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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 PDF

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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
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residual gas
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Bayerische Motoren Werke AG
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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).

Figure DE102007023821B4_0001
Figure DE102007023821B4_0001

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 DE 10 2007 011 530 A1 der Anmelderin verwiesen.The invention relates to a method for filling a for a cryogenic storage medium, in particular cryogenic hydrogen, provided storage container, in particular a cryogenic pressure tank of a motor vehicle, wherein prior to filling with new taken from a large reservoir in the liquid state cryogenic storage medium at least a subset of still as Residual gas contained in the storage tank / cryogenic pressure tank storage medium is discharged from the storage tank, which is further cooled using the refrigeration potential of the large reservoir and thus preconditioned for refilling. In addition to the currently used refueling technology, which, for example, is applied to the vehicle "Hydrogen 7" by the applicant of the present patent application and explained in the following paragraph, the prior art is directed to the non-prepublished published patent application DE 10 2007 011 530 A1 referred to the applicant.

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 "Hydrogen 7", which is equipped with a so-called. Cryo-tank for storing cryogenic hydrogen (to supply the running as an internal combustion engine Fzg. Drive unit) is a "subcritical" storage tank (as a cryogenic tank ), which consists of a metallic inner tank, a metallic outer tank and an intermediate vacuum superinsulation to reduce the heat input into the inner tank. The typical operating pressure of this storage tank is between 1 bar absolute and 10 bar absolute, and the operating temperatures in the so-called "cold regular operation" are between 20 K (Kelvin) and about 30 K, d. H. the cryogenic hydrogen contained in the storage tank or in the inner tank thereof has these physical values mentioned, which are in the pressure-density diagram of the hydrogen in the so-called subcritical range. The refueling of the cryogenic tank according to this prior art is carried out with cryogenic liquid hydrogen at pressures between 1 bar and 6 bar and corresponding saturation temperatures of the cryogenic hydrogen or with slight supercooling thereof. The currently maximum representable supercooling is in the order of 6 Kelvin as the difference of the saturation temperature at a pressure of 6 bar absolute and the saturation temperature at a pressure of 1 bar absolute. The so-called subcritical refueling takes place in a two-fold process. The flow liquid saturated or under use of a gas station cryogenic pump supercooled hydrogen from the LH2 tank (= liquid hydrogen tank) of the gas station, which is referred to herein as a large reservoir in the vehicle storage tank adds a return gas line from the vehicle storage tank in the large Reservoir of the gas station. Since liquid hydrogen remains in the storage tank (= cryogenic tank) only when complete cooling of the Fzg. Storage tank and all supplying lines using the refrigeration potential of the large reservoir, is usually a significant amount of liquid hydrogen to use it, the Fzg. -Storage container and the lines to cool at the beginning of the refueling process, d. H. precondition. The resulting return gas mass flow is currently either not yet used on the gas station side and discharged to the environment, or further used via a secondary consumer system (for example a fuel cell or a pressure tank). The feedback of the hydrogen return gas in the gas station side large reservoir (= LH2 tank) is another way of using return gas, but is subject to the withdrawal of potentially contaminated fuel.

In der eingangs genannten nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift DE 10 2007 011 530 A1 ist ein Verfahren zum Befüllen eines für ein kryogenes Speichermedium, insbesondere Wasserstoff, vorgesehenen Druckspeichers beschrieben. Grundsätzlich kann das Befüllen eines Kryo-Drucktanks – zu dieser Tank-Technologie wird neben der genannten nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung bspw. noch auf die US 6,708,502 B1 verwiesen – mit unterkritischem flüssigen Wasserstoff analog der im vorhergehenden Absatz geschilderten unterkritischen Flüssigwasserstoff-Betankung erfolgen, mit dem Unterschied, dass zur Vorkonditionierung, d. h. zur Kühlung der Leitungen und des Kryo-Drucktanks ein erheblicher Mehraufwand notwendig ist und somit eine größere Menge von Restgas (oder Rückgas, welches auch als Spülmedium bezeichnet werden kann) in den großen Vorratsbehälter der Tankstelle zurück geführt werden muss.In the non-prepublished published patent application mentioned above DE 10 2007 011 530 A1 a method for filling a for a cryogenic storage medium, in particular hydrogen, provided pressure accumulator is described. Basically, the filling of a cryogenic pressure tank - to this tank technology is in addition to the aforementioned non-prepublished patent application, for example. Reference is made to US 6,708,502 B1 - done with subcritical liquid hydrogen analogous to the above paragraph described subcritical liquid hydrogen refueling, with the difference in that for preconditioning, ie for cooling the lines and the cryogenic pressure tank, a considerable additional effort is necessary and thus a larger amount of residual gas (or return gas, which can also be referred to as flushing medium) has to be fed back into the large reservoir of the filling station.

