DE10142757C1 - Refueling device and method for refueling cryofuel-powered vehicles - Google Patents
Refueling device and method for refueling cryofuel-powered vehiclesInfo
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Abstract
Zur Betankung von mit kryogenem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugen wird unterkühlter verflüssigter kryogener Kraftstoff aus einem Vorratstank unter Druck einem Fahrzeugtank zugeführt. Zur Wiederherstellung des notwendigen Betriebsdrucks im Fahrzeugtank wird bei Betankungseinrichtungen nach dem Stande der Technik im Anschluss an die Befüllung mit verflüssigtem Kraftstoff warmes Gas zugeführt. DOLLAR A Insbesondere bei Fahrzeugtanks, die vor der Befüllung leer und erwärmt waren, wird dabei viel Zeit zur Herstellung eines thermischen Gleichgewichts nach der Befüllung benötigt. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden beim Betankungsvorgang Parameter wie Druck oder Strömung des dem Fahrzeugtank zugeführten kryogenen Kraftstoffs oder Parameter des Fahrzeugtanks wie Größe, Innentemperatur u. dgl. erfasst und zur Reglung einer den jeweiligen Füllzuständen angepassten Temperatur des zugeführten Kryokraftstoffs eingesetzt. Dadurch gelingt eine rasche Einstellung des thermischen Gleichgewichts im Fahrzeugtank nach der Befüllung.To refuel vehicles powered by cryogenic fuel, supercooled liquefied cryogenic fuel is fed from a storage tank under pressure to a vehicle tank. In order to restore the necessary operating pressure in the vehicle tank, hot gas is supplied to refueling devices according to the prior art after filling with liquefied fuel. DOLLAR A Particularly in the case of vehicle tanks that were empty and warmed before filling, a lot of time is required to establish a thermal equilibrium after filling. DOLLAR A According to the invention, parameters such as pressure or flow of the cryogenic fuel supplied to the vehicle tank or parameters of the vehicle tank such as size, internal temperature and the like are used during the refueling process. The like. Detected and used to regulate a temperature of the supplied cryofuel adapted to the respective filling states. This enables the thermal equilibrium in the vehicle tank to be set quickly after filling.
Description
Die Erfindung betrifft eine Betankungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betanken von mit kryogenem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugen gemäß den Oberbegriffen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 9.The invention relates to a refueling device and a method for Refueling vehicles powered by cryogenic fuel in accordance with the Preamble of claim 1 and claim 9.
Kryogene Kraftstoffe, wie verflüssigtes Erdgas, verflüssigter Wasserstoff u. dergl. gewinnen wegen ihres sparsamen Energiebedarfs und ihres umweltfreundlichen Betriebs als Energieträger, insbesondere als Kraftstoff für Fahrzeuge, wie Personenkraftwagen, Bussen, Schienenfahrzeugen oder Flugzeugen zunehmend an Bedeutung.Cryogenic fuels such as liquefied natural gas, liquefied hydrogen and the like. like. win because of their economical energy consumption and their environmentally friendly Operating as an energy source, especially as a fuel for vehicles such as Passenger cars, buses, rail vehicles or aircraft increasingly in importance.
Die Speicherung des Kraftstoffes erfolgt dabei sinnvollerweise in tiefkalter verflüssigter Form. Dazu wird der Kraftstoff im Fahrzeugtank durch geeignete Isoliermaßnahmen auf einen Wert unterhalb des Siedepunktes des Kraftstoffes gehalten. Zur Betankung wird dem Fahrzeugtank somit Kraftstoff in verflüssigter Form zugeführt.The fuel is usefully stored in cryogenic conditions liquefied form. To do this, the fuel in the vehicle tank is suitably Isolation measures to a value below the boiling point of the fuel held. Fuel is thus liquefied in the vehicle tank for refueling Form fed.
In der US 5 373 702 erfolgt die Betankung dabei aus einem Standspeicher behälter, in dem der Kraftstoff bei tiefer Temperatur und einem niedrigen Druck gelagert wird. Die Unterkühlung wird dadurch erreicht, dass der kryogene Kraftstoff im Standspeicherbehälter bei niedrigem Druck gelagert wird und mittels einer Pumpe in den Speicherbehälter gefördert wird. Da der Kraftstoff dem Fahrzeugtank im unterkühlten Zustand zugeführt wird, kommt es zu einer Drucksenkung im Fahrzeugtank und damit zum Einkondensieren von im Fahrzeugtank verbliebenen gasförmigem Mediums. Um den erforderlichen Betriebsdruck im Fahrzeugtank herzustellen, wird daher nach Abschluss des Befüllvorgangs verflüssigter Kraftstoffs mittels eines Wärmetauschers verdampft und dem Fahrzeugtank zwecks Druckerhöhung zugeführt.In US Pat. No. 5,373,702, the refueling takes place from a standing storage container in which the fuel at low temperature and low pressure is stored. Supercooling is achieved by using the cryogenic fuel is stored in the still storage container at low pressure and by means of a Pump is pumped into the storage tank. Because the fuel the Vehicle tank is supplied in the supercooled state, there is a Pressure reduction in the vehicle tank and thus for condensing in Vehicle tank remaining gaseous medium. To the required Creating operating pressure in the vehicle tank is therefore after the completion of the Filling process liquefied fuel evaporated by means of a heat exchanger and fed to the vehicle tank for the purpose of increasing the pressure.
