DE19704362C1 - Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung - Google Patents

Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung

Info

Publication number
DE19704362C1
DE19704362C1 DE19704362A DE19704362A DE19704362C1 DE 19704362 C1 DE19704362 C1 DE 19704362C1 DE 19704362 A DE19704362 A DE 19704362A DE 19704362 A DE19704362 A DE 19704362A DE 19704362 C1 DE19704362 C1 DE 19704362C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
storage container
refueling
cryogenic
storage
vehicle
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19704362A
Other languages
English (en)
Inventor
Hilmar Dipl Ing Seifers
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 DE19704362A priority Critical patent/DE19704362C1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19704362C1 publication Critical patent/DE19704362C1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03Fuel tanks
    • B60K15/03006Gas tanks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS 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
    • F17C5/00Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/02Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases
    • F17C5/04Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with liquefied gases requiring the use of refrigeration, e.g. filling with helium or hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS 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
    • F17C7/00Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F17C7/02Discharging liquefied gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS 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
    • F17C2205/00Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01Mounting arrangements
    • F17C2205/0123Mounting arrangements characterised by number of vessels
    • F17C2205/013Two or more vessels
    • F17C2205/0149Vessel mounted inside another one
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe, wie z. B. verflüssigter Wasserstoff, verflüssigtes Erdgas, etc.
Die Erfindung betrifft fern er ein Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer Betankungseinrichtung gemäß der Erfindung.
Im folgenden werden bei den Bezeichnungen spezieller kryogener Medien entsprechend ihrem Aggregatzustand die Buchstaben "G" für "gasförmig" und "L" für "flüssig" bzw. "liquid" vorangestellt; also z. B. GH₂ bzw. LH₂ für gasförmigen bzw. flüssigen Wasserstoff. Weiterhin werden die Begriffe "konditioniert" und "Konditionierung" verwendet; unter diesen Begriffen sei die Erhöhung des Druckes und der Siedetemperatur der Flüssigkeit in dem Fahrzeug-Speicherbehälter auf die Betriebswerte zu verstehen.
Insbesondere Wasserstoff gewinnt gegenwärtig durch den steigenden Energiebedarf und das gestiegene Umweltbewußtsein als Energieträger zunehmend an Bedeutung. So sind erste Versuche im Gange, Flugzeuge, Lastkraftwagen, Busse sowie Personenkraftwagen mittels mit Wasserstoff-betriebener Turbinen bzw. Motoren anzutreiben. Auch Erdgas, insbesondere verflüssigtes Erdgas, wird bereits in ersten Feldversuchen zum Antreiben von Bussen und Personenkraftwagen verwendet.
Die Speicherung des Wasserstoffs oder Erdgases "an Bord" der oben genannten Verkehrsmittel ist dabei in flüssiger Form am sinnvollsten. Zwar muß, z. B. im Falle des Wasserstoffs, dieser dazu auf etwa 25 K abgekühlt und auf dieser Temperatur gehalten werden, was nur durch entsprechende Isoliermaßnahmen an den Speicherbehältern bzw. -tanks zu erreichen ist, doch ist eine Speicherung in gasförmigem Zustand aufgrund der geringen Dichte von GH₂ in der Regel in den obengenannten Verkehrsmitteln ungünstiger, da die Speicherung hierbei in großvolumigen Speicherbehältern bei hohen Drücken erfolgen muß.
Neben den bei Wasserstoff-betriebenen Fahrzeugen notwendigen Sicherheitsmaßnahmen, dem Preis/Leistungs-Verhältnis der verwendeten kryogenen Kraftstoffe wird unter anderem die notwendige Betankungszeit eine wichtige Rolle bezüglich der Akzeptanz von kryogenen Kraftstoffen für den Kunden spielen. Als mit den ersten Test- bzw. Feldversuchen von Erdgas- und/oder Wasserstoff-betriebenen Fahrzeugen begonnen wurde, lagen die Betankungszeiten für Pkw′s im Bereich von 20 bis 30 min. Zwischenzeitlich konnten die Betankungszeiten zwar deutlich reduziert werden, jedoch sind die Betankungszeiten herkömmlicher Kraftstoff-Be­ tankungseinrichtungen noch nicht erreicht.
Ein Nachteil der bisherigen Betankungssysteme besteht in den Abdampfraten (Boil-off) der kryogenen Kraftstoffe, was sich negativ in der Energiebilanz niederschlägt. Die wesentlichen Ursachen für die damit verbundenen Kraftstoffverluste sind:
  • - Der Druck im Fahrzeugspeicherbehälter muß vor dem Befüllen abgesenkt und während der Betankung konstant gehalten werden.