Ein alternatives Konzept zur überkritischen Betankung eines Kryo-Druckspeichers ist in der genannten nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift DE 10 2007 011 530 A1 beschrieben. Dieses basiert im wesentlichen ebenfalls auf der Rückführung des Restgases (oder Rückgases bzw. so genannten Spülmediums, das ebenfalls Speichermedium ist) während des Druckausgleiches und Kühlens (und somit des sog. Vorkonditionierens) des Speicherbehälters bzw. Kryo-Drucktanks in den großen Vorratsbehälter der Tankstelle mit flüssigem unterkritischen Wasserstoff (mit in der Regel niedrigem unterkritischen Druck von ca. 1 bar absolut bis 4 bar absolut). Anschließend erfolgt jedoch die Entnahme von flüssigem unterkritischen Wasserstoff aus dem großen Vorratsbehälter der Tankstelle mit anschließender Kompression in einer tankstellenseitig installierten Kryo-Pumpe und das Befüllen (= Betanken) des Fahrzeug-Kryodrucktanks mit kryogenem Wasserstoff auf überkritischem Druckniveau.An alternative concept for the supercritical refueling of a cryogenic accumulator is disclosed in the non-prepublished published patent application DE 10 2007 011 530 A1 described. This is based essentially also on the return of the residual gas (or return gas or so-called flushing medium, which is also storage medium) during pressure equalization and cooling (and thus the so-called. Preconditioning) of the storage tank or cryogenic pressure tank in the large reservoir of the gas station with liquid subcritical hydrogen (with generally low subcritical pressure of about 1 bar absolute to 4 bar absolute). Subsequently, however, takes place the removal of liquid subcritical hydrogen from the large reservoir of the gas station with subsequent compression in a gas station installed cryogenic pump and filling (= refueling) of the vehicle Kryodendruckanks with cryogenic hydrogen at supercritical pressure level.

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 DE 10 2007 011 530 A1 beschriebenen Verfahrens genannt. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das mit der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren ebenso bei der Betankung bzw. Befüllung eines unterkritischen Kryo-Tanks, d. h. eines einfachen für ein kryogenes Speichermedium vorgesehenen Speicherbehälters genutzt werden kann. Since the present invention has its focus in the filling of a cryogenic pressure tank with cryogenic hydrogen at supercritical pressure level, the following some vulnerabilities of the non-prepublished published patent DE 10 2007 011 530 A1 called method described. However, it should be expressly understood that the method described with the present invention can also be used in the refueling or filling of a subcritical cryogenic tank, ie a simple storage container provided for a cryogenic storage medium.

