NL9400978A - Werkwijze voor het tegen overlopen beveiligd vullen van een voorraadhouder. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het tegen overlopen beveiligd vullen van een voorraadhouder

De uitvinding betreft een werkwijze voor het tegen overlopen beveiligd vullen van een voorraadhouder voor cryogene media, in het bijzonder een vacuüm-geïsoleerde voorraadhouder voor een voertuig of een stationaire voorraadhouder voor vloeibare waterstof, waarbij de voorraadhouder ten minste een peilleiding en een beluchtingsleiding omvat, welke ieder tenminste zijn voorzien van een pneumatisch afsluit-ventiel.

Hieronder worden bij de aanduidingen van speciale cryogene media overeenkomstig de aggregatietoestand daarvan de letters "G" voor "gasvormig" en "L" voor "vloeibaar" of "liquid" ervoor 'gezet, bijvoorbeeld GH2 resp. LH2 voor gasvormige resp. vloeibare waterstof.

In het bijzonder waterstof wordt tegenwoordig steeds belangrijker als energiedrager door de toenemende energiebehoefte en het toegenomen milieu-bewustzijn. Zo worden eerste proeven genomen om vliegtuigen, vrachtwagens, bussen alsmede personenauto's door middel van op waterstof werkende turbines resp. motoren aan te drijven. De opslag van de waterstof "aan boord" van de hierboven genoemde verkeersmiddelen is daarbij het zinvolste in de vloeibare vorm. Weliswaar dient de waterstof daartoe tot ongeveer 25° K te worden afgekoeld en op deze temperatuur te worden gehouden, hetgeen slechts door geschikte isolatiemaatregelen aan de voorraadhouders resp. -tanks is te bereiken, toch is een opslag in gasvormige toestand vanwege de geringe dichtheid van GH2 in de regel in de hierboven genoemde verkeersmiddelen om reden van het gewicht ongunstig. Vanwege technische veiligheidsredenen zijn bij waterstof aangedreven voertuigen speciale veiligheidsmaatregelen nodig - waarop hier echter niet nader zal worden ingegaan - zodat de noodzakelijke isolatie van de voorraadhouder niet alleen voor het instandhouden van de temperatuur binnenin de voorraadhouder dient. Een overzicht van de actuele stand van de waterstof-ontwikkeling met betrekking tot de toepassing daarvan als brandstof wordt bijv. gegeven in de artikelen "Flüssiger Wasserstoff als Motorenkraftstoff der Zukunft", Prof. Dr. W. Peschka, speciale uitgave van "Maschinenwelt-Elektrotechnik", 43 jg., deel 8/9-1988 en "Liquid Hydrogen Fueled Automobiles : On-Board and Stationary Cryogenic Installations", R. Ewald, Cryogenics 1990, Vol. 30 sept. Supplement.

Speciaal het proces van vullen resp. tanken van de hierboven genoemde verkeersmiddelen lijkt momenteel vanwege de lange duur daarvan evenals de daarmee verbonden gevaren een van de redenen te zijn voor de slechts aarzelende acceptatie van de energiedrager "waterstof" door de maatschappij.

Dezelfde overwegingen, in het bijzonder met betrekking tot de gevaren tijdens het proces van vullen resp. tanken, gelden natuurlijk ook voor stationaire voorraadhouders.

Bij het proces van vullen resp. tanken dient de controle op het overvullen een bijzonder doel; dit geldt in het bijzonder wanneer het uit de voorraadhouder overlopende medium samen met de omgevingslucht tot een explosief mengsel leidt en daardoor het bedieningspersoneel verwondingen en voorwerpen van waarde beschadigingen kunnen worden toegebracht. Om deze reden zijn reeds langere tijd werkwijzen en inrichtingen bekend, voor de controle op de vullingsgraad van voorraadhouders. In het Duitse "Offenlegungsschrift” 2.345.112 wordt bijvoorbeeld een inrichting beschreven voor de controle van de vullingsgraad van een voorraadhouder voor diepgekoelde vloeibare gassen. Hierbij heeft de voorraadhouder een controlebuis, welke in de binnenruimte van de voorraadhouder reikt en het hoogste punt ervan op dezelfde hoogte ligt als de stand van de te controleren vullingsgraad. De controlebuis is buiten de voorraadhouder met een afleesbuis verbonden. De aflezing van de te controleren vullingsgraad gebeurt hierbij daardoor dat uit de binnenruimte van de voorraadhouder een kleine hoeveelheid vloeibaar gas in de afleesbuis vloeit, hetgeen tot gevolg heeft, dat het buitenste zichtbare oppervlak van de afleesbuis beslaat bij afkoeling tot onder het dauwpunt of bij afkoeling tot onder het vriespunt met rijp wordt bedekt. Daarnaast bestaan er vele verdere mogelijkheden om het overlopen van een voorraadhouder tegen te gaan, zoals bijvoorbeeld een drukschakelaar die bij een honderdprocents-vulling van de voorraadhouder, de drukstoot van de vloeistof hydraulisch gebruikt als signaal voor het beëindigen van het proces van het vullen. Deze werkwijze is natuurlijk ongeschikt wanneer een voorraadhouder, zoals dit bijv. bij voertuigen het geval is, slechts tot ongeveer 90% mag worden gevuld.