In der DE 197 04 360 C1 wird eine Betankungseinrichtung beschrieben, bei der ein erster Speicherbehälter mit einem zweiten Speicherbehälter strömungsverbunden ist, der innerhalb des ersten Speicherbehälters angeordnet ist und mit einem Fahrzeugtank strömungsverbunden wird. Der zum Befüllen erforderliche Druckaufbau im zweiten Speicherbehälter erfolgt zu Beginn des Befüllvorgangs mittels einer Heizeinrichtung. Nach Beendigung des Befüllvorgangs wird zwecks Druckaufbau die Gasphase im zweiten Speicherbehälter mit dem Fahrzeugtank strömungsverbunden.DE 197 04 360 C1 describes a refueling device in which a first storage container with a second storage container is connected to the flow, which is arranged within the first storage container and is fluidly connected to a vehicle tank. The one to fill required pressure build-up in the second storage tank takes place at the beginning of Filling process using a heating device. After the filling process the gas phase in the second storage tank with the Vehicle tank connected to the flow.
In der US 5 231 838 wird der zu befüllende Kraftstoff aus einem Standspeichertank einem Portionierungsspeicherbehälter zugeführt, dessen Innendruck durch Wärmetauscher mit der Umgebung bzw. mit einem Flüssigstickstoffspeicher einstellbar ist. Nach dem Befüllvorgang erfolgt der Druckaufbau im Fahrzeugtank durch die Herstellung einer Strömungsverbindung der Gasphase des Portionierungsspeicherbehälters mit der des Fahrzeugtanks.In US 5 231 838, the fuel to be filled is made from one Stand storage tank fed to a portioning storage container, the Internal pressure through the heat exchanger with the environment or with a Liquid nitrogen storage is adjustable. After the filling process the Pressure build-up in the vehicle tank by establishing a flow connection the gas phase of the portioning storage container with that of the vehicle tank.
Problematisch bei den vorgenannten Gegenständen ist, dass sich der Inhalt des Fahrzeugtanks nach Beendigung des Befüllvorgangs nicht vollständig im thermischen Gleichgewicht befindet. Dies gilt besonders für Fahrzeuge, deren Tank vor der Befüllung vollständig entleert und mehr oder weniger stark erwärmt war. Das nach der eigentlichen Flüssigbetankung zugeführte, zum Druckaufbau bestimmte Gas kann auskondensieren und hierdurch der Betriebsdruck im Fahrzeugtank unterschritten werden.The problem with the aforementioned objects is that the content of the Vehicle tanks are not completely in after the filling process thermal equilibrium. This is especially true for vehicles whose The tank is completely empty before filling and warmed up to a greater or lesser extent was. That supplied after the actual liquid refueling, to build up pressure certain gas can condense and thereby the operating pressure in the Vehicle tank are below.
Aufgabe der Erfindung ist demnach, die Betankungszeiten von Fahrzeugen, die mit verflüssigten kryogenen Kraftstoffen betrieben werden, insbesondere bei Fahrzeugen mit erwärmten Fahrzeugtanks zu reduzieren.The object of the invention is therefore the refueling times of vehicles that run on liquefied cryogenic fuels, especially at Reduce vehicles with heated vehicle tanks.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Betankungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betanken mit den Merkmalen des Anspruchs 9.This task is solved by a refueling device with the features of claim 1 and by a method for refueling with the features of Claim 9.
Die erfindungsgemäße Betankungseinrichtung zum Betanken von mit kryogenem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugen umfasst einen druckfesten und wärmeisolierten Vorratstank zur Speicherung von verflüssigtem kryogenen Kraftstoff in einem unterkühlten Zustand, d. h. bei Temperaturen deutlich unterhalb der Siedetemperatur, Mittel zum Erzeugen eines vorgegebenen Fülldrucks und eine über eine Flüssigkeitszuleitung mit dem Vorratstank strömungsverbundenen Tanksäule zur Betankung eines Fahrzeugtanks. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist die Flüssigkeitszuleitung mit Stellmitteln zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur des durch die Flüssigleitung hindurchgeführten verflüssigten kryogenen Kraftstoffes ausgerüstet, die mit einer Steuereinheit in Datenverbindung stehen, mit welcher die Temperatur des Kraftstoffs in Abhängigkeit von an Erfassungsmitteln erfassten - und für den Befüllvorgang wesentlichen - Parametern des Füllvorgangs regelbar ist.The refueling device according to the invention for refueling with cryogenic Fuel powered vehicles include a pressure resistant and heat insulated Storage tank for storing liquefied cryogenic fuel in one hypothermic condition, d. H. at temperatures well below the Boiling temperature, means for generating a predetermined filling pressure and a flow-connected to the storage tank via a liquid supply line Fuel pump for refueling a vehicle tank. To solve the task according to the invention is the liquid supply with adjusting means for Setting a predetermined temperature through the liquid line passed liquefied cryogenic fuel equipped with a Control unit in data connection with which the temperature of the Fuel as a function of the detection means recorded - and for the Filling process essential - parameters of the filling process is adjustable.
