DE102007023821B4 - Method for filling a cryogenic hydrogen storage container, in particular a motor vehicle - Google Patents
Method for filling a cryogenic hydrogen storage container, in particular a motor vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007023821B4 DE102007023821B4 DE102007023821.7A DE102007023821A DE102007023821B4 DE 102007023821 B4 DE102007023821 B4 DE 102007023821B4 DE 102007023821 A DE102007023821 A DE 102007023821A DE 102007023821 B4 DE102007023821 B4 DE 102007023821B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- tank
- cryogenic
- storage
- residual gas
- storage container
- 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.)
- Active
Links
Images
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
- F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
- F17C7/02—Discharging liquefied gases
- F17C7/04—Discharging liquefied gases with change of state, e.g. vaporisation
-
- 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
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/01—Shape
- F17C2201/0104—Shape cylindrical
- F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
-
- 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
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
- F17C2203/0612—Wall structures
- F17C2203/0626—Multiple walls
- F17C2203/0629—Two walls
-
- 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
- F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
-
- 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
- F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
-
- 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
- F17C2227/03—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
- F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
- F17C2227/04—Methods for emptying or filling
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Verfahren zum Befüllen eines für ein kryogenes Speichermedium, insbesondere kryogenen Wasserstoff, vorgesehenen Speicherbehälters, insbesondere eines Kryo-Drucktanks (7) eines Kraftfahrzeugs, wobei vor der Befüllung mit neuem aus einem großen Vorratsbehälter (1) im flüssigen Zustand entnommenen kryogenen Speichermedium (3) zumindest eine Teilmenge des noch als Restgas (4a) im Speicherbehälter/Kryo-Drucktank (7) enthaltenen Speichermediums aus dem Speicherbehälter (7) abgeführt wird, welcher weiterhin unter Verwendung des Kältepotentials des großen Vorratsbehälters (1) gekühlt und somit für eine Neubefüllung vorkonditioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Restgas zur Vorkonditionierung des Speicherbehälters (7) solange in einem Kreislauf aus dem Speicherbehälter (7) und durch einen das Kältepotential des großen Vorratsbehälters (1) nutzenden Wärmetauscher (27) in einen Pufferbehälter (28) geleitet und aus diesem heraus mittels einer Kryo-Pumpe (32) verdichtet und zurück in den Speicherbehälter (7) geführt wird, bis dieser Speicherbehälter (7) im Hinblick auf eine Neubefüllung mit Speichermedium aus dem großen Vorratsbehälter (1) ausreichend durchkühlt ist.A method for filling a for a cryogenic storage medium, in particular cryogenic hydrogen, provided storage container, in particular a cryogenic pressure tank (7) of a motor vehicle, wherein prior to filling with new from a large reservoir (1) in the liquid state removed cryogenic storage medium (3) at least a subset of the storage medium still contained as residual gas (4a) in the storage tank / cryogenic pressure tank (7) is removed from the storage tank (7), which is further cooled using the refrigeration potential of the large storage tank (1) and thus preconditioned for refilling, characterized in that the residual gas for preconditioning of the storage container (7) as long as in a cycle from the storage container (7) and by a the refrigeration potential of the large reservoir (1) using the heat exchanger (27) into a buffer tank (28) and out of this by means of a cryogenic pump (32) comp tet and back into the storage container (7) is performed until this storage container (7) is sufficiently cooled in terms of refilling with storage medium from the