WO2014067606A1 - Verfahren und befülleinrichtung zum befüllen eines speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter druck stehendem medium, insbesondere wasserstoff - Google Patents

Verfahren und befülleinrichtung zum befüllen eines speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter druck stehendem medium, insbesondere wasserstoff Download PDF

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Michael Stefan
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Definitions

  • the invention relates to a method for filling a storage container and a corresponding filling device for filling a storage container, in particular in the form of a vehicle tank, with a gaseous, pressurized medium, preferably with gaseous, pressurized hydrogen.
  • a storage container eg a vehicle tank
  • a pressurized, gaseous medium in particular with gaseous hydrogen
  • a test shock pressure surge
  • a material flow of the medium is forced into the storage container in order to check the storage container pressure prevailing in the storage container and the tightness of the storage container or the connection to the storage container.
  • the subsequent filling is generally carried out on the basis of the determined storage tank pressure with a predefined pressure rise, with which the refueling time is minimized taking into account all boundary conditions (eg maximum tank temperature, outside temperature, etc.) in accordance with any rules.
  • boundary conditions eg maximum tank temperature, outside temperature, etc.
  • the mass flow of the said medium into or through the tank supply line is only very small and increases in the course of refueling.
  • the mass flow of said medium in the first filling phase in particular during the test impulse, through the tank feed cross section (towards the storage tank to be refueled) is regularly below the measuring threshold of the mass flow meter commonly used for measuring the mass flow, ie the currently available mass flow meters deliver usually with the low mass flows in the range of, for example, 1 gram of hydrogen per second (test impact) to 7 grams of hydrogen per second in the first filling phase (test impact) only very inaccurate or none at all Values, which complicates a calibration of the filling device according to the prevailing laws extremely.
  • the present invention is based on the object of providing a method and a corresponding filling device for filling a storage container (vehicle tank) with a gaseous, pressurized medium, in particular in the form of hydrogen, in which or at the measurement accuracy with respect to the mass flow of the fuel used for refueling and thus the possibility for calibration is improved.
  • a gas buffer storing the said medium in the gaseous state via an associated valve (eg, a bank valve) and an adjoining tank supply line having a mass flow meter downstream of said valve and a refueling valve downstream of the mass flow meter, connected to the storage container, so that said medium can be passed through the tank supply line into the storage container, wherein initially in a first filling phase (with the valve closed and refueling valve open) located only in the tank supply line, pressurized medium is pressed into the storage container, and wherein the valve for further filling of the storage container with said medium is only opened when in the first Beglallphase the mass flow of the medium in or through the tank supply line is in a range that met in principle by the mass flow meter is assbar.
  • an associated valve eg, a bank valve
  • the said valve is opened only when the mass flow during the first filling phase in the tank supply line is above this value.
  • the tank supply line or its volume is preferably designed so that at a predetermined pressure with which the tank supply line is initially depressed is reached, the said measuring threshold within a predefined period of time, in particular 5 s to 25 s.
  • an additional buffer volume connected to the tank supply line can be provided which is preferably connected to the tank supply line downstream of the mass flowmeter .
  • the abovementioned test impact is preferably carried out at the beginning of the first filling phase, in which case the mass flow in the region of, for example, a medium in the form of (gaseous) hydrogen. can be about 1 gram of hydrogen per second.
  • the storage tank is further filled with the medium (for example hydrogen) initially present in the tank supply line, whereby the mass flow increases continuously until it can be detected in principle by the mass flowmeter.
  • the said valve After reaching a sufficient mass flow above the measuring threshold of the mass flow meter, the said valve (bank valve) is opened and the further filling of the storage container is initiated.
  • the test impact serves u.a. to determine the pressure prevailing in the storage tank (vehicle tank).
  • the storage tank valve e.g., check valve
  • a pressure equalization occurs between the storage tank and the tank supply line and the storage tank pressure corresponds to the tank supply pressure that can be measured in the tank supply line.
  • the test shock is used to determine the tightness of the tank feed or storage tank, e.g. is given when the pressure in the tank supply line after the pressure equalization with the storage container within a certain period of time (usually 5 s to 25 s) does not drop, but remains substantially constant.
