(57)【要約】  本発明は、液体水素用の少なくとも１つの貯蔵タンク（１）と、液体水素用の少なくとも１つのポンプ（２）を含んでいる、液体水素用の補給ステーションの供給装置および供給装置を構成して動作させる方法に関する。ここで貯蔵タンク（１）とポンプ（２）は非間接的に相互に接続されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの貯蔵タンク（１）と少なくとも１つのポンプ（２）を含んでいる、液体水素用の補給ステーションの供給装置であって、
前記貯蔵タンク（１）と前記ポンプ（２）は非間接的に相互に接続されている、
ことを特徴とする、液体水素用の補給ステーションの供給装置。
【請求項２】
貯蔵タンク（１）とポンプ（２）との間の接続部（６）の管路の長さは、０．０１ｍ〜３ｍであり、特に０．５ｍ〜１ｍであり、特に有利には０．６３ｍ〜０．７８ｍである、請求項１記載の供給装置。
【請求項３】
特に、充填、ガス排出または前記ポンプ（２）の低圧空間側の遮断に必要な弁が、前記貯蔵タンク（１）の断熱されている領域（３）内に組み込まれている、請求項１または２記載の供給装置。
【請求項４】
弁および前記貯蔵タンク（１）の周囲から前記貯蔵タンク（１）の流体領域内に突出している、前記貯蔵タンク（１）の別の器機は、前記断熱されている領域（３）内で、中間冷却部（９）と接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の供給装置。
【請求項５】
液体水素用の少なくとも１つの貯蔵タンク（１）と液体水素用の少なくとも１つのポンプ（２）を含んでいる、液体水素用の補給ステーションの供給装置を構成して動作させる方法であって、
前記貯蔵タンク（１）と前記ポンプ（２）は非間接的に相互に接続されている、
ことを特徴とする、液体水素用の補給ステーションの供給装置を構成して動作させる方法。
【請求項６】
蒸発損失によって生じるガス（ボイルオフガス）を、弁および前記断熱されている領域（３）の中間冷却に使用する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記液体水素は、２１．５Ｋ〜２７．５Ｋの温度において、特に２１．５Ｋ〜２４Ｋの温度において貯蔵および／または圧送される、請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
前記ポンプ（２）は、前記液体水素の圧力を、５０ｂａｒ〜１０００ｂａｒ、特に３５０ｂａｒ〜５００ｂａｒまたは７００ｂａｒまたは９００ｂａｒへ上昇させる、請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体水素用の補給ステーションの供給装置に関し、この供給装置は、少なくとも１つの貯蔵タンクと少なくとも１つのポンプを含んでいる。本発明は、このような供給装置を構成して動作させる方法にも関する。
【０００２】
補給ステーション用の供給装置は、通常、ストックタンクまたは貯蔵タンクと、流体を貯蔵タンクから取り出すため、かつ／または補給のために流体の圧力を上昇させるためのポンプを有している。１つまたは複数の貯蔵タンクは、管路を介してポンプと接続されている。この管路は通常、遮断弁または制御弁およびコントロールフィッティングによって中断されている。これらの構成部分の間の接続、特に貯蔵タンクとポンプとの間の接続は通常、現場での設置の際にはじめて形成される。組立てを保証することを可能にするために、管路はある程度の長さを有していなければならず、これによって管路に手を近づけることが可能になり、少なくとも一人の技術者が貯蔵タンクとポンプとの間の接続部で作業することが可能になる。さらに、弁およびその他の構成部分を検査し、場合によってはこれらを交換することが可能であることが保証されていなければならない。管路は絶縁されているにもかかわらず、管路が長いほど、より多くの熱がシステム内に導入されてしまうという欠点が生じている。液体水素の場合にはこのような入熱が原因で、蒸発損失によって、気相（以降ではボイルオフガスとも称される）が生じてしまい、これは、特に、設備内の圧力上昇、生産量低減、または特にポンプである、供給装置の後続の構成部分での損傷を生じさせてしまうことがある。入熱は、弁および別の器機、例えば温度センサまたは圧力センサの構成部分の熱伝導によっても生じることがある。これらの構成部分は、周囲とも、流体用の管路の内部とも接続している、または流体用の管路または貯蔵タンク内の流体領域と直接的に接続している。
【０００３】
本発明の課題は、液体水素用の補給ステーションの供給装置への入熱を低減するための装置および方法を提供することである。
【０００４】
