DE102008007928A1 - Wasserstoff-Betankung - Google Patents

Wasserstoff-Betankung Download PDF

Info

Publication number
DE102008007928A1
DE102008007928A1 DE200810007928 DE102008007928A DE102008007928A1 DE 102008007928 A1 DE102008007928 A1 DE 102008007928A1 DE 200810007928 DE200810007928 DE 200810007928 DE 102008007928 A DE102008007928 A DE 102008007928A DE 102008007928 A1 DE102008007928 A1 DE 102008007928A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
storage container
pressure
buffer tank
storage
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.)
Ceased
Application number
DE200810007928
Other languages
English (en)
Inventor
Wilfried-Henning Reese
Harald Kraus
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
Priority to DE200810007928 priority Critical patent/DE102008007928A1/de
Priority to US12/364,920 priority patent/US20090199926A1/en
Priority to JP2009022554A priority patent/JP5130235B2/ja
Priority to CN2009100066084A priority patent/CN101504112B/zh
Priority to FR0950752A priority patent/FR2927402A1/fr
Publication of DE102008007928A1 publication Critical patent/DE102008007928A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/06—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with compressed gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/002—Automated filling apparatus
    • F17C5/007—Automated filling apparatus for individual gas tanks or containers, e.g. in vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/01—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0107—Single phase
    • F17C2225/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2225/036—Very high pressure, i.e. above 80 bars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0135—Pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0135—Pumps
    • F17C2227/0142—Pumps with specified pump type, e.g. piston or impulsive type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/01—Intermediate tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/02—Improving properties related to fluid or fluid transfer
    • F17C2260/023—Avoiding overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/037—Treating the boil-off by recovery with pressurising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/065—Fluid distribution for refueling vehicle fuel tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0134—Applications for fluid transport or storage placed above the ground
    • F17C2270/0139—Fuel stations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/45—Hydrogen technologies in production processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0396—Involving pressure control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/4673—Plural tanks or compartments with parallel flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff beschrieben. Erfindungsgemäß a) wird flüssiger, aus einem Vorratsbehälter abgezogener Wasserstoff auf einen mittleren Druck verdichtet und in einem Pufferbehälter zwischengespeichert, b) wird das im Speicherbehälter anfallende Boil-Off-Gas verdichtet und in dem Pufferbehälter zwischengespeichert, c) erfolgt zur Befüllung des Speicherbehälters zunächst ein Druckausgleich zwischen dem zu befüllenden Speicherbehälter und dem Pufferbehälter und d) wird anschließend Wasserstoff aus dem Pufferbehälter auf den gewünschten Speicherdruck verdichtet und dem Speicherbehälter zugeführt, e) wobei diese Verdichtung des Wasserstoffs und die Verdichtung des Boil-Off-Gases mit einem Verdichter oder zwei Verdichtern realisiert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff.
  • Gattungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff kommen insbesondere bei der Befüllung von Kraftfahrzeug-Speicherbehälter für unter Druck stehenden Wasserstoff zur Anwendung.
  • Bisher werden im Wesentlichen drei unterschiedliche Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff realisiert.