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 1 ist ein an einer Tankstelle befindlicher großer Vorratsbehälter gekennzeichnet, in dem kryogener flüssiger Wasserstoff 3 üblicherweise bei Umgebungsdruck (= 1 bara) und entsprechender Sättigungstemperatur von 20,24 K gelagert ist. Aus diesem großen Vorratsbehälter 1 soll ein in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 7 gekennzeichneter Kryo-Drucktank eines Kraftfahrzeugs betankt werden, d. h. letzterer soll mit kryogenem Flüssig-Wasserstoff aus dem großen Vorhaltsbehälter 1 befüllt werden. Hierfür wird eine dem Kryo-Drucktank 7, der wie üblich aus einem Wasserstoff bei kryogenen bis über umgebungswarmen Temperaturen speichernden Innentank 6 sowie einem diesen unter einer Vakuum-Superisolation umhüllenden vakuumdichten Außentank 8 besteht, zugeordnetes Einfüllrohr 18 letztlich mit dem großen Vorratsbehälter 1 verbunden.With the reference number 1 is a large reservoir located at a gas station, in which cryogenic liquid hydrogen 3 Usually stored at ambient pressure (= 1 bara) and corresponding saturation temperature of 20.24 K. For this big reservoir 1 should be in its entirety with the reference number 7 marked cryogenic pressure tank of a motor vehicle to be fueled, ie the latter is intended with cryogenic liquid hydrogen from the large Vorhaltsbehälter 1 be filled. For this purpose, a cryo-pressure tank 7 , as usual, from a hydrogen at cryogenic to above ambient temperatures storing inner tank 6 and a vacuum-tight outer tank enclosing it under vacuum superinsulation 8th exists, associated filler pipe 18 ultimately with the large reservoir 1 connected.

Nach dem Andocken einer zweiflutigen Betankungsaufnahme 21a im oder am Einfüllrohr 18 des Fahrzeug-Kryo-Drucktanks 7 an eine dieser zugeordnete tankstellenseitige Betankungskupplung 21b werden sowohl ein Rückgasventil 19 im isolierten Einfüllrohr 18, als auch ein dem Kryo-Drucktank 7 zugeordnetes Entnahmeventil 14 geöffnet, so dass Rest-Wasserstoff 4a aus dem Innentank 6 des Kryo-Drucktanks 7 als Restgas durch eine im Innentank 6 in der oberen Tankhälfte mündende Entnahmeleitung 9 entnommen wird, um letztlich an die Tankstelle abgegeben zu werden und somit den Kryo-Drucktank 7 sowohl zu entspannen als auch dessen Abkühlung („sog. Vorkonditionierung”) einzuleiten. Dabei wird das aus dem Kryo-Drucktank 7 entnommene und an die Tankstelle zurückgeführte Restgas über eine isolierte (vorzugsweise flexible) Betankungsleitung 22 zu einer tankstellenseitigen isolierten sog. Konditioniereinheit 5 geführt. In dieser wird – fakultativ – das Restgas (vorzugsweise in Abhängigkeit von dessen mittels eines Temperatur-Sensors 23 gemessener Temperatur) in einem Wärmetauscher 24 vorgekühlt, welcher mit kaltem Boil-off-Gas, das zum Druckausgleich des großen Vorratsbehälters 1 über eine Boil-off-Leitung 37 aus der Gasschicht 4 des großen Vorratsbehälters 1 entnommen wird, durchströmt wird. After docking a dual-flow refueling intake 21a in or on the filler pipe 18 of the vehicle cryogenic pressure tank 7 to one of these assigned filling station refueling coupling 21b Both are a return gas valve 19 in the insulated filler pipe 18 , as well as the cryogenic pressure tank 7 associated extraction valve 14 opened, leaving residual hydrogen 4a from the inner tank 6 of the cryopressure tank 7 as residual gas through one in the inner tank 6 in the upper half of the tank opening sampling line 9 is removed to ultimately be delivered to the gas station and thus the cryogenic pressure tank 7 both to relax and to initiate its cooling (so-called "preconditioning"). This is what happens in the cryopressure tank 7 withdrawn and returned to the gas station residual gas via an insulated (preferably flexible) refueling line 22 to a gas station side isolated so-called conditioning unit 5 guided. In this - optionally - the residual gas (preferably as a function of which by means of a temperature sensor 23 measured temperature) in a heat exchanger 24 pre-cooled, which with cold boil-off gas, which is used to equalize the pressure of the large reservoir 1 via a boil-off line 37 from the gas layer 4 of the big storage tank 1 is removed, is flowed through.