  • - Die Betankungsleitung muß durch den kryogenen Kraftstoff vorgekühlt werden.
  • - Die Druckabfälle in der Betankungsleitung bewirken Siedevorgänge.
  • - Über Pumpen, Druckaufbausystem und Isolierungen wird dem System Wärme zugeführt.
Es sind Lösungsvorschläge bekannt, nach denen der abgedampfte Kraftstoff rückverdichtet oder rückkondensiert wird. Diese Lösungen stehen jedoch im Widerspruch zu dem Bestreben nach (möglichst) einfachen Anlagen- bzw. Systemkonzepten. Zu bedenken ist ferner, daß ein hoher Anteil des Energieinhalts kryogener Kraftstoffe zu deren Verflüssigung benötigt wird.
Um eine abgasfreie Betankung mit einem kryogenen Kraftstoff zu ermöglichen, wurde zwischenzeitlich dazu übergegangen, den Kraftstoff in Form von unterkühlter Flüssigkeit in den Speicherbehälter einzubringen bzw. einzuspeisen, wobei es zu einer Drucksenkung innerhalb des Speicherbehälters kommt und damit das Einkondensieren des noch im Speicherbehälter verbliebenen gasförmigen Mediums erreicht wird.
Dieses Verfahren gelingt bisher nur, wenn die Betankungsleitung durch einen vorgezogenen Verfahrensschritt vorgekühlt und der zu befüllende Speicherbehälter vor dem Befüllen druckentlastet wird. Bei dieser Verfahrensweise fällt jedoch in unerwünschter Weise vor dem Betankungsvorgang des Speicherbehälters Abgas an. Auch gelingt es damit nicht, die Abgasraten, die z. B. durch Druckaufbausystem und Isolierungen verursacht werden, zu eliminieren.
Während die ersten Betankungskupplungen für kryogene Kraftstoffe bzw. Medien eine Rückführleitung für das während des Betankungsvorganges aus dem Speicherbehälter ausströmende gasförmige Medium aufwiesen, können beim Verfahren des abgasfreien Betankens mit unterkühlter Flüssigkeit einadrige Betankungskupplungen einfacherer Bauart verwendet werden.
Zum Betanken von Speicherbehältern mit unterkühlter Flüssigkeit sind bisher folgende drei Verfahrensweisen bekannt:
  • - Das Betanken aus einem Standspeicherbehälter über eine Betankungsleitung in den Speicherbehälter. Die Unterkühlung wird dadurch erreicht, daß der kryogene Kraftstoff im Standspeicherbehälter bei niedrigem Druck gelagert wird und kurzfristig vor dem Betanken Druck auf den Standspeicherbehälter gegeben wird.
    Die wesentlichen Nachteile bei dieser Verfahrensweise sind die hohen Abgasverluste durch den Druckaufbauvorgang und die diskontinuierliche Betriebsweise.
  • - Das Betanken aus einem Standspeicherbehälter über eine Pumpe und über eine Betankungsleitung in den Speicherbehälter. Die Unterkühlung wird dadurch erreicht, daß der kryogene Kraftstoff im Standspeicherbehälter bei niedrigem Druck gelagert wird und mittels der Pumpe in den Speicherbehälter gefördert wird.
    Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahrensweise ist die Energieeinbringung durch die Pumpe, so daß bei Wasserstoff die Unterkühlung merklich gemindert wird. Zudem muß zum permanenten Kalthalten und Rückkühlen des Pumpsystems zusätzliches Kältemittel verdampft werden. Nachteilig ist ferner der erhöhte apparative Aufwand, der zudem ein erhöhtes Störpotential beinhaltet. Die vergleichsweise langen Rohrsysteme sowie die vergleichsweise großen Anzahl von Ventilen bewirken zusätzliche Druckabfälle und letztendlich erhöhte Abgasverluste, was sich insbesondere im Falle des Wasserstoffs sehr nachteilig bemerkbar macht.
  • - Das Betanken aus einem Standspeicherbehälter mit separatem Portionierungsspeicherbehälter über eine Betankungsleitung in den Speicherbehälter. Die Unterkühlung wird dadurch erreicht, daß der kryogene Kraftstoff im Standspeicherbehälter bei niedrigem Druck gelagert wird, eine bestimmte Portionierungsmenge, die mindestens für das Befüllen eines Speicherbehälters ausreicht, aus dem Standspeicherbehälter in den Portionierungsspeicherbehälter umgefüllt wird und unmittelbar vor dem Betanken Druck auf den Portionierungsspeicherbehälter gegeben wird.
