WO2014082709A2 - Verfahren zur durchführung eines druck- und dichtheitstests - Google Patents

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a method for carrying out a pressure and leak test before refueling a storage container.
  • Vehicles using as fuel a gaseous medium such as e.g. Refueling with hydrogen requires specially designed refueling stations which supply the comparably high pressure hydrogen (e.g., 700 bar) to the vehicle tank or tank
  • Such a gas station has a storage of liquid hydrogen or is connected directly to a hydrogen pipeline or other equipment that may be a hydrogen storage. Since the hydrogen is to be present for refueling in the gaseous phase, such a gas station usually has gas storage tanks, which feed from the aforementioned (liquid hydrogen) storage. Preferably, gas storage tanks are provided which hold gaseous hydrogen in so-called banks at different pressures; For example, a gas buffer may have a high, medium, and low pressure bank.
  • Vehicles should be refueled within 3 minutes to 700 bar, without causing the temperature of the storage tank (tanks) of the vehicle above a temperature of 85 ° C increases.
  • a pressure and tightness test is performed; among other things, to ensure that the fuel station tank inlet has been correctly connected to the vehicle's storage tank.
  • the pressure in the storage tank of the vehicle is determined. This is done via a short pressure surge from the gas station to the
  • Storage tank of the vehicle is in the gas station over a period of time
  • the pressure surge for the pressure and tightness test is usually carried out directly from the high pressure bank of the gas buffer, so that downstream elements in the piping or the tank supply line, such as. Pressure transmitters, thermometers, flowmeters, valves and ramp regulators, the full
  • Pressure shock e.g., 800 bar to 850 bar
  • the present invention is based on the problem to provide a method of the type mentioned, in which said
  • Storage tank is connected, before refueling with the first opened and closed second valve, the pipe volume to a predefined initial pressure with hydrogen from the gas buffer memory depressed, then closed the first valve and the second valve open, so that only in the
  • Pipe section is at least partially surrounded by a heat exchanger or a heat sink of a heat exchanger.
  • the heat sink is preferably made of a metal, in particular of aluminum.
  • Heat exchanger is therefore also referred to as "aluminum cold fill”.
  • the inventive method can also be used for refueling a storage container with another gaseous, pressurized medium.
  • the method will be described by way of example with reference to hydrogen.
  • Said pipe volume is preferably dimensioned such that in the section to be tested, downstream of said pipe section, a predefined pressure value required for the pressure and / or leak test, i.e. in particular opening of the tank valve, can be achieved
  • This pressure value for refueling is 700 bar at e.g. 700 bar and may e.g. in a set of rules such as SAE 2601 be set. If, in particular, a pressure of 700 bar is measured in a filling station of the gas station, the refueling is not started in particular.
  • Pipe volume is especially such that this pressure is reached. Otherwise, the surplus hydrogen is directed into the vehicle during the test surge, so that a pressure equalization takes place. If a fueling to another pressure value, the pressure required to perform the pressure test is adjusted accordingly.
  • the solution according to the invention advantageously avoids the otherwise occurring initial pressure peak.
  • the said storage container is in particular a
  • the first and the second valve is preferably designed as a pneumatic valve.
  • the second valve again
  • Dispenser equipment volume
  • rest period the implementation of a calming phase
  • Guide values for this are approx. 1 bar to 15 bar.
  • the tank supply line including a connection to the storage tank
  • the measured pressure in the said time period would drop noticeably and the refueling process would be interrupted accordingly.
  • the first valve for refueling the storage container with the second valve open by means of a
  • Ramp controller is controlled so that the downstream of the second valve in the
  • Tank supply line measured pressure starting from that constant pressure value, which is assumed as the starting value for the ramp controller, ramp (preferably linear rising) - increases to a possible pressure peak by still in the pipeline volume hydrogen.
  • ramp preferably linear rising
  • the steepness of the ramp is defined in the relevant standard (see above) and will depend in particular on the
  • This temperature may e.g. at -20 ° C or -40 °. Temperatures in between, e.g. -30 ° C are also conceivable.
  • the pressing of the said pipe section to the initial pressure is preferably carried out again after the end of the respective refueling operation, so that a corresponding (limited) pressure surge is available for the next test.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a hydrogen filling station
  • Fig. 2 is a temporal pressure curve in the tank inlet at one after
  • FIG. 3 shows a temporal pressure curve in the tank supply line at a
  • Figure 1 shows a schematic representation of a hydrogen filling station, with a gas storage tank 1, the hydrogen at different pressures in three banks (high, medium and low pressure bank) 2, 3, 4 for refueling a
  • Storage container 5 of a vehicle 6 holds.