  • Druckausgleichsmethode: Hierbei werden aus einem Wasserstoff-Versorgungssystem – dabei kann es sich um einen Tank bzw. Vorratsbehälter oder eine Pipeline handeln – mittels eines Kompressors oder einer Kryopumpe mehrere Gaspufferspeicher mit unterschiedlichen Druckniveaus gefüllt. Aus diesen Gaspufferspeichern erfolgt eine Befüllung eines (Kraftfahrzeug-)Speicherbehälters, indem der Wasserstoff per Druckausgleich zwischen den Gaspufferspeichern und dem Speicherbehälter in diesen bis zum Erreichen des Betankungsenddruckes gefüllt wird.
  • Boostermethode: Hierbei wird wiederum aus einem Wasserstoff-Versorgungssystem mittels eines Verdichters die benötigte Mengenleistung des Wasserstoffs direkt in den (Kraftfahrzeug-)Speicherbehälter gefüllt.
  • In der Praxis kommen auch Mischsysteme aus beiden vorbeschriebenen Methoden zur Anwendung. Bei diesen erfolgt zunächst eine Teilbefüllung des Speicherbehälters mittels Druckausgleich aus den Gaspufferspeichern, bevor anschließend eine Befüllung des Speicherbehälters auf den gewünschten Enddruck im Boosterverfahren erfolgt.
  • Die vorbeschriebenen Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff ermöglichen es, Speicherbehälter bis zu einem Druck von 700 bar bei 15°C zu befüllen. Problematisch bei diesen Verfahren ist jedoch, dass die Befüllvorgänge bei unterschiedlichen Volumina der zu befüllenden (Kraftfahrzeug-)Speicherbehälter nicht immer ohne ein unerwünschtes Überfüllen und/oder Überhitzen des Speicherbehälters realisiert werden können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff anzugeben, dass dies ermöglicht und zudem energetisch optimiert ist. Ferner sollen Verluste an Wasserstoff weitestgehend vermieden werden können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff vorgeschlagen, bei dem
    • a) flüssiger, aus einem Vorratsbehälter abgezogener Wasserstoff auf einen mittleren Druck verdichtet und in einem Pufferbehälter zwischengespeichert wird,
    • b) das im Speicherbehälter anfallende Beil-Off-Gas verdichtet und in dem Pufferbehälter zwischengespeichert wird,
    • c) zur Befüllung des Speicherbehälters zunächst ein Druckausgleich zwischen dem zu befüllenden Speicherbehälter und dem Pufferbehälter erfolgt und
    • d) anschließend Wasserstoff aus dem Pufferbehälter auf den gewünschten Speicherdruck verdichtet und dem Speicherbehälter zugeführt wird,
    • e) wobei diese Verdichtung des Wasserstoffs und die Verdichtung des Boil-Off-Gases mit einem Verdichter oder zwei Verdichtern realisiert werden.
  • Die Verwendung lediglich eines Verdichters für die Verdichtung des Wasserstoffs sowie des Boil-Off-Gases wird in der Praxis insbesondere dann realisiert werden, wenn der zur Anwendung kommende Verdichter die unterschiedlichen Druckniveaus auf seiner Ansaug- und Austrittsseite bewältigen kann. Sofern dies nicht der Fall ist oder aufgrund anderer Überlegungen können auch zwei Verdichter, die auf die unterschiedlichen Druckniveaus ausgelegt sind, vorgesehen werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff, die Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sind, sind dadurch gekennzeichnet, dass
    • – der mittlere Druck einen Druckbereich zwischen 100 und 600 bar, vorzugsweise zwischen 200 und 450 bar umfasst,
    • – die Verdichtung des aus dem Vorratsbehälter abgezogenen Wasserstoffs mittels einer Kryokolbenpumpe erfolgt,
    • – lediglich soviel Wasserstoff aus dem Vorratsbehälter abgezogen und verdichtet wird, dass der Pufferbehälter zu 90%, vorzugsweise zu 80% befüllt wird,
    • – wodurch eine ausreichende Speicherkapazität für das Boil-Off-Gas gewährleistet werden kann,
    • – die Speicherung des flüssigen Wasserstoffs in wenigstens einem vakuumisolierten Speicherbehälter erfolgt und
    • – es sich bei dem zu befüllenden Speicherbehälter um einen mobilen Speicherbehälter, insbesondere um den Speicherbehälter eines Kraftfahrzeuges, eines schienengebundenen Fahrzeuges oder eines Flugzeuges handelt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff erfordert die Bereitstellung bzw. Bevorratung mit flüssigem Wasserstoff. Dieser wird hierzu üblicherweise in vakuumisolierten Speichertanks zwischengelagert. Diese Bevorratung erscheint bei den in Zukunft geplanten Mengenszenarien an Wasserstoff-Tankstellen aus mehreren Gründen als die sinnvollste Lösung:
    • – Bisher existiert kein Wasserstoff-Pipeline-Netz, mittels dessen ausreichende Mengen an Wasserstoff vor Ort bereitgestellt werden können.
    • – Speicherung von gasförmigem Wasserstoff vor Ort nicht zweckmäßig, da zu großer Platzbedarf.
    • – Schwankungen in den Abnahmemengen können mittels eines entsprechenden, an das bewährte Logistikkonzept der Mineralölindustrie angepasste Logistikkonzept am flexibelsten ausgeglichen werden.
  • Erfindungsgemäß wird nunmehr flüssiger, aus einem Vorratsbehälter abgezogener Wasserstoff auf einen mittleren Druck verdichtet und in einem oder auch mehreren Pufferbehältern zwischengespeichert. Hierbei erfolgt die Verdichtung des aus dem Vorratsbehälter abgezogenen Wasserstoffs vorzugsweise mittels einer Kryokolbenpumpe. Gegenwärtig sind Kryokolbenpumpen, die eine Verdichtung bis auf einen Druck von 450 bar ermöglichen, realisierbar. Unter dem Begriff "mittlerer Druck" sei ein Druckbereich zwischen 100 und 600 bar, vorzugsweise zwischen 200 und 450 bar zu verstehen. Ein Großteil der Verdichtungsarbeit wird bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise energetisch günstig mit Wasserstoff in flüssiger Form durchgeführt. Der Energiebedarf einer derartigen Flüssigverdichtung beträgt nur etwa 20% des Energiebedarfs einer Wasserstoffgas-Verdichtung.
  • Der derart verdichtete Wasserstoff wird in einem oder auch mehreren Pufferbehältern zwischengespeichert. Werden mehrere, auf unterschiedlichen Druckniveaus befindliche Pufferbehälter vorgesehen, spricht man von einem sog. Bankensystem.
  • Vorteilhafterweise wird lediglich soviel Wasserstoff aus dem Vorratsbehälter abgezogen und verdichtet, dass der oder die Pufferbehälter zu 90%, vorzugsweise zu 80% befüllt sind. Damit wird gewährleistet, dass verdichtetes Boil-Off-Gas ebenfalls in dem oder den Pufferbehältern zwischengespeichert werden kann.
  • Bei allen kryogenen Systemen, bestehend aus Speicherbehälter(n), Pumpe(n), etc. ist ein sog. Boil-Off-Verhalten zu berücksichtigen. Darunter ist zu verstehen, dass durch aus der Umgebung einfallende Wärme auf das kryogene System flüssiger Wasserstoff verdampft wird. Dies bewirkt aufgrund der wesentlich größeren Ausdehnung des Gases eine Druckerhöhung in dem kryogenen System. Um dies zu verhindern, muss dieses Gas, das als Boil-Off-Gas bezeichnet wird, aus dem System abgeführt werden. Im Regelfall weist der Speicherbehälter daher eine über einen Kamin ins Freie führende Leitung auf, über die das Boil-Off-Gas bei Erreichen eines bestimmten Druckwertes abgeblasen wird. Diese Verfahrensweise hat jedoch zur Folge, dass dieses Anteil des gespeicherten Wasserstoffs ungenutzt verloren geht.
  • Erfindungsgemäß wird nunmehr auch das im Speicherbehälter anfallende Boil-Off-Gas verdichtet und in dem oder den Pufferbehältern zwischengespeichert. Der hierfür erforderliche Verdichter ist vorzugsweise so ausgelegt, dass er bei Erreichen eines bestimmten bzw. einstellbaren Druckwertes automatisch das Boil-Off-Gas verdichtet.
  • Zur Befüllung eines Speicherbehälters erfolgt nunmehr erfindungsgemäß zunächst ein Druckausgleich zwischen dem zu befüllenden Speicherbehälter und dem Pufferbehälter. Kommt ein Bankensystem, das im Regelfall drei Pufferbehälter aufweist, zur Anwendung, wird der Wasserstoff aufeinanderfolgend aus dem Niederdruck-, dem Mitteldruck- und dem Hochdruck-Pufferbehälter in den zu befüllenden (Kraftfahrzeug-)Speicherbehälter gefüllt.
  • Um eine Überhitzung des zu befüllenden Speicherbehälters aufgrund des negativen Joule-Thompson-Effekts und der adiabaten Kompression des Wasserstoff zu vermeiden, wird der gasförmige Wasserstoff unmittelbar vor der Befüllung auf eine Temperatur von etwa –40°C vorgekühlt. Dies erfolgt vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines aktiven Kühlsystems. Des Weiteren wird im Regelfall durch eine Steuerung eine Mengenbegrenzung des Wasserstoff-Durchflusses gewährleistet, so dass die Druckdifferenz zwischen dem bzw. den Pufferbehältern und dem befüllenden (Kraftfahrzeug-)Speicherbehälter nie so groß wird, dass ein maximaler Mengenstrom überschritten wird.