    Die Nachteile dieses Anlagenkonzeptes besteht in dem zusätzlich erforderlichen externen Portionierungsspeicherbehälter und dem dazu gehörenden Leitungssystem, so daß Kosten, Platzbedarf und Verdampfungsverluste dadurch erhöht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe sowie ein Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung anzugeben, die bzw. das weder Verdichter noch Pumpen benötigt und mit nur einem vakuumisolierten Speicherbehälter und einem Minimum an vakuumisolierten Leitungen zu realisieren ist, wodurch eine kompakte und kostengünstige Bauweise ermöglicht wird.
Die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe weist
  • - wenigstens einen ersten Speicherbehälter sowie wenigstens einen zweiten Speicherbehälter, wobei die Speicherbehälter für die Speicherung von kryogenen Medien, wie z. B. verflüssigter Wasserstoff, verflüssigtes Erdgas, etc., geeignet sind, wobei der bzw. die zweiten Speicherbehälter innerhalb des bzw. der ersten Speicherbehälterangeordnet sind, wobei das Volumen des zweiten Speicherbehälters kleiner als das Volumen des ersten Speicherbehälters und gleichgroß oder größer als das Volumen des oder der Speicherbehälter des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs ist,
  • - wenigstens eine Leitung für kryogene Medien zwischen den Speicherbehältern, wobei in dieser Leitung wenigstens ein Ventil vorgesehen ist,
  • - wenigstens eine Leitung für kryogene Medien zwischen dem Volumen-mäßig kleineren der wenigstens zwei Speicherbehälter und der eigentlichen Betankungskupplung, und
  • - wenigstens eine Leitung für kryogene Medien, die die erwähnte Leitung für kryogene Medien mit einem externen Leitungsnetz für kryogene Medien verbindet.
Im Gegensatz zu den bisher realisierten Betankungseinrichtungen für kryogene Kraftstoffe bzw. Medien weist die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung einen zusätzlichen zweiten Speicherbehälter auf, der innerhalb des ersten Speicherbehälters angeordnet ist. Unter dem Begriff "innerhalb des ersten Speicherbehälters" ist zu verstehen, daß die beiden Speicherbehälter in einer gemeinsamen, mit einer Isolierung versehenen Speicheraußenbehälterkonstruktion untergebracht sind.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe bzw. Medien zeichnet sich dadurch aus, daß der zweite Speicherbehälter zumindest teilweise gegenüber dem ersten Speicherbehälter isoliert ausgeführt ist.
Hierbei ist es prinzipiell ausreichend, wenn derjenige Bereich des zweiten Speicherbehälters, innerhalb dessen der Flüssigkeitsspiegel des in dem zweiten Speicherbehälter gelagerten Mediums schwankt, gegen den ersten Speicherbehälter isoliert ist.
Das Volumen des zweiten Speicherbehälters ist erfindungsgemäß kleiner als das Volumen des ersten Speicherbehälters und zudem gleichgroß oder größer als das Volumen des Speicherbehälters des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs. Sollte das zu betankenden Fahrzeug mehrere Speicherbehälter aufweisen, wie es z. B. oftmals bei Bussen der Fall ist, so ist das Volumen des zweiten Speicherbehälters gleichgroß oder größer als die Summe der Volumina der Einzelspeicherbehälter des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs zu wählen. Dieser zweite Speicherbehälter dient als sog. Portionierungsspeicherbehälter bzw. -tank.
Bei der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung wird der für eine Betankung ohne Pumpe notwendige Förderdruck lediglich in diesem zweiten Speicherbehälter erzeugt. Dadurch wird zum einen der Einsatz einer Pumpe für kryogene Medien und die mit ihr einhergehenden Nachteile, wie unerwünschter Wärmeeinfall in das Betankungseinrichtungssystem, geringere Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Betankungseinrichtung, etc., unnötig. Zum anderen wird nur derjenige Teil des innerhalb der Speicherbehälter gespeicherten kryogenen Mediums unter Druck gesetzt, der anschließend in das zu betankende Fahrzeug umgefüllt wird.
Es empfiehlt sich, daß das Volumen des zweiten Speicherbehälters ein Vielfaches des Volumens des oder der Speicherbehälter des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs ist.
Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung wird es möglich, daß gegebenenfalls mehrere Fahrzeuge unmittelbar hintereinander betankt werden können, bevor ein erneuter Druckaufbau im zweiten Speicherbehälter notwendig ist. Diese Methode eignet sich insbesondere dann, wenn das gespeicherte Medium verflüssigtes Erdgas ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe sind in dem bzw. den ersten Speicherbehältern und/oder dem bzw. den zweiten Speicherbehältern Mittel zum Druckaufbau vorgesehen.
Sollten lediglich in dem ersten Speicherbehälter oder in dem zweiten Speicherbehälter Mittel zum Druckaufbau vorgesehen sein, so sind diese vorzugsweise so auszulegen, daß sie auch für den Druckaufbau in dem jeweils anderen Speicherbehälter verwendbar sind.
Hierbei sind die Mittel zum Druckaufbau vorzugsweise als eine in eine dem bzw. den ersten Speicherbehältern und/oder dem bzw. den zweiten Speicherbehältern zuführenden Leitung angeordneten Heizvorrichtung ausgebildet.
Selbstverständlich sind neben der erwähnten Heizvorrichtung, weitere, äquivalent wirkende Mittel zum Druckaufbau für den Fachmann denkbar.
Wie bereits erwähnt, liegt der Erfindung ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung anzugeben, das die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
  • - nach Herstellen der Verbindung zwischen dem bzw. den Speicherbehältern des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs und dem externen Leitungsnetz über die Betankungskupplung, eine Druckentlastung des Fahr­ zeug-Speicherbehälters in das externe Leitungsnetz erfolgt,
  • - nach erfolgter Druckentlastung in das externe Leitungsnetz ein Druckaufbau in dem zweiten Speicherbehälter erfolgt dadurch der Fahrzeug-Speicherbehälter aus dem zweiten Speicherbehälter mit flüssigem kryogenen Medium betankt wird, und
  • - nach erfolgter Betankung des Fahrzeug-Speicherbehälters, der zweite Speicherbehälter über eine Leitung aus dem ersten Speicherbehälter mit flüssigem kryogenen Medium befüllt wird, wobei die Gasfüllung aus dem zweiten Speicherbehälter in das externe Leitungsnetz abgegeben wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß während des Betankens bzw. des Befüllens des Fahrzeug-Speicherbehälters mit aus dem zweiten Speicherbehälter entnommenen kryogenen flüssigen Medium, ein weiterer Druckaufbau in dem zweiten Speicherbehälter durch Verdampfen eines Teilstromes des aus dem zweiten Speicherbehälter entnommenen kryogenen flüssigen Mediums und Rückführen des verdichteten Mediums in den zweiten Speicherbehälter erfolgt.
Die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art sowie weitere Ausgestaltungen der- bzw. desselben und die damit verbundenen Vorteile seien anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Hierbei ist, gemäß den Fig. 1 bis 3, innerhalb des ersten Speicherbehälters D1 ein zusätzlicher zweiter Speicherbehälter D2, der sog. Portionierungsspeicherbehälter bzw. -tank, angeordnet. Die beiden Speicherbehälter D1 und D2 sind über die Leitungen 5 und 6 sowie das in der Leitung 6 angeordnete Ventil d kommunizierend miteinander verbunden. Das Volumen des Speicherbehälters D2 ist gleichgroß oder größer als das Volumen des Speicherbehälters D3 des zu betankenden Fahrzeugs. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Speicherbehälter D2 die Flüssigkeitsfüllung des Speicherbehälters D3 aufnehmen kann.
Sinnvollerweise empfiehlt es sich, daß der Durchmesser des Speicherbehälters D2 möglichst klein gehalten wird, da durch diese Maßnahme eine Verringerung der (Rück)Kondensationsgeschwindigkeit in dem Speicherbehälter D2 erreicht wird.
In den Fig. 1 bis 3 ist ferner eine einadrige Betankungskupplung K dargestellt, die aus einem sog. "Male"- und einem sog. "Female"-Teil, wobei diese jeweils ein Ventil b bzw. c aufweisen, aufgebaut ist. Die Ventile b und c sind hierbei vorzugsweise als Kugelhähne ausgebildet. Die Trennlinie zwischen der Betankungseinrichtung und dem zu betankenden Fahrzeug ist schematisch durch die gestrichelt gezeichnete Linie, die die Bereiche "T" und "F", stehend für "Betankungseinrichtung" bzw. "Fahrzeug", gegeneinander abgrenzt, dargestellt. Der Speicherbehälter D3 des zu betankenden Fahrzeugs ist in den Figuren lediglich schematisch und daher auch ohne die in der Realität vorgesehene Isolierung dargestellt.