  • the three banks 2, 3, 4 via pipes 7 from each other via a combination of pneumatic valves 10, 12 and check valves 8; 9, 1 1, 13, 14, 15 pressure-decoupled, as well as individually via a compressor or cryopump 16 can be filled.
  • the three banks 2, 3, 4 each assigned a pressure transmitter 17, 18, 19, which senses the pressure in the respective bank 2, 3, 4.
  • the gas buffer 1 is further connected via a valve 26 and a particulate filter 27 with a first, in particular pneumatically controllable valve 28.
  • the pipe section 29 adjoining the first valve 28 has, in particular, a heat exchanger (eg "aluminum cold fill") 30 and terminates at a second valve 31 arranged downstream.
  • the heat exchanger 30 tempers the hydrogen in particular to a predefined temperature, preferably. 40 ° C.
  • the pipe section 29 has a mass flow meter 32 and a
  • a check valve 35 is located in a tank supply line 34 connecting the second valve 31 to the storage tank 5, and a further downstream of said tank
  • Non-return valve 35 arranged pressure transmitter 36 together with Druckan Appt 36a and a temperature transmitter 37.
  • the tank inlet 34 has at one end, which opens into the storage tank 5, a particular hand-controlled valve 38 and a tap 39 on.
  • the storage tank 5 to be refueled is secured with a tank valve 53 (e.g., check valve).
  • a chimney conduit 40 which transfers excess hydrogen into the environment, has at several points valve-secured connections with the pipes 7 of the gas station.
  • a first connection is via two valves 41, 42 downstream of the
  • Compressor 16 is provided. Between these valves 41, 42 there is an inlet 43 for another gas, e.g. Nitrogen provided. Furthermore, the
  • Gas buffer 1 two compounds with the chimney conduit 40, wherein the first connection has a Notentlwestungsvortechnisch consisting of a
  • Safety valve 44 which opens at 850 bar, and wherein the second connection comprises two successive valves 45, 46 with intermediate inlet 47 for another gas, such as nitrogen.
  • the pipe section 29 also has a connection via a safety valve 48 to the chimney pipe 7 downstream of the heat exchanger 30. Furthermore, a combination of three valves 49, 50, 51 provided downstream of the check valve 35 connects the tank feed line 34 to the chimney line 40. Downstream of this connection, a further connection to the chimney line 40 and the tank feed line 34 is provided via a valve 52.
  • Figure 2 shows the temporal pressure curve when performing the pressure
  • valve 20 and 31 By opening valve 20 and 31, the pressure at the pressure transmitter 36 rises to 800 bar (pressure peak P1 at approximately 1.5 s). Subsequently, said valves 20, 31 are closed and the pressure equalizes with the pressure in the storage tank 5, when the tank valve 53 is pressed. A waiting period of about 5s after
  • Closing the two valves 20, 31 follows to determine the pressure in the storage container 5 and the tightness of the connection with the storage container 5. Subsequently, both valves 20, 31 are opened again and the hydrogen still present between the valves 20 and 31 flows into the storage container 5 of the vehicle 6, which leads to a second pressure peak P2 (approximately after 7 s). Although an increasing pressure ramp is driven via the valve 28 even on the second opening of the valves 20 and 31, it only becomes visible after the second pressure peak P2 has subsided.
  • the following table 1 contains the allocation table of the pressure and time values, as shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the temporal pressure curve during the execution of a
  • the pipe section 29 between the first and the second valve 28, 31 is initially to the initial pressure (about 850 bar) with hydrogen from the HD-Bank 2 oppressed ,
  • the pipe volume of the pipe section 29, which also includes the volume surrounded by the heat exchanger 30 is dimensioned so that downstream of the pipe section 29, in particular in the portion of the tank supply line 34 between the valve 35 and the vehicle or storage tank 5 a for the pressure and / or leak test required pressure value of the hydrogen can be achieved.
  • the second valve 31 is opened and the pressure rises in a peak shape to 140 bar (P3 after about 2 s), before a hydrogen flow through the
  • Mass flowmeter 32 is detected.
  • the second valve 31 is closed and, for example, a
  • Waiting period not significant, may be on a tight connection to
  • Storage tank 5 are closed.