large reservoir (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines für ein kryogenes Speichermedium, insbesondere kryogenen Wasserstoff, vorgesehenen Speicherbehälters, insbesondere eines Kryo-Drucktanks eines Kraftfahrzeugs, wobei vor der Befüllung mit neuem aus einem großen Vorratsbehälter im flüssigen Zustand entnommenen kryogenen Speichermedium zumindest eine Teilmenge des noch als Restgas im Speicherbehälter/Kryo-Drucktank enthaltenen Speichermediums aus dem Speicherbehälter abgeführt wird, welcher weiterhin unter Verwendung des Kältepotentials des großen Vorratsbehälters gekühlt und somit für eine Neubefüllung vorkonditioniert wird. Zum bekannten Stand der Technik wird neben der derzeit verwendeten Betankungstechnologie, die bspw. beim Fahrzeug „Hydrogen 7” der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung angewendet und im folgenden Absatz erläutert wird, auf die nicht vorveröffentlichte Offenlegungsschrift
Stand der Technik beim genannten Fahrzeug „Hydrogen 7”, das mit einem sog. Kryo-Tank zur Speicherung von kryogenem Wasserstoff (zur Versorgung des als Brennkraftmaschine ausgeführten Fzg.-Antriebsaggregats) ausgerüstet ist, ist ein „unterkritischer” Speicherbehälter (als Kryo-Tank), der aus einem metallischen Innentank, einem metallischen Außentank und einer dazwischen liegenden Vakuum-Superisolation zur Minderung des Wärmeeintrags in den Innentank besteht. Der typische Betriebsdruck dieses Speicherbehälters liegt zwischen 1 bar absolut und 10 bar absolut, und die Betriebstemperaturen im sog. „kalten Regulärbetrieb” liegen zwischen 20 K (Kelvin) und ca. 30 K, d. h. der im Speicherbehälter bzw. im Innentank desselben enthaltene kryogene Wasserstoff weist diese genannten physikalischen Werte, die im Druck-Dichte-Diagramm des Wasserstoffs im sog. unterkritischen Bereich liegen, auf. Die Betankung des Kryo-Tanks nach diesem Stand der Technik erfolgt mit kryogenem flüssigen Wasserstoff bei Drücken zwischen 1 bar und 6 bar und entsprechenden Sättigungstemperaturen des kryogenen Wasserstoffs oder bei leichter Unterkühlung desselben. Die derzeit maximal darstellbare Unterkühlung liegt in der Größenordnung von 6 Kelvin als Differenz der Sättigungstemperatur bei einem Druck von 6 bar absolut und der Sättigungstemperatur bei einem Druck von 1 bar absolut. Die sog. unterkritische Betankung findet dabei in einem zweiflutigen Prozess statt. Den Vorlauf flüssigen gesättigten oder bei Verwendung einer tankstellenseitigen Kryo-Pumpe unterkühlten Wasserstoffs vom LH2-Tank (= Flüssigwasserstoff-Tank) der Tankstelle, der vorliegend als großer Vorratsbehälter bezeichnet wird, in den Fahrzeug-Speicherbehälter ergänzt eine Rückgasleitung vom Fahrzeug-Speicherbehälter in den großen Vorratsbehälter der Tankstelle. Da erst bei vollständiger Durchkühlung des Fzg.-Speicherbehälters und aller zuführenden Leitungen unter Nutzung des Kältepotentials des großen Vorratsbehälters flüssiger Wasserstoff im Speicherbehälter (= Kryo-Tank) verbleibt, ist in der Regel eine nicht unerhebliche Menge flüssigen Wasserstoffs darauf zu verwenden, den Fzg.-Speicherbehälter und die Leitungen zu Beginn des Betankungsprozesses zu kühlen, d. h. vorzukonditionieren. Der resultierende Rückgasmassenstrom wird dabei derzeit tankstellenseitig entweder noch nicht verwendet und an die Umgebung abgegeben, oder über ein sekundäres Abnehmersystem (bspw. eine Brennstoffzelle oder einen Drucktank) weiter verwendet. Die Rückeinspeisung des Wasserstoff-Rückgases in den tankstellenseitigen großen Vorratsbehälter (= LH2-Tank) ist eine weitere Möglichkeit der Rückgasnutzung, steht aber unter dem Vorbehalt der Rücknahme möglicherweise verunreinigten Kraftstoffs.State of the art in the mentioned vehicle "
In der eingangs genannten nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift
Ein alternatives Konzept zur überkritischen Betankung eines Kryo-Druckspeichers ist in der genannten nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift
Da die vorliegende Erfindung ihren Schwerpunkt in der Befüllung eines Kryo-Drucktanks mit kryogenem Wasserstoff auf überkritischem Druckniveau hat, werden folgend einige Schwachstellen des in der nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift
Eine Schwachstelle des vorbeschriebenen Verfahrens zur Befüllung eines Kryo-Drucktanks ist, dass eine Rückführung des vor der Befüllung noch im Kryo-Drucktank (bzw. allgemein im Speicherbehälter) befindlichen Restgases im Hinblick auf einen Druckausgleich sowie während des Kühlens der Leitungen und des Speicherbehälters (= Kryo-Drucktanks) in den tankstellenseitigen großen Vorratsbehälter erfolgt. Hierbei kann möglicherweise verunreinigter Wasserstoff (bzw. allgemein verunreinigtes Speichermedium) in den großen Vorratsbehälter, aus welchem später wieder andere Nutzer bzw. Kunden versorgt werden, gelangen. Im Falle von Wasserstoff als Speichermedium enthält das in den großen Vorratsbehälter der Tankstelle zurück geführte Restgas in der Regel einen hohen Anteil an ortho-Wasserstoff, der bei Rückführung in den tankstellenseitigengroßen Vorratsbehälter zur einer geringeren Wärmeaufnahmefähigkeit und deshalb zu einem beschleunigtem Druckaufbau (im großen Vorratsbehälter) und somit zu erhöhten Boil-off-Mengen (des großen Vorratsbehälters) führen kann.A weak point of the above-described method for filling a cryogenic pressure tank is that a return of the before the filling still in the cryogenic pressure tank (or generally in the storage tank) residual gas in terms of pressure equalization and during cooling of the lines and the storage container (= Cryo-pressure tanks) takes place in the gas station side large reservoir. In this case, possibly contaminated hydrogen (or generally contaminated storage medium) in the large reservoir, from which later other users or customers are supplied, get. In the case of hydrogen as a storage medium, the residual gas fed back into the large storage tank of the filling station usually contains a high proportion of ortho-hydrogen which, when returned to the tank-side large storage container, results in a lower heat absorption capacity and therefore in an accelerated pressure build-up (in the large storage tank). and thus lead to increased boil-off quantities (of the large reservoir).
Die Regelung der optimalen Verweilzeit des kryogenen Wasserstoffs im Speicherbehälter des Kraftfahrzeugs während dessen Durchkühlung bzw. Vorkonditionierung ist aufwändig und führt wegen des fixierten Drucks im großen Vorratsbehälter der Tankstelle und den daraus resultierenden Druck-Randbedingungen beim gesamten Befüllungs-Prozess (des Speicherbehälters im allgemeinen bzw. Kryo-Drucktanks im Besonderen) im Betankungskreislauf zu erhöhten Betankungszeiten und/oder Restgasmengen. Weiterhin ist die durch die Restgas-Rückführung und die damit verbundene Wärme-Einbringung in den großen Vorratsbehälter der Tankstelle resultierende Abgabe von Wasserstoff (allgemein kryogenem Speichermedium) aus dem großen Vorratsbehälter der Tankstelle zur Druckerhaltung (als Boil-off) bisher nicht in den Betankungsprozess einbezogen. Eine Verwertung des tankstellenseitigen Boil-off-Gases ist ausschließlich außerhalb des Tank- oder Befüllsystems für ein kryogenes Speichermedium zu lösen.The regulation of the optimal residence time of the cryogenic hydrogen in the storage container of the motor vehicle during its Durchkühlung or preconditioning is complex and leads because of the fixed pressure in the large reservoir of the gas station and the resulting pressure boundary conditions in the entire filling process (the storage container in general or. Cryogenic pressure tanks in particular) in the refueling cycle to increased refueling times and / or residual gas quantities. Furthermore, the resulting by the residual gas recirculation and the associated heat input into the large reservoir of the gas station resulting release of hydrogen (generally cryogenic storage medium) from the large reservoir of the gas station for pressure maintenance (as a boil-off) is not yet included in the refueling process , Utilization of the filling station-side boil-off gas can only be achieved outside the tank or filling system for a cryogenic storage medium.