Nachdem über die Betankungskupplung K die Verbindung zwischen dem Speicherbehälter D3 des zu betankenden Fahrzeugs und dem externen Leitungsnetz hergestellt ist, wird bei geöffneten Ventilen c, b und f über die Leitungen 8, 7 und 9 die Gasfüllung des Speicherbehälters D3 in das externe Leitungsnetz 10 entspannt. Während dieses Verfahrensschrittes kühlen die Betankungsleitungen ab (dargestellt durch die fett gezeichneten Leitungen bzw. Leitungsabschnitte in der Fig. 1).
Nach erfolgter Druckentlastung wird, wie in der Fig. 2 dargestellt, Ventil e, das vorzugsweise als Kugelhahn ausgebildet ist, geöffnet und der Speicherbehälter D3 des zu betankenden Fahrzeugs mit dem Speicherbehälter D2 über die Leitung 5, 4, 7 und 8 verbunden. Der notwendige Förderdruck wird durch Verdampfen einer Flüssigkeitsteilmenge im Wärmetauscher E und durch Druckaufgabe über Leitung 1 auf die Flüssigfüllung im Speicherbehälter D2 erzeugt. Damit wird die Flüssigfüllung des Speicherbehälters D2 in den Speicherbehälter D3 gefördert (dargestellt durch die fett gezeichneten Leitungen bzw. Leitungsabschnitte in der Fig. 2).
Am Ende der Betankungsleitung 8 ist eine Brause B vorgesehen, mittels der die unterkühlte Flüssigkeit in den Fahrzeug-Speicherbehälter D3 eingespeist bzw. eingebracht wird, wodurch ein Rückkondensieren des noch in dem Speicherbehälter D3 verbliebenen Gases erreicht wird. Durch diese Rückkondensation des noch im Speicherraum des Speicherbehälters D3 befindlichen Gases, wird während des Betankungsvorganges jegliche Gasbildung vermieden und es wird die Verwendung einer einadrigen Betankungskupplung K ermöglicht, da während des Betankens kein Rückgas aus dem Fahrzeug-Speicherbehälter D3 anfällt.
Nach erfolgter Betankung des Fahrzeug-Speicherbehälters D3 aus dem Portionierungsspeicherbehälter D2, wird, wie in der Fig. 3 dargestellt, Ventil e geschlossen und die Ventile a, d und f werden geöffnet. Nachdem über die Leitungen 6 und 5 Medium aus dem Speicherbehälter D1 in den Speicherbehälter D2 geströmt ist und diesen dadurch wieder gefüllt hat, können erneut weitere Betankungsvorgänge durchgeführt werden. Das während dieses Umfüllvorganges aus dem Speicherbehälter D2 verdrängte gasförmige kryogene Medium wird über die Leitungen 1, 2, 3, 4 und 9 dem externen Leitungsnetz 10 zugeführt.
Da das Betankungsverfahren den Einsatz eines Verdichters nicht vorsieht, muß - falls überhaupt erforderlich, also falls ein Fahrbetrieb nicht auch bei niedrigeren Drücken möglich ist - die Konditionierung des in den Speicherbehälter D3 eingefüllten kryogenen Mediums auf eine andere, hier nicht gezeigte Art und Weise erfolgen.
Erfolgt über einen längeren Zeitraum eine zu geringe Entnahme von kryogenem flüssigen Medium aus dem Speicherbehälter D1, so würde es in diesem, aufgrund des Wärmeeinfalls über die Isolierung des Speicherbehälters D1, zu einer Druck- und Temperaturerhöhung kommen, wodurch der Unterkühlungsgrad der in den Speicherbehälter D3 einzuspeisenden kryogenen Flüssigkeit vermindert würde. Um dies zu vermeiden, wird in Intervallen das dadurch anfallende gasförmige Medium über die Leitungen 1, 2, 3, 4 und 9 dem externen Leitungsnetz für kryogene Medien 10 zugeführt.
