdichtet. Im Gegensatz zur vorbeschriebenen Kryopumpentechnologie erfolgt die anschließende thermische Konditionierung des verdichteten Wasserstoffs für den Betankungsvorgang über eine separate Kälteanlage, woraus ein zusätzlicher Energiebedarf resultiert. Die Steigendende Anzahl an Wasserstoff- Pkw und -Lkw führt zu einem steigenden Bedarf an Wasserstoff-Tankstellen, bei denen eine Betankung von Pkw und Lkw bei den erwähnten Betankungsdruckniveaus von 350 bar und 700 bar möglich ist. Zudem ist erforderlich, dass diese Tankstellen vergleichsweise hohe Betankungsraten aufweisen. Um dies zu erreichen ist eine Erweiterung der bestehenden Tankstellen- Systeme erforderlich. Eine bloße Skalierung der vorbeschriebenen Technologien ist nur bei Inkaufnahme gravierender technischer und kommerzieller Einschränkungen möglich.
Die Betankung großer Wasserstoffmengen erfordert einen erhöhten Bedarf an Kälteleistung, insbesondere bei der Konditionierung am Dispenser. Vor allem bei Systemen auf Basis eines Gasverdichters ist der Einsatz einer leistungsstarken Kälteanlage - mit bis zu einem Megawatt elektrischer Anschlussleistung - erforderlich. Der hohe Stromverbrauch und die hohen Kosten der Kälteanlage steigern sowohl die Betriebskosten (OPEX) als auch die Investitionskosten (CAPEX) der Wasserstoff- Tankstelle.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wasserstoff-Tankstelle anzugeben, die die gleichzeitige Abgabe von Wasserstoff bei unterschiedlichen Druckniveaus und mit hohen Betankungsraten bzw. Durchsätzen ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Wasserstoff-Tankstelle vorgeschlagen, die a) einen Speicherbehälter für verflüssigten Wasserstoff, b) eine Kryopumpe, mittels der aus dem Speicherbehälter entnommener Wasserstoff auf einen Zwischendruck gefördert wird, c) einen ersten Speicherbehälter, der der Speicherung des auf den Zwischendruck geförderten Wasserstoffs dient, d) einen ersten Dispenser, der der Abgabe des auf den Zwischendruck geförderten und/oder aus dem ersten Speicherbehälter entnommenen Wasserstoffs dient, e) einen Verdichter, mittels dem der auf einen Zwischendruck geförderte Wasserstoff auf einen Enddruck verdichtet wird, f) einen zweiten Speicherbehälter, der der Speicherung des auf den Enddruck geförderten Wasserstoffs dient, g) einen zweiten Dispenser, der der Abgabe des auf den Enddruck geförderten und/oder aus dem zweiten Speicherbehälter entnommenen Wasserstoffs dient, und h) wenigstens ein Wärmeübertragersystem, das der Anwärmung des auf einen Zwischendruck geförderten Wasserstoffs dient, i) wobei das Wärmeübertragersystem derart ausgebildet ist, dass die in ihm gespeicherte Kälteleistung zur Kühlung des Verdichters und/oder zur Konditionierung des Wasserstoffs am ersten und/oder zweiten Dispensers genutzt werden kann.
Aufgrund der höheren Speicherdichte weist die erfindungsgemäße Wasserstoff- Tankstelle, die vergleichsweise hohe Durchsätze ermöglicht, einen Speicherbehälter für verflüssigten Wasserstoff auf. Die Speicherung des verflüssigten Wasserstoffs erfolgt vorzugsweise bei 1 ,5 barg bis 8 barg. Die dem Speicherbehälter nachgeschaltete Kryopumpe ist vorzugsweise als zweistufige Kolbenpumpe ausgebildet. Mit ihr kann der aus dem Speicherbehälter entnommene flüssige Wasserstoff mit sehr niedrigem spezifischen Energieverbrauch und entsprechend geringen Kosten auf einen Zwischendruck von 300 bar bis 600 bar gefördert bzw. verdichtet werden. Eine derartige Verdichtung ist aufgrund der physikalischen Restriktionen der Gaskompression mit einem Gaskompressor wesentlich ineffizienter und würde eine Vielzahl an Verdichterstufen erfordern. Die Kryopumpe wird bevorzugt hydraulisch angetrieben.