Ein verbessertes Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung.An improved method according to the preamble of claim 1 is therefore an object of the present invention.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Restgas zur Vorkonditionierung des Speicherbehälters solange in einem Kreislauf aus dem Speicherbehälter und durch einen das Kältepotential des großen Vorratsbehälters nutzenden Wärmetauscher in einen Pufferbehälter geleitet und aus diesem heraus mittels einer Kryo-Pumpe verdichtet und zurück in den Speicherbehälter geführt wird, bis dieser Speicherbehälter im Hinblick auf eine Neubefüllung mit Speichermedium aus dem großen Vorratsbehälter ausreichend durchkühlt ist.The solution to this problem is characterized in that the residual gas for preconditioning of the storage tank as long as in a cycle from the storage tank and passed through a cold storage potential of the large storage tank heat exchanger into a buffer tank and compressed out of this by means of a cryogenic pump and back into the Storage tank is performed until this storage tank is sufficiently cooled in terms of refilling with storage medium from the large reservoir.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Insbesondere wird auch eine Tankanlage für Kraftfahrzeuge beansprucht, die mit den zur Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens notwendigen Elementen ausgerüstet ist. Hierzu zählen neben einem geeigneten Wärmetauscher eine Kryo-Pumpe inclusive geeignet verlegter bzw. verschalteter Leitungen und Ventile sowie eine zugehörige elektronische Steuereinheit.Advantageous developments are content of the dependent claims. In particular, a tank system for motor vehicles is claimed, which is equipped with the necessary elements for carrying out the method proposed here. These include, in addition to a suitable heat exchanger, a cryopump including suitably laid or interconnected lines and valves as well as an associated electronic control unit.
Zur Begegnung der Nachteile des beschriebenen Standes der Technik (sei es die überkritischen Befüllung eines Kryo-Druckspeichers oder die herkömmliche Befüllung eines für ein kryogenes Speichermedium vorgesehenen Speicherbehälters wie bspw. beim genannten Fahrzeug „Hydrogen 7) wird ein Befüllprinzip oder Betankungsprinzip vorgeschlagen, bei dem eine Rückführung von Restgas in den tankstellenseitigen großen Vorratsbehälter nicht erforderlich ist. Trotzdem kann dessen Kältepotential zur Vorkonditionierung des zu befüllenden Speicherbehälters, insbesondere Kryo-Drucktanks, genutzt werden. Erfindungsgemäß wird hierfür der sich vor Beginn der Neubefüllung des Kryo-Drucktanks bzw. Speicherbehälter noch in diesem befindliche Rest-Wasserstoff (bzw. allgemein das noch in diesem befindliche Speichermedium oder Restgas) durch einen Wärmetauscher geführt, der mit dem tankstellenseitigen großen Vorratsbehälter bzw. mit dem in diesem gespeicherten Wasserstoff bzw. Speichermedium in geeigneter Weise in wärmeübertragender Verbindung steht und somit dessen Kältepotential nutzen kann. (In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieser Wärmetauscher innerhalb des großen Vorratsbehälters angeordnet). Mit dieser Durchleitung durch den genannten Wärmetauscher wird der sich im Kryo-Drucktank bei Beginn der Befüllens (= Betankungsbeginn) unter in der Regel höherem Druck und höherer Temperatur (nämlich bis zu 350 bar und ca. 340 K) als nach dem Befüll-Prozess befindliche Wasserstoff im wesentlichen auf die Temperatur des Wasserstoffs im großen Vorratsbehälter (nämlich auf ca. 20 K bis 25 K) abgekühlt. (Im Falle eines einfachen kryogenen Speicherbehälters, der nicht als sog. Kryo-Drucktank ausgebildet ist, liegen die Druck- und Temperaturwerte des aus dem Speicherbehälter entnommenen Restgases selbstverständlich erheblich niedriger).To meet the disadvantages of the prior art described (be it the supercritical filling of a cryogenic accumulator or the conventional filling of a provided for a cryogenic storage medium storage container such as in the said vehicle "Hydrogen 7), a filling or refueling principle is proposed in which a Return of residual gas in the gas station side large reservoir is not required. Nevertheless, its cooling potential can be used for the preconditioning of the storage container to be filled, in particular cryogenic pressure tanks. According to the invention, the residual hydrogen (or generally the storage medium or residual gas still contained in it) is passed through a heat exchanger which is connected to the large gas tank-side storage tank or with it before it starts refilling the cryogenic pressure tank or storage tank is stored in this stored hydrogen or storage medium in a suitable manner in heat transfer connection and thus can use its cooling potential. (In a preferred embodiment, this heat exchanger is located inside the large reservoir). With this passage through the said heat exchanger is located in the cryogenic pressure tank at the beginning of filling (= refueling start) under usually higher pressure and higher temperature (namely up to 350 bar and about 340 K) than after the filling process Hydrogen essentially to the temperature of the hydrogen in the large reservoir (namely, about 20 K to 25 K) cooled. (In the case of a simple cryogenic storage container, not as so-called. Cryo-pressure tank is formed, the pressure and temperature values of the withdrawn from the storage tank residual gas are of course considerably lower).