  • a pressure ramp is driven, ie, the valve is controlled by a ramp controller so that the pressure in the tank inlet or in the storage tank by filling the storage container with the medium (eg hydrogen) is substantially linear or Monotone increases until completion of filling.
  • the tank feed line is depressed from the gas buffer store with medium (hydrogen) in preparation for the first filling phase when the refueling valve is closed and the valve is open.
  • Such a pressurization of the tank supply line is preferably carried out in each case after filling a storage container with a closed refueling valve and open valve, wherein the pressurization takes place in such a way that the mass flow of the medium is sufficient from the outset to correctly address the mass flow meter, so that the actual mass flow into the Tank supply can capture.
  • the advantage of the method according to the invention lies in the fact that although the mass flow in the first Be Glallphase temporarily below the measurement threshold of the mass flow meter and can not be detected, the tank supply but after the respective filling (to prepare the next filling) with a sufficient, measurable Mass flow is depressed, so that at this point a correct calculation of the mass flow is possible and, where appropriate, the customer can be charged correctly accordingly.
  • This has the further advantage that at the next filling already at the beginning of the tank supply line for carrying out the first Be spallphase (test shock) is prepared.
  • a filling device for filling a storage container (for example vehicle tank) with a gaseous, pressurized medium, preferably with gaseous pressurized hydrogen, having the features of claim 5.
  • filling device to a gas storage tank, which is connected via a valve (eg bank valve) to shut off the gas storage tank with a beginning of a tank supply line, a refueling valve of the tank supply line to shut off the tank supply line, a filling coupling of the tank supply line via which the tank supply line to the storage tank connectable and a mass flow meter for measuring a mass flow of said medium through the tank supply line.
  • a valve eg bank valve
  • the mass flow meter is arranged downstream of the valve at the beginning of the tank supply line.
  • the mass flow meter is preferably positioned as close as possible to the valve (bank valve), thus follows directly on that valve, so that in particular between the valve and the mass flow meter - up to the valve with the mass flow meter connecting pipes and optionally with the valve cooperating sensors (eg pressure sensor for regulating the valve) - no further components of the filling device are provided.
  • the volume of the tank feed line between the mass flow meter and the filling coupling is many times greater than the volume of a pipe connecting the valve to the mass flow meter.
  • the ratio of said volumes is preferably less than or equal to 1/20.
  • the filling device has a chiller for cooling at least a portion of the tank feed line, in which case said mass flow meter is provided upstream of the chiller or upstream of that cooled section.
  • the inventive arrangement of the mass flow meter can ensure that after the respective filling process, the mass flow when pressing the tank supply line (with closed fueling valve) can be displayed correctly, although the measuring range of the mass flow meter is insufficient to correct the mass flow during the first Beglallphase to eat.
  • the method according to the invention and the filling device according to the invention can also be carried out with a mass flow meter which can accurately detect the respective mass flow over the complete filling phase.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a filling device according to the invention for filling a storage container, which is in particular a vehicle tank of a vehicle, which is connected to the tanked medium is driven, wherein it is preferably in the said medium is gaseous, pressurized hydrogen.
  • the gaseous hydrogen is held in accordance with Figure 1 in one or more gas storage tanks 10, which are connected via an associated valve 20 (bank valve) with a tank inlet 100 (dispenser line).
  • the individual gas buffer memory 10 may be occupied with different pressures, which is usually a high-pressure bank, a medium-pressure bank and a low pressure bank is present, which are connected via said bank valve 20 to the tank inlet 100.
  • 100 hydrogen can be given with correspondingly variable pressure in the tank supply line.
  • the valve 20 can be controlled by means of a ramp regulator, which is not shown in FIG. 1, located downstream of the mass flow meter 30 explained below and with the aid of which the pressure in the tank supply line 100 can be increased approximately linearly in order to fill the storage container 2.
  • a mass flow meter 30 is arranged in the tank feed line 100 at the beginning 101 of the tank feed line 100, which in the present case has a measuring sensitivity which is such that the test shock normally to be carried out can not be detected correctly by means of the mass flow meter 30.
  • a chiller e.g., "alu cold fill"
  • a chiller which may be of e.g. may be made of aluminum thermoblock 41, in which a portion 140 of the tank feed line 100 is formed, said thermoblock 41 can be cooled by means of a thermoblock 41 extending the cooling circuit 42, in order in this way that located in the section 140 Medium (hydrogen) according to the requirements to cool.