  • the first and the second valve 28, 31 are opened, wherein a ramp regulator adjusts the first valve 28 to the measured pressure (plateau value) in the storage vessel 5, the pressurized hydrogen remaining in the pipeline section 29 being introduced into the storage vessel 5 flows, resulting in a somewhat steeper increase in pressure (see Fig. 3 at P4) on
  • Pressure transmitter 36 leads (approximately after 7 s to 9 s). Thereafter, the pressure rises approximately linearly as predetermined by the first valve 28 and the ramp controller.
  • Table 2 contains the corresponding time and associated pressure values of Figure 3, e.g. can be measured by means of the pressure transmitter 36.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests vor einem Betanken eines Speicherbehälters (5) mit einem unter Druck stehendem, gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, bei dem ein Gaspufferspeicher (1), in dem das zum Betanken zu verwendende Medium gespeichert ist, über ein erstes Ventil (28) mit einem ein Rohrleitungsvolumen begrenzenden Rohrleitungsabschnitt (29) verbunden ist, der über ein zweites Ventil (31) und eine nachfolgende Tankzuleitung (34) mit dem Speicherbehälter (5) verbunden ist, wobei vor dem Betanken bei geöffnetem ersten (28) und geschlossenem zweiten Ventil (31) das Rohrleitungsvolumen auf einen vordefinierten Initialdruck mit Medium bzw. Wasserstoff aus dem Gaspufferspeicher (1) bedrückt wird, sodann das erste Ventil (28) geschlossen und das zweite Ventil (31) geöffnet wird, so dass lediglich in dem Rohrleitungsvolumen befindliches Medium bzw. Wasserstoff ein Tankventil (53) des Speicherbehälters (5) aufdrückt und in den Speicherbehälter (5) strömt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests vor einem Betanken eines Speicherbehälters.
Fahrzeuge, die als Treibstoff ein gasförmiges Medium wie z.B. Wasserstoff tanken, benötigen speziell ausgebildete Tankstellen, die den unter vergleichsweise hohem Druck stehenden Wasserstoff (z.B. 700 bar) in den Fahrzeugtank oder
Speicherbehälter leiten. Für gewöhnlich weist eine solche Tankstelle einen Speicher mit flüssigem Wasserstoff auf oder ist direkt an eine Wasserstoff-Pipeline oder andere Anlagen, die einen Wasserstoffspeicher darstellen können, angeschlossen. Da der Wasserstoff für die Betankung in der gasförmigen Phase vorliegen soll, verfügt eine derartige Tankstelle für gewöhnlich über Gaspufferspeicher, die sich aus dem vorgenannten (Flüssigwasserstoff-) Speicher speisen. Vorzugsweise sind dabei Gaspufferspeicher vorgesehen, die gasförmigen Wasserstoff in sogenannten Banken bei unterschiedlichen Drücken vorhalten; beispielsweise kann ein Gaspufferspeicher eine Hoch-, Mittel- und Niedrigdruck-Bank aufweisen.
Um die Sicherheit (Explosionsgefahr) für die Umwelt beim Betanken von
Speicherbehältern (z.B. Fahrzeugtanks) mit Wasserstoff zu gewährleisten und um einen Standard für den Betankungsprozess zu schaffen, einigte sich ein Konsortium bestehend u.a. aus mehreren Fahrzeugherstellern auf den Standard SAE J2601. Der Standard gibt u.a. sicherheitsrelevante Grenzen und Leistungsanforderungen für den Tankvorgang vor. SAE J2601 sieht z.B. vor, dass mit Wasserstoff betriebene
Fahrzeuge innerhalb von 3 Minuten auf 700 bar betankt werden sollen, ohne dass dabei die Temperatur des Speicherbehälters (Tanks) des Fahrzeugs über eine Temperatur von 85°C ansteigt.