Dabei werden die Parameter kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen erfasst und die erfassten Werte der Steuereinheit zugeführt. Die Temperatur des dem Fahrzeugtank zugeführten kryogenen Kraftstoffes wird also im flüssigen Zustand laufend den aktuellen Erfordernissen angepasst. Auf diese Weise wird erreicht, dass auch die Temperatur des Kraftstoffes im Innern des Fahrzeugtanks stets den jeweiligen Erfordernissen angepasst ist. So wird etwa beim Befüllen warmer Tanks zunächst unterkühlter Kraftstoff zugeführt, um ein eine möglichst rasche Abkühlung des Tanks zu erzielen. In der Folge wird sukzessive wärmerer Kraftstoff zugeführt, um das Tankinnere bereits während des Einfüllvorgangs dem im Betrieb des Tanks herrschenden Siedezustand anzugleichen. Eine nachfolgende Beaufschlagung des Tanks mit Gas ist nicht erforderlich. Ein Fahrzeug ist somit nach der Betankung an einer erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung sehr viel schneller betriebsbereit als nach der Betankung an Betankungseinrichtungen nach dem Stande der Technik.The parameters are continuous or at predetermined time intervals detected and the detected values supplied to the control unit. The temperature of the The cryogenic fuel supplied to the vehicle tank is therefore in the liquid Condition continuously adapted to current requirements. That way that also reaches the temperature of the fuel inside the vehicle tank is always adapted to the respective requirements. This is what happens when filling Warm tanks are initially supplied with supercooled fuel, in order to make one as possible to achieve rapid cooling of the tank. As a result, it gradually becomes warmer Fuel supplied to the inside of the tank during the filling process equalize the boiling state prevailing in the operation of the tank. A Subsequent loading of the tank with gas is not necessary. On After refueling, the vehicle is thus on an inventive one Refueling device ready for operation much faster than after refueling at fueling facilities according to the state of the art.
Zu den erfassten Parametern, für die entsprechende Erfassungsmittel vorgesehen sind, gehören in bevorzugter Weise etwa die Strömungsgeschwindigkeit, der Druck und/oder die Temperatur des dem Fahrzeugtank zugeführten kryogenen Kraftstoffs.Regarding the captured parameters, provided for the corresponding capturing means are preferably about the flow rate, the Pressure and / or the temperature of the cryogenic supplied to the vehicle tank Fuel.
In vorteilhafter Weise kann die Steuereinheit zusätzlich mit Erfassungsmitteln zur Erfassung von Parametern in Datenaustausch gebracht werden, die den Tank- Status betreffen. So kann etwa das Tankvolumen, der zulässige Höchstdruck, der Füllstand oder die Innentemperatur des Fahrzeugtanks vor dem Befüllvorgang erfasst und in der Regelung der Kraftstofftemperatur oder des Kraftstoffzustroms in den Fahrzeugtank berücksichtigt werden. Diese Daten können beispielsweise mittels einer Chipkarte oder mittels berührungsloser Datenträger übermittelt werden.Advantageously, the control unit can also be equipped with detection means Acquisition of parameters are brought into data exchange that the tank Status concern. For example, the tank volume, the permissible maximum pressure, the Level or the internal temperature of the vehicle tank before the filling process recorded and in the control of the fuel temperature or the fuel inflow be taken into account in the vehicle tank. This data can, for example transmitted by means of a chip card or by means of a contactless data carrier become.
Zweckmäßigerweise ist die Tanksäule mit einer Gasableitung zum Abführen von verdampftem kryogenen Kraftstoff aus dem Fahrzeugtank ausgerüstet, die mit einem Gassammelbehälter zur zumindest vorübergehenden Speicherung des verdampften kryogenen Kraftstoffes strömungsverbunden ist. Der beim Befüllen des Fahrzeugtanks entstehende gasförmige Kraftstoff geht somit nicht verloren, sondern wird einer Weiterverwertung zugeführt.The tank column is expediently provided with a gas discharge line for removing vaporized cryogenic fuel from the vehicle tank equipped with a gas collection container for at least temporarily storing the vaporized cryogenic fuel is fluidly connected. The one when filling the gaseous fuel produced in the vehicle tank is not lost, but is recycled.
Die Gasableitung ist dabei bevorzugt mit dem Vorratstank in Strömungsverbindung bringbar. Auf diese Weise kann Überdruck, der beispielsweise im Verlauf des Betankungsvorgangs im Vorratstank entsteht, abgeleitet und einer späteren Nutzung wieder zugeführt werden.The gas discharge line is preferably in flow connection with the storage tank brought. In this way, excess pressure, for example in the course of Refueling process occurs in the storage tank, derived and a later Use again.