  • the tank supply line 100 Downstream of the chiller 40, the tank supply line 100 also has a refueling valve 50, which serves to shut off the tank supply line 100, and a manually operable manual valve 60 downstream of the fueling valve 50.
  • a breakaway coupling 102 connects to the manual valve 60 downstream between the manual valve 60 and the tear-off 102, a chimney 70 via a vent valve 80 goes off, can be discharged via the hydrogen (medium) controlled in the environment.
  • the tear-off coupling 102 is connected to a filling hose 103 of the tank feed line 100, which can be connected via a filling coupling 104 to the storage container (vehicle tank) 2 is.
  • the storage container 2 generally has a storage container valve in the form of a check valve.
  • the tear-off coupling 102 ensures that when driving away a vehicle with the filling hose 103 engaged, the latter can be separated in a controlled manner from the tank feed line 100.
  • the mass flow meter 30 is therefore provided at the beginning 101 of the tank feed line 100, so that the volume of the tank feed line 100 from the mass flow meter 30 to the filling coupling 104 is substantially greater than the volume of the pipe 32 from the valve 20 to the mass flow meter 30. This ensures that the Pressing the tank feed line 100 with the valve 20 open and the refueling valve 50 closed, the mass flow into the tank feed line 100, which is above the measuring threshold of the mass flow meter 30, can be determined correctly.
  • Such a pressurization of the tank feed line 100 with the medium to be tanked (hydrogen) takes place after each filling process, so that the tank feed line 100 is correctly depressed with the medium before the next filling operation and the test shock (first filling phase) is immediately at the next filling process. can be carried out.
  • the mass flow meter 30 can not initially detect the mass flow in the storage tank 2, since in the present case it lies below the measuring threshold of the mass flow meter 30.
  • the storage container 2 or its check valve is pressed by the test impact, so that there is a pressure equalization between the tank inlet 100 and the storage tank 2, now due to the remaining hydrogen in the correspondingly dimensioned tank inlet 100, the mass flow into the storage container 2 so increases that the mass flow meter 30 can detect this.
  • the valve 20 is opened and regulated by the downstream ramp controller such that the pressure in the tank inlet or in the storage tank 2 increases ramped.
  • the tank supply line 100 is switched off when the refueling valve 50 is closed and the valve 20 is open the gas buffer memory 10 is depressed, wherein now the differential pressure or the mass flow of the medium (hydrogen) in the tank inlet 100 is such that the mass flow meter 30 at the beginning 101 of the tank inlet 100 can accurately capture that mass flow. In this way, ultimately the possibility of a calibration of the filling device 1 can be ensured.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters (2) mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff, bei dem ein Gaspufferspeicher (10) über ein zugeordnetes Ventil (20) und eine sich daran anschließende Tankzuleitung (100), die einen Massedurchflussmesser (30) stromab des Ventils (20) sowie ein Betankungsventil (50) stromab des Massedurchflussmessers (30) aufweist, mit dem Speicherbehälter (2) verbunden wird, wobei zunächst in einer ersten Befüllphase bei geschlossenem Ventil (20) und geöffnetem Betankungsventil (50) lediglich in der Tankzuleitung (100) befindliches, unter Druck stehendes Medium in den Speicherbehälter (2) gedrückt wird, und wobei das Ventil (20) zum weiteren Befüllen des Speicherbehälters (2) geöffnet wird, wenn in der ersten Befüllphase der Massenstrom des Mediums durch bzw. in die Tankzuleitung (100) in einem Bereich liegt, der durch den Massedurchflussmesser (30) erfassbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Befülleinrichtung (1).

Description

Beschreibung
Verfahren und Befülleinrichtung zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, insbesondere Wasserstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters sowie eine entsprechende Befülleinrichtung zum Befüllen eines Speicherbehälters, insbesondere in Form eines Fahrzeugtanks, mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff.