Anschließend wird das rückgeführte Restgas über ein Ventil 25 in einen mit dem großen Vorratsbehälter 1 bzw. mit dem darin befindlichen flüssigen Wasserstoff 3 in geeigneter wärmeübertragender Verbindung stehenden Wärmetauscher 27 eingeführt und in diesem bis zur oder nahe zur Temperatur des flüssigen Wasserstoffs 3 im Vorratsbehälter 1 abgekühlt. (Alternativ kann das rückgeführte Restgas auch ohne Vorkühlung im Wärmetauscher 24 direkt über ein Ventil 26 in den Wärmetauscher 27 geführt und dort abgekühlt werden). Das im Wärmetauscher 27, welcher hier im flüssigen Wasserstoff 3 des Vorratsbehälters 1 liegt, abgekühlte und dadurch kontrahierte Restgas, bei dem es sich ebenfalls um Wasserstoff handelt, wird danach in einem Pufferbehälter 28 gesammelt, wofür stromab dessen vorgesehene Ventile 31 und 38 geschlossen sind. Dieser Pufferbehälter 28 ist vorzugsweise ausreichend groß dimensioniert, um eine ausreichende Entspannung des kompletten Kryo-Drucktanks 7 zu ermöglichen.Subsequently, the recycled residual gas via a valve 25 in one with the big reservoir 1 or with the liquid hydrogen contained therein 3 in a suitable heat-transferring connection standing heat exchanger 27 introduced and in this up to or near the temperature of the liquid hydrogen 3 in the storage container 1 cooled. (Alternatively, the recirculated residual gas without precooling in the heat exchanger 24 directly via a valve 26 in the heat exchanger 27 led and cooled there). That in the heat exchanger 27 , which is here in liquid hydrogen 3 of the storage container 1 is, cooled and thus contracted residual gas, which is also hydrogen, is then in a buffer tank 28 collected, for what downstream of which provided valves 31 and 38 are closed. This buffer tank 28 is preferably sufficiently large to ensure adequate relaxation of the entire cryogenic pressure tank 7 to enable.

Im übrigen sind auch alle bzw. die genannten Leitungen 9, 18, 22a und der Wärmetauscher 27 ausreichend groß dimensioniert, um eine schnelle Entspannung im Kryo-Drucktank 7 (bzw. in dessen Innentank 6) zu ermöglichen und die durch die schnelle Entspannung des darin noch befindlichen Rest-Wasserstoffs 4a entstehende Expansionskälte zur Vorkühlung des Innentanks 6 zu nutzen und somit den Befüll- oder Betankungsvorgang zu beschleunigen.Moreover, all or the said lines are 9 . 18 . 22a and the heat exchanger 27 Sufficiently large enough to allow quick relaxation in the cryogenic pressure tank 7 (or in its inner tank 6 ) and by the rapid relaxation of the still remaining residual hydrogen 4a resulting expansion cold for pre-cooling the inner tank 6 to use and thus accelerate the filling or refueling process.

