(57)【要約】  本発明は、格納容器（例えば車両タンク）（２０）に、殊に水素の形態である、圧力がかけられている気体の媒体を充填する方法に関する。ここでは、水素を格納している供給タンクシステム（２）が、充填管路（３）と充填弁（４）とを介して、充填されるべき格納容器（２０）と接続されている。前記格納容器（２０）に前記媒体を充填する前に、閉鎖されている充填弁（４）のもとで、事前に設定可能な目標温度まで前記充填管路（３）を冷却するために、当該充填管路（３）を通して前記媒体を流し、前記充填弁（４）の上流で分岐している管路（５）を介して前記充填管路（３）から排出させる。さらに、本発明は、格納容器（２０）を充填する充填設備（１）に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
殊に車両タンクの形態である格納容器（２０）に、殊に水素の形態である、圧力がかけられている気体の媒体を充填する方法であって、
水素を格納している供給タンクシステム（２）が、充填管路（３）を介して、充填されるべき前記格納容器（２０）と接続され、
前記格納容器（２０）に前記媒体を充填する前に、前記充填管路（３）を冷却するために、前記充填管路（３）を通して前記媒体を流し、前記格納容器（２０）の上流で前記充填管路（３）から分岐している管路（５）を介して、前記充填管路（３）から排出させる、
ことを特徴とする、格納容器（２０）に媒体を充填する方法。
【請求項２】
前記充填管路（３）は、当該充填管路（３）を遮断するための充填弁（４）を有しており、当該充填弁は殊に、水素ディスペンサーの入口弁として構成されており、
前記管路（５）は、前記充填弁（４）の上流で、前記充填管路（３）から分岐しており、
前記充填弁（４）を閉じて、前記充填管路（３）を通して前記媒体を流し、前記管路（５）を介して前記充填管路（３）から排出させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記充填管路（３）の冷却に使用された媒体を、前記管路（５）を介して、前記供給タンクシステム（２）に戻す、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記充填管路（３）の冷却時に、前記管路（５）の分岐部の上流で前記充填管路（３）の実際温度を測定する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記実温度が、事前に定められた目標温度以下の場合に、前記格納容器（２０）に前記媒体を充填する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記格納容器（２０）を充填するために、前記充填弁（４）を開放し、かつ、弁（６）を用いて前記管路（５）を遮断する、請求項２記載、または、請求項２を引用する請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
殊に車両タンクの形態である格納容器（２０）に、殊に水素の形態である、圧力がかけられている気体の媒体を充填する充填設備であって、
・前記媒体を格納するための供給タンクシステム（２）と、
・前記供給タンクシステム（２）を前記格納容器（２０）と接続するように構成され、設けられている充填管路（３）とを有している充填設備において、
前記格納容器（２０）の充填前に、前記充填管路（３）を冷却するために、当該充填管路（３）を通して前記媒体を流し、前記充填設備（１）の、前記充填管路（３）から分岐している管路（５）を介して、前記充填管路（３）から排出させるように前記充填設備（１）が構成されている、
ことを特徴とする充填設備。
【請求項８】
前記充填管路（３）は充填弁（４）を有しており、当該充填弁は殊に、水素ディスペンサーの入口弁として構成されており、
前記管路（５）は、前記充填弁（４）の上流で、前記充填管路（３）から分岐している、請求項７記載の充填設備。
【請求項９】
前記充填管路（３）の冷却に使用された媒体流を前記供給タンクシステム（２）に戻すように前記管路（５）が構成されている、請求項７または８記載の充填設備。
【請求項１０】
前記管路（５）は、前記格納容器（２０）に前記媒体を充填する際に、当該管路（５）を遮断する弁（６）を有している、請求項７から９までのいずれか１項記載の充填設備。
【請求項１１】
前記供給タンクシステム（２）と前記管路（５）の分岐部との間で、前記充填管路（３）に冷却装置（７）が設けられており、当該冷却装置は、前記媒体を冷却するように構成されている、請求項７から１０までのいずれか１項記載の充填設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力がかかっている気体状の媒体、殊に水素を格納容器に充填する方法、並びに、格納容器にこのような媒体を充填するための充填設備に関する。
【０００２】