上述の課題は、貯蔵タンクとポンプが非間接的に（ｕｎｍｉｔｔｅｌｂａｒ）若しくは直接的に相互に接続されていることによって解決される。貯蔵タンクの外部ケーシングと、ポンプのとの間には有利には、貯蔵タンクからの出口とポンプの低圧領域との間の管路を中断することができる弁または器機は取り付けられていない。有利には、貯蔵タンクとポンプとの間の接続部の管路の長さは、０．０１ｍ〜３ｍであり、特に０．５ｍ〜１ｍであり、特に有利には０．６３ｍ〜０．７８ｍである。貯蔵タンクとポンプとの間の接続部、すなわち液体、特に液体水素用の排出管路は、できるだけ短く保たれるべきである。排出管路が短いほど、供給装置への入熱が少なくなり得る。排出管路、すなわち特に液体水素を貯蔵タンクからポンプへと導く管路は、有利には０．６３ｍの長さである。有利には、低温のボイルオフガスが貯蔵タンク内へ戻される。このような戻り管路は有利には、０．７８ｍの長さである。
【０００５】
貯蔵タンクは有利には、流体容器を包囲する、断熱されている領域から成る。貯蔵タンク、ひいては流体容器も有利には、その中に液体水素が貯蔵可能であるように構成されている。液体表面の上方に、水素の気相が形成される。断熱されている領域は、流体容器内の温度を一定に保つために用いられる。絶縁材料として充填材が充填されてよい、またはこの領域が真空にされていてよい、またはこの領域が種々の層材料から成っていてよい。種々の絶縁技術を組み合わせることも可能である。貯蔵タンクは有利には、液体水素用の供給部を有している。このような供給部は、有利には遮断弁および／または圧力保持弁を介して保護されており、これらの弁は有利には、断熱されている領域内に組み込まれている。有利な構成では、貯蔵タンクは温度センサおよび圧力センサならびに別の安全装置を有している。
【０００６】
充填、ガス排出またはポンプの低圧空間の遮断に必要な弁は有利には、貯蔵タンクの断熱されている領域内に組み込まれている。これは、断熱されている領域に存在している低い温度が、弁の冷却のためにも使用可能である、という利点を供する。このような弁によってさらに、貯蔵タンクをポンプから絶縁することが可能である。これは特に、貯蔵タンクが充填される際、またはポンプがメンテナンスされる際に必要である。有利には、断熱されている領域内に組み込まれている、弁のレバー等の操作要素および表示部およびセンサは、貯蔵タンクの周囲と接触しており、管路と同様に、熱伝導を介して、貯蔵タンクの流体領域内もしくは断熱されている領域内へ熱を導入することに寄与してしまう。したがって、供給装置の有利な構成では、弁および貯蔵タンクの周囲から貯蔵タンクの流体領域内に突出している、貯蔵タンクの別の器機は、断熱されている領域内で、中間冷却部と接続されている。
【０００７】
中間冷却部は、管路が、断熱されている領域内で、しかし貯蔵タンクの外壁の近傍において、弁またはセンサの熱伝導性構成部分の傍らを通して案内されるように構成することができる。管路が、１回または複数回蛇行して、このような構成部分の周囲を回らされてもよい。有利には、蒸発損失によって生じるガス（ボイルオフガス）は、弁および断熱されている領域の中間冷却に使用される。ボイルオフガスは、有利には、液体容器のガス領域から取り出され、管路を通って、中間冷却部に案内される。このような管路は有利には、同様に、断熱されている領域内に配置されており、このような領域も冷却される。ボイルオフガスは、貯蔵タンクへの入熱によって生じ、特に液体水素の気化によって生じる。圧力上昇を回避するために、ボイルオフガスは貯蔵タンクから排出されなければならない。しかしボイルオフガスは、液体水素と同様に、低い温度で存在するので、冷却に使用することができる。ボイルオフガスはまずは、断熱されている領域、およびその中に配置されている装置の冷却のために使用されるが、貯蔵タンクから排出された後は、補給ステーションの後続の構成部分を冷却するために使用される。これによって、設備全体、すなわち補給ステーションの熱力学的効率が最適化される。これに続いて、ボイルオフガスが再び冷却され、かつ／または液化され、貯蔵タンク内に戻されてよい。ボイルオフガスは別の実施形態では廃棄されてもよく、例えば周辺に放出される、または燃やされる。
【０００８】
ポンプは有利には、これによって液体水素が圧送および／または圧縮されるように構成されている。ポンプは特に有利には、水素を圧送するようにも、水素を圧縮するようにも、すなわち圧力を上昇させるようにも構成されている。ポンプは、液体水素の圧力を有利には、５０ｂａｒ〜１０００ｂａｒ、特に３５０ｂａｒ〜５００ｂａｒまたは７００ｂａｒまたは９００ｂａｒへ上昇させる。
【０００９】
供給装置の別の有利な構成では、ポンプ、特にポンプの低圧領域の側は、貯蔵タンクの断熱されている領域内に、または貯蔵タンクの流体容器内に直接的に設置されている。