Der auf den Zwischendruck verdichtete Wasserstoff wird erfindungsgemäß in einem Wärmeübertragersystem angewärmt, vorzugsweise auf Umgebungstemperatur. Der in dem Wärmeübertragersystem eingesetzte Kälteträger kühlt dabei ab und ermöglicht so eine Zwischenspeicherung der Kälteleistung. Der auf den Zwischendruck verdichtete und anschließend erwärmte Wasserstoff wird erfindungsgemäß in einem ersten Speicherbehälter zwischengespeichert und/oder direkt über eine Zapfsäule bzw. einen Dispenser in einen Fahrzeugtank überführt. Der vorgenannte Speicherbehälter wird in der Praxis als Speicherbank ausgeführt.
Erfindungsgemäß ist der Kryopumpe ein Verdichter nachgeschaltet, der den auf einen Zwischendruck verdichteten Wasserstoff auf einen Enddruck, vorzugsweise 700 bis 1000 bar, verdichtet. Hierbei ist der Verdichter bevorzugt als Kolbenkompressor ausgebildet. Die in dem Wärmeübertragersystem gespeicherte Kälteleistung wird erfindungsgemäß genutzt, um diesen Verdichter zu kühlen. Da der Wasserstoff bereits bei einem Druck zwischen 300 und 600 bar vorliegt, kann der Verdichter aufgrund des hohen Eingangsdrucks mit wenigen Verdichterstufen effizient auf den gewünschten Enddruck verdichten. Zudem ist bei einem Verdichter von Vorteil, dass er als umgebungswarmes und nicht als kryogenes System ausgeführt wird. Der Verdichter muss folglich für den Betrieb nicht auf eine tiefe Betriebstemperatur abgekühlt werden und kann somit jederzeit starten. Zudem sind die verschleißintensiven Verdichterstufen für Wartungsarbeiten direkt zugänglich. Je nach Durchflussanforderungen des auf den Enddruck verdichteten Wasserstoffs sind ggf. mehrere Verdichter bzw.
Verdichterstufen parallel zu schalten.
Der auf den Enddruck verdichtete Wasserstoff kann in einem zweiten Speicherbehälter bzw. Speicherbank gespeichert oder direkt einem zweiten Dispenser, der der Abgabe des auf den Enddruck geförderten und/oder aus dem zweiten Speicherbehälter entnommenen Wasserstoffs dient, zugeführt werden.
Aus den beiden Speicherbehältern bzw. Speicherbanken können Fahrzeuge nun parallel bei zwei unterschiedlichen Druckniveaus, vorzugsweise bei 350 bar und 700 bar betankt werden.
Wie bereits erwähnt, muss der in den Fahrzeugtank überzuführende Wasserstoff vor der Betankung konditioniert werden. Hierfür wird erfindungsgemäß die in dem Wärmeübertragersystem gespeicherte Kälteleistung genutzt.
Würde man einen hohen Durchfluss allein mit dem Einsatz von Kryopumpen bewältigen wollen, müssten mehrere Kryopumpen parallel verbaut werden, was einen großen Aufwand hinsichtlich kryogener Apparaturen, bspw. MSR-Technik und Ventilen, am Flüssig-Wasserstoff-Tank erforderlich machen würde. Zudem steigt der Verschleiß der Kryopumpen bei Drücken über 500 bar signifikant an. Dies ist von erheblicher Relevanz, da der Wartungsaufwand einer Kryopumpe verglichen mit einem Verdichter deutlich höher ist. Grund dafür ist unter anderem das zeit- und arbeitsintensive Anwärmen sowie das Inertisieren des gesamten Pumpensystems, das aus der eigentlichen Pumpe und einem vakuumisolierten Pumpenbehälter besteht.
Bei der erfindungsgemäßen Wasserstoff-Tankstelle werden die Technologien „Kryopumpe“ und „Verdichter“ nunmehr kombiniert. Damit wird ermöglicht, die im kryogenen, flüssigen Wasserstoff gespeicherte Kälteleistung zu nutzen. Die Zwischenspeicherung dieser Kälteleistung unter Zuhilfenahme eines oder mehrerer Wärmeübertragersysteme schafft eine thermische Kopplung der unterschiedlichen Tankstellenkomponenten und ermöglicht so eine bedarfsgerechte Kühlung der Hauptkomponenten, insbesondere des bzw. der Verdichter, und Konditionierung des zu vertankenden Wasserstoffs. Zudem kann durch diese thermische Kopplung auf den Einsatz einer seperaten Kälteanlage verzichtet werden. Dies reduziert den Gesamtenergiebedarf der Tankstelle und erlaubt in der Folge effiziente Betankungen mit 350 bar sowie 700 bar. Die Kombination der beiden Technologien führt zudem dazu, dass die verschiedenen Verdichtertechnologien in ihren effizienten Druckbereichen arbeiten. Hierdurch lassen sich insbesondere der spezifische Energieverbrauch sowie die Wartungskosten wesentlich minimieren.