Beim Befüllen eines Speicherbehälters (z.B. eines Fahrzeugtanks) mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen Medium, insbesondere mit gasförmigem Wasserstoff, findet vor der eigentlichen Betankung des Speicherbehälters bzw. Fahrzeugtanks in einer ersten Befüllphase in der Regel ein Teststoß (Druckstoß) zur Ermittlung der Tankparameter und der Dichtheit des Systems statt. Hierbei wird ein Stoffstrom des Mediums in den Speicherbehälter gedrückt, um den im Speicherbehälter herrschenden Speicherbehälterdruck sowie die Dichtheit des Speicherbehälters bzw. der Verbindung zum Speicherbehälter zu überprüfen.
Die anschließende Befüllung erfolgt in der Regel ausgehend vom ermittelten Speicherbehälterdruck mit einem vordefinierten Druckanstieg, mit dem die Betankungszeit unter Berücksichtigung aller Randbedingungen (z. B. maximale Tanktemperatur, Außentemperatur etc.) entsprechend einem etwaigen Regelwerk minimiert wird.
Bei dem besagten Teststoß bzw. in einer solchen ersten Befüllphase ist der Massenstrom des besagten Mediums in bzw. durch die Tankzuleitung nur sehr gering und steigert sich im Verlauf der Betankung. Der in der ersten Befüllphase, insbesondere beim Teststoß, vorliegende Massenstrom des besagten Mediums durch den Tankzuleitungsquerschnitt (zum zu betankenden Speicherbehälter hin) liegt jedoch regelmäßig unterhalb der Messschwelle der zum Messen des Massedurchflusses üblicherweise verwendeten Massedurchflussmesser, d.h., die derzeit erhältlichen Massedurchfluss- messer liefern in der Regel bei den in der ersten Befüllphase (Teststoß) vorliegenden niedrigen Massenströmen im Bereich von z.B. 1 Gramm Wasserstoff pro Sekunde (Teststoß) bis 7 Gramm Wasserstoff pro Sekunde nur sehr ungenaue oder gar keine Werte, was eine Eichung der Befülleinrichtung nach den herrschenden Gesetzen außerordentlich erschwert.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren sowie eine entsprechende Befülleinrichtung zum Befüllen eines Speicherbehälters (Fahrzeugtank) mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, insbesondere in Form von Wasserstoff, zur Verfügung zu stellen, bei dem bzw. bei der die Messgenauigkeit hinsichtlich des Massenstromes des zum Tanken verwendeten Mediums und somit die Möglichkeit zur Eichung verbessert ist.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Gaspufferspeicher, der das besagte Medium im gasförmigen Zustand vorhält, über ein zugeordnetes Ventil (z.B. ein Bankenventil), und eine sich daran anschließende Tankzuleitung, die einen Massedurchflussmesser stromab des besagten Ventils sowie ein Betankungsventil stromab des Massedurchflussmessers aufweist, mit dem Speicherbehälter verbunden, so dass besagtes Medium über die Tankzuleitung in den Speicherbehälter geleitet werden kann, wobei zunächst in einer ersten Befüllphase (bei geschlossenem Ventil und geöffnetem Betankungsventil) lediglich in der Tankzuleitung befindliches, unter Druck stehendes Medium in den Speicherbehälter gedrückt wird, und wobei das Ventil zum weiteren Befüllen des Speicherbehälters mit besagtem Medium erst dann geöffnet wird, wenn in der ersten Befüllphase der Massenstrom des Mediums in bzw. durch die Tankzuleitung in einem Bereich liegt, der durch den Massedurchflussmesser prinzipiell erfassbar ist.
Ist z.B. der minimale Massenstrom (Messschwelle), der von dem verwendeten Massedurchflussmesser gerade noch erfasst werden kann, durch z.B. 7 Gramm Wasserstoff pro Sekunde gegeben, so wird das besagte Ventil erst dann geöffnet, wenn der Massenstrom während der ersten Befüllphase in der Tankzuleitung oberhalb dieses Wertes liegt.
Diesbezüglich wird vorzugsweise die Tankzuleitung bzw. deren Volumen so ausgelegt, dass bei einem vorgegebenen Druck, mit dem die Tankzuleitung anfangs bedrückt wird, die besagte Messschwelle innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne von insbesondere 5 s bis 25 s erreicht wird.