燃料として気体水素が補給される車両は、特別な構造の充填設備を必要とする。この充填設備は、水素を、車両の格納容器（この場合には、車両タンクとも称される）へと導く。このような充填設備ないしは充填箇所は通常、流体の酸素が充填された格納部を有している、または、直接的に、水素パイプライン、または、水素を供給することができる他の設備に接続されている。水素は、充填のために、気相で存在するべきなので、このような充填設備は、通常、ガス一時保管格納部を有している。このガス一時保管格納部には、上述の（流体水素用）格納部から水素が供給され、気体の水素を蓄える。
【０００３】
水素タンク（例えば車両タンク）への水素充填時に、周囲に対する安全性（爆発の危険）を保証するために、および、充填プロセスに対する規格を設けるために、規格ＳＡＥＪ２６０１が作成されている。この規格は、殊に、安全上の境界と充填過程に対する性能要求とを設定している。ＳＡＥＪ２０６１は、水素駆動車両が３分以内に水素充填されるべきであると定めている。この際に、水素は、８５℃を超える温度に上昇してはならない。同時に、充填中の水素の温度が、格納容器内に入る際に、−４０℃を下回らないことが要求される。許容される、充填中の温度変動に対する規制も存在する。
【０００４】
充填中に８５℃の最高許容温度を上回らず、かつ、−４０℃の水素の限界予冷を下回らないために、格納容器に充填される水素は、殊に、有利には２５秒以内で、−３３℃から−４０℃の比較的狭い温度領域に温度調整されなくてはならない。
【０００５】
パイプ管内の温度状態は変化するので、水素ディスペンサーで水素を（例えば−４０℃の）一定の温度に保つには、手間およびコストがかかる。なぜなら、殊に、充填過程の終了後、周辺温度へ充填管路温度を調整するからである。すなわち、充填管路が過度に加熱されている場合には、水素は水素ディスペンサーで所定の時間内で−３３℃から−４０℃の所定の温度領域に到達せず、充填過程が中断されなければならない。
【０００６】
これを回避するために、充填管路が長い場合には、充填管路の冷却部または冷却装置が必要になる。これは、格納容器への充填連結部のできるだけ近くに配置されている。しかし充填管路の冷却には高いコストが伴い、充填連結部の冷却装置には、必要な全冷却パワーが供給されなければならない。このことによっても、冷却装置および結合管路は格段に高価になってしまう。
【０００７】
従って、本発明の課題は、格納容器内ないしは車両タンク内に入れる際に、水素が所望の温度を有するように、充填管路を迅速かつ比較的低いコストで冷却することができるように、冒頭に記載した様式の方法を改良することである。
【０００８】
上述の問題は、請求項１の特徴部分に記載された構成を有する方法によって解決される。
【０００９】
従って、水素を格納する供給タンクシステムが、充填管路と、殊に充填弁（例えば、水素ディスペンサーの入口弁）とを介して、充填されるべき格納容器と接続される。ここでは、殊に充填弁が閉鎖されている状態で、格納容器に媒体を充填する前に、事前に設定可能な目標温度へ充填管路を冷却するために、媒体が充填管路内を通して流され、殊に、充填弁の上流で分岐する管路を介して、この充填管路から排出される。
【００１０】
上述した格納容器は殊に、気体水素を格納するための、車両内の車両タンクである。この気体水素は殊に、車両を駆動するための燃料として用いられる。
【００１１】
さらに、供給タンクシステムは有利には、媒体を格納および転送するためのシステムである。これは、種々の部品、殊に地下の貯蔵タンク並びにこれと接続されているガス一時保管格納部を有している。
【００１２】
特に有利な実施形態では、この管路はさらに、帰還管路として形成されている。ここで、充填管路の冷却に使用される媒体は、この管路を介して、供給タンクシステムに戻される。
【００１３】
有利には、充填管路の冷却時の充填管路の実際温度は、上述した管路の分岐部の上流で測定される。
【００１４】
別の有利な実施形態では、この実際温度が所望の目標温度以下である場合に、格納容器に媒体が充填される。
【００１５】
有利には、格納容器を充填するために充填弁が開放され、上述した管路が、管路の分岐の下流に設けられている弁を用いて遮断される。有利には、この弁は空気弁である。
【００１６】
さらに、本発明の課題は、請求項７の特徴部分に記載された構成を有する、殊に水素の形態である、圧力がかけられている気体の媒体を、殊に車両タンクの形態の格納容器に充填するための充填設備によって解決される。
【００１７】
これに従って、この充填設備は、媒体を格納する供給タンクシステムと、供給タンクシステムを格納容器と、殊に充填弁（例えば水素ディスペンサーの入口弁）を介して接続する充填管路と、殊に、充填弁の上流で充填管路から分岐している管路とを有している。ここでこの充填設備は、格納容器の充填前に、充填管路を冷却するために、媒体を充填管路内に流し、殊に、充填弁の上流で充填管路から分岐している、充填設備の管路を介して充填管路から排出させるように構成されている。
【００１８】
有利には、この管路は帰還管路として構成されている。これは、充填管路を冷却するために用いられた媒体を供給タンクシステムに戻すように構成されている。
【００１９】