Nach ausreichender Entspannung des Innentanks 6 bzw. des darin noch enthaltenen Rest-Wasserstoffs 4a, die über die Drucksensoren 11 und 30 quantifizierbar ist, wird das genannte Ventil 31 geöffnet, so dass das Restgas, genauer der aus dem kalten unteren Teil des Pufferbehälters 28 entnommene Wasserstoff aus dem Pufferbehälter 28 abgeführt und hierbei mittels einer Kryo-Pumpe 32 komprimiert werden kann. Die dabei entstehende Kompressionswärme im Restgas/Wasserstoff kann durch Öffnen eines Ventils 35 in einem weiteren Wärmetausch in einem mit dem flüssigen Wasserstoff 3 des großen Vorratsbehälters 1 in Verbindung stehenden weiteren Wärmetauscher 34 kompensiert werden; alternativ kann das mittels der Kryo-Pumpe 32 komprimierte Restgas direkt (und somit ohne Umweg über den Wärmetauscher 34 in leicht erwärmten Zustand) dem Fahrzeug-Kryo-Drucktank 7 als sog. Spülmedium wieder zugeführt werden. Dabei gelangt dieses Spülmedium (= rezirkuliertes Restgas) über ein Ventil 33 und eine Betankungsleitung 22b zur bereits genannten Betankungskupplung 21b der Tankstelle. Von dort aus wird der kalte Wasserstoff als besagtes Spülmedium mit ausreichendem Druck über ein Betankungsventil 20 im Einfüllrohr 18 und ein Befüllventil 15 in der Befüllleitung 10 des Kryo-Drucktanks 7 in dessen Innentank 6 expandiert. Idealerweise sind in diesem die Öffnungen der Befüllleitung 10 und der bereits genannten Entnahmeleitung 9 ausreichend weit voneinander beabstandet, um die Verweilzeit des Spülmediums im Innentank 6 während des Kühlprozesses/Vorkonditionierprozesses desselben zu maximieren.After sufficient relaxation of the inner tank 6 or the remaining hydrogen contained therein 4a passing through the pressure sensors 11 and 30 is quantifiable, is the said valve 31 opened so that the residual gas, more precisely, from the cold lower part of the buffer tank 28 removed hydrogen from the buffer tank 28 dissipated and this by means of a cryogenic pump 32 can be compressed. The resulting heat of compression in the residual gas / hydrogen can be opened by opening a valve 35 in a further heat exchange in one with the liquid hydrogen 3 of the big storage tank 1 related further heat exchanger 34 be compensated; Alternatively, this can be done by means of the cryogenic pump 32 compressed residual gas directly (and thus without detour via the heat exchanger 34 in slightly warmed condition) to the vehicle cryogenic pressure tank 7 be recycled as so-called. Rinsing medium. This flushing medium (= recirculated residual gas) passes through a valve 33 and a refueling line 22b to the already mentioned refueling coupling 21b the gas station. From there, the cold hydrogen as said flushing medium with sufficient pressure through a refueling valve 20 in the filler pipe 18 and a filling valve 15 in the filling line 10 of the cryopressure tank 7 in its inner tank 6 expanded. Ideally, in this are the openings of the filling line 10 and the already mentioned sampling line 9 spaced sufficiently far apart to the residence time of the flushing medium in the inner tank 6 during the cooling process / preconditioning process of the same.

Dieser geschilderte Kreisprozess von Entnahme von Restgas/Rest-Wasserstoff 4a aus dem Kryo-Drucktank 7 bzw. dem Innentank 6 desselben, darauf folgender Abkühlung und anschließender Rückführung des Restgases als Spülmedium wird vor einer Neu-Befüllung des Innentanks 6 mit flüssigem Wasserstoff 3 aus dem großen Vorratsbehälter 1 so lange durchgeführt bzw. wiederholt, bis eine ausreichende Durchkühlung des Innentanks 6 festgestellt wird, welche bspw. über einen Temperatursensor 23 (in der Leitung 22a) quantifiziert werden kann. Bei Vorliegen einer ausreichender Durchkühlung des Innentanks 6 werden dann die Ventile 14, 25 bzw. 26 geschlossen und nach ausreichender Leerung des Pufferbehälters 28, dessen Inhalt in vorteilhafter Weise zumindest anteilig wieder in den Kryo-Drucktank 7 gelangen und somit wieder genutzt werden kann, auch das Ventil 31. Zur Neu-Befüllung des Innentanks 6 des Kryo-Drucktans 7 wird dann kalter flüssiger Wasserstoff 3 aus dem großen Vorratsbehälter 1 über eine Entnahmeleitung 36 entnommen und vorteilhafterweise über die gleiche bereits genannte Kryo-Pumpe 32 auf dem bereits beschriebenen Weg in den Kryo-Drucktank 7 eingebracht, bis in dessen Innentank 6 der endgültige Fülldruck (bspw. in der Größenordnung von 13 bar bis ca. 350 bar oder noch höher) erreicht ist.This described cycle of removal of residual gas / residual hydrogen 4a from the cryopressure tank 7 or the inner tank 6 the same, followed by cooling and subsequent return of the residual gas as flushing medium is before refilling the inner tank 6 with liquid hydrogen 3 from the big storage tank 1 carried out or repeated until sufficient cooling of the inner tank 6 it is determined which, for example, via a temperature sensor 23 (in the pipe 22a ) can be quantified. If there is sufficient cooling of the inner tank 6 then the valves 14 . 25 respectively. 26 closed and after sufficient emptying of the buffer tank 28 , the content of which advantageously at least partially back into the cryopressure tank 7 and thus can be used again, also the valve 31 , For refilling the inner tank 6 of the cryo-pressure-tan 7 then becomes cold liquid hydrogen 3 from the big storage tank 1 via a sampling line 36 taken and advantageously via the same already mentioned cryogenic pump 32 on the way already described in the cryo-pressure tank 7 introduced into its inner tank 6 the final filling pressure (eg. In the order of 13 bar to about 350 bar or even higher) is reached.