Zur Herstellung des erforderlichen Fülldrucks kommt bevorzugt wenigstens ein Druckbehälter zum Einsatz, der während des Befüllvorgangs mit dem Vorratstank strömungsverbunden wird und dort für den Aufbau eines entsprechenden Stützdrucks sorgt. Mit dieser Anordnung werden aufwändige und anfällige Pumpenanordnungen in der Flüssigkeitszuleitung vermieden. Als Druckbehälter kommen beispielsweise einzelne Druckflaschen oder ein Druckflaschenbündel zum Einsatz.At least one is preferably used to produce the required filling pressure Pressurized container to be used during the filling process with the storage tank is connected to the flow and there for the construction of a corresponding Support pressure. With this arrangement, elaborate and fragile Pump arrangements in the liquid supply line avoided. As a pressure vessel come, for example, individual pressure bottles or a pressure bottle bundle for use.
Alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Druckerzeugern kommt ein Gasverdichter in Betracht, der mit der Gasableitung oder dem Gassammelbehälter strömungsverbunden ist. Auf diese Weise wird eine besonders vorteilhafte Nutzung des im Gassammelbehälter oder der Gasableitung vorliegenden Abgases erreicht.As an alternative or in addition to the aforementioned pressure generators Gas compressor into consideration, the one with the gas discharge or the gas collection container is connected to the flow. In this way it becomes a particularly advantageous one Use of the exhaust gas present in the gas collection container or gas discharge reached.
Eine besonders Variante der erfindungsgemäßen Betankungseinrichtung sieht einen alternierenden Einsatz zweier Behälter vor. Dazu sind zwei Behälter mit Einrichtungen zur Verflüssigung von gasförmigem kryogenem Treibstoff ausgerüstet und mit der Flüssigkeitszuleitung über geeignete Strömungsmittel derart verbunden, dass beide Behälter abwechselnd als Vorratstank und als Gassammelbehälter einsetzbar sind.A particularly variant of the refueling device according to the invention can be seen an alternating use of two containers. Two containers are included Equipment for the liquefaction of gaseous cryogenic fuel equipped and with the liquid supply via suitable fluids connected in such a way that both containers alternately as a storage tank and as Gas collection containers can be used.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betanken von mit kryogenem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugen, bei dem verflüssigter kryogener Kraftstoff in einem Vorratstank unterkühlt gelagert und unter einem vorgegebenen Fülldruck einem Fahrzeugtank zugeführt wird, werden also Parameter des Füllvorgangs wie Druck, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit in der Flüssigkeitszuleitung, kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen erfasst. Mittels einer Steuereinrichtung wird die Temperatur und/oder der Zustrom des dem Fahrzeugtank zugeführten verflüssigten kryogenen Kraftstoffes in Abhängigkeit von den erfassten Parametern geregelt. Der flüssige kryogene Treibstoff wird also während der Betankung temperiert und in seinem Zustrom automatisch geregelt. Das Fahrzeug kann, insbesondere bei zuvor vollständig entleertem und warmem Fahrzeugtank, sehr viel rascher betankt werden, als dies bei Betankungsverfahren nach dem Stande der Technik möglich ist.In the method according to the invention for refueling with cryogenic fuel operated vehicles, with the liquefied cryogenic fuel in one Storage tank stored supercooled and under a predetermined filling pressure Vehicle tank is supplied, parameters of the filling process such as pressure, Temperature, flow rate in the liquid supply, continuously or recorded at predetermined time intervals. By means of a control device the temperature and / or the inflow of the supplied to the vehicle tank liquefied cryogenic fuel depending on the detected Parameters regulated. The liquid cryogenic fuel is therefore during the Refueling tempered and automatically regulated in its inflow. The vehicle can, especially when the vehicle tank is completely empty and warm, can be refueled much more quickly than is the case with refueling procedures after State of the art is possible.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auch Parameter des jeweiligen Fahrzeugtank-Status vor Beginn des Betankungsvorgangs erfasst und zur Regelung des Fülldrucks oder der Temperatur und des Zustroms des dem Fahrzeugtank zugeführten Kraftstoffes eingesetzt werden.An advantageous development of the invention provides that parameters of the respective vehicle tank status recorded before the start of the refueling process and to regulate the filling pressure or the temperature and the inflow of the Vehicle fuel supplied fuel are used.
Um aufwändige Pump- oder Heizsysteme zu vermeiden, erfolgt die Erzeugung des Fülldrucks zweckmäßigerweise durch eine Druckbeaufschlagung des im Vorratstank gespeicherten kryogenen Kraftstoffes.In order to avoid complex pumping or heating systems, the Filling pressure expediently by pressurizing the Storage tank of stored cryogenic fuel.
Eine sehr rasche Befüllung eines Fahrzeugtanks wird in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch gewährleistet, dass der im Vorratstank erzeugte Fülldruck einen Wert von 5 bar (Überdruck) nicht unterschreitet. Bevorzugt liegt der Druckwert bei wenigstens 10 bar (Überdruck).A very quick filling of a vehicle tank is a special one Embodiment of the invention thereby ensures that the in the storage tank generated filling pressure does not fall below a value of 5 bar (overpressure). The pressure value is preferably at least 10 bar (excess pressure).