別の有利な構成では、この管路は、格納容器への媒体充填時に管路を遮断するための弁を有している。有利には、この弁は空気弁である。
【００２０】
有利には、供給タンクシステムと、上述した管路の分岐部との間に、冷却装置が配置されている。ここでこの冷却装置は、媒体を冷却するように構成され、設けられている。この冷却装置は有利にはいわゆる「Ａｌｕ  Ｃｏｌｄ  Ｆｉｌｌ」として形成されている。これは次のことを意味する。すなわち、冷却されている固体、例えばアルミニウムから成るサーモブロックが充填管路を包囲する、または、充填回路を部分的に形成していることを意味する。ここでこのサーモブロックは、冷却回路によって冷却される。
【００２１】
本発明のさらなる詳細および利点を、図１に示された後続の実施例の記載によって、説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の方法を実行する充填設備の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、水素駆動車両用の充填設備１を示している。これは、この充填設備１に格納容器弁１７を介して接続可能な格納容器２０に気体水素を充填する。充填設備１は、充填管路３を有している。この充填管路３は、水素を、供給タンクシステム２から引き出し、格納容器２０に転送する。充填管路３の入り口には、勾配調整器を備えた弁９が設けられている。この勾配調整器によって圧力勾配を操作することができる。この弁には、冷却装置７が続く。この冷却装置７は有利には、アルミニウムから成るサーモブロック（これは、「Ａｌｕ  Ｃｏｌｄ  Ｆｉｌｌ」とも称される）を有している。このサーモブロックは、充填管路３を部分的に包囲する、ないしは、充填管路３を部分的に形成し、この充填管路３を通して流れる水素を、事前に設定可能な温度に冷却する。冷却装置７は、サーモブロックを冷却するための冷却回路を有している。冷却装置の下流には、有利には、空気式の充填弁４とこれに後続する、充填管路３を中断するための手動弁１０とが設けられている。ここで充填弁４は、充填設備１の水素ディスペンサーの入口弁である。
【００２４】
冷却装置７と充填弁４との間で、有利には、充填弁４のすぐ上流で、管路５（帰還管路とも称される）が充填管路３から分岐している。この管路は、水素を、充填管路３から排出するように構成されている。上述した管路５は、充填管路３を供給タンクシステム２と接続し、有利には、充填管路３の冷却に使用された水素を供給タンクシステム２に戻す。管路５の分岐部の上流には、充填管路３の温度ないしは充填管路３を流れる水素の温度を検出する温度伝達部８が設けられている。
【００２５】
手動弁１０の下流には、さらに、流量測定器１１が配置されている。この流量測定器１１は、充填管路３を通して流れる水素の質量流量を検出する。さらに、煙突管１３が、流量測定器１１の下流で、充填管路３から分岐している。従って、煙突管１３に配置されている通気弁１２を介して、水素が、コントロールされて、周囲に排出される。流量測定器１１の下流にはさらに、離脱カップリング１５が設けられている。これは、充填管路３を、充填ホース１４と、充填ホース１４の自由端部にある充填連結部１６と、格納容器弁１７（例えば逆止め弁）とを介して、充填されるべき格納容器ないしは車両タンク２０と接続する。離脱カップリング１５は、コントロールしつつ、充填管路３から充填ホース１４を引っ張って取り外すことを可能にする。これは例えば、車両が、挿入された充填ホース１４とともに走り去る場合である。
【００２６】
本発明の方法では、元来の充填の前に、充填管路３を冷却するために、閉鎖された充填弁４のもとで、水素が充填管路３を通して流され、管路５を介して供給タンクシステム２に戻される。ここでは、水素の温度ないしは充填管路３の温度は、上述の温度伝達部８によって、または、その他の温度伝達部８によって、管路５の分岐部の上流で測定される。充填管路３の温度が所望の目標温度になると、格納容器２０の充填が開始される。このために弁６は閉鎖され、開放されている充填弁４のもとで、水素は、圧力勾配によって格納容器２０内で圧縮される。この圧力勾配は、勾配弁９によって操作される。格納容器２０の充填前に、有利には、さらに、圧力テストおよび水密性テストが行われる。
【符号の説明】
【００２７】
１  充填設備、  ２  供給タンクシステム、  ３  充填管路、  ４  充填弁、  ５  帰還管路、  ６  弁、  ７  冷却装置（例えば、「Ａｌｕ  Ｃｏｌｄ  Ｆｉｌｌ」）、  ８  温度伝達部、  ９  勾配弁、  １０  手動弁、  １１  質量流量測定器、  １２  安全弁（通気）、  １３  煙突管、  １４  充填連結部を備えた充填ホース、  １５  離脱カップリング、  １６  充填連結部、  １７  格納容器弁、  ２０  格納容器
【図１】
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【国際調査報告】
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