Was den Pufferbehälter 28 betrifft, so kann dieser bzw. dessen nach Beendigung des besagten Kreisprozesses ggf. noch vorhandener Rest-Inhalt, der von der Kryo-Pumpe 32 nicht abgeführt werden konnte und der sich zwischenzeitlich ggf. unter Druckaufbau erwärmt hat, vor einer Befüllung des Kryo-Drucktanks 7, aber auch zu einem anderen geeigneten Zeitpunkt zur Vorbereitung auf einen weiteren Betankungsvorgang (eines anderen Kryo-Drucktanks eines anderen Kraftfahrzeugs) über ein Ventil 38 und ein Bypassventil 40 vollständig entspannt werden. Die dabei aus dem Pufferbehälter 38 abgegebene Menge von Wasserstoff kann über einen Ausgang 41 an einen Sekundärverbraucher (bspw. eine Brennstoffzelle) abgegeben und dort genutzt werden.What the buffer tank 28 If necessary, this or its residual content, which may still be present after completion of said cycle, may be supplied by the cryogenic pump 32 could not be dissipated and has heated up in the meantime possibly under pressure, before filling the cryogenic pressure tank 7 but also at another appropriate time to prepare for another refueling operation (another cryogenic pressure tank of another motor vehicle) via a valve 38 and a bypass valve 40 be completely relaxed. The case from the buffer tank 38 delivered amount of hydrogen can be via an outlet 41 delivered to a secondary consumer (eg. A fuel cell) and used there.

Wie bereits beschrieben kann das durch die Wärmeeinbringung in den großen Vorratsbehälter 1 und die daraus resultierende Notwendigkeit zur Entspannung entstehende Boil-off-Gas über eine Boil-off-Leitung 37 und ein Ventil 39 zur Vorkühlung des aus dem Innentank 6 des Kryo-Drucktanks 7 rückgeführten Wasserstoffs bzw. Restgases während des Kühlprozesses genutzt werden. Anschließend kann das so vorgewärmte Boil-off-Gas über einen/den Ausgang 41 an einen. sekundären Verbraucher, bei dem es sich bspw. um eine Konditioniereinheit für ein Hochdruckbetankungssystem oder eine Brennstoffzelle handeln kann, abgegeben. Alternativ kann auf eine solche Vorkühlung des aus dem Kryo-Drucktank 7 entnommenen Restgases verzichtet werden und es wird das Boil-off-Gas des großen Vorratsbehälters 1 über ein Ventil 40 direkt im kalten Zustand an den genannten Ausgang 41 (zum Sekundärverbraucher) geführt.As already described, this can be achieved by the introduction of heat into the large reservoir 1 and the consequent need for relaxation resulting boil-off gas via a boil-off pipe 37 and a valve 39 for pre-cooling the from the inner tank 6 of the cryopressure tank 7 recycled hydrogen or residual gas can be used during the cooling process. Subsequently, the so-preheated boil-off gas via an output 41 at one. secondary consumer, which may be, for example, a conditioning unit for a high pressure refueling system or a fuel cell delivered. Alternatively, such a pre-cooling of the cryopressure tank 7 removed residual gas and it will be the boil-off gas of the large reservoir 1 via a valve 40 directly in cold condition to the mentioned exit 41 (to the secondary consumer).

Vorteilhafterweise erfolgt mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein im wesentlichen vollständiges Wieder-Einbringen des sich zu Betankungsbeginn (d. h. vor dem Vorkonditionieren) im Kryo-Drucktank 7 befindlichen Wasserstoffs in denselben, so dass mit Ausnahme einer geringfügigen, mit Abschluss des besagten Kreisprozesses zur Vorkonditionierung noch im Pufferbehälter 28 verbleibenden Restgasmenge praktisch keine Kraftstoffverluste vorliegen. Vorteilhafterweise erfolgt kein direktes Einbringen des rückgeführten Restgases bzw. Rest-Wasserstoffs 4a aus dem Kryo-Drucktank 7 in den großen Vorratsbehälter 1 der Tankstelle. Damit besteht keine Gefahr durch Verunreinigung oder Schwächung der Wärmeaufnahmefähigkeit des großen Vorratsbehälters 1 durch Rückführung von (energiereicherem) ortho-Wasserstoff aus dem Kryo-Drucktank 7. Die sog. Zweiteilung des Befüllvorgangs, nämlich die genannte Vorkonditionierung unter Verwendung des im Kryo-Drucktank befindlichen Restgases im besagten Kreisprozess (= Kreiszyklierung während des Durchkühlens) mit anschließender Wiederbefüllung des Kryo-Drucktanks mit diesem Restgas bzw. Spülmedium, und das sich daran anschließende praktisch verlustfreie Befüllen des Kryo-Drucktanks 7 mit neuem frischen Speichermedium aus dem großen Vorratsbehälter 1 schafft somit eine Möglichkeit zur verlustfreien Vorkühlung des Kryo-Drucktanks 7 (bzw. allgemein Speicherbehälters). Vorteilhafterweise ist es möglich, mit höheren Drücken zu zyklieren sowie den Kryo-Drucktank 7 zu befüllen, so dass trotz der Vorkühlphase (= Vorkonditionierung) ein relativ schneller Betankungsprozess realisiert werden kann.Advantageously, with the proposed method, substantially complete reintroduction of the start of refueling (ie, prior to preconditioning) in the cryopressure tank occurs 7 hydrogen in the same, so that, with the exception of a minor, with completion of said cycle for preconditioning still in the buffer tank 28 remaining amount of residual gas practically no fuel losses. Advantageously, no direct introduction of the recirculated residual gas or residual hydrogen takes place 4a from the cryopressure tank 7 in the big storage tank 1 the gas station. There is thus no risk of contamination or weakening of the heat capacity of the large reservoir 1 by recycling (higher-energy) ortho-hydrogen from the cryopressure tank 7 , The so-called two-parting of the filling process, namely the said preconditioning using the residual gas in the cryogenic pressure tank in said cycle (= Kreiszyklierung during cooling) with subsequent refilling of the cryogenic pressure tank with this residual gas or flushing medium, and the subsequent practical Lossless filling of the cryogenic pressure tank 7 with new fresh storage medium from the large storage tank 1 thus creates a possibility for lossless pre-cooling of the cryopressure tank 7 (or generally storage container). Advantageously, it is possible to cycle at higher pressures as well as the cryopressure tank 7 to fill, so that despite the Vorkühlphase (= preconditioning), a relatively fast refueling process can be realized.

Schließlich besteht die Möglichkeit zur optionalen Nutzung des durch die Wärmeeinbringung im großen Vorratsbehälter 1 entstehenden Boil-off-Gases zur Vorkühlung des zu befüllenden Kryo-Drucktanks 7 (bzw. Speicherbehälters). Durch Betankung von bspw. einem oder zwei Kryo-Drucktanks 7 in der Größenordnung bspw. eines entsprechend (bspw. mittels einer Brennstoffzelle) betriebenen Personen-Kraftwagens kann unter entsprechender Verwendung des bei der Vorkonditionierung anfallenden Boil-off-Gases aus dem großen Vorratsbehälter (1) ein verlustfreier Betrieb der Tankstelle ermöglicht werden. Für die Betankung eines Fahrzeug-Kryo-Drucktanks (7) an einer Tankstelle für Flüssigwasserstoff wäre ohne die Wärmeeinbringung aus dem geschilderten Betankungsverfahren nämlich anderweitige Energie zur Druckerhaltung im großen Vorratsbehälter (1) der Tankstelle nötig, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.Finally, there is the option of optional use of the heat input in the large reservoir 1 emerging boil-off gas for precooling the cryo-pressure tank to be filled 7 (or storage container). By refueling, for example, one or two cryogenic pressure tanks 7 in the order of magnitude, for example, a corresponding motor vehicle (for example, by means of a fuel cell) can be operated from the large storage tank (with appropriate use of the boil-off gas produced during the preconditioning). 1 ) a loss-free operation of the gas station are made possible. For refueling a vehicle cryogenic pressure tank ( 7 ) at a gas station for liquid hydrogen would be without the heat input from the described refueling namely other energy for pressure maintenance in the large reservoir ( 1 ) of the gas station necessary, wherein it should be noted that quite a variety of details may differ from the above explanations designed without departing from the content of the claims.

Claims (7)

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.Method for filling a storage container provided for a cryogenic storage medium, in particular cryogenic hydrogen, 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 portion of the still as residual gas ( 4a ) in the storage tank / cryogenic pressure tank ( 7 ) contained storage medium from the storage container ( 7 ) is discharged, which further using the refrigeration potential of the large reservoir ( 1 ) is cooled and thus preconditioned for refilling, characterized in that the residual gas for preconditioning of the storage container ( 7 ) in a cycle from the storage tank ( 7 ) and by a the cold potential of the large reservoir ( 1 ) using heat exchanger ( 27 ) into a buffer container ( 28 ) and out of this by means of a cryogenic pump ( 32 ) and back into the storage container ( 7 ) is guided until this Storage container ( 7 ) with a view to refilling with storage medium from the large reservoir ( 1 ) is sufficiently cooled. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Speicherbehälter (7) abgeführte Restgas (4a) oder rezirkulierte Restgas zur Nutzung des Kältepotentials des großen Vorratsbehälters (1) durch einen in diesem angeordneten Wärmetauscher (27) geführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the from the storage container ( 7 ) discharged residual gas ( 4a ) or recirculated residual gas to use the refrigeration potential of the large reservoir ( 1 ) by a arranged in this heat exchanger ( 27 ) to be led. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Speicherbehälter abgeführte Restgas oder rezirkulierte Restgas zur Nutzung des Kältepotentials des großen Vorratsbehälters durch einen mit dem Boil-off-Gas des großen Vorratsbehälters (1) beaufschlagten Wärmetauscher (24) geführt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the discharged from the storage tank residual gas or recirculated residual gas to use the refrigeration potential of the large reservoir by one with the boil-off gas of the large reservoir ( 1 ) acted upon heat exchanger ( 24 ) to be led. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Speicherbehälter abgeführte Restgas oder rezirkulierte Restgas nach Passieren des Wärmetauschers (27) im ausreichend groß dimensionierten Pufferbehälter (28) entspannt und gesammelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the discharged from the storage tank residual gas or recirculated residual gas after passing through the heat exchanger ( 27 ) in a sufficiently large buffer container ( 28 ) is relaxed and collected. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Pufferbehälter (28) entnommene und mittels einer Kryo-Pumpe (32) verdichtete rezirkulierte Restgas, das nun als Spülmedium fungiert und auch als solches bezeichnet wird, vor Einleitung in den Speicherbehälter (7) durch einen das Kältepotential des großen Vorratsbehälters (1) nutzenden Wärmetauscher (34) geführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the from the buffer container ( 28 ) and by means of a cryogenic pump ( 32 ) compressed recirculated residual gas, which now acts as flushing medium and is also referred to as such, prior to introduction into the storage container ( 7 ) by a the cold potential of the large reservoir ( 1 ) using heat exchanger ( 34 ) to be led. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nach Abschluss der Vorkonditionierung des Speicherbehälters (7) noch im Pufferbehälter (28) befindliche Spülmedium einem Sekundärverbraucher zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after completion of the preconditioning of the storage container ( 7 ) still in the buffer tank ( 28 ) located flushing medium is supplied to a secondary consumer. Tankanlage für Kraftfahrzeuge, die einen großen Vorratsbehälter sowie Leitungen, Ventile und zumindest einen Wärmetauscher zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Tank system for motor vehicles, which has a large reservoir and lines, valves and at least one heat exchanger for carrying out the method according to any one of the preceding claims.
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