Des Weiteren sieht der Standard SAE J2601 vor, dass vor dem Befüllen des
Speicherbehälters, ein Druck- und Dichtheitstest durchgeführt wird; unter anderem, um zu gewährleisten, dass die Tankzuleitung der Tankstelle korrekt am Speicherbehälter des Fahrzeugs angeschlossen wurde. Bei besagtem Drucktest wird der Druck im Speicherbehälter des Fahrzeugs ermittelt. Dies geschieht über einen kurzen Druckstoß seitens der Tankstelle, um den
Speicherbehälter des Fahrzeugs zu öffnen, der durch ein Tankventil (in der Regel ein Rückschlagventil) gesichert ist. Darauf kann eine Beruhigungszeit von 5 s bis 20 s eingefügt werden, um thermische Veränderungen durch den Druckstoß auszugleichen. Diese Phase kann aber auch entfallen (tolerierbarer Druckabfall wird erhöht - Genauigkeit der Dichtheitsprüfung sinkt). Anschließend wird für den Dichtheitstest der sich nun in der Tankzuleitung einstellende Druck, der gleich dem Druck im
Speicherbehälter des Fahrzeug ist, in der Tankstelle über eine gewisse Zeit
(Warteperiode ca. 5 s bis 20 s) gemessen, um sicherzustellen, dass kein
nennenswerter Druckabfall stattfindet, welcher auf ein Problem, beispielsweise ein Leck in der Tankzuleitung bzw. in der Verbindung mit dem Speicherbehälter des Fahrzeugs hinweisen würde. Der Druckstoß für den Druck- und Dichtheitstest wird dabei in der Regel direkt von der Hochdruckbank des Gaspufferspeichers aus durchgeführt, so dass nachgeschaltete Elemente in den Rohrleitungen oder der Tankzuleitung, wie z.B. Drucktransmitter, Thermometer, Durchflussmessgeräte, Ventile und Rampenregler, dem vollen
Druckstoß (z.B. 800 bar bis 850 bar) ausgesetzt sind.
Des Weiteren kommt es bei dieser Art des unmittelbar von der Hochdruckbank des Gaspufferspeichers durchgeführten Druckstoßes beim Start (nach besagter
Warteperiode) des eigentlichen Betankungsvorgangs oftmals zu einem weiteren Druckpeak in den nachgeschalteten Elementen, der auf ein unter Druck stehendes Restvolumen in Teilen der Rohrleitung zurückzuführen ist. Derartige Lastwechsel in der Rohrleitung und Tankzuleitung tragen zur schnelleren Abnutzung der nachgeschalteten Elemente und damit zu einer Verkürzung der Lebensdauer dieser Komponenten bei.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die genannten
Belastungen gemindert sind.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests vor einem Betanken eines Speicherbehälters mit unter Druck stehendem gasförmigen Wasserstoff, bei dem ein Gaspufferspeicher, in dem der zum Betanken zu verwendende Wasserstoff gespeichert ist, über ein erstes Ventil mit einem ein Rohrleitungsvolumen begrenzenden Rohrleitungsabschnitt verbunden ist, der über ein zweites Ventil und eine nachfolgende Tankzuleitung mit dem
Speicherbehälter verbunden ist, vor dem Betanken bei geöffnetem ersten und geschlossenem zweiten Ventil das Rohrleitungsvolumen auf einen vordefinierten Initialdruck mit Wasserstoff aus dem Gaspufferspeicher bedrückt, sodann das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil geöffnet, so dass lediglich in dem
Rohrleitungsvolumen befindlicher Wasserstoff ein Tankventil des Speicherbehälters beaufschlagt, ggf. öffnet und in den Speicherbehälter strömt. Der besagte
Rohrleitungsabschnitt wird zumindest abschnittsweise von einem Wärmeübertrager bzw. einem Kühlkörper eines Wärmeübertragers umgeben. Der Kühlkörper ist vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, gefertigt. Der
Wärmeübertrager wird daher auch als "Alu Cold Fill" bezeichnet.
Anstelle von Wasserstoff kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zum Betanken eines Speicherbehälters mit einem anderen gasförmigen, unter Druck stehenden Medium verwendet werden. Im Folgenden soll das Verfahren exemplarisch anhand von Wasserstoff beschrieben werden.
Das besagte Rohrleitungsvolumen ist vorzugsweise so bemessen, dass in der zu prüfenden Sektion stromab des besagten Rohrleitungsabschnitts ein vordefinierter Druckwert erreicht werden kann, der für den Druck- und/oder Dichtheitstest erforderlich ist, d.h., insbesondere ein Öffnen des Tankventils ermöglicht, sofern der
Speicherbehälter nicht voll betankt ist. Dieser Druckwert liegt bei Betankungen auf 700 bar bei z.B. 700 bar und kann z.B. in einem Regelwerk wie z.B. SAE 2601 festgelegt sein. Wird insbesondere in einer Zapfsäule der Tankstelle ein Druck von 700 bar gemessen, so wird die Betankung insbesondere nicht gestartet. Das
Rohrleitungsvolumen ist insbesondere so bemessen, dass dieser Druck erreicht wird. Beim Teststoß wird der überschüssige Wasserstoff ansonsten in das Fahrzeug geleitet, so dass ein Druckausgleich stattfindet. Erfolgt eine Betankung auf einen anderen Druckwert, wird der zur Durchführung des Drucktests notwendige Druckwert entsprechend angepasst. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann mit Vorteil der ansonsten auftretende initiale Druckpeak vermieden werden. Bei dem besagten Speicherbehälter handelt es sich insbesondere um einen
(Treibstoff-)Tank eines mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugs. Weiterhin ist das erste und das zweite Ventil bevorzugt als ein pneumatisches Ventil ausgebildet.
Bevorzugt wird nach jenem Öffnen des Tankventils das zweite Ventil wieder
geschlossen. Dies geschieht bevorzugt möglichst unmittelbar, da ein Schließen des zweiten Ventils zur Vermeidung eines Druckpeaks in der Tankzuleitung beiträgt. Dies kann durch einen Massenstrom in der Zapfsäule der Wasserstoff-Tankstelle oder durch einen Druckanstieg in der Zapfsäule elektronisch erkannt werden. Anschließend kann eine Beruhigungszeit von 5 s bis 25 s eingefügt werden. Diese dient dazu, beim Druckstoß entstandene thermische Veränderungen auszugleichen. Dieser Schritt kann auch übersprungen werden - die tolerierbare Druckschwankung ist hierbei dann höher. Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann auf eine dichte Tankzuleitung geschlossen, wenn der gemessene Druck über eine vordefinierte Zeitspanne im Bereich von 5 s bis 25 s innerhalb gewisser Schwankungen konstant ist, wobei jener konstante Druckwert als im Speicherbehälter herrschender Druck angenommen wird. Die tolerierbare Schwankungsbreite hängt vom verbauten
Zapfsäulenequipment (Volumen) sowie der Durchführung einer Beruhigungsphase (Beruhigungszeit) ab. Richtwerte hierfür sind ca. 1 bar bis 15 bar. Für den Fall, dass die Tankzuleitung (einschließlich einer Verbindung zum Speicherbehälter) undicht sein sollte, würde der gemessene Druck in der besagten Zeitspanne merklich abfallen und der Tankvorgang würde entsprechend abgebrochen werden.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Ventil zum Betanken des Speicherbehälters bei geöffnetem zweiten Ventil mittels eines
Rampenreglers so geregelt wird, dass der stromab des zweiten Ventils in der
Tankzuleitung gemessene Druck ausgehend von jenem konstanten Druckwert, der als Startwert für den Rampenregler angenommen wird, rampenförmig (vorzugsweise linear steigend) - bis auf einen etwaigen Druckpeak durch noch in dem Rohrleitungsvolumen befindlichen Wasserstoff - ansteigt. Die Steilheit der Rampe ist in der relevanten Norm (siehe oben) festgelegt und wird insbesondere in Abhängigkeit von der
Umgebungstemperatur und dem im Speicherbehälter herrschenden Druck sowie der Vorkühltemperatur des zu betankenden Wasserstoffs gewählt. Diese Temperatur kann z.B. bei -20°C bzw. -40° liegen. Temperaturen dazwischen, z.B. -30°C sind auch denkbar.
Das Bedrücken des besagten Rohrleitungsabschnitts auf den Initialdruck wird bevorzugt nach dem Beenden des jeweiligen Tankvorgangs aufs Neue durchgeführt, so dass ein entsprechender (begrenzter) Druckstoß für den nächsten Test zur Verfügung steht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wasserstoff-Tankstelle; und
Fig. 2 einen zeitlichen Druckverlauf in der Tankzuleitung bei einem nach dem
Stand der Technik durchgeführten Druck- und Dichtheitstest; und Fig. 3 einen zeitlichen Druckverlauf in der Tankzuleitung bei einem
erfindungsgemäß durchgeführten Druck- und Dichtheitstest.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wasserstoff-Tankstelle, mit einem Gaspufferspeicher 1 , der Wasserstoff bei unterschiedlichen Drücken in drei Banken (Hoch- , Mittel- und Niedrigdruckbank ) 2, 3, 4 zur Betankung eines
Speicherbehälters 5 eines Fahrzeugs 6 vorhält. Insbesondere sind die drei Banken 2, 3, 4 über Rohrleitungen 7 voneinander über eine Kombination von pneumatischen Ventilen 10, 12 und Rückschlagventilen 8; 9 , 1 1 , 13, 14, 15 druckentkoppelt, sowie individuell über einen Verdichter bzw. Cryopumpe 16 befüllbar. Des Weiteren ist den drei Banken 2, 3, 4 jeweils ein Drucktransmitter 17, 18, 19 zugeordneten, der den Druck in der jeweiligen Bank 2, 3, 4 abfühlt.