Erfindungsgemäß wird das nun solchermaßen rückgekühlte Restgas in einen Pufferbehälter geleitet und dabei entspannt; vorzugsweise ist dieser Pufferbehälter ausreichend groß (= voluminös) dimensioniert, um das aus dem Kryo-Drucktank (bzw. allgemein dem kryogenen Speicherbehälter) abgeführte Restgas vollständig aufnehmen, entspannen und unter einem Druck, der unterhalb eines Druckes liegt, mit dem nachfolgend – worauf im folgenden Absatz eingegangen wird – eine Kryo-Pumpe dieses Restgas in den Kryo-Drucktank fördert. Auf diese Weise wird der Kryo-Drucktank (des Kraftfahrzeugs bzw. allg. der kryogene Speicherbehälter) entleert und entspannt.According to the invention, the residual gas, which has thus been cooled back, is passed into a buffer vessel and thereby expanded; Preferably, this buffer tank is sufficiently large (= voluminous) dimensioned to completely absorb the discharged from the cryogenic pressure tank (or generally the cryogenic storage tank) residual gas, relax and under a pressure which is below a pressure, with the following - what in following paragraph - a cryogenic pump promotes this residual gas in the cryopressure tank. In this way, the cryogenic pressure tank (the motor vehicle or general cryogenic storage tank) is emptied and relaxed.
Zur weiteren Kühlung des Kryo-Drucktanks (im weiteren wird nicht mehr auf den allgemeinen, weiterhin relevanten Fall eines einfachen kryogenen Speicherbehälters verwiesen) wird über eine Kryo-Pumpe der (bzw. das) in Form von Restgas im Pufferbehälter befindliche kryogene Wasserstoff (bzw. allg. kryogene Speichermedium) aus diesem Pufferbehälter als sog. Spülmedium zurück in den Kryo-Drucktank gepumpt. Dieser wird hierdurch abgekühlt, wobei sich das Spülmedium erwärmt und dessen Druck erhöht, so dass dieses wiederum als Restgas aus dem Kryo-Drucktank abgeführt wird, und zwar abermals über den genannten Wärmetauscher in den genannten Pufferbehälter. Es handelt sich hier somit um einen Kreisprozess, der solange durchgeführt wird, bis der zu befüllende Kryo-Drucktank ausreichend abgekühlt ist. Das Restgas wird somit solange bzw. so oft im Kreis zirkuliert, bis eine ausreichende Durchkühlung des Kryo-Drucktanks detektiert wird, d. h. bis dieser ausreichend vorkonditioniert ist. In diesem Zeitpunkt oder Zustand wird ein sog. Rückgasventil des Kryo-Drucktanks geschlossen und der besagte Kreisprozess somit abgebrochen, worauhin anschließend über die bzw. eine tankstellenseitige Kryo-Pumpe tiefkalter Wasserstoff (allgemein tiefkaltes frisches Speichermedium) aus dem großen Vorratsbehälter der Tankstelle in den Kryo-Drucktank eingeführt werden kann, bis dessen Befüll-Enddruck erreicht ist und der Kryo-Drucktank somit vollständig befüllt ist.For further cooling of the cryopressure tank (no further reference is made to the general, further relevant case of a simple cryogenic storage tank), the cryogenic hydrogen (or gas) in the buffer tank (or the gas) is / are stored via a cryopump. gen. Cryogenic storage medium) from this buffer tank as so-called. Rinsing medium pumped back into the cryopressure tank. This is thereby cooled, wherein the flushing medium is heated and increases its pressure, so that this in turn is removed as residual gas from the cryogenic pressure tank, again through said heat exchanger in said buffer tank. It is thus a circular process, which is carried out until the cryogenic pressure tank to be filled has cooled sufficiently. The residual gas is thus circulated as long or as often in the circle until a sufficient cooling of the cryopressure tank is detected, d. H. until it is sufficiently preconditioned. At this point in time or state, a so-called. Return gas valve of the cryopressure tank is closed and said cycle thus subsequently, then via the or a gas station side cryogenic pump cryogenic hydrogen (generally cryogenic fresh storage medium) from the large reservoir of the gas station in the cryo Pressure tank can be introduced until its filling pressure is reached and the cryogenic pressure tank is thus completely filled.