【００１０】
液体水素は有利には、２０Ｋ〜２７．５Ｋの温度において、特に２２．５Ｋ〜２４Ｋの温度において貯蔵および／または圧送される。これは、貯蔵タンク内を、２０Ｋ〜２７．５Ｋの温度が占有しており、貯蔵タンクの外は通常、周辺温度であることを意味している。
【００１１】
貯蔵タンクとポンプとの非間接的な接続部において、設置面積が低減されているのは特に有利である。このために組立ては、通常、有利には、別の箇所で実行されなければならないが、これは、工場においてより良好に絶縁を行うことが可能になる、という付加的な利点を供する。したがって、特に、貯蔵タンクとポンプと接続している管路との間の熱的な絶縁領域の移行が、欠陥無く実現されることが保証される。むしろ、共通の絶縁ケーシングを、ひと続きの材料から作成することができる。これによって、入熱が格段に低減する。貯蔵タンクとポンプの間の接続管路においてボイルオフガスが発生し、このようなガスが、特に気泡形成またはキャビテーションによってポンプを損傷させてしまうことが阻止される。工場での事前組立てによって、さらに、設置場所での組立て時間を低減させることができ、これによってもコストが省かれる。事前組立ては特に、供給装置が地下に設置されるべきであり、地上に設置される場合よりもアクセス性がさらに制限されている場合に役に立つ。
【００１２】
この供給装置は特に、水素または天然ガスを車両に供給する補給ステーションに対して適用可能である。
【００１３】
以降では本発明を、図１に概略的に示されている実施例に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明による装置の概略的な構成を示す。
【００１５】
図１は、本発明による装置の概略的な構成を示している。貯蔵タンク１とポンプ２は有利には、車両に水素を補給するための補給ステーションの一部である。貯蔵タンク１は断熱されている領域３と、流体容器４とから成る。流体容器は、液化水素の貯蔵のために構成されており、ここで、液体表面の上方には、水素を含有しているガス雰囲気が生じている。断熱されている領域３はこの実施例では、充填材および形成された真空によって絶縁されている。貯蔵タンク１の全ての弁および安全装置および調整装置は次のように、断熱されている領域に収容されている。すなわち、外部からアクセスされるハンドル、レバーまたは表示部を介して、できるだけ、断熱されている領域に熱が入れられないように収容されている。これは特に次のことによって実現される。すなわち、低温のボイルオフガスが、断熱されている領域３内で弁の周囲を通して案内され、これによって、これらの弁が冷却されることによって実現される。これは概略的に、例示的な３つの位置にある中間冷却部９によって示されている。したがって、バルブハンドル、センサまたは外部から、断熱されている領域３内へ導かれている他の管路を介した入熱が実質的に回避される。ボイルオフガスは、排出部８を介して貯蔵容器から排出される。ボイルオフガスは、別の設備部分を冷却するために使用されても、廃棄されても、再冷却されてもよい。
【００１６】
貯蔵タンク１は、液体、この例では液体水素のための供給管路５を有している。供給管路５は、特に、遮断弁および圧力保持弁を介して保護される。貯蔵タンク１は、液体水素用の排出管路６を介して、ポンプ２と接続されている。ポンプ２は、有利には、液体水素を取り扱うクライオポンプである。排出管路６は、特に、遮断弁および圧力保持弁を介して保護されている。調整され、冷却されたボイルオフガスは、この実施例では、戻り管路７を介して貯蔵容器１に戻され、再び、直接的に冷却に使用される、または流体容器４の頭部にあるガス領域に導かれる。これによって、流体容器４の頭部にあるガス領域の冷却を実現することができる、かつ／または圧力に影響を与えることができる。
【００１７】
排出管路６の長さは、図示の実施例では、貯蔵タンク１とポンプ２との間で、０．６３ｍである。このような短い距離によって、入熱ができるだけ少なくなることが保証される。距離が短いことによって生じる、現場での組立ての労力を低減するために、この設備は事前に組み立てられる。
【符号の説明】
【００１８】
１  貯蔵タンク、  ２  ポンプ、  ３  断熱されている領域、  ４  流体容器、  ５  液体供給管路、  ６  液体排出管路、  ７  ガス戻り管路、  ８  ボイルオフガス排出部、  ９  中間冷却部
【図１】
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【国際調査報告】
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