Sollte im Einzelfall das Volumen einer gegebenen Tankzuleitung nicht ausreichen, um in der ersten Befüllphase ein Befüllen des Speicherbehälters mit einem Massestrom oberhalb der Messschwelle sicherzustellen, kann ein zusätzliches, mit der Tankzuleitung verbundenes Puffervolumen vorgesehen werden, das vorzugsweise stromab des Massedurchflussmessers mit der Tankzuleitung verbunden wird. Der eingangs erwähnte Teststoß wird vorzugsweise zu Beginn der ersten Befüllphase durchgeführt, wobei hier bei einem Medium in Form von (gasförmigem) Wasserstoff der Massenstrom im Bereich von z.B. etwa 1 Gramm Wasserstoff pro Sekunde liegen kann. Hiernach wird der Speicherbehälter weiter mit dem anfänglich in der Tankzuleitung vorhandenen Medium (z.B. Wasserstoff) weiter befüllt, wobei sich hierbei der Massenstrom kontinuierlich erhöht, bis er durch den Massedurchflussmesser prinzipiell erfasst werden kann. Nach Erreichen eines ausreichenden Massenstromes oberhalb der Messschwelle des Massedurchflussmessers, wird das besagte Ventil (Bankenventil) geöffnet und die weitergehende Befüllung des Speicherbehälters eingeleitet. Der Teststoß dient u.a. dazu, den im Speicherbehälter (Fahrzeugtank) herrschenden Druck zu bestimmen. Beim Öffnen des Speicherbehälterventils (z.B. Rückschlagventil) durch den in der Tankzuleitung herrschenden (höheren) Druck aufgrund des Teststoßes, ereignet sich ein Druckausgleich zwischen dem Speicherbehälter und der Tankzuleitung und der Speicherbehälterdruck entspricht dem Tankzuleitungsdruck, der in der Tankzuleitung gemessen werden kann. Weiterhin dient der Teststoß zum Ermitteln der Dichtheit der Tankzuleitung bzw. des Speicherbehälters, die z.B. gegeben ist, wenn der Druck in der Tankzuleitung nach dem Druckausgleich mit dem Speicherbehälter innerhalb einer gewissen Zeitspanne (in der Regel 5 s bis 25 s) nicht abfällt, sondern im Wesentlichen konstant bleibt .
Nach dem Öffnen des Ventils bzw. Bankenventils wird sodann eine Druckrampe gefahren, d.h., das Ventil wird mittels eines Rampenreglers so angesteuert, dass der Druck in der Tankzuleitung bzw. im Speicherbehälter durch Befüllen des Speicherbehälters mit dem Medium (z.B. Wasserstoff) im Wesentlichen linear bzw. monoton bis zum Ab- schluss der Befüllung ansteigt. Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Tankzuleitung zur Vorbereitung der ersten Befüllphase bei geschlossenem Betankungsven- til und geöffneten Ventil mit Medium (Wasserstoff) aus dem Gaspufferspeicher bedrückt wird. Ein derartiges Bedrücken der Tankzuleitung erfolgt vorzugsweise jeweils nach einem Befüllen eines Speicherbehälters bei geschlossenem Betankungsventil und geöffnetem Ventil, wobei hierbei das Bedrücken derart erfolgt, dass der Massenstrom des Mediums von vorneherein ausreicht, um den Massedurchflussmesser korrekt anzusprechen, so dass dieser den tatsächlichen Massestrom in die Tankzuleitung erfassen kann.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt dabei darin, dass zwar der Massenstrom in der ersten Befüllphase zeitweilig unterhalb der Messschwelle des Massedurchflussmessers liegt und dann nicht erfasst werden kann, die Tankzuleitung jedoch nach dem jeweiligen Befüllvorgang (zur Vorbereitung des nächsten Befüllvorgangs) mit einem ausreichenden, messbaren Massenstrom bedrückt wird, so dass an dieser Stelle ein korrektes Berechnen des Massenstromes möglich ist und ggf. dem Kunden entsprechend korrekt in Rechnung gestellt werden kann. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass bei der nächsten Befüllung bereits gleich am Anfang die Tankzuleitung zur Durchführung der ersten Befüllphase (Teststoß) vorbereitet ist.