Durch die Wärmeeinleitung bzw. den Wärmeeintrag aus dem genannten Wärmetauscher in den großen Vorratsbehälter der Tankstelle entwickelt sich in diesem naturgemäß ein geringfügiger Überdruck, welcher – auch bereits heute im bekannten Stand der Technik – üblicherweise durch Abblasen von gasförmigem Wasserstoff aus der Gasschicht des großen Vorratsbehälters abgebaut wird. Dieses als Boil-off-Gas bekannte kalte Verlustgas kann im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zur Kühlung des aus dem zu befüllenden Kryo-Drucktank abgeführten Restgases bzw. des entsprechend dem hier vorgeschlagenen Verfahren rezirkulierten Restgases („Spülmediums”) verwendet werden, d. h. dieses Boil-off-Gas des großen Vorratsbehälters wird als ein Kältepotential zur Verfügung stellendes Medium durch den oder einen weiteren Wärmetauscher geführt, durch den als zweites, abzukühlendes Medium das Restgas oder rezirkulierte Restgas geführt wird.By the heat input or the heat input from said heat exchanger in the large reservoir of the gas station develops in this naturally a slight overpressure, which - even today in the known state of the art - typically degraded by blowing off gaseous hydrogen from the gas layer of the large reservoir becomes. This known as boil-off gas cold gas loss can be used in terms of an advantageous development of the invention for cooling the discharged from the cryogenic pressure tank residual gas or recirculated according to the method proposed here residual gas ("flushing medium"), d. H. This Boil-off gas of the large reservoir is provided as a cooling potential medium by the medium or through another heat exchanger through which the residual gas or recirculated residual gas is passed as a second medium to be cooled.
Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann das aus dem Pufferbehälter entnommene und mittels einer Kryo-Pumpe verdichtete rezirkulierte Restgas, das nun als Spülmedium fungiert und auch als solches bezeichnet wird, vor der Einleitung in den Speicherbehälter durch einen weiteren das Kältepotential des großen Vorratsbehälters nutzenden Wärmetauscher geführt werden, um die durch die Kompression in der Kryo-Pumpe entwickelte bzw. aufgenommene Wärme wieder abzugeben und somit für den zu konditionierenden Kryo-Drucktank ein höheres Kältepotential sowie für den letzten Durchlauf des besagten Kreisprozess, mit welchem das aus dem Pufferbehälter entnommene Restgas im wesentlichen im Kryo-Druckank verbleibt, Restgas mit höherer Dichte zur Verfügung zu haben. Im übrigen kann das nach Abschluss des besagten Kreisprozesses und somit nach Abschluss der Vorkonditionierung des Speicherbehälters noch im Pufferbehälter befindliche Spülmedium (= rezirkulierte Restgas) einem Sekundärverbraucher, so beispielsweise einer Brennstoffzelle zur sofortigen Verwendung oder einem Ducktank zur Speicherung für eine spätere Verwendung zugeführt werden.In terms of an advantageous development, the withdrawn from the buffer tank and compressed by a cryogenic pump recirculated residual gas, which now acts as a flushing medium and is also referred to as such, before being introduced into the storage tank by another the cooling potential of the large reservoir heat exchanger used be released to the developed or absorbed by the compression in the cryogenic pump heat again and thus for the cryogenic pressure tank to be conditioned, a higher refrigeration potential and for the last run of the said cycle, with which the withdrawn from the buffer tank residual gas substantially remains in the cryogenic pressure tank to have residual gas with higher density available. Moreover, the flushing medium (= recirculated residual gas) still present in the buffer container after completion of the said cyclic process and thus after completion of the preconditioning of the storage container can be fed to a secondary consumer, for example a fuel cell for immediate use or a duck tank for storage for later use.
Im folgenden wird das vorgeschlagene Verfahren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, wobei die beigefügte einzige Figur schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung diese Verfahrens zeigt.In the following, the proposed method is further explained with reference to a preferred embodiment, wherein the accompanying single figure shows schematically an apparatus for performing this method.
