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DE3344770A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen betankung eines fluessigwasserstofftanks in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur automatischen betankung eines fluessigwasserstofftanks in einem kraftfahrzeug

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DE3344770A1
DE3344770A1 DE19833344770 DE3344770A DE3344770A1 DE 3344770 A1 DE3344770 A1 DE 3344770A1 DE 19833344770 DE19833344770 DE 19833344770 DE 3344770 A DE3344770 A DE 3344770A DE 3344770 A1 DE3344770 A1 DE 3344770A1
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DE
Germany
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line
motor vehicle
tank
liquid hydrogen
valves
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DE19833344770
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DE3344770C2 (de
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Willi Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Nieratschker
Walter Prof. 7030 Sindelfingen Peschka
Gottfried Schneider
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Priority to CA000469565A priority patent/CA1232881A/en
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Description

HOEGER1 STELERECHiT.Ä. PARTNER
PATENTANWÄLTE O O / / Π'Η Π
UHLANDSTRASSE 14 c D 700O STUTTGART 1
A 4 5 713 u Anmelder: Deutsche Forschungs- und
u - 192 Versuchsanstalt für Luft-
1o. August 1983 und Raumfahrt e.V.
53oo Bonn
Beschreibung :
Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Betankung eines Flüssigwasserstofftanks in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Betankung eines Flüssigwasserstofftanks in einem Kraftfahrzeug, bei dem man den Tank mit einer Flüssigwasserstoff zuführleitung sowie einer Wasserstoffgasrückführleitung verbindet. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer eine Flüssigwasserstoffzuführleitung und eine Wasserstoffgasrückführleitung umfassenden Tankleitung, die an einen Tankstutzen am Kraftfahrzeug dicht anschließbar ist.
Derartige Vorrichtungen zur Betankung eines mit Flüssigwasserstoff angetriebenen Kraftfahrzeuges sind beispielsweise aus den folgenden Druckschriften bekannt:
Hydrogen Energy System, Proceedings of the 2nd World Hydrogen Energy Conference, held in Zürich, Switzerland, 21.-24. Aug. 1978, Band 4, Seiten 1917 bis 1928
-Jd-
A 45 713 u
u - 192
1o. August 1983
Int. J. Hydrogen Energy, Band 7, Nr. 8, Seiten 661 bis 669
DPVLR-Nachrichten Heft 34, Seiten 26 bis 33.
Bei diesen Vorrichtungen werden in der ortsfesten Tankstelle bei der Betankung durch eine der Tankstelle zugeordnete Steuerung verschiedene Vorgänge nacheinander eingeleitet, beispielsweise die Evakuierung der Tankleitung, die Beschickung der Tankleitung mit Flüssigwasserstoff und die Entleerung der Tankleitung nach dem Tankvorgang. Diese Vorgänge werden im wesentlichen durch die Schaltung verschiedener Ventile in einem Rohrleitungssystem gesteuert. Bei den bekannten Verfahren wird die Tankleitung mit einem entsprechenden Stutzen am Kraftfahrzeug verbunden, wobei dann die Flüssigwasserstoffzuführleitung und die Wasserstoffgasrückführleitung unmittelbar in den Wasserstofftank des Kraftfahrzeuges einmünden.
Bei diesen vorbekannten Vorrichtungen ist eine vollautomatische Betankung nicht möglich, insbesondere ergeben sich Schwierigkeiten bei der Abkühlung der fahrzeugseitigen Leitungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß auch fahrzeugseitig eine Abkühlung erfolgt, bevor der Flüssigwasserstoff in den Fahrzeugtank eingefüllt wird.
— 7 "*
A 45 713 u
u - 192
1o. August 1983
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man vor Beginn der Betankung des Flüssigwasserstofftankes die Flüssigwasserstoffzuführleitung im Kraftfahrzeug mit der Wasserstoffgasrückführleitung verbindet sowie Flüssigwasserstoff zur Kühlung dieser Leitungen durch diese hindurchleitet und daß man erst nach der Abkühlung die Flüssigwasserstoffzuführleitung mit dem Flüssigwasserstofftank verbindet.
Diese Erfindung wird weiterhin durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine die Flüssigwasserstoffzuführleitung mit der Wasserstoffgasrückführleitung verbindende Bypassleitung im Kraftfahrzeug und durch elektrisch betätigbare Schließventile in der Flüssigwasserstoff zuführleitung stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung und in der Bypassleitung.
■Durch diese Maßnahmen wird der Flüssigwasserstoff beim Beginn des Betankungsvorganges nicht in den Fahrzeugtank eingefüllt, sondern gelangt kurz vor dem Eintritt in den Flüssigwasserstofftank über eine Bypassleitung in die Wasserstoffgasrückführleitung. Dadurch werden sowohl die Flüssigwasserstoffzuführleitung als auch die Wasserstoffgasrückführleitung ausreichend gekühlt. Erst wenn diese Kühlung vorgenommen wurde, wird der Durchgang der Flüssigwasserstoffzuführleitung in den fahrzeugeigenen Tank geöffnet, so daß der eigentliche Betankungsvorgang beginnen kann.
-β -
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10, August 1983
Es kann dabei weiterhin vorgesehen sein, daß in der Wasserstoffgasrückführleitung stromaufwärts und stromabwärts der Einmündung der Bypassleitung ebenfalls elektrisch betätigbare Ventile angeordnet sind. Vorzugsweise zweigt zwischen den beiden Ventilen in der Wasserstoffgasrückführleitung eine zum Motor des Kraftfahrzeuges führende Versorgungsleitung ab. Durch entsprechende Betätigung der Ventile zu beiden Seiten dieser Abzweigung kann im Betrieb des Fahrzeuges über diese Leitung Wasserstoffgas aus dem fahrzeugeigenen Tank zum Motor transportiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn am Kraftfahrzeug ein elektrischer Anschluß für zu den Ventilen führende Steuerleitungen angeordnet ist.
Bei ainem ersten bevorzugter Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Tankleitung eine mit dem Anschluß verbindbare Steuerleitung zugeordnet ist, über die den Ventilen von der Steuerung der Tankstelle Steuersignale zuführbar sind. Bei dieser Ausgestaltung, bei welcher die Steuerleitung so ausgeführt sein kann, daß sie zwangsläufig beim Anschließen der Tankleitung mit dem Anschluß in Verbindung kommt, kann somit auch die Steuerung der fahrzeugeigenen Ventile von der zentralen Steuerung an der ortsfesten Tankstelle vorgenommen werden.
— Q —
- st -
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1o. August 1983
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß mit dem Anschluß eine manuell betätigbare Steuerung verbindbar ist, über die die Ventile einzeln steuerbar sind. Mit einer solchen Steuerung können die Ventile im Kraftfahrzeug auch dann entsprechend gesteuert werden, wenn die Tankstelle nicht über eine Steuerung verfügt, die Steuersignale für die fahrzeugeigenen Ventile zur Verfügung stellt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ventile von der im Kraftfahrzeug angeordneten Batterie mit Energie versorgt werden; dazu sind sie vorzugsweise mit der Batterienetzspannung betreibbar.
Es ist weiterhin günstig, wenn die mit dem Kraftfahrzeug verbundene Tankleitung einen Schalter am Kraftfahrzeug betätigt, der den Zündstromkreis des Kraftfahrzeuges unterbricht. Dadurch ist sichergestellt, daß während der Betankung das Kraftfahrzeug nicht gestartet werden kann.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Die Zeichnung zeigt eine schematische Ansicht des kraftfahrzeugeigenen Leitungssystems zum Flüssigwasserstofftank des Kraftfahrzeuges .
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Ιο. August 1983
In einem in der Zeichnung strichpunktiert angedeuteten Kraftfahrzeug 1 befindet sich ein in der Zeichnung nicht dargestellter Flüssigwasserstofftank, der in geeigneter Weise von einem Vakuummantel umgeben und somit gegenüber der Umgebung isoliert ist. Von einem Tankstutzen 2 am Kraftfahrzeug führt eine Flüssigwasserstoff zuführleitung 3 zu dem Flüssigwasserstofftank, während aus dem Gasraum des Flüssigwasserstofftanks eine Wasserstoffgasrückführleitung 4 zu einem zweiten Tankstutzen 5 führt. Vor Erreichen des Flüssigwasserstofftanks sind die Flüssigwasserstoffzuführleitung 3 und die Wasserstoffgasrückführleitung 4 über eine Bypassleitung 6 miteinander verbunden.
Stromabwärts der Abzweigung dieser Bypassleitung 6 ist in der Flüssigwasserstoffzuführleitung 3 ein elektrisch betätigbares Schließventil 7 angeordnet. Ein weiteres elektrisch betätigtes Schließventil 8 befindet sich in der Bypassleitung 6, und zu beiden Seiten der Einmündung der Bypassleitung 6 in die Wasserstoffgasrückführleitung 4 ist je ein elektrisch betätigbares Ventil 9 bzw. 1o angeordnet. Zwischen den beiden Ventilen 9 und 1o zweigt von der Wasserstoffgasrückführleitung 4 eine Versorgungsleitung 11 ab, die in aus der Zeichnung nicht ersichtlicher Weise zum Motor des Kraftfahrzeuges führt. In dieser Versorgungsleitung befindet sich ein weiteres elektrisch betätigbares Ventil 12.
- 11 -
- yi -
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Den Ventilen 7,8, 9 und 1o ist je eine Steuerleitung 13, 14, 15 bzw. 16 zugeordnet, die alle zu einem Anschluß 17 an der Kraftfahrzeugaußenseite führen, der in unmittelbarer Nähe der beiden Tankstutzen 2 und 5 angeordnet ist.
Mit den beiden Tankstutzen 2 und 5 ist eine Tankleitung 18 dicht verbindbar, die einen Flüssigwasserstoff zufuhrschlauch 19 und einen Wasserstoffgasrückführschlauch 2o aufweist. Im verbundenen Zustand sind der Flüssigwasserstoffzufuhrschlauch und die fahrzeugeigene Flüssigwasserstoffzuführleitung einerseits sowie der Wasserstoffgasrückführschlauch und die fahrzeugeigene Wasserstoffgasrückführleitung andererseits gasdicht miteinander verbunden. Um diese Verbindung zu sichern, können ein Bajonettverschluß oder eine andere Rast- oder Schnappverbindung an sich bekannter Bauart vorgesehen sein.
Im Bereich der beiden Tankstutzen 2 und 5 befindet sich ein Schalter 21 am Kraftfahrzeug, der von der Tankleitung 18 betätigt wird, wenn die Tankleitung mit den beiden Tankstutzen 2 und 5 verbunden ist. Der betätigte Schalter 21 unterbricht die Stromzufuhr von der kraftfahrzeugeigenen Batterie 22 zum Zündschloß 23 und der Zündspule 24 des Kraftfahrzeuges, so daß das Kraftfahrzeug bei eingeschalteter Tankleitung nicht gestartet werden kann.
- 12 -
-vz-
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Mit dem Anschluß 17 ist eine Steuerleitung 25 verbindbar, beispielsweise handelt es sich hierbei um eine normale Steckverbindung, Die Steuerleitung 25 kann mit der Tankleitung 18 so verbunden sein, daß die Steuerleitung beim Verbinden der Tankleitung mit dem Tankstutzen zwangsläufig mit dem Anschluß 17 verbunden wird. Über den Anschluß sind die Steuerleitungen 13, 14, 15 und 16 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Steuerung in der ortsfesten Tankstelle verbindbar. Weiterhin wird die Steuerung in der Tankstelle über den Anschluß und die Steuerleitung 25 mit der Batterie 22 des Kraftfahrzeuges verbunden; zu diesem Zweck ist eine Versorgungsleitung 26 von der Batterie 22 zum Anschluß 17 geführt.
Das Ventil 12 in der Versorgungsleitung 11 wird über eine kraftfalirzsugeigene Steuerung 27 betätigt, die dieses Ventil 12 immer schließt, wenn der Motor ausgeschaltet wird.
Zur Betankung des Kraftfahrzeuges wird die Tankleitung 18 mit den beiden Tankstutzen 2 und 5 verbunden, wobei gleichzeitig durch den Schalter 21 sichergestellt ist, daß das Kraftfahrzeug während der Betankung nicht gestartet werden kann. Gleichzeitig werden die Steuerleitungen 13, 14, 15 und 16 und die Versorgungsleitung 26 mit der Steuerung der ortsfesten Tankstelle verbunden.
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Die Tankstellensteuerung schließt dabei zunächst die Ventile 1 und 1o und hält die Ventile 8 und 9 geöffnet. In dieser Ventilstellung werden die Flüssigwasserstoffzufuhrleitung und die Wasserstoffgasrückführleitung evakuiert und anschließend durch Hindurchleiten von flüssigem Wasserstoff abgekühlt.
Nach dem Abkühlen werden die Ventile 7 und 1o geöffnet, während das Ventil 8 geschlossen wird. Der flüssige Wasserstoff gelangt nunmehr über die Flüssigwasserstoffzufuhrleitung 3 in den fahrzeugeigenen Wasserstoff tank, während abdampfendes Wasserstoffgas über die Wasserstoffgasrückführleitung 4 zur Tankstelle zurückfließt.
Nach Beendigung der Betankung werden die Ventile 7 und 1o geschlossen, das Ventil 8 wird geöffnet. Ir dieser Stellung werden die Flüssigwasserstoffzuführleitung und die Wasserstoffgasrückführleitung evakuiert und mit Stickstoff gefüllt. Damit ist der Betankungsvorgang beendet, die Tankleitung kann nunmehr wieder von den Tankstutzen 2 und 5 abgezogen werden.
Zum Betrieb des Kraftfahrzeuges wird Wasserstoffgas aus dem Tank über die geöffneten Ventile 1o und 12 dem Motor zugeleitet, wobei die übrigen Ventile I1 8 und 9 geschlossen bleiben.
- 14 BAD ORIGINAL
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Auf diese Weise kann der Betankungsvorgang vollständig automatisch ablaufen, die Steuerung auch der fahrzeugeigenen Ventile erfolgt über die Steuerung in der jeweiligen Tankstelle.
Um die Ventile im Kraftfahrzeug notfalls auch ohne eine solche Steuerung in der Tankstelle betätigen zu können, ist eine manuell betätigbare Steuerung 28 vorgesehen, die mittels eines Steckers 29 mit dem Anschluß 17 verbindbar ist. Diese Steuerung 28 ersetzt somit die tankstelleneigene Steuerung. Diese Steuerung 28 enthält vier Schalter 3o, 31, 32, 33, die unabhängig voneinander manuell betätigt werden können. Jeder dieser Schalter ist einem der Ventile 7, 8, 9 bzw. 1o des Kraftfahrzeuges zugeordnet, so daß diese Ventile auf diese Weise von Hand so betätigt werden können, wie es die automatische Steuerung einer Tankstelle normalerweise beim Betankungsvorgang veranlaßt.
Leerseite -

Claims (9)

HOEGER, STELURECHiT.&. PA-RTT-NER PATENTANWÄLTE 3 3 4 A 7 7 UHLANDSTRASSe 14 c.· D 7000 STUTTGART 1 A 45 713 u Anmelder: Deutsche Forschungs- und u - 192 Versuchsanstalt für Luft- 1o. August 1983 und Raumfahrt e.V. 53oo Bonn Patentansprüche :
1. Verfahren zur automatischen Betankung eines Flüssigwasserstoff tankes an einem Kraftfahrzeug, bei dem man den Tank mit einer Flüssigwasserstoffzuführleitung sowie einer Wasserstoffgasrückführleitung verbindet,
dadurch gekennzeichnet, daß man vor Beginn der Betankung des Flüssigwasserstofftankes die Flüssigwasserstoffzuführleitung im Kraftfahrzeug mit der Wasserstoffgasrückführleitung verbindet und Flüssigwasserstoff zur Kühlung dieser Leitungen durch diese hindurchleitet und daß man erst nach der Abkühlung die Flüssigwasserstoff zuführleitung mit dem Flüssigwasserstofftank verbindet,
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens des Ansprucheso1 mit einer einen Flüssigwasserstoffzufuhrschlauch und einen Wasserstoffgasrückführschlauch umfassenden Tankleitung, die an einen Tankstutzen am Kraftfahrzeug anschließbar ist, gekennzeichnet durch eine die Flüssigwasserstoffzuführleitung (3) im Kraftfahrzeug (1) mit der Wasser-
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stoffgasrückführleitung (4) verbindende Bypassleitung (6) und durch elektrisch betätigbare Schließventile (7 bzw. 8) in der Flüssigwasserstoff zuführleitung (3) stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung (6) und in der Bypassleitung (6).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wasserstoffgasrückführleitung (4) stromaufwärts und stromabwärts der Einmündung der Bypassleitung (6) ebenfalls elektrisch betätigbare Ventile (1o,9) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Ventilen (9,1o) in der Wasserstoffgasrückführleitung (4) eine zum Motor des Kraftfahrzeuges (1) führende Versorgungsleitung (11) abzweigt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Kraftfahrzeug (1) ein elektrischer Anschluß (17) für zu den Ventilen (7,8,9,1ο) führende Steuerleitungen (13,14,15 bzw. 16) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankleitung (18) eine mit dem Anschluß (17) verbindbare Steuerleitung (25) zugeordnet ist, über die den Ventilen (7,8,9,1ο) von der Steuerung der Tankstelle Steuersignale zuführbar sind.
33U77Q
-A-
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7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Anschluß (17) eine manuell betätigbare Steuerung (28) verbindbar ist", über die die Ventile (7,8,9,1o) einzeln steuerbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7,8,9,1o) von der im Kraftfahrzeug (1) angeordneten Batterie (22) mit Energie versorgt werden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Kraftfahrzeug (1) verbundene Tankleitung (18) einen Schalter (21) betätigt, der den Zündstromkreis des Kraftfahrzeuges (1) unterbricht,
-
DE3344770A 1983-12-10 1983-12-10 Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Betankung eines Flüssigwasserstofftanks in einem Kraftfahrzeug Expired DE3344770C2 (de)

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