Stromab der Banken 2, 3, 4 sind insbesondere pneumatische Ventile 20, 21 , 22 gefolgt von Rückschlagventilen 23, 24, 25 so angeordnet, dass jede der drei Banken 2, 3, 4 individuell zur Wasserstoffentnahme verwendet werden kann. Damit kann aus dem Gaspufferspeicher 1 Wasserstoff bei verschiedenen Drücken abgezogen werden.
Der Gaspufferspeicher 1 ist des Weiteren über ein Ventil 26 und einen Partikelfilter 27 mit einem ersten, insbesondere pneumatisch-regelbaren Ventil 28 verbunden. Der sich an das erste Ventil 28 anschließende Rohrleitungsabschnitt 29, weist insbesondere einen Wärmeübertrager (z.B. "Alu Cold Fill") 30 auf und endet an einem zweiten, stromab angeordneten Ventil 31. Der Wärmeübertrager 30 temperiert den Wasserstoff insbesondere auf eine vordefinierte Temperatur, vorzugsweise -40°C. Weiterhin weist der Rohrleitungsabschnitt 29 ein Massendurchflussmessgerät 32 und einen
Drucktransmitter 33 auf. Stromab des zweiten, vorzugsweise pneumatischen Ventils 31 befindet sich in einer das zweite Ventil 31 mit dem Speicherbehälter 5 verbindenden Tankzuleitung 34 ein Rückschlagventil 35, ein weiterer, stromab des besagten
Rückschlagventils 35 angeordneter Drucktransmitter 36 nebst Druckanzeigt 36a sowie ein Temperaturtransmitter 37. Die Tankzuleitung 34 weist an einem Ende, das in den Speicherbehälter 5 mündet, ein insbesondere handgesteuertes Ventil 38 und einen Zapfhahn 39 auf. Der zu betankende Speicherbehälter 5 ist mit einem Tankventil 53 (z.B. Rückschlagventil) gesichert. Eine Kaminleitung 40, die überschüssigen Wasserstoff in die Umwelt überführt, weist an mehreren Stellen ventilgesicherte Verbindungen mit den Rohrleitungen 7 der Tankstelle auf. Eine erste Verbindung ist über zwei Ventile 41 , 42 stromab der
Verdichter 16 vorgesehen. Zwischen diesen Ventilen 41 , 42 ist ein Einlass 43 für ein weiteres Gas wie z.B. Stickstoff vorgesehen. Des Weiteren weist der
Gaspufferspeicher 1 zwei Verbindungen mit der Kaminleitung 40 auf, wobei die erste Verbindung eine Notentlüftungsvorrichtung aufweist, bestehend aus einem
Sicherheitsventil 44, das bei 850 bar öffnet, und wobei die zweite Verbindung zwei aufeinanderfolgende Ventile 45, 46 mit dazwischenliegendem Einlass 47 für ein weiteres Gas, wie beispielsweise Stickstoff, aufweist. Der Rohrleitungsabschnitt 29 weist ebenfalls eine Verbindung über ein Sicherheitsventil 48 mit der Kaminleitung 7 stromab des Wärmeübertragers 30 auf. Des Weiteren verbindet eine stromab des Rückschlagventils 35 vorgesehene Kombination aus drei Ventilen 49, 50, 51 die Tankzuleitung 34 mit der Kaminleitung 40. Stromab dieser Verbindung ist eine weitere Verbindung mit der Kaminleitung 40 und der Tankzuleitung 34 über ein Ventil 52 vorgesehen.
Figur 2 zeigt den zeitlichen Druckverlauf bei Durchführung des Druck- und
Dichtheitstest sowie den Anfang des eigentlichen Betankungsvorgangs nach dem Stand der Technik gemäß dem Standard SAE J2601 an einer Tankstelle nach Art der Figur 1. Dabei liegt zunächst zwischen den Ventilen 20 und 31 z.B. ein Initialdruck von z.B. etwa 850 bar aus der HD-Bank 2 an.
Durch das Öffnen von Ventil 20 und 31 steigt der Druck am Drucktransmitter 36 auf 800 bar an (Druckpeak P1 bei etwa 1 ,5 s). Anschließend werden besagte Ventile 20, 31 geschlossen und der Druck gleicht sich mit dem Druck im Speicherbehälter 5 aus, wenn das Tankventil 53 aufgedrückt wird. Eine Warteperiode von ca. 5s nach
Schließen der beiden Ventile 20, 31 folgt, um den Druck im Speicherbehälter 5 und die Dichtheit der Verbindung mit dem Speicherbehälter 5 zu eruieren. Anschließend werden beide Ventile 20, 31 abermals geöffnet und der noch zwischen den Ventilen 20 und 31 vorhandene Wasserstoff strömt in den Speicherbehälter 5 des Fahrzeugs 6, was zu einem zweiten Druckpeak P2 führt (ca. nach 7s). Obwohl über das Ventil 28 schon beim zweiten Öffnen der Ventile 20 und 31 eine ansteigende Druckrampe gefahrenwird, wird diese erst nach Abklingen des zweiten Druckpeaks P2 sichtbar. Die folgende Tabelle 1 enthält die Zuordnungstabelle der Druck und Zeitwerte, wie in Figur 2 zu sehen.
Tabelle 1
Zeit in Druck in
Sekunden bar
0 1
0,5 1
1 200
1 ,5 800
2 200
2,5 40
3 40
3,5 39
4 38
4,5 37
Figure imgf000010_0001
Figur 3 zeigt den zeitlichen Druckverlauf bei der Durchführung eines
erfindungsgemäßen Druck- und Dichtheitstests sowie den Anfang des eigentlichen Betankungsvorgangs an einer Tankstelle gemäß Figur 1. Der Rohrleitungsabschnitt 29 zwischen dem ersten und dem zweiten Ventil 28, 31 ist anfänglich auf den Initialdruck (etwa 850 bar) mit Wasserstoff aus der HD-Bank 2 bedrückt. Das Rohrleitungsvolumen des Rohrleitungsabschnitts 29, welches auch das vom Wärmeübertrager 30 umgebene Volumen umfasst, ist so bemessen, dass stromab des Rohrleitungsabschnitts 29, insbesondere in dem Abschnitt der Tankzuleitung 34 zwischen dem Ventil 35 und dem Fahrzeug bzw. Speicherbehälter 5 ein für den Druck- und/oder Dichtheitstest erforderlicher Druckwert des Wasserstoffs erreicht werden kann.
Sodann wird das zweite Ventil 31 geöffnet und der Druck steigt peakförmig auf 140 bar (P3 nach ca 2s) an, bevor ein Wasserstoffstrom durch das
Massendurchflussmessgerät 32 festgestellt wird. Bei Feststellen des
Wasserstoffstroms bzw. einem Anstieg des Druckes in einer Zapfsäule der Wasserstoff-Tankstelle wird das zweite Ventil 31 geschlossen und z.B. eine
Warteperiode von ca. 5 Sekunden nach Schließen des zweiten Ventils 31 gewartet, um den Druck im Speicherbehälter 5 und die Dichtheit der Verbindung mit dem
Speicherbehälter 5 zu eruieren. Wurde das Tankventil 53 des Speicherbehälters 5 beim Teststoß nämlich aufgedrückt, erfolgt ein Druckausgleich und der Druck im Speicherbehälter 5 entspricht dem mittels des Drucktransmitters 36 gemessenen Druckplateau während der Warteperiode. Fällt dieser Druck innerhalb der
Warteperiode nicht signifikant ab, kann auf eine dichte Verbindung zum
Speicherbehälter 5 geschlossen werden.
Anschließend wird erfindungsgemäß das erste und das zweite Ventil 28, 31 geöffnet, wobei ein Rampenregler das erste Ventil 28 auf den gemessenen Druck (Plateauwert) im Speicherbehälter 5 einstellt, wobei der noch in dem Rohrleitungsabschnitt 29 befindliche, unter Druck stehende Wasserstoff in den Speicherbehälter 5 strömt, was zu einem etwas steileren Anstieg des Drucks (vergl. Fig. 3 bei P4) am
Drucktransmitter 36 führt (ca. nach 7 s bis 9 s). Danach steigt der Druck wie über das erste Ventil 28 und den Rampenregler vorgegeben annähernd linear an. Die folgende Tabelle 2 enthält die entsprechenden Zeit- und zugeordneten Druckwerte der Figur 3, die z.B. mittels des Drucktransmitters 36 gemessen werden können.