Durch die Kombination beider Technologien mit einem ganzheitlichen Thermomanagement wird eine einfache Möglichkeit geschaffen, die eingangs beschriebenen Anforderungen, wie hoher Durchsatz, niedriger CAPEX und OPEX, an eine Wasserstoff-Tankstelle abzudecken.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wasserstoff-Tankstelle sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Die erfindungsgemäße Wasserstoff-Tankstelle sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen derselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dieses zeigt eine erfindungsgemäße Wasserstoff-Tankstelle, bei der, wie nachfolgend erläutert werden wird, zwei Wärmeübertragersysteme vorgesehen sind. Der aus dem Speicherbehälter 1 für Flüssig-Wasserstoff entnommene Wasserstoff wird mittels der Kryopumpe 2 auf einen Zwischendruck von 300 bar bis 600 bar gefördert bzw. verdichtet. Vorzugsweise sind der Speicherbehälter 1 , die Kryopumpe 2 und/oder die nachfolgend noch beschriebenen Anlagenbestandteile, wie Verdichter, Speicherbehälter, Dispenser und Wärmeübertragersystem redundant ausgebildet. Der auf den Zwischendruck verdichtete Wasserstoff weist am Ausgang der Kryopumpe 2 eine Temperatur zwischen 35 und 70 K auf. In den Wärmetauschern 3 und 4 wird der Wasserstoff gegen die Kälteträger zweier Wärmeübertragersysteme, auf die im Folgenden näher eingegangen wird, auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt.
Daran anschließend kann der Wasserstoff in einem ersten Speicherbehälter bzw. einer ersten Speicherbank 5 auf dem Zwischendruck gespeichert oder unmittelbar über einen ersten Dispenser 6 abgegeben werden. Diesem Dispenser 6 ist ein Wärmetauscher 13 zugeordnet, der, wie im Folgenden erläutert werden wird, der Konditionierung des abzugebenden Wasserstoffs dient. Üblicherweise erfolgt die Entnahme des über den Dispenser 6 abzugebenden Wasserstoffs aus der ersten Speicherbank 5.
Der Kryopumpe 2 sowie der ersten Speicherbank 5 nachgeschaltet ist ein Verdichter 7, der der Verdichtung des Wasserstoffs auf den Enddruck von 700 bar bis 1000 bar dient. Der Verdichter 7 ist bevorzugt als Kolbenkompressor ausgeführt. Der derart verdichtete Wasserstoff wird in einem zweiten Speicherbehälter bzw. einer zweiten Speicherbank 8 zwischengespeichert oder unmittelbar über einen zweiten Dispenser 9 abgegeben. Auch diesem Dispenser 9 ist ein Wärmetauscher 15 zugeordnet, der, wie im Folgenden erläutert werden wird, der Konditionierung des abzugebenden Wasserstoffs dient. Üblicherweise erfolgt die Entnahme des über den Dispenser 9 abzugebenden Wasserstoffs aus der zweiten Speicherbank 8.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wasserstoff-Tankstelle sind zwei Wärmeübertragersysteme vorgesehen. In ihnen zirkuliert jeweils ein Kälteträger. Hierfür eignen sich insbesondere Gemische aus Wasser und Gefrierschutzmittel, wie Glykol (z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol und dergleichen) oder Salzen (z. B. Kaliumformiat o. ä.). Diese Kälteträger dienen in den Wärmetauschern 3 und 4 der Anwärmung des mittels der Kryopumpe verdichteten Wasserstoffs. Die dabei vom Wasserstoff an die Kälteträger abgegebene Kälte wird in den beiden Wärmeübertragersystemen gespeichert. Die beiden Wärmeübertragersysteme weisen jeweils einen Speicherbehälter 10 und 20, einen Wärmetauschern 3 und 4 sowie mehrere Pumpen 11 , 12, 14, 21 , 23 und 24 auf. Darüber hinaus weist das erste Wärmeübertragersystem, das Kälte auf einem niedrigeren Temperaturniveau speichert, zwei, den Dispensern 6 und 9 zugeordnete Wärmetauscher 13 und 15 auf.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel dient das erste Wärmeübertragersystem der Konditionierung des über den ersten und zweiten Dispenser 6 und 9 abzugebenden Wasserstoffs, wozu der Kälteträger aus dem Speicherbehälter 10 entnommen und mittels der Pumpen 12 und 14 den Wärmetauschern 13 und 15 zugeführt wird. Mittels der Pumpe 11 wird der Kälteträger dem der Anwärmung des Wasserstoffs dienenden Wärmetauscher 3 zugeführt. Das zweite Wärmeübertragersystem, das Kälte auf einem höheren Temperaturniveau speichert, dient der Kühlung des Verdichters 7, wozu der verwendete Kälteträger aus dem Speicherbehälter 20 entnommen und mittels der Pumpe 21 dem Verdichter 7 zugeführt wird. Der beschriebenen Kryopumpe 2 ist ein hydraulischer Antrieb 30 zugeordnet. Sowohl die Pumpe des Ölkreislaufes dieses Antriebs 30 als auch der vorzusehende Wärmetauscher 22 werden mittels des Kälteträgers des zweiten Wärmeübertragersystems gekühlt, weshalb ebenfalls entsprechende Pumpen 23 und 24 vorgesehen sind. Die Pumpe 25 dient der Förderung des Kälteträgers durch den beschriebenen Wärmetauscher 4.

Claims

Patentansprüche
1. Wasserstoff-Tankstelle, aufweisend a) einen Speicherbehälter (1 ) für verflüssigten Wasserstoff, b) eine Kryopumpe (2), mittels der aus dem Speicherbehälter (1 ) entnommener Wasserstoff auf einen Zwischendruck gefördert wird, c) einen ersten Speicherbehälter (5), der der Speicherung des auf den Zwischendruck geförderten Wasserstoffs dient, d) einen ersten Dispenser (6), der der Abgabe des auf den Zwischendruck geförderten und/oder aus dem ersten Speicherbehälter (5) entnommenen Wasserstoffs dient, e) einen Verdichter (7), mittels dem der auf einen Zwischendruck geförderte Wasserstoff auf einen Enddruck verdichtet wird, f) einen zweiten Speicherbehälter (8), der der Speicherung des auf den Enddruck geförderten Wasserstoffs dient, g) einen zweiten Dispenser (9), der der Abgabe des auf den Enddruck geförderten und/oder aus dem zweiten Speicherbehälter (8) entnommenen Wasserstoffs dient, und h) wenigstens ein Wärmeübertragersystem (3, 4, 10 - 15, 20 - 24), das der Anwärmung (3, 4) des auf einen Zwischendruck geförderten Wasserstoffs dient, i) wobei das Wärmeübertragersystem derart ausgebildet ist, dass die in ihm gespeicherte Kälteleistung zur Kühlung des Verdichters (7) und/oder zur Konditionierung (13, 15) des Wasserstoffs am ersten und/oder zweiten Dispensers (6, 9) genutzt werden kann.
2. Wasserstoff-Tankstelle gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeübertragersystem wenigstens einen Wärmetauscher (3, 4), der dem Wärmeaustausch mit dem geförderten Wasserstoff dient, einen Speicherbehälter (10, 20), der der Speicherung des in dem Wärmeübertragersystem zirkulierenden Kälteträgers dient und einen Verdichter (11 , 12, 14, 21 , 23, 24) aufweist.
3. Wasserstoff-Tankstelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kryopumpe (2) auf einen Zwischendruck von 300 bar bis 600 bar fördert.
4. Wasserstoff-Tankstelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (7) auf einen Enddruck von 700 bar bis 1000 bar verdichtet.
5. Wasserstoff-Tankstelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (7) ein Kolbenkompressor ist.
6. Wasserstoff-Tankstelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherbehälter (1), die Kryopumpe (2), der Verdichter (7), der erste Speicherbehälter (5), der zweite Speicherbehälter (9), der erste Dispenser (6), der zweite Dispenser (9) und/oder das Wärmeübertragersystem (3, 4, 10 - 15, 20 - 24) redundant ausgebildet sind.
7. Wasserstoff-Tankstelle nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Wärmeübertragersystem ein Kälteträger zirkuliert, der aus einem Gemisch aus Wasser und Gefrierschutzmittel, insbesondere Glykol, vorzugsweise Ethylenglykol und/oder Propylenglykol, oder Salzen, insbesondere Kaliumformiat besteht.
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