Weiterhin wird das erfindungsgemäße Problem durch eine Befülleinrichtung zum Befüllen eines Speicherbehälters (z.B. Fahrzeugtank) mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigen unter Druck stehenden Wasserstoff, mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Danach weist jene Befülleinrichtung einen Gaspufferspeicher auf, der über ein Ventil (z.B. Bankenventil) zum Absperren des Gaspufferspeichers mit einem Anfang einer Tankzuleitung verbunden ist, ein Betankungsventil der Tankzuleitung zum Absperren der Tankzuleitung, eine Füllkupplung der Tankzuleitung, über die die Tankzuleitung mit dem Speicherbehälter verbindbar ist, sowie einen Massedurchflussmesser zum Messen eines Massenstromes des besagten Mediums durch die Tankzuleitung. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Massedurchflussmesser stromab des Ventils am Anfang der Tankzuleitung angeordnet ist. Hierbei ist der Massedurchflussmesser bevorzugt so nah wie möglich nach dem Ventil (Bankenventil) positioniert, folgt also unmittelbar auf jenes Ventil, so dass insbesondere zwischen dem Ventil und dem Massedurchflussmesser - bis auf das Ventil mit dem Massedurchflussmesser verbindende Rohrleitungen und gegebenenfalls mit dem Ven- til zusammenwirkende Sensoren (z. B. Drucksensor zum Regeln des Ventils) - keine weiteren Komponenten der Befülleinrichtung vorgesehen sind.
Bevorzugt ist weiterhin das Volumen der Tankzuleitung zwischen dem Massedurchflussmesser und der Füllkupplung um ein Vielfaches größer als das Volumen einer das Ventil mit dem Massedurchflussmesser verbindenden Rohrleitung. Das Verhältnis der besagten Volumina ist bevorzugt kleiner gleich 1/20.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Befülleinrichtung eine Kältemaschine zum Kühlen zumindest eines Abschnittes der Tankzuleitung auf, wobei in diesem Fall der besagte Massedurchflussmesser stromauf der Kältemaschine bzw. stromauf jenes gekühlten Abschnittes vorgesehen ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Massedurchflussmessers kann sichergestellt werden, dass nach dem jeweiligen Befüllvorgang der Massenstrom beim Bedrü- cken der Tankzuleitung (bei geschlossenem Betankungsventil) insgesamt korrekt dargestellt werden kann, obwohl der Messbereich des Massedurchflussmessers nicht ausreicht, um den Massenstrom während der ersten Befüllphase korrekt zu messen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Befülleinrichtung kön- nen natürlich auch mit einem Massedurchflussmesser durchgeführt werden, der den jeweiligen Massenstrom über die komplette Befüllphase exakt erfassen kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Befülleinrichtung zum Befüllen eines Speicherbehälters, bei dem es sich insbesondere um einen Fahrzeugtank eines Fahrzeuges handelt, das mit dem getankten Medium ange- trieben wird, wobei es sich bevorzugt bei dem besagten Medium um gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff handelt.
Der gasförmige Wasserstoff wird dabei gemäß Figur 1 in einem oder mehreren Gas- Pufferspeichern 10 vorgehalten, die über ein zugeordnetes Ventil 20 (Bankenventil) mit einer Tankzuleitung 100 (Zapfsäulenleitung) verbunden sind. Die einzelnen Gaspufferspeicher 10 können mit unterschiedlicheren Drücken belegt sein, wobei in der Regel eine Hochdruckbank, eine Mitteldruckbank und eine Niederdruckbank vorhanden ist, die über das besagte Bankenventil 20 mit der Tankzuleitung 100 verbunden sind. Auf diese Weise kann in die Tankzuleitung 100 Wasserstoff mit entsprechend variablem Druck gegeben werden. Das Ventil 20 ist dabei mittels eines Rampenreglers regelbar, der in der Figur 1 nicht dargestellt, stromab des nachfolgend erläuterten Massedurchflussmessers 30 angeordnet ist und mit dessen Hilfe der Druck in der Tankzuleitung 100 in etwa linear gesteigert werden kann, um den Speicherbehälter 2 zu befüllen. Unmittelbar hinter dem Ventil 20 ist in der Tankzuleitung 100 am Anfang 101 der Tankzuleitung 100 ein Massedurchflussmesser 30 angeordnet, der vorliegend eine Messempfindlichkeit aufweist, die so beschaffen ist, dass der üblicherweise durchzuführende Teststoß massenstrommäßig nicht mittels des Massedurchflussmessers 30 korrekt erfasst werden kann.