Bei der Inbetriebnahme eines Fahrzeuges oder nach einer längeren Stillstandszeit eines Fahrzeuges ist es notwendig, daß der Speicherbehälter D3 vor dem eigentlichen Betankungs- bzw. Befüllungsvorgang zunächst auf Betriebstemperatur abgekühlt wird. Dieses Abkühlen erfolgt im Pilgerschrittverfahren, wobei mehrmals kryogene Flüssigkeit aus dem Speicherbehälter D2 über die Leitungen 5, 4, 7 und 8 in den Speicherbehälter D3 eingespeist und nach dem Erreichen des oberen Betriebsdrucks des Speicherbehälters D3 über die Leitungen 8, 7 und 9, bei geöffnetem Ventil f in das externe Leitungsnetz 10 abgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit weisen gegenüber den bekannten Betankungseinrichtungen bzw. Verfahren folgende Vorteile auf:
  • - Minimierung des Wärmeeinfalls und Optimierung der Flüssigkeitsunterkühlung durch das kompakte "Tank-in-Tank"-System.
  • - Optimierung der Flüssigkeitsunterkühlung durch Verzicht auf eine Pumpe und durch kurze Leitungen ohne Ventilverengungen.
  • - Hohe Betriebssicherheit und Verfügbarkeit, einfache Wartung und Kostenreduzierung, da auf kryogene Pumpe(n) verzichtet wird.
  • - Geringer Platzbedarf aufgrund der Kompaktheit der Betankungseinrichtung.
  • - Kurze Betankungszeit durch optimale Unterkühlung der Flüssigkeit, wobei aufgrund der kurzen und massearmen Betankungsleitung ohne Ventile ein Sieden der Flüssigkeit und ein ansonsten an den Drosselstellen eintretender Druckabfall und eine daraus resultierende Gasbildung vermieden wird.
  • - Kein (Kalt-)Verdichter erforderlich.
Prinzipiell ist anzumerken, daß selbstverständlich die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum abgasfreien Betanken nicht nur auf das Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit, sondern auch auf das Betanken bzw. Befüllen von z. B. stationären Speicherbehältern anwendbar ist.

Claims (6)

1. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe,
  • - mit wenigstens einem ersten Speicherbehälter (D1) sowie wenigstens einem zweiten Speicherbehälter (D2), wobei die Speicherbehälter (D2, D1) für die Speicherung von kryogenen Medien, wie z. B. verflüssigter Wasserstoff, verflüssigtes Erdgas, etc., geeignet sind, wobei der bzw. die zweiten Speicherbehälter (D2) innerhalb des bzw. der ersten Speicherbehälter (D1) angeordnet sind, wobei das Volumen des zweiten Speicherbehälters (D2) kleiner als das Volumen des ersten Speicherbehälters (D1) und gleichgroß oder größer als das Volumen des oder der Speicherbehälter (D3) des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs ist,
  • - mit wenigstens einer Leitung (5, 6) für kryogene Medien zwischen den Speicherbehältern (D2, D1), wobei in dieser Leitung (5, 6) wenigstens ein Ventil (d) vorgesehen ist,
  • - mit wenigstens einer Leitung (1, 2, 4, 7) für kryogene Medien zwischen dem Volumen-mäßig kleineren der wenigstens zwei Speicherbehälter (D1, D2) und der eigentlichen Betankungskupplung (K), und
  • - mit wenigstens einer Leitung (9) für kryogene Medien, die die erwähnte Leitung (1, 2, 4, 7) für kryogene Medien mit einem externen Leitungsnetz (10) verbindet.
2. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Speicherbehälter (D2) zumindest teilweise gegenüber dem ersten Speicherbehälter (D1) isoliert ausgeführt ist.
3. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Druckaufbau in dem bzw. den ersten Speicherbehältern (D1) und/oder dem bzw. den zweiten Speicherbehältern (D2) vorgesehen sind.
4. Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Druckaufbau als eine in einer dem bzw. den ersten Speicherbehältern (D1) und/oder dem bzw. den zweiten Speicherbehältern (D2) zuführenden Leitung angeordneten Heizvorrichtung (E) ausgebildet sind.
5. Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer Betankungseinrichtung gemäß den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - nach Herstellen der Verbindung zwischen dem bzw. den Speicherbehältern (D3) des mittels der Betankungseinrichtung zu betankenden Fahrzeugs und dem externen Leitungsnetz (10) über die Betankungskupplung (K), eine Druckentlastung des Fahrzeug-Speicherbehälters (D3) in das externe Leitungsnetz (10) erfolgt,
  • - nach erfolgter Druckentlastung in das externe Leitungsnetz (10) ein Druckaufbau in dem Speicherbehälter (D2) erfolgt, dadurch der Fahrzeug-Spei­ cherbehälter (D3) aus dem zweiten Speicherbehälter (D2) mit flüssigem kryogenen Medium betankt wird, und
  • - nach erfolgter Betankung des Fahrzeug-Speicherbehälters (D3), der Speicherbehälter (D2) über eine Leitung (6) aus dem Speicherbehälter (D1) mit flüssigem kryogenen Medium befüllt wird, wobei die Gasfüllung aus dem Speicherbehälter (D2) in das externe Leitungsnetz (10) abgegeben wird.