  • Nach der Befüllung des (Kraftfahrzeug-)Speicherbehälters aus dem oder den Pufferbehältern ist im Regelfall ein Speicherbehälterdruck zwischen 350 und 450 bar erreicht, wobei dieser letztendlich von dem Füllzustand des oder der Pufferbehälter abhängt.
  • Die Befüllung des (Kraftfahrzeug-)Speicherbehälters auf den gewünschten Enddruck erfolgt nunmehr erfindungsgemäß indem aus dem oder den Pufferbehältern stammender Wasserstoff auf den gewünschten Enddruck verdichtet und dem zu befüllenden Speicherbehälter zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird diese Verdichtung des Wasserstoffs mit dem gleichen Verdichter realisiert, der der Verdichtung des Boil-Off-Gases dient. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass ein einziger Verdichter die Aufgaben von zwei Verdichtern übernehmen kann. Damit dies in der Praxis möglich ist, muss der Verdichter derart in das erfindungsgemäße Verfahren eingebunden sein, dass ein vorzugsweise automatisches Umschalten zwischen seinen beiden Arbeitsaufgaben in Abhängigkeit von der aktuellen Arbeitsanforderung realisierbar ist.
  • Hierbei ist problematisch, dass sich die Leistungsdaten der beiden Arbeitsaufgaben unterscheiden. Im Falle der Verdichtung des Boil-Off-Gases betragen der Ansaugdruck 0 bis 12 bar, die Verdichterleistung 20 bis 100 m3/h und der Vedichtungsenddruck etwa 300 bar. Die im zweiten Betankungsschritt zu vollziehende Verdichtung des aus dem oder den Pufferbehältern stammenden Wasserstoffs weist gegenwärtig folgende Leistungsdaten auf: Ansaugdruck bis 300 bar, Verdichterleistung 1200 bis 2000 m3/h, Verdichtungsenddruck 875 bar bei einer Temperatur von 85°C – dies entspricht einem Druck von 700 bar bei einer Temperatur von 15°C.
  • Aufgrund der Tatsache, dass sich bei gleichen geometrischen Verdichtungsvolumina (Verdichtungskammer) und 10- bis 20-fachem Eingangsdruck auch die Durchflussmenge entsprechend verzehn- bis verzwanzigfacht, ist der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Verdichter so auszulegen, dass er in der Lage ist, sowohl das niedrige als auch das hohe Druckniveau auf seiner Eingangs- und Ausgangsseite zu bewältigen.
  • Wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff in einer Wasserstoff-Tankstelle realisiert, ermöglicht es insbesondere in einem Übergangszeitraum, in dem vergleichsweise wenige Fahrzeuge pro Tankstelle versorgt werden, eine effiziente Fahrweise. So ist es bei einer niedrigen Fahrzeuganzahl (noch) nicht erforderlich, die für die Verdichtung des flüssigen, aus dem Vorratsbehälter abgezogenen Wasserstoffs vorgesehene Kryopumpe "kalt zu stellen". Unter dem Begriff "kalt zu stellen" sei hierbei zu verstehen, dass die Kryopumpe mittels flüssigem Wasserstoff auf eine Betriebstemperatur von –253°C abgekühlt und diese Temperatur gehalten wird. Aufgrund der geringen Verdichtungsmengen reicht der vorzusehende Verdichter aus, um diese Fahrzeuge zu befüllen. Steigt die Fahrzeuganzahl, wird die Kryopumpe kaltgestellt und leistet dann die Hauptverdichterarbeit mit großen Mengendurchsätzen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff weist gegenüber dem Stand der Technik eine Vielzahl von Vorteilen auf, die nachfolgend stichpunktartig aufgeführt sind:
    • – Hohe Mengendurchsätze
    • – Energetisch günstige, kryogene Verdichtung
    • – Keine Boil-Off-Gasverluste
    • – Geringer Platzbedarf aufgrund klein bauender Verdichter
    • – Aufgrund hoher Mengenleistungen nur volumetrisch relativ kleine Pufferbehälter erforderlich
    • – Hohe Flexibilität bzgl. Abtankmengen und Nutzungskonzepten, insbesondere aufgrund kombinierter Kryopumpen/Verdichter-Lösung
    • – Systemredundanz vorhanden, da bei Ausfall oder Wartung der Kryopumpe mit geringeren Mengenströmen über den Verdichter und bei Ausfall des Verdichters mit der Pumpe gearbeitet werden kann; somit kann zumindest bis zu einem mittleren Druck von etwa 400 bar befüllt werden

Claims (6)

  1. Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit gasförmigem, unter Druck stehendem Wasserstoff, wobei a) flüssiger, aus einem Vorratsbehälter abgezogener Wasserstoff auf einen mittleren Druck verdichtet und in einem Pufferbehälter zwischengespeichert wird, b) das im Speicherbehälter anfallende Boil-Off-Gas verdichtet und in dem Pufferbehälter zwischengespeichert wird, c) zur Befüllung des Speicherbehälters zunächst ein Druckausgleich zwischen dem zu befüllenden Speicherbehälter und dem Pufferbehälter erfolgt und d) anschließend Wasserstoff aus dem Pufferbehälter auf den gewünschten Speicherdruck verdichtet und dem Speicherbehälter zugeführt wird, e) wobei diese Verdichtung des Wasserstoffs und die Verdichtung des Boil-Off-Gases mit einem Verdichter oder zwei Verdichtern realisiert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Druck einen Druckbereich zwischen 100 und 600 bar, vorzugsweise zwischen 200 und 450 bar umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung des aus dem Vorratsbehälter abgezogenen flüssigen Wasserstoffs mittels einer Kryokolbenpumpe erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich soviel Wasserstoff aus dem Vorratsbehälter abgezogen und verdichtet wird, dass der Pufferbehälter zu 90%, vorzugsweise zu 80% befüllt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung des flüssigen Wasserstoffs in wenigstens einem vakuumisolierten Speicherbehälter erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu befüllenden Speicherbehälter um einen mobilen Speicherbehälter, insbesondere um den Speicherbehälter eines Kraftfahrzeuges, eines schienengebundenen Fahrzeuges oder eines Flugzeuges handelt.
DE200810007928 2008-02-07 2008-02-07 Wasserstoff-Betankung Ceased DE102008007928A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810007928 DE102008007928A1 (de) 2008-02-07 2008-02-07 Wasserstoff-Betankung
US12/364,920 US20090199926A1 (en) 2008-02-07 2009-02-03 Hydrogen fueling
JP2009022554A JP5130235B2 (ja) 2008-02-07 2009-02-03 水素燃料供給法
CN2009100066084A CN101504112B (zh) 2008-02-07 2009-02-05 加氢燃料的方法
FR0950752A FR2927402A1 (fr) 2008-02-07 2009-02-06 Procede de remplissage d'un reservoir avec de l'hydrogene gazeux sous pression

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810007928 DE102008007928A1 (de) 2008-02-07 2008-02-07 Wasserstoff-Betankung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008007928A1 true DE102008007928A1 (de) 2009-08-13

Family

ID=40847234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200810007928 Ceased DE102008007928A1 (de) 2008-02-07 2008-02-07 Wasserstoff-Betankung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20090199926A1 (de)
JP (1) JP5130235B2 (de)
CN (1) CN101504112B (de)
DE (1) DE102008007928A1 (de)
FR (1) FR2927402A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014000639A1 (de) 2013-01-18 2014-07-24 Michael Feldmann Verfahren und Anlagen für eine Gastankstelle zur größenoptimierten Abgabe gasförmiger Gaskraftstoffe an mobile Verbraucher
EP2899449A2 (de) 2014-01-20 2015-07-29 Michael Feldmann Verfahren und Anlagenkonfiguration zum dynamisierten Aufbau einer Gastankstellen-Infrastruktur
EP2908044A2 (de) 2014-01-17 2015-08-19 Michael Feldmann Verfahren und Anlagen für eine Gastankstelle zur größenoptimierten Abgabe gasförmiger Gaskraftstoffe an mobile Verbraucher

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3428317A1 (de) * 2017-07-12 2019-01-16 Airbus Defence and Space System zur herstellung und abgabe von druckwasserstoff
CN112628593B (zh) * 2020-12-11 2022-07-05 江南造船(集团)有限责任公司 一种液氢蒸发气处理***及其控制方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5411374A (en) * 1993-03-30 1995-05-02 Process Systems International, Inc. Cryogenic fluid pump system and method of pumping cryogenic fluid
US5479966A (en) * 1993-07-26 1996-01-02 Consolidated Natural Gas Service Company, Inc. Quick fill fuel charge process
DE10107187A1 (de) * 2001-02-15 2002-08-29 Linde Ag Tankstelle für kryogene Medien
US7128103B2 (en) * 2002-01-22 2006-10-31 Proton Energy Systems, Inc. Hydrogen fueling system
DE10334055A1 (de) * 2003-07-25 2005-02-10 Linde Ag Verfahren zum Betanken eines Fahrzeuges
JP2006002896A (ja) * 2004-06-18 2006-01-05 Honda Motor Co Ltd 水素供給装置
DE102004046341A1 (de) * 2004-09-24 2006-03-30 Linde Ag Verfahren zum Verdichten eines Erdgasstromes
DE102005039202A1 (de) * 2005-08-18 2007-02-22 Linde Ag Mobile, autarke und immissionsfreie Wasserstoff-Tankstelle
FR2891347B1 (fr) * 2005-09-28 2007-11-02 Air Liquide Procede et dispositif de remplissage d'un gaz sous pression dans un reservoir
WO2007072470A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 C. En. Limited Apparatus and cartridge for storage of compressed hydrogen gas and system for filling the cartridge
JP4913427B2 (ja) * 2006-03-10 2012-04-11 大陽日酸株式会社 水素ガスの充填方法及び装置
CN100534840C (zh) * 2006-07-26 2009-09-02 北京飞驰绿能电源技术有限责任公司 一种可快速充装氢气的制氢加氢站***及其方法
DE102009019275A1 (de) * 2008-10-09 2010-04-15 Linde Aktiengesellschaft Betanken von Fahrzeugen mit unter Druck stehenden, gasförmigen Medien