Tabelle 2
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000012_0001
Bezugszeichenliste
1 Gaspufferspeicher
2 Hochdruckbank
3 Mitteidruckbank
4 Niedrigdruckbank
5 Speicherbehälter
6 Fahrzeug
7 Rohrleitungen
8, 9, 10, 11 , 13, 14, 15, 23, 24, 25, 35 Rückschlagventil
12, 20, 21 , 22, 49 Pneumatisches Ventil
16 Pumpe
17 Drucktransmitter Hochdruckbank
18 Drucktransmitter Mitteldruckbank
19 Drucktransmitter Niedrigdruckbank
26, 41 , 42, 45, 46, 50, 51 , 52 Ventil
27 Partikelfilter
28 Erstes (pneumatisches) Ventil
29 Rohrleitungsabschnitt
30 Wärmeübertrager
31 Zweites (pneumatisches) Ventil
32 Massendurchflussmessgerät
33, 36 Drucktransmitter
36a Druckanzeige
34 Tankzuleitung
37 Temperaturtransm itter
38 Handgesteuertes Ventil
39 Zapfhahn
40 Kaminleitung
43, 47 Einlass
44 Sicherheitsventil
48 Sicherheitsventil
53 Tankventil (z.B. Rückschlagventil)
P1 , P2, P3, P4 Druckpeak

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Durchführung eines Druck- und Dichtheitstests vor einem Betanken eines Speicherbehälters (5) mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, bei dem ein Gaspufferspeicher (1), in dem das zum Betanken zu verwendende Medium gespeichert ist, über ein erstes Ventil (28) mit einem ein Rohrleitungsvolumen begrenzenden
Rohrleitungsabschnitt (29) verbunden ist, der über ein zweites Ventil (31) und eine nachfolgende Tankzuleitung (34) mit dem Speicherbehälter (5) verbunden ist, wobei vor dem Betanken bei geöffnetem ersten (28) und geschlossenem zweiten Ventil (31) das Rohrleitungsvolumen auf einen vordefinierten Initialdruck mit dem Medium aus dem Gaspufferspeicher (1) bedrückt wird, sodann das erste
Ventil (28) geschlossen und das zweite Ventil (31) geöffnet wird, so dass lediglich in dem Rohrleitungsvolumen befindliches Medium ein Tankventil (53) des
Speicherbehälters (5) aufdrückt und in den Speicherbehälter (5) strömt.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Rohrleitungsabschnitt (29) mit einem Wärmeübertrager (30) gekühlt wird, der insbesondere einen Kühlkörper, insbesondere aus Aluminium, aufweist, der jenen Rohrleitungsabschnitt (29) zumindest abschnittsweise umgibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Rohrleitungsvolumen so bemessen ist, dass stromab des Rohrleitungsabschnitts (29) ein vordefinierter Druck des Mediums erreicht wird, der insbesondere zur Durchführung des Druck- und/oder Dichtheitstests ausreicht, wobei der besagte Druck vorzugsweise 700 bar beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass stromab des zweiten Ventils (31) der in der
Tankzuleitung (34) herrschende Druck über eine vordefinierte Zeitspanne gemessen wird, um den im Speicherbehälter (5) herrschenden Druck sowie die Dichtheit der Tankzuleitung (34) zu ermitteln.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufdrücken des Tankventils (53) das zweite Ventil (31) geschlossen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass auf eine dichte Tankzuleitung (34) geschlossen wird, wenn der gemessen Druck über eine vordefinierte Zeitspanne konstant ist, wobei jener konstante Druckwert als im Speicherbehälter (5) herrschender Druck
angenommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass besagter Initialdruck oberhalb eines nominalen
Betankungsdrucks des Speicherbehälters (5) liegt, wobei der Initialdruck insbesondere größer gleich 800 bar ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (28) zum Betanken des Speicherbehälters (5) bei geöffnetem zweiten Ventil (31) mittels eines Rampenreglers so geregelt wird, dass der stromab des zweiten Ventils (31) gemessene Druck ausgehend von jenem konstanten Druckwert rampenförmig ansteigt.
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