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, den beim Befüllen - insbesondere von warmen Fahrzeugtanks - dem Fahrzeugtank entweichenden gasförmigen Kraftstoff aufzufangen, ihn mittels Druckeinwirkung und/oder Einwirkung von Kälte zu verflüssigen und dem Vorratstank zuzuführen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann das dem Fahrzeugtank während des Befüllvorgangs entweichende Gas auch zur Weiterverwendung in ein Gasversorgungsnetz eingespeist werden.A particularly advantageous embodiment of the invention The procedure envisages that when filling - especially warm Vehicle tanks - gaseous fuel escaping from the vehicle tank catch it by pressure and / or cold liquefy and feed to the storage tank. Alternatively or in addition to this the gas escaping from the vehicle tank during the filling process can also be fed into a gas supply network for further use.
Anhand der Zeichnung soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.An exemplary embodiment of the invention will be described below with reference to the drawing are explained in more detail.
Die einzige Zeichnung (Figur) zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Betankung von mit kryogenem Kraftstoff betriebenen Fahrzeugen.The only drawing (figure) shows schematically an inventive Device for refueling vehicles powered by cryogenic fuel.
Die - im wesentlichen aus Standard-Komponenten aufgebaute - Betankungs einrichtung 1 umfasst einen Vorratstank 2 für flüssigen, kryogenen Kraftstoff, der über eine Flüssigkeitszuleitung 3 mit einer Tanksäule 4 verbunden ist.The - essentially constructed from standard components - refueling device 1 comprises a storage tank 2 for liquid, cryogenic fuel, which is connected via a liquid feed line 3 to a fuel pump 4 .
Der Vorratstank 2, in dem verflüssigter, kryogener Kraftstoff 5, wie etwa Wasserstoff oder Erdgas unterkühlt, d. h. bei Temperaturen deutlich unterhalb der Siedetemperatur des Kraftstoffes, gespeichert werden kann, ist mit wärme isolierten Wänden 6 versehen und für einem Betriebsüberdruck von mindestens 10 bar gegenüber dem Umgebungsdruck ausgelegt.The storage tank 2 , in which liquefied, cryogenic fuel 5 , such as hydrogen or natural gas, can be stored undercooled, ie at temperatures significantly below the boiling point of the fuel, is provided with heat-insulated walls 6 and for an operating pressure of at least 10 bar compared to that Ambient pressure.
In der Flüssigkeitszuleitung 3 sind in einem Leitungsabschnitt 7 nacheinander ein kontinuierlich zwischen einer Schließposition und einer Position mit maximalem Strömungsdurchfluss verstellbares Ventil 8 sowie ein vorzugsweise mit Wasser als Wärmequelle betriebener Wärmeübertrager 9 angeordnet. Eine Bypassleitung 10 mit eingebautem, gleichfalls kontinuierlich verstellbarem Ventil 11 umgeht den Leitungsabschnitt 7 strömungstechnisch. Der Wärmeübertrager 9 dient in der unten näher beschriebenen Weise dazu, den durch den Leitungsabschnitt 7 hindurch geführten verflüssigten kryogenen Kraftstoff 5 bis auf Temperaturen nahe an seinem Siedepunkt zu erwärmen, ohne ihn jedoch zu verdampfen. Im weiteren Verlauf der Flüssigkeitszuleitung 3 sind Mess-Sonden 13, 14 angeordnet. Die Mess-Sonde 13 dient zur Erfassung des Drucks, die Mess-Sonde 14 dient zur Erfassung der Temperatur des durch die Flüssigkeitszuleitung 3 hindurchgeführten kryogenen Kraftstoffes 5. In the liquid feed line 3 , a valve 8, which is continuously adjustable between a closed position and a position with maximum flow flow, and a heat exchanger 9 , preferably operated with water as the heat source, are arranged in a line section 7 in succession. A bypass line 10 with a built-in, also continuously adjustable valve 11 bypasses the line section 7 in terms of flow. The heat exchanger 9 serves, in the manner described in more detail below, to heat the liquefied cryogenic fuel 5 passed through the line section 7 to temperatures close to its boiling point, but without vaporizing it. Measuring probes 13 , 14 are arranged in the further course of the liquid supply line 3 . The measuring probe 13 is used to record the pressure, the measuring probe 14 is used to record the temperature of the cryogenic fuel 5 passed through the liquid supply line 3 .
Die Tanksäule 4 ist zur Weitergabe des verflüssigten kryogenen Kraftstoffes 5 an einen - hier nicht gezeigten - Fahrzeugtank mit einer Tankleitung 16 versehen. Bei der Tankleitung 16 handelt es um eine einrohrige, zum Transport von tiefkalten Medien geeignete Schlauchleitung, die in bekannter Weise vor Beginn des eigentlichen Tankvorgangs mit einer Einfüll-Leitung des Fahrzeugtanks druckdicht verbunden wird. Der Tankleitung 16 ist ein Durchflussmesser 17 zugeordnet, der den Mengendurchfluss durch die Tankleitung 16 hindurch misst.The fuel pump 4 is provided with a tank line 16 for passing on the liquefied cryogenic fuel 5 to a vehicle tank (not shown here). The tank line 16 is a single-tube hose line suitable for transporting cryogenic media, which is connected in a known manner in a known manner to a fill line of the vehicle tank before the actual tank operation begins. The tank line 16 is associated with a flow meter 17, through the measures the amount of flow through the tank line sixteenth
Zur Herstellung eines vorgegebenen Fülldrucks in der Tankleitung 16 ist im Ausführungsbeispiel ein Bündel 22 aus Druckgasflaschen, deren zulässiger Betriebsdruck jeweils 200-300 bar beträgt, vorgesehen, das über eine mittels eines Ventil 23 sperrbare Druckleitung mit dem Vorratstank 2 strömungsverbunden ist. Vor Beginn eines Betankungsvorgangs wird das Ventil 23 so lange geöffnet, bis der gewünschte Fülldruck im Vorratstank 2 erreicht ist.To produce a predetermined filling pressure in the tank line 16 , a bundle 22 of compressed gas cylinders, the permissible operating pressure of which is 200-300 bar in each case, is provided in the exemplary embodiment, which bundle is connected to the storage tank 2 via a pressure line that can be blocked by a valve 23 . Before a refueling process begins, valve 23 is opened until the desired filling pressure in storage tank 2 is reached.