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014000639A1 (de) 2013-01-18 2014-07-24 Michael Feldmann Verfahren und Anlagen für eine Gastankstelle zur größenoptimierten Abgabe gasförmiger Gaskraftstoffe an mobile Verbraucher
DE102014000706A1 (de) 2013-01-18 2014-08-21 Michael Feldmann Verfahren und Anlagenkonfiguration zum dynamisierten Aufbau einer Gastankstellen-Infrastruktur
EP2908044A2 (de) 2014-01-17 2015-08-19 Michael Feldmann Verfahren und Anlagen für eine Gastankstelle zur größenoptimierten Abgabe gasförmiger Gaskraftstoffe an mobile Verbraucher
EP2899449A2 (de) 2014-01-20 2015-07-29 Michael Feldmann Verfahren und Anlagenkonfiguration zum dynamisierten Aufbau einer Gastankstellen-Infrastruktur

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009186012A (ja) 2009-08-20
US20090199926A1 (en) 2009-08-13
CN101504112A (zh) 2009-08-12
FR2927402A1 (fr) 2009-08-14
CN101504112B (zh) 2011-08-24
JP5130235B2 (ja) 2013-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008007928A1 (de) Wasserstoff-Betankung
WO2011026551A1 (de) Befüllen von speicherbehältern mit verdichteten medien
EP2175187A2 (de) Betanken von Fahrzeugen mit unter Druck stehenden, gasförmigen Medien
WO2008110453A2 (de) Verfahren zum befüllen eines für ein kryogenes speichermedium, insbesondere wasserstoff, vorgesehenen druckspeichers
DE102007011742A1 (de) Verfahren zum Befüllen eines für ein tiefkaltes Speichermedium, insbesondere Wasserstoff, vorgesehenen Druckspeichers
DE102014015987A1 (de) Boil-Off-Gas-Management an Wasserstoff-Tankstellen
DE19650999C1 (de) Verfahren zur Befüllung eines mobilen Gastanks und Zapfanlage
DE102006012210B4 (de) Verfahren zum Abfüllen eines verflüssigten Gases mit niedriger Temperatur
WO2000017568A1 (de) Zapfanlage und verfahren zum befüllen eines gastanks mit einem arbeitsgas, insbesondere erdgas
WO2017102059A1 (de) Tankstelle mit konstantdruckspeicher
DE102011109824A1 (de) Betanken eines Fahrzeuges mit einem unter Druck stehenden, gasförmigen Medium
WO2021260100A1 (de) Befüllvorrichtung zur befüllung von speicherbehältern mit verdichtetem wasserstoff, tankstelle aufweisend selbige und verfahren zur befüllung eines speicherbehälters
EP1466122A1 (de) Verfahren zum betanken eines speicherbehälters mit einem gasförmigen treibstoff
DE10334055A1 (de) Verfahren zum Betanken eines Fahrzeuges
DE102015006189B4 (de) Verfahren zur Füllstands- und Füllmengenerhöhung einer Fahrzeugkälteanlage
WO1999003698A1 (de) Druckgasbehälter für ein fahrzeug, verfahren zum betanken desselben und gas füllanlage
DE102017204672A1 (de) Verfahren und System zur Betankung eines Fahrzeugs mit Wasserstoff
DE102007057979B4 (de) Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit kryogenem Wasserstoff
WO2008011968A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betanken eines druckspeichers, insbesondere des druckspeichers eines fahrzeuges mit unter druck stehendem wasserstoff
DE102017217348A1 (de) Druckbehältersystem und Verfahren zum Zuführen von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem
EP3746725B1 (de) Erzeugung von flüssiggas in einem gasspeicher
DE102010010108B4 (de) Verfahren zur Speicherung von und Speicher für Erdgas
DE10330308A1 (de) Speichersystem für kryogene Medien
DE102021004689B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Betanken eines Fahrzeugtanks mit komprimiertem gasförmigem Wasserstoff
DE102015221537A1 (de) Kraftfahrzeug mit einem Drucktank

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20150120

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final