6. Verfahren zum Betanken nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betankens bzw. des Befüllens des Fahrzeug-Speicherbehälters (D3) mit aus dem Speicherbehälter (D2) entnommenen kryogenen flüssigen Medium, ein Druckaufbau in dem Speicherbehälter (D2) durch Verdampfen (E) eines Teilstromes des aus dem Speicherbehälter (D2) entnommenen kryogenen flüssigen Mediums und Rückführen des verdichteten Mediums in den Speicherbehälter (D2) erfolgt.
DE19704362A 1997-02-05 1997-02-05 Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung Expired - Fee Related DE19704362C1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19704362A DE19704362C1 (de) 1997-02-05 1997-02-05 Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19704362A DE19704362C1 (de) 1997-02-05 1997-02-05 Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19704362C1 true DE19704362C1 (de) 1998-01-02

Family

ID=7819396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19704362A Expired - Fee Related DE19704362C1 (de) 1997-02-05 1997-02-05 Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19704362C1 (de)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1009512C2 (nl) * 1998-06-29 2000-01-04 Vialle Beheer B V Drukvat alsmede LPG-brandstofinjectiesysteem.
DE19835285C1 (de) * 1998-08-05 2000-01-05 Sauerstoffwerk Guttroff F Gmbh Vorrichtung zur Bereitstellung einer kryogenen Flüssigkeit
DE19928890A1 (de) * 1999-06-24 2000-12-28 Messer Ags Gmbh Kaltvergaser
EP1179702A1 (de) * 2000-08-08 2002-02-13 XCELLSIS GmbH Speicherbehälter für gasförmige Medien
DE102005019413A1 (de) * 2005-04-25 2006-10-26 Messer Group Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllgas oder Füllgasgemisch
US7131278B2 (en) * 2002-04-10 2006-11-07 Linde Aktiengesellschaft Tank cooling system and method for cryogenic liquids
WO2007048488A1 (de) * 2005-10-27 2007-05-03 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur gasdruckkerhöhung
EP3026322A1 (de) * 2014-11-27 2016-06-01 Linde Aktiengesellschaft Speichereinrichtung für unterkühlte kryogene Flüssigkeiten
EP3450819A1 (de) * 2017-08-31 2019-03-06 Messer Group GmbH Verfahren zum befüllen eines mobilen kältemitteltanks mit einem kryogenen kältemittel
WO2019042714A1 (de) * 2017-08-31 2019-03-07 Messer Group Gmbh Vorrichtung und verfahren zum befüllen eines mobilen kältemitteltanks mit einem kryogenen kältemittel
DE102022133026A1 (de) 2022-12-12 2024-06-13 Gate Space Innovation Gmbh Betankungssystem für ein Raumfahrzeug und Verfahren zum Füllen eines Treibstofftanks eines Raumfahrzeugs

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-K 190 50 Ia/17g *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1009512C2 (nl) * 1998-06-29 2000-01-04 Vialle Beheer B V Drukvat alsmede LPG-brandstofinjectiesysteem.