Daarnaast zijn andere systemen bekend met min of meer ingewikkelde meetapparaten binnenin de voorraadhouders, waarvan het nadeel echter daarin ligt dat deze elektrische energie nodig hebben en om deze reden moeten worden geconstrueerd zodat deze tegen explosie beschermd zijn. Deze tegen explosie beschermde uitvoering van afzonderlijke bouwdelen resp. -groepen leidt echter tot een duurdere en meer gecompliceerde bouwwijze van de voorraadhouders.

Het doel van de uitvinding is de nadelen van de stand van de techniek te vermijden.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat het tot in de voorraadhouder uitstekende uiteinde van de peilleiding overeenkomt met de maximale vulhoogte van de voorraadhouder, en dat door middel van een in de peilleiding aangebracht meetapparaat, bij voorkeur een stoomdrukcontactmanometer, de aggregatietoestand van het tijdens het vullen uit de voorraadhouder stromende medium wordt bepaald en op het moment van overgang van gasvormig naar vloeibare toestand van het uitstromende medium, de pneumatische afsluitventielen in de peilleiding en in de beluchtingsleiding worden gesloten.

De werkwijze volgens de uitvinding voor het tegen overlopen beveiligd vullen heeft geen elektrische hulpenergie nodig en dient om deze reden niet tegen explosie beschermd te worden geconstrueerd. Bij het bereiken van de maximaal toelaatbare vulstand in de voorraadhouder wordt het afsluit-ventiel in de vulleiding automatisch gesloten. Een "passeren" van dit sluitingstijdstip door het bedieningspersoneel is niet mogelijk. De voor het sluiten resp. het openen van het afsluitventiel benodigde pneumatische hulpenergie wordt of door de vulinrichting resp. "tankstation" of door het bezorgingsvoertuig geleverd.

De keuze van het toegepaste sensormedium is afhankelijk van het cryogene medium, waarmee de voorraadhouder wordt gevuld. Bij de keuze van het sensormedium dient erop te worden gelet, dat de dampdrukkromme van het sensormedium even hoog of iets hoger ligt dan die van het cryogene medium, dat wil zeggen dat als sensormedium ook hetzelfde medium als dat waarmee de voorraadhouder wordt gevuld, kan worden toegepast.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat het uit de voorraadhouder 1 wegstromende medium voor de sensor van de dampdrukcontact-manometer 12 door de omgevingslucht indirect wordt verwarmd.

Door middel van deze uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is de overgang van de gasvormige naar de vloeibare fase van het uit de voorraadhouder stromende medium beter te onderscheiden resp. te herkennen. Verder is met deze uitvoeringsvorm het inbouwen van een aanvullende verwarmings-inrichting overbodig geworden.

De uitvinding evenals verdere uitvoeringsvormen daarvan worden aan de hand van de tekening toegelicht.