Stromab des Massedurchflussmessers 30 ist des Weiteren eine Kältemaschine (z.B. "Alu Cold Fill") vorgesehen, die einen z.B. aus Aluminium gefertigten Thermoblock 41 aufweisen kann, in dem ein Abschnitt 140 der Tankzuleitung 100 ausgebildet ist, wobei der besagte Thermoblock 41 mittels eines sich durch den Thermoblock 41 erstrecken- den Kühlkreislaufes 42 gekühlt werden kann, um auf diese Weise das in dem Abschnitt 140 befindliche Medium (Wasserstoff) den Anforderungen entsprechend zu kühlen.
Stromab der Kältemaschine 40 weist die Tankzuleitung 100 weiterhin ein Betankungs- ventil 50 auf, das zum Absperren der Tankzuleitung 100 dient, sowie stromab des Be- tankungsventils 50 ein manuell betätigbares Handventil 60. An das Handventil 60 schließt sich stromab eine Abreißkupplung 102 an, wobei zwischen dem Handventil 60 und der Abreißkupplung 102 ein Kamin 70 über ein Entlüftungsventil 80 abgeht, über den Wasserstoff (Medium) kontrolliert in die Umgebung abgegeben werden kann. Die Abreißkupplung 102 ist mit einem Füllschlauch 103 der Tankzuleitung 100 verbunden, der über eine Füllkupplung 104 mit dem Speicherbehälter (Fahrzeugtank) 2 verbindbar ist. Der Speicherbehälter 2 weist in der Regel ein Speicherbehälterventil in Form eines Rückschlagventils auf. Die Abreißkupplung 102 stellt sicher, dass beim Wegfahren eines Fahrzeuges mit eingekuppeltem Füllschlauch 103 letzterer kontrolliert von der Tankzuleitung 100 abgetrennt werden kann.
Der Massedurchflussmesser 30 ist deshalb am Anfang 101 der Tankzuleitung 100 vorgesehen, damit das Volumen der Tankzuleitung 100 vom Massedurchflussmesser 30 bis zur Füllkupplung 104 wesentlich größer ist, als das Volumen der Rohrleitung 32 vom Ventil 20 bis zum Massedurchflussmesser 30. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Bedrücken der Tankzuleitung 100 bei geöffnetem Ventil 20 und geschlossenen Betankungsventil 50 der Massenstrom in die Tankzuleitung 100, der hier oberhalb der Messschwelle des Massedurchflussmessers 30 liegt, korrekt festgestellt werden kann.
Ein derartiges Bedrücken der Tankzuleitung 100 mit dem zu tankenden Medium (Was- serstoff) erfolgt dabei nach jedem Befüllvorgang, so dass vor dem nächsten Befüllvor- gang die Tankzuleitung 100 korrekt mit dem Medium bedrückt ist und beim nächsten Befüllvorgang sogleich der Teststoß (erste Befüllphase) durchgeführt werden kann.
Während dieser ersten Befüllphase, in der zunächst der Teststoß durchgeführt wird, kann der Massedurchflussmesser 30 den Massenstrom in dem Speichertank 2 zunächst nicht erfassen, da dieser vorliegend unterhalb der Messschwelle des Massedurchflussmessers 30 liegt. Allerdings wird der Speicherbehälter 2 bzw. dessen Rückschlagventil durch den Teststoß jedoch aufgedrückt, so dass es zu einem Druckausgleich zwischen der Tankzuleitung 100 und dem Speicherbehälter 2 kommt, wobei nun aufgrund des restlichen Wasserstoffes in der entsprechend dimensionierten Tankzuleitung 100 der Massenstrom in den Speicherbehälter 2 derart ansteigt, dass der Massedurchflussmesser 30 diesen erfassen kann. Wird ein ausreichender Massenstrom des Wasserstoffs oberhalb der besagten Messschwelle des Massedurchflussmessers erreicht (bei bekanntem Tankzuleitungsvolumen sowie Druck im Gaspufferspeicher kann nach Ablauf einer entsprechenden Zeitspanne, die vorzugsweise auf den Bereich von 5 s bis 25 s eingestellt wird, angenommen werden, dass der Massenstrom die Messschwelle erreicht hat), wird das Ventil 20 geöffnet und durch den nachgeschalteten Rampenregler derart geregelt, dass der Druck in der Tankzuleitung bzw. in dem Speicherbehälter 2 rampenförmig ansteigt. Ist der Speicherbehälter 2 befüllt, wird bei ge- schlossenem Betankungsventil 50 und geöffnetem Ventil 20 die Tankzuleitung 100 aus dem Gaspufferspeicher 10 bedrückt, wobei nunmehr der Differenzdruck bzw. der Massenstrom des Mediums (Wasserstoff) in die Tankzuleitung 100 so beschaffen ist, dass der Massedurchflussmessers 30 am Anfang 101 der Tankzuleitung 100 jenen Massenstrom genau erfassen kann. Hierdurch kann letztendlich die Möglichkeit einer Eichung der Befülleinrichtung 1 gewährleistet werden.
Bezugszeichenliste
Figure imgf000011_0001
5
10
15

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters (2) mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff, bei dem ein Gaspufferspeicher (10) über ein zugeordnetes Ventil (20) und eine sich daran anschließende Tankzuleitung (100), die einen Massedurchflussmesser (30) stromab des Ventils (20) sowie ein Betankungsventil (50) stromab des Massedurchflussmessers (30) aufweist, mit dem Speicherbehälter verbunden wird, wobei zunächst in einer ersten Befüilphase bei geschlossenem Ventil (20) und geöffneten Betankungsventil (50) lediglich in der Tankzuleitung befindliches, unter Druck stehendes Medium in den Speicherbehälter (2) gedrückt wird, und wobei das Ventil (20) zum weiteren Befüllen des Speicherbehälters (2) geöffnet wird, wenn in der ersten Befüilphase der Massenstrom des Mediums durch die Tankzuleitung (100) in einem Bereich liegt, der durch den Massedurchflussmesser (30) erfassbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tankzuleitung (100) zur Vorbereitung der ersten Befüilphase bei geschlossenen Betankungsventil (50) und geöffnetem Ventil (20) mit Medium aus dem Gaspufferspeicher (10) bedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankzuleitung (100) zur Vorbereitung der ersten Befüilphase jeweils nach einem Befüllen eines Speicherbehälters (2) bei geschlossenen Betankungsventil (50) und geöffnetem Ventil (20) mit Medium aus dem Gaspufferspeicher (10) bedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankzuleitung (100) mit einem Massenstrom des gasförmigen Mediums aus dem Gaspufferspeicher (10) bedrückt wird, der durch den Massedurchflussmesser (30) erfassbar ist. Befülleinrichtung zum Befüllen eines Speicherbehälters mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Medium, vorzugsweise mit gasförmigen, unter Druck stehenden Wasserstoff, mit:
einem Gaspufferspeicher (10), der über ein Ventil (20) mit einem Anfang (101) einer Tankzuleitung (100) verbunden ist, einem Betankungsventil (50) der Tankzuleitung (100) zum Absperren der Tankzuleitung (100), einer Füllkupplung (104) der Tankzuleitung (100), über die die Tankzuleitung (100) mit dem Speicherbehälter (2) verbindbar ist, sowie einem Massedurchflussmesser (30) zum Messen eines Massenstromes des besagten Mediums durch die Tankzuleitung (100), dadurch gekennzeichnet, dass der Massedurchflussmesser (30) stromab des Ventils (20) am Anfang der Tankzuleitung (101) angeordnet ist.
Befülleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Tankzuleitung (100) zwischen dem Massedurchflussmesser (30) und der Füllkupplung (104) um ein Vielfaches größer ist als das Volumen einer das Ventil (20) mit dem Massedurchflussmesser (30) verbindenden Rohrleitung (32).
Befülleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befülleinrichtung (1) eine Kältemaschine (40) zum Kühlen zumindest eines Abschnittes (140) der Tankzuleitung (100) aufweist, wobei jener Massedurchflussmesser (30) stromauf jenes Abschnittes (140) angeordnet ist.
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