DE19835285C1 (de) * 1998-08-05 2000-01-05 Sauerstoffwerk Guttroff F Gmbh Vorrichtung zur Bereitstellung einer kryogenen Flüssigkeit
EP0978682A2 (de) * 1998-08-05 2000-02-09 Sauerstoffwerk Friedrich Guttroff Gmbh Vorrichtung zur Bereitstellung einer kryogenen Flüssigkeit
EP0978682A3 (de) * 1998-08-05 2004-04-28 Sauerstoffwerk Friedrich Guttroff Gmbh Vorrichtung zur Bereitstellung einer kryogenen Flüssigkeit
DE19928890A1 (de) * 1999-06-24 2000-12-28 Messer Ags Gmbh Kaltvergaser
EP1179702A1 (de) * 2000-08-08 2002-02-13 XCELLSIS GmbH Speicherbehälter für gasförmige Medien
US7131278B2 (en) * 2002-04-10 2006-11-07 Linde Aktiengesellschaft Tank cooling system and method for cryogenic liquids
EP1717510A2 (de) 2005-04-25 2006-11-02 Messer Group GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllgas oder Füllgasgemisch
DE102005019413A1 (de) * 2005-04-25 2006-10-26 Messer Group Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllgas oder Füllgasgemisch
EP1717510A3 (de) * 2005-04-25 2008-07-09 Messer Group GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllgas oder Füllgasgemisch
CN1854596B (zh) * 2005-04-25 2010-06-09 梅塞尔集团有限公司 用于以填充气体或填充气体混合物填充容器的方法和装置
WO2007048488A1 (de) * 2005-10-27 2007-05-03 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zur gasdruckkerhöhung
EP3026322A1 (de) * 2014-11-27 2016-06-01 Linde Aktiengesellschaft Speichereinrichtung für unterkühlte kryogene Flüssigkeiten
EP3450819A1 (de) * 2017-08-31 2019-03-06 Messer Group GmbH Verfahren zum befüllen eines mobilen kältemitteltanks mit einem kryogenen kältemittel
WO2019042714A1 (de) * 2017-08-31 2019-03-07 Messer Group Gmbh Vorrichtung und verfahren zum befüllen eines mobilen kältemitteltanks mit einem kryogenen kältemittel
CN111148931A (zh) * 2017-08-31 2020-05-12 梅塞尔集团有限公司 用于用低温制冷剂填充移动制冷剂罐的设备和方法
US11300248B2 (en) 2017-08-31 2022-04-12 Messer Se & Co. Kgaa Device and process for filling a mobile refrigerant tank with a cryogenic refrigerant
CN111148931B (zh) * 2017-08-31 2022-10-04 梅塞尔集团有限公司 用于用低温制冷剂填充移动制冷剂罐的设备和方法
DE102022133026A1 (de) 2022-12-12 2024-06-13 Gate Space Innovation Gmbh Betankungssystem für ein Raumfahrzeug und Verfahren zum Füllen eines Treibstofftanks eines Raumfahrzeugs

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1360084B1 (de) Tankstelle für wasserstoff
DE69838370T2 (de) Abgabesystem für ein cryogenen Fluidums unter hohem Druck
DE19704362C1 (de) Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung
DE102005028199A1 (de) Speicherbehälter für kyrogene Medien
DE102008060127A1 (de) Anlage zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit Wasserstoff
DE112019005717T5 (de) Fluid-bypass-verfahren und -system zur steuerung der temperatur eines nicht-petroleum-kraftstoffs
DE102007011742A1 (de) Verfahren zum Befüllen eines für ein tiefkaltes Speichermedium, insbesondere Wasserstoff, vorgesehenen Druckspeichers
EP2076707B1 (de) Vorrichtung zum schnellen befüllen von druckgasbehältern
DE102007023821A1 (de) Verfahren zum Befüllen eines kryogenen Wasserstoff vorgesehenen Speicherbehälters insbesondere eines Kraftfahrzeugs
DE19704360C1 (de) Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung
EP0574811B1 (de) Verfahren zum Kaltfahren eines Speicherbehälters
DE4212626C2 (de) Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff und Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregats mit flüssigem oder gasförmigem Wasserstoff aus einem Speicherbehälter
DE19546659C2 (de) Einrichtung zum Betanken eines Fahrzeugs
DE19704361C1 (de) Betankungseinrichtung für kryogene Kraftstoffe und Verfahren zum abgasfreien Betanken von Fahrzeugen jeder Art mit unterkühlter Flüssigkeit aus einer derartigen Betankungseinrichtung
DE10040679A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur druckgeregelten Versorgung aus einem Flüssiggastank
DE102007057979B4 (de) Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit kryogenem Wasserstoff
DE102017008210A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Befüllen eines mobilen Kältemitteltanks mit einem kryogenen Kältemittel
WO1999003698A1 (de) Druckgasbehälter für ein fahrzeug, verfahren zum betanken desselben und gas füllanlage
DE102017217348A1 (de) Druckbehältersystem und Verfahren zum Zuführen von Brennstoff aus einem Druckbehältersystem
DE19744431C1 (de) Verfahren zum Abkühlen von Umgebungswärme ausgesetzten Komponenten einer Betankungsvorrichtung für kryogene Medien sowie Betankungsvorrichtung für kryogene Medien
DE102017008211B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines mobilen Kältemitteltanks mit einem kryogenen Kältemittel
DE19506486C2 (de) Vorrichtung zum Verdampfen kryogener Medien
DE102021004689B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Betanken eines Fahrzeugtanks mit komprimiertem gasförmigem Wasserstoff
DE2352147C3 (de) Vorrichtung zur Versorgung eines Kryostaten
WO2005003621A1 (de) Speichersystem für kryogene medien

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee