以加压的气态媒介对存储罐填充的方法及填充装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及以加压的气态媒介对存储罐填充的方法及填充装置。
【背景技术】
[0002] 填充有作为燃料的气态氢的车辆需要专门设计的填充站，所述填充站将保持在相 当高压（例如700bar)下的氢供送到车辆储罐或连接的存储罐中。为了针对制造商建立对 在这些用于氢动力车辆的填充站处填充过程进行管理的综合性标准，由其它方若干车辆制 造商构成的协会制订了 SAE J2601指南。该标准规定了针对在所述填充站处填充过程的指 南、安全相关限定以及性能要求。例如，设置的是氢动力车辆在3分钟内填充至700bar，而 在过程中存储罐（例如车辆储罐）的温度并不上升超过85°C的温度（该温度上升通过存储 罐中由于流入的氢而迅速的压力增加所引起）。与此同时，在填充过程期间要求的是在进入 存储罐时氢的温度并不降至低于_40°C。同样地，存在对填充过程中可允许的温度波动进行 管理的规则。
[0003] 为了既不在填充过程期间超过尤其是85°C的最大可允许温度而与此同时又不下 降低于-40°C的氢限定的预冷却温度，用于填充存储罐的氢必须因而特别在具体的时间跨 度（例如25秒）内在相当窄的-40°C至_33°C的温度范围内保持，其中氢的温度通常在进 入用于存储罐的燃料软管的入口处测量。
[0004] 由于在前述填充站处可变的配管长度以及配管中改变的温度状况，现有技术中在 泵处为氢实现恒定的温度（例如-40°c)是相当耗时且昂贵的。除此之外，例如，这是因为每 个填充过程导致储罐供应线路温度的暂时下降，以及导致在完成填充过程时储罐供应线路 温度重新调节至环境温度。因此，储罐供应线路温度在填充过程开始时非常取决于多久之 前发生潜在之前的填充过程，这引起了将热量可变地引导至在储罐供应线路中流动的氢。 过加热的储罐供应线路能导致泵处的氢在必须被观察的时间帧内没有达到规定的-33°C 至-40°C的温度范围，从而必须中断填充过程。
[0005] 在长的储罐供应线路中，储罐线路必须被冷却以防止该情况，但是这与相当高的 成本相关联。
【发明内容】
[0006] 从上述问题出发，本发明的目的因而是提供一种最初所提及种类的方法，其中用 于对存储容器（例如车辆储罐）填充的媒介、尤其是氢能以相当节约成本的方式在可允许 的温度下保存。
[0007] 该目的利用具有权利要求1中特征的方法实现。
[0008] 在以加压的气态媒介、尤其是氢填充存储罐的方法中，后者提供的是该存储容器 以前述媒介经由储罐供应线路和在储罐供应线路的端部区段上配备的填充耦接件填充该 存储容器，其中在储罐供应管线的所述端部区段上于填充耦接件上游设置的（用于对媒介 冷却的）蓄冷器在存储罐被填充之前被冷却至预定的操作温度，从而在填充存储罐的第一 阶段中流过储罐供应线路的、并且尤其是在过程中在储罐供应线路中被加热的媒介由蓄冷 器冷却至预定的期望温度，其中，一旦储罐供应线路已经被回流媒介冷却，蓄冷器就在填充 存储罐的第二阶段中被回流媒介再次冷却。
[0009] 因此，待附加地传输至蓄冷器的冷却能力仅仅相当于超过功率耗散多一点，其取 决于蓄冷器与连接线路（储罐供应线路）的绝热。
[0010] 蓄冷器保持处于优选-40°C的操作温度，尤其在填充过程中也保持处于该温度。 蓄冷器优选地将传递进存储罐中的媒介保持在范围从_40°C至_33°C的期望温度。蓄冷器 中的冷能量在此能配置成使得媒介/氢的质量流能在例如50秒至90秒的时间跨度内从 +40 °C的温度冷却至-40 °C的温度。
[0011] 蓄冷器的又一优点在于其具有"温度平滑"效应。这使得更明显地易于控制温度 (例如，以支路功能等控制），是因为即使过低的温度也能抵消。例如，在根据本发明的方法 中媒介的温度被防止向下波动至低于_40°C的更低温度，是因为蓄冷器相应地加热被过冷 却（即保持处于低于-40°C)的媒介，从而流入存储罐内的媒介的温度再次位于前述期望的 温度范围内。
[0012] 根据本发明方法的另一变型提供的是在填充存储罐之前借助于冷却回路将蓄冷 器冷却至规定的操作温度，所述冷却回路与在储罐供应线路上在蓄冷器上游设置的制冷机 的附加的蓄冷器耦接，从而冷却回路从蓄冷器提取热量并使其冷却。前述制冷机或附加的 蓄冷器用于在媒介进入储罐供应线路或进入燃料泵线路时冷却所述媒介。
[0013] 此外，根据本发明的目的利用具有权利要求4中特征的、以气态加压媒介（例如 氢）对存储罐（例如车辆储罐）填充的填充装置来实现。
[0014] 根据所述权利要求，蓄冷器在储罐供应线路的端部区段上填充耦接件的上游设 置。因此，填充装置尤其展现为蓄冷器定位成使得媒介从蓄冷器至存储罐的通道相比于整 个储罐供应线路（从其它蓄冷器至填充耦接件）是短的。
[0015] 蓄冷器在此优选位于储罐供应线路的储罐软管上游，储罐软管的自由端设有该填 充耦接件，所述填充耦接件能用于将储罐软管与存储罐连接，从而该媒介能经由储罐软管 引导到存储罐中。蓄冷器优选地直接定位在断开式親接件（breakaway coupling)前方，所 述断开式耦接件允许储罐软管在张力下（例如当带有接合的填充耦接件的车辆远离气泵 行驶时）与剩余的储罐供应线路分隔开。将蓄冷器直接设置在断开式耦接件的前方在此尤 其意指相比于储罐供应线路的总体长度，媒介覆盖从蓄冷器至断开式耦接件的或者在存储 罐中的最短可能距离。这确保了从蓄冷器进行的媒介的温度在其注入存储罐之前受外部影 响仅能改变至少许的范畴。
[0016] 蓄冷器优选具有由金属、尤其由铝制成的本体，所述本体包封储罐供应线路的一 区段（端部区段）或者是形成储罐供应线路的那个区段，从而来自流过蓄冷器本体的媒介 的热量能传输至该（冷却的）本体。本体在此优选由冷却回路冷却，冷却剂在所述冷却回 路中循环。
[0017] 根据本发明的填充装置的有利实施例特征在于以下事实，蓄冷器包括金属本体、 尤其是铝制本体，所述本体包封储罐供应线路的一区段（端部区段）或者形成储罐供应线 路的那个区段，以及多个配线、优选是不锈钢配线位于由蓄冷器包封的直线区段以内或是 位于由蓄冷器形成的直线区段以内。
[0018] 前述直线区段的内径在此测量为例如14毫米，并且位于该直线区段中的（不锈 钢）配线的直径测量为例如4毫米。待提供的配线的数量和/或直径取决于期望的通道或 压力损失。根据本发明的填充装置的该结构性配置使得可以减少待在填充过程已结束后释 放的气体体积，并且因而显著地降低释放阶段期间氢的损耗，创造性的填充装置的该结构 性配置引起了增加的换热表面以及蓄冷器的存储量，并且引起增加的换热系数。
[0019] 本发明的优选实施例提供的是，为了利用该冷却回路冷却蓄冷器，蓄冷器与制冷 机的附加的蓄冷器耦接，所述附加的蓄冷器也优选具有由金属、尤其是由铝制成的本体，所 述本体包封储罐供应线路的在蓄冷器上游的一区段或者是形成储罐供应线路的那个区段， 从而来自流过附加的蓄冷器的本体的媒介的热量传输至该（冷却的）本体。附加的蓄冷器 的本体在此优选由附加的冷却回路冷却，冷却剂在所述附加的冷却回路中循环。
[0020] 在根据本发明的方法以及根据本发明的填充装置中，尤其是待传输至蓄冷器的冷 却能力与由耗散过程（例如将热量从外部环境注入蓄冷器和储罐供应线路中）所导致的功 率损耗相对应。
[0021] 在填充过程开始时，用于填充目的的媒介在填充过程期间冷却初始相对更温的储 罐供应线路，因此原则上还作用为用于储罐供应线路的冷却剂。蓄冷器然后从媒介提取通 过储罐供应线路注入的热量，并且这样做时将其本身温暖至特定程度。因此，注入蓄冷器的 热量的总量取决于注入储罐供应线路的耗散热量以及注入蓄冷器本身的热量。该总的热喷 射由前述冷却回路补偿，所述冷却回路将储罐供应线路的端部区段上的一个蓄冷器与储罐 供应线路进口上的附加的蓄冷器连接。
[0022] 因此，根据本发明方法中的蓄冷器仅必须能够吸收略微超过其自身的功率耗散以 及储罐供应线路的功率耗散。这借助于该蓄冷器的与附加的蓄冷器耦接的冷却回路发生。
【附图说明】
[0023] 本发明附加的细节和优点将利用以下对适于示例性实施例的附图的说明而被解 释，该实施例基于如下附图，其中示出了 ：
[0024] 图1为用于实施根据本发明方法的填充装置的示意图。