Um die Temperatur und den Zustrom des dem Fahrzeugtank zugeführten kryogenen Kraftstoffs 5 möglichst optimal den Erfordernissen anzupassen, ist eine Steuereinrichtung 19 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 19 ist mit den Mess- Sonden 13, 14 zur Erfassung von Temperatur und Druck sowie mit dem Durchflussmesser 17 datenverbunden. Zugleich besteht eine Datenverbindung mit einer Leseeinheit 20, mittels der Parameter des zu befüllenden Fahrzeugtanks, wie etwa Volumen, maximaler Fülldruck, Füllstand, Innentemperatur u. dergl. an die Steuereinrichtung 19 übermittelt werden können. Die Eingabe der Daten erfolgt dabei beispielsweise mit einem separaten und mit der Leseeinheit lösbar verbindbarer Datenträger, etwa einer Chipkarte oder mit einem berührungslosen Datenträger. Es ist auch vorstellbar, das Lesegerät in die Tank-Leitung 16 und den mit den entsprechenden Fahrzeugtank-Parametern gekennzeichneten Datenträger in die Einfüll-Leitung des zu betankenden Fahrzeugs zu integrieren.A control device 19 is provided in order to optimally adapt the temperature and the inflow of the cryogenic fuel 5 supplied to the vehicle tank to the requirements. The control device 19 is data-connected to the measuring probes 13 , 14 for detecting temperature and pressure and to the flow meter 17 . At the same time, there is a data connection with a reading unit 20 by means of the parameters of the vehicle tank to be filled, such as volume, maximum filling pressure, filling level, internal temperature and the like. can be transmitted to the control device 19 . The data is entered, for example, with a separate data carrier that can be detachably connected to the reading unit, such as a chip card or with a contactless data carrier. It is also conceivable to integrate the reader into the tank line 16 and the data carrier marked with the corresponding vehicle tank parameters into the fill line of the vehicle to be refueled.
Mit den so gewonnenen Parametern berechnet die Steuereinrichtung 19 nach einem vorgegebenen Programm eine für den aktuellen Stand des Befüllvorgangs optimale Temperatur des Kraftstoffes und einen optimalen Mengendurchfluss. Zur Regelung der Temperatur des flüssigen kryogenen Kraftstoffs 5 wird ein erster Teil des dem Fahrzeugtank insgesamt zugeführten Kraftstoffes durch den Leitungsabschnitt 7 hindurchgeführt und vom Wärmetauscher 9 erwärmt, ein zweiter Teil des Kraftstoffes wird im unterkühlten, d. h. nicht erwärmten Zustand durch die Bypassleitung 10 hindurchgeführt und in einer Mischstrecke 21 der Flüssigkeitszuleitung mit dem aus dem Leitungsabschnitt 7 herangeführten erwärmten Kraftstoff gemischt. Die Regelung erfolgt dabei weitgehend über die Regulierung der Mengendurchflüsse durch den Leitungsabschnitt 7 bzw. die Bypassleitung 10.Using the parameters obtained in this way, the control device 19 calculates a temperature of the fuel that is optimal for the current state of the filling process and an optimal flow rate according to a predetermined program. To regulate the temperature of the liquid cryogenic fuel 5 , a first part of the total fuel supplied to the vehicle tank is passed through the line section 7 and heated by the heat exchanger 9 , a second part of the fuel is passed through the bypass line 10 in the supercooled, ie not heated, state and in a mixing section 21 of the liquid supply line mixed with the heated fuel brought from the line section 7 . The regulation takes place largely via the regulation of the mass flow rates through the line section 7 or the bypass line 10 .
Das beim Befüllen insbesondere warmer Fahrzeugtanks entstehende Abgas aus gasförmigem Kraftstoff wird aus der Tankzuleitung über eine Abgasleitung 24 einem Abgasbehälter 25 zugeführt. Die Abgasleitung 24 ist mit einem Ventil 27 versehen, das unterhalb eines vorgegebene Grenzdrucks in der Abgasleitung 24 diese strömungstechnisch sperrt. Eine im Abgasbehälter 25 vorliegende und ständig über hier nicht gezeigte Zuführungen erneuerte flüssige Phase 26 des kryogenen Kraftstoffes sorgt dafür, dass beim Einströmen des erwärmten gasförmigen Kraftstoffs aus dem Fahrzeugtank der Druckaufbau im Abgasbehälter 35 gedämpft wird. Das Abgas wird im Abgasbehälter 25 zwischengespeichert und kann bei Bedarf in einem Gasverdichter 28 verdichtet und den Druckgasflaschenbündel 22 zugeführt werden. Alternativ zum Gasverdichter 28 kann auch eine Kühleinrichtung zum Einsatz kommen, bei der das Gas aus dem Abgasbehälter 25 durch Kühlung verflüssigt und beispielsweise über eine hier nicht gezeigte Leitung dem Vorratstank 2 als flüssiger kryogener Kraftstoff zugeführt wird. Überschüssiges Gas kann - etwa bei Vorliegen eines bestimmten, vorgegebenen Überdrucks im Abgastank 25 - über eine Verbindungsleitung 30 in ein dezentrales Gasversorgungsnetz eingespeist und auf diese Weise einer Weiterverwertung zugeführt werden. Der Abgasbehälter 25 ist zudem über eine mittels eines Ventils 31 sperrbare Gasleitung 32 mit der Gasphase im Vorratstank 2 strömungsverbunden. Die Gasleitung 32 dient etwa bei längeren Einsatzpausen des Vorratstanks 2 zur Druckreduzierung. The exhaust gas from gaseous fuel that arises when filling, in particular, warm vehicle tanks is fed from the tank supply line via an exhaust gas line 24 to an exhaust gas container 25 . The exhaust pipe 24 is provided with a valve 27 which, in terms of flow technology, blocks the exhaust pipe 24 below a predetermined limit pressure. A liquid phase 26 of the cryogenic fuel, which is present in the exhaust gas container 25 and is constantly renewed via feeds not shown here, ensures that the pressure build-up in the exhaust gas container 35 is damped when the heated gaseous fuel flows in from the vehicle tank. The exhaust gas is temporarily stored in the exhaust gas container 25 and, if necessary, can be compressed in a gas compressor 28 and fed to the compressed gas cylinder bundle 22 . As an alternative to the gas compressor 28 , a cooling device can also be used, in which the gas from the exhaust gas container 25 is liquefied by cooling and is supplied to the storage tank 2 as liquid cryogenic fuel, for example via a line (not shown here ) . Excess gas can be fed into a decentralized gas supply network via a connecting line 30 , for example when a specific, predetermined overpressure is present in the exhaust gas tank 25 , and can thus be used for further use. The exhaust gas container 25 is also flow-connected to the gas phase in the storage tank 2 via a gas line 32 which can be blocked by a valve 31 . The gas line 32 is used to reduce the pressure, for example, when the storage tank 2 is inactive for longer periods of time.
Bei mit kryogenen Medien betriebene Fahrzeuge, die über einen längeren Zeitraum, etwa einige Wochen hinweg, nicht betankt werden, geht der Tankinhalt aufgrund eines unvermeidlichen Wärmeintrags in den Fahrzeugtank im Laufe der Zeit durch Verdampfen verloren. Ist der Tankinhalt vollständig abgedampft, erwärmt sich der Fahrzeugtank allmählich bis auf Umgebungstemperatur.In vehicles operated with cryogenic media that have a longer life If the tank is not refueled for a period of time, such as a few weeks, due to an inevitable heat input into the vehicle tank over the course of the Time lost through evaporation. Once the tank has completely evaporated, The vehicle tank gradually warms up to ambient temperature.
Zur Befüllung eines derartigen erwärmten Tanks mittels der Betankungs einrichtung 1 wird nach Herstellung der Strömungsverbindung zwischen der Tankleitung 16 und der Einfüll-Leitung eines zu betankenden Fahrzeugtanks flüssiger kryogener Kraftstoff 5 aus dem Vorratstank 2 über die Bypassleitung 10 der Flüssigkeitszuleitung 3 herangeführt. Der Kontakt der unterkühlten Flüssigkeit mit dem warmen Fahrzeugtank führt einerseits zum Abkühlen des Fahrzeugtanks, andererseits dazu, dass ein großer Teil des eingefüllten Kraftstoffes zunächst verdampft. Der verdampfte Kraftstoff führt zu einem Überdruck im Fahrzeugtank und damit in der Abgasleitung 24. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks, beispielsweise 4 bar, öffnet das Ventil 27 und Abgas strömt in über die Abgasleitung 24 in den Abgasbehälter 25 ein. Dadurch entspannt sich der Druck im Fahrzeugtank und neuer, flüssiger Kraftstoff 5 kann aus dem Vorratstank 2 herangeführt werden. Nach einer gewissen Zeit sind die Innenwände des Fahrzeugtanks auf eine Temperatur unterhalb der Siedetemperatur des eingefüllten Kraftstoffs 5 abgekühlt und es findet keine Verdampfung des eingefüllten Kraftstoffes 5 mehr statt; der Fahrzeugtank füllt sich. Aufgrund der von der Leseeinheit 20 eingelesenen Tankdaten werden dabei die Füllparameter von der Steuereinheit in einer für den jeweiligen Fahrzeugtanktyp und Tankstatus optimierter Weise geregelt. Kurz vor Erreichen der maximalen Füllhöhe im Fahrzeugtank wird ein zunehmender Teil des dem Fahrzeugtank zugeführten Kraftstoffes 5 über den Leitungsabschnitt 7 geführt. Es gelangt also zunehmend wärmerer, flüssiger kryogener Kraftstoff 5 in den Fahrzeugtank. Auf diese Weise wird im Fahrzeugtank der gewünschte Siedezustand, wie er beim Betrieb des Fahrzeugtanks herrscht, hergestellt. Das Fahrzeug ist somit unmittelbar nach dem Betankungsvorgang betriebsbereit. To fill such a heated tank by means of the refueling device 1 , liquid cryogenic fuel 5 is introduced from the storage tank 2 via the bypass line 10 of the liquid supply line 3 after the flow connection between the tank line 16 and the fill line of a vehicle tank to be refueled. The contact of the supercooled liquid with the warm vehicle tank leads on the one hand to the vehicle tank cooling down, and on the other hand to the fact that a large part of the filled fuel initially evaporates. The vaporized fuel leads to overpressure in the vehicle tank and thus in the exhaust pipe 24 . When a predetermined limit pressure is exceeded, for example 4 bar, the valve 27 opens and exhaust gas flows into the exhaust gas container 25 via the exhaust gas line 24 . As a result, the pressure in the vehicle tank relaxes and new, liquid fuel 5 can be supplied from the storage tank 2 . After a certain time, the inner walls of the vehicle tank have cooled to a temperature below the boiling point of the filled fuel 5 and the filled fuel 5 no longer evaporates; the vehicle tank fills up. On the basis of the tank data read in by the reading unit 20 , the filling parameters are regulated by the control unit in an optimized manner for the respective vehicle tank type and tank status. Shortly before the maximum fill level in the vehicle tank is reached, an increasing part of the fuel 5 supplied to the vehicle tank is passed via the line section 7 . So increasingly warmer, liquid cryogenic fuel 5 gets into the vehicle tank. In this way, the desired boiling state, as prevails during operation of the vehicle tank, is produced in the vehicle tank. The vehicle is thus ready for operation immediately after the refueling process.
11
Betankungseinrichtung
fueling facility
22
Vorratstank
storage tank
33
Flüssigkeitszuleitung
liquid supply
44
Tanksäule
petrol pump
55
verflüssigter kryogener Kraftstoff
liquefied cryogenic fuel
66
Wände (des Vorratstanks)
Walls of the storage tank
77
Leitungsabschnitt
line section
88th
Ventil
Valve
99
Wärmeübertrager
Heat exchanger
1010
Bypassleitung
bypass line
1111
Ventil
Valve
1212
-
-
1313
Mess-Sonde (für Druck)
Measuring probe (for pressure)
1414
Mess-Sonde (für Temperatur)
Measuring probe (for temperature)
1515
-
-
1616
Tankleitung
tank line
1717
Durchflussmesser
Flowmeter
1818
-
-
1919
Steuereinrichtung
control device
2020
Leseeinheit
reader
2121
Mischstrecke
mixing section
2222
Druckgasflaschenbündel
Compressed gas cylinders bundle
2323
Ventil
Valve
2424
Abgasleitung
exhaust pipe
2525
Abgastank
exhaust gas tank
2626
flüssige Phase
liquid phase
2727
Ventil
Valve
2828
Gasverdichter
gas compressor
2929
-
-
3030
Verbindungsleitung
connecting line
3131
Ventil
Valve
3232
Gasleitung
gas pipe
Claims (14)
dass die Flüssigkeitszuleitung mit Stellmitteln (7, 9, 10) zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur des durch die Flüssigkeitszuleitung (3) hindurchgeführten verflüssigten kryogenen Kraftstoffes (5) ausgerüstet ist,
wobei die Stellmittel (7, 9, 10) mit einer Steuereinheit (19) in Datenverbindung stehen, mittels der die Temperatur des Kraftstoffs in Abhängigkeit von an Erfassungsmitteln (13, 14) erfassten Parametern des Füllvorgangs regelbar ist.1. Refueling device for refueling vehicles operated with cryogenic fuel, with a pressure-resistant and heat-insulated storage tank ( 2 ) for storing supercooled, liquefied cryogenic fuel, with means ( 22 ) for generating a predetermined filling pressure and with a via a liquid supply line ( 3 ) the storage tank ( 2 ), flow-connected tank column ( 4 ) for refueling a vehicle tank, characterized in that
that the liquid supply line is equipped with adjusting means ( 7 , 9 , 10 ) for setting a predetermined temperature of the liquefied cryogenic fuel ( 5 ) passed through the liquid supply line ( 3 ),
The actuating means ( 7 , 9 , 10 ) are in data communication with a control unit ( 19 ), by means of which the temperature of the fuel can be regulated as a function of parameters of the filling process detected on detection means ( 13 , 14 ).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| 8304 | Grant after examination procedure | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AIR LIQUIDE DEUTSCHLAND GMBH, 47805 KREFELD, DE |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110301 |