Mit der Bezugsziffer
Nach dem Andocken einer zweiflutigen Betankungsaufnahme
Anschließend wird das rückgeführte Restgas über ein Ventil
Im übrigen sind auch alle bzw. die genannten Leitungen
Nach ausreichender Entspannung des Innentanks
Dieser geschilderte Kreisprozess von Entnahme von Restgas/Rest-Wasserstoff
Was den Pufferbehälter
Wie bereits beschrieben kann das durch die Wärmeeinbringung in den großen Vorratsbehälter
Vorteilhafterweise erfolgt mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein im wesentlichen vollständiges Wieder-Einbringen des sich zu Betankungsbeginn (d. h. vor dem Vorkonditionieren) im Kryo-Drucktank
Schließlich besteht die Möglichkeit zur optionalen Nutzung des durch die Wärmeeinbringung im großen Vorratsbehälter
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102007023821.7A DE102007023821B4 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Method for filling a cryogenic hydrogen storage container, in particular a motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102007023821.7A DE102007023821B4 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Method for filling a cryogenic hydrogen storage container, in particular a motor vehicle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102007023821A1 DE102007023821A1 (en) | 2008-11-27 |
| DE102007023821B4 true DE102007023821B4 (en) | 2017-09-28 |
Family
ID=39877031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102007023821.7A Active DE102007023821B4 (en) | 2007-05-21 | 2007-05-21 | Method for filling a cryogenic hydrogen storage container, in particular a motor vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102007023821B4 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019116255A1 (en) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Vehicle which comprises a fuel tank storing gaseous fuel in liquid form, with an existing gas cushion in the fuel tank being used with priority before the vehicle is refueled |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007057979B4 (en) * | 2007-12-03 | 2018-04-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for filling a storage tank with cryogenic hydrogen |
| DE102008060127A1 (en) | 2008-12-03 | 2010-06-10 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Arrangement for refueling motor vehicles, has cold accumulator loaded by heat exchange with deep-frozen hydrogen, which removes large storage tank |
| EP2888546A2 (en) | 2012-08-24 | 2015-07-01 | OsComp Holdings Inc. | Virtual gaseous fuel pipeline |
| FR3006742B1 (en) * | 2013-06-05 | 2016-08-05 | Air Liquide | DEVICE AND METHOD FOR FILLING A TANK |
| DE102016005217A1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | Linde Aktiengesellschaft | Hydrogen station with liquid hydrogen |
| FR3074254B1 (en) * | 2017-11-24 | 2021-06-04 | Engie | DEVICE AND METHOD FOR SUPPLYING LIQUEFIED NATURAL GAS |
| EP4374104A1 (en) | 2021-07-20 | 2024-05-29 | Firstelement Fuel, Inc. | Liquid hydrogen offloading |
| CN115899551B (en) * | 2022-11-18 | 2023-11-14 | 重庆耐德能源装备集成有限公司 | A hydrogen filling system |
| FR3148285A1 (en) * | 2023-04-26 | 2024-11-01 | Airbus Operations | SYSTEM FOR RECOVERING GASEOUS DIHYDROGEN PRODUCED IN A LIQUID DIHYDROGEN DISTRIBUTION LINE OF AN AIRCRAFT |
| CN117346057A (en) * | 2023-09-25 | 2024-01-05 | 北京航天试验技术研究所 | Liquid hydrogen filling system and filling method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4129020C2 (en) * | 1991-08-31 | 1997-07-24 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Method and refueling device for filling a cryogenic tank |
| US6516824B2 (en) * | 2000-03-24 | 2003-02-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Apparatus and method for metering delivery quantity of ultra-low temperature liquefied gas |
| US6708502B1 (en) * | 2002-09-27 | 2004-03-23 | The Regents Of The University Of California | Lightweight cryogenic-compatible pressure vessels for vehicular fuel storage |
| EP1492980B1 (en) * | 2002-04-10 | 2005-09-21 | Linde Aktiengesellschaft | Cryogenic liquid transfer method |
| DE102007011530A1 (en) * | 2007-03-09 | 2008-09-11 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for filling a pressure accumulator provided for a cryogenic storage medium, in particular hydrogen |
-
2007
- 2007-05-21 DE DE102007023821.7A patent/DE102007023821B4/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4129020C2 (en) * | 1991-08-31 | 1997-07-24 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Method and refueling device for filling a cryogenic tank |