De figuur toont een voorraadhouder 1, bestaande uit een buitenhouder 2 en een binnenhouder 3, waartussen normaliter een isolatie 4 is aangebracht. Binnenin de voorraadhouder 1 bevindt zich het op te slaan cryogene medium 5. De vulleiding 6 splitst zich in een onderste vulleiding 6a en een bovenste vulleiding 6b. De vulleiding 6 is door middel van het ventiel 7 afsluitbaar; verdere afsluitventielen 7a en 7b zijn in de leiding 6a en 6b aangebracht. De voorraadhouder 1 heeft verder een ontluchtingsleiding 8, welke is voorzien van een afsluitventiel 9. In de uit de voorraadhouder 1 weglopende peilbuisleiding 10 is na het afsluitventiel 11 een dampdruk-contactmanometer 12 aangebracht. Het noodzakelijke sensormedium, in het geval van een waterstofvoorraadhouder bij voorkeur Neon, is via de leiding 13 met de dampdrukcontact-manometer 12 verbonden. Voor het vullen van de leiding 13 en van de dampdrukcontactmanometer 12 met Neon kan het ventiel 14 worden geopend. De leiding 13 is verbonden met een pneumatische contactmanometer P3. De afsluitventielen 7 en 11 zijn voorzien van pneumatische aandrijvingen PI en P2. Zowel de pneumatische contactmanometer P3 als ook de pneumatische aandrijvingen PI en P2 zijn weer via de gestippeld getekende, pneumatische leidingen A, B en C verbonden met een controle-eenheid K. De gestippeld getekende leidingen A en B vormen de drukleidingen voor het schakelen van de bijbehorende afsluitventielen. Bij de gestippeld getekende leiding C betreft het een pneumatische signaalleiding. Via de gestippeld getekende leiding D wordt de controle-eenheid K of door het vulstation of door het tankvoertuig voorzien van pneumatische hulpenergie. Is de voorraadhouder 1 bijvoorbeeld in een voertuig aangebracht, dan zal de controle-eenheid K normaliter in het vulstation zijn ondergebracht en de voor het schakelen van het afsluitventiel benodigde pneumatische hulpenergie via de leiding D van het vulstation resp. "tankstation" worden geleverd. In het geval van een stationaire voorraadhouder wordt de benodigde pneumatische hulpenergie geleverd door het tankvoertuig dat de stationaire voorraadhouder vult.

Voor de aanvang van een vulproces wordt zowel de vulleiding 6 alsook de hulpenergieleiding D door het bedieningspersoneel met het vulstation resp. het tankvoertuig verbonden. Op dit tijdstip zijn de afsluitventielen 7 en 11 gesloten. Nu wordt via de pneumatische controle-eenheid K eerst het afsluitventiel 11 geopend en dan het ventiel 7 van de vulleiding 6. De voorraadhouder 1 wordt nu met het cryogene medium gevuld. Of daarbij de deelleiding 6a of 6b of beide deelleidingen worden gebruikt, hangt ervan af hoe groot de druk van het nog in de voorraadhouder 1 verblijvende cryogene medium 5 is. Tijdens het vulproces stroomt via de leiding 10 en de sensor van de dampdrukcontactmanometer 12 gasvormig medium weg, dat door het uit de binnenhouder 3 van de voorraadhouder 1 wegstromende medium wordt verdrongen. De overgang van het uit de peilbuisleiding 10 wegstromende gasvormig naar vloeibaar medium heeft een temperatuursdaling in de leiding 10 tot gevolg en van de sensor van de dampdrukcontactmanometer 12. Daardoor ontstaat een condensering van het sensormedium en een drukval, welke door de pneumatische contactmanometer P3 wordt geregistreerd. Via de controle-eenheid K wordt dan het sluiten van de afsluitventielen 7 en 11 gestart, zodat het vulproces wordt onderbroken resp. wordt beëindigd.

Indien in de dampdrukcontactmanometer 12 een lekkage optreedt, heeft dit hetzelfde effect als een overgang van gasvormig naar vloeibare toestand van het wegstromende medium, namelijk een verlaging van de druk van het sensormedium en daardoor een automatisch sluiten van de afsluitventielen 7 en 11. Hetzelfde effect treedt op bij het wegvallen van de pneumatische hulpenergie, daar de afsluitventielen dan door middel van veren, welke eerder met behulp van de hulpenergie waren voorgespannen, automatisch sluiten.

Claims (2)

1. Werkwijze voor het tegen overlopen beveiligd vullen van een voorraadhouder voor cryogene media, in het bijzonder een vacuüm-geisoleerde voorraadhouder voor voertuigen of een stationaire voorraadhouder voor vloeibare waterstof, waarbij 5 de voorraadhouder ten minste een peilleiding en een beluchtingsleiding omvat, welke ieder tenminste zijn voorzien van een pneumatisch afsluitventiel, met het kenmerk, dat het tot in de voorraadhouder (1) uitstekende uiteinde van de peilleiding (10) overeenkomt met de maximale vulhoogte van de 10 voorraadhouder, en dat door middel van een in de peilleiding aangebracht meetapparaat, bij voorkeur een stoomdrukcontact-manometer (12), de aggregatietoestand van het tijdens het vullen uit de voorraadhouder (1) stromende medium wordt bepaald en op het moment van overgang van gasvormig naar 15 vloeibare toestand van het uitstromende medium, de pneumatische afsluitventielen (7,11) in de peilleiding (10) en in de beluchtingsleiding (6) worden gesloten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het uit de voorraadhouder (1) stromende medium voor de sensor van 20 de stoomdrukcontactmanometer (12) indirect wordt verwarmd met behulp van omgevingslucht. 9400978