| US6516824B2 (en) * | 2000-03-24 | 2003-02-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Apparatus and method for metering delivery quantity of ultra-low temperature liquefied gas |
| EP1492980B1 (en) * | 2002-04-10 | 2005-09-21 | Linde Aktiengesellschaft | Cryogenic liquid transfer method |
| US6708502B1 (en) * | 2002-09-27 | 2004-03-23 | The Regents Of The University Of California | Lightweight cryogenic-compatible pressure vessels for vehicular fuel storage |
| DE102007011530A1 (en) * | 2007-03-09 | 2008-09-11 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for filling a pressure accumulator provided for a cryogenic storage medium, in particular hydrogen |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019116255A1 (en) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Vehicle which comprises a fuel tank storing gaseous fuel in liquid form, with an existing gas cushion in the fuel tank being used with priority before the vehicle is refueled |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102007023821A1 (en) | 2008-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102007023821B4 (en) | Method for filling a cryogenic hydrogen storage container, in particular a motor vehicle | |
| DE102007011530A1 (en) | Method for filling a pressure accumulator provided for a cryogenic storage medium, in particular hydrogen | |
| EP2909524B1 (en) | Method for filling a fuel storage system of a motor vehicle | |
| EP2459922B1 (en) | Combustion-gas system, in particular for cargo vessels | |
| DE102006025656B4 (en) | Device for fuel storage and transport of cryogenic fuel | |
| DE102008060127A1 (en) | Arrangement for refueling motor vehicles, has cold accumulator loaded by heat exchange with deep-frozen hydrogen, which removes large storage tank | |
| EP3027955A1 (en) | Tank | |
| DE102007011742A1 (en) | Process to refuel pressurised automotive fuel tank with liquid hydrogen | |
| DE102017008210B4 (en) | Device and method for filling a mobile refrigerant tank with a cryogenic refrigerant | |
| DE102007057979B4 (en) | Method for filling a storage tank with cryogenic hydrogen | |
| DE102006019993B3 (en) | Compressed gas e.g. hydrogen, storage for e.g. fuel cell vehicle, has cooling device provided for heat transfer medium, where part of gas is supplied as heat transfer medium to cooling device through branching of filling device | |
| WO2010127671A2 (en) | Method for storing industrial gases and corresponding accumulator | |
| DE102005007551A1 (en) | Method of operating a cryogenic liquid gas storage tank | |
| DE102007003827B4 (en) | Method for operating a liquid hydrogen storage tank | |
| DE19730459C2 (en) | Devices and methods for the isothermal refueling of natural gas vehicles with compressed natural gas CNG | |
| EP3708897A1 (en) | Gas tank system, method for operating the gas tank system and train with gas tank system | |
| DE102006025657B4 (en) | Device for conveying cryogenically stored fuel | |
| DE102017217348A1 (en) | Pressure vessel system and method for supplying fuel from a pressure vessel system | |
| DE10105819A1 (en) | Fuel supply device for vehicles operated by cryogenic fuel has cryo-tank enclosing inner fuel storage chamber and separate fuel-reserve container connected to drive assembly and designed for higher structural pressure | |
| DE102007052259A1 (en) | Fuel supply device for proportional supply of hydrogen to consumer, particularly to internal combustion engine of motor vehicle, for burning gaseous fuel in combustion chamber, has hydrogen storage, particularly cryogenic tank | |
| DE19704361C1 (en) | Tank filling device for cryogenic fuel e.g. for vehicle | |
| DE102010010108B4 (en) | Method of storing and storing natural gas | |
| DE10232522A1 (en) | Device for preparation of cryogenic fuel for internal combustion engine has pressure vessel with heat exchanger in form of evaporation bulb which has casing tube inside of which is installed pressure vessel | |
| DE102017217347A1 (en) | Pressure vessel system and method for supplying fuel from a pressure vessel system | |
| DE102015008563A1 (en) | Device for cooling a compressed gas container |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20140205 |
|
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CRYOMOTIVE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 80809 MUENCHEN, DE Owner name: BRUNNER, TOBIAS, DR., DE Free format text: FORMER OWNER: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 80809 MUENCHEN, DE |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CRYOMOTIVE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BRUNNER, TOBIAS, DR., 85630 GRASBRUNN, DE |