EP3497363A1 - Verfahren und vorrichtung zur eichfähigen erfassung einer gasmenge - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur eichfähigen erfassung einer gasmenge

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EP3497363A1
EP3497363A1 EP17752002.0A EP17752002A EP3497363A1 EP 3497363 A1 EP3497363 A1 EP 3497363A1 EP 17752002 A EP17752002 A EP 17752002A EP 3497363 A1 EP3497363 A1 EP 3497363A1
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EP
European Patent Office
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filling
filling hose
amount
fuel
determined
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17752002.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Knoche
Markus Rasch
Simon Schäfer
Sarah Gruber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3497363A1 publication Critical patent/EP3497363A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a method for determining an amount of gaseous fuel, which has been transferred in a refueling at a gas station, via a gas pump and a filling hose connected thereto, in a storage tank wherein in the gas pump of the gas station, a flow meter is provided, which during the Filling the storage tank determines the amount of fuel delivered and that after completion of filling the filling tube is relaxed.
  • Hydrogen compared to natural gas or LPG are new developments of refueling processes and others, especially for refueling with hydrogen
  • Components of a hydrogen filling station include a storage device in which the hydrogen can be stored in liquid and / or gaseous form. Preference is given to a liquid storage, since the storage density is higher. The disadvantage of this, however, is the low temperature of the liquid hydrogen. This is often how it works
  • Gas storage wherein hydrogen is stored at ambient temperature, but to a pressure of up to 1000 bar, in particular up to 910 bar, is compressed.
  • Modern hydrogen vehicles preferably have a fuel tank for storing gaseous hydrogen at 350 or 700 bar.
  • the temperature of the hydrogen which is filled into the fuel tank should have a filling temperature between -33 to -40 ° C. This temperature is given by different standards and standard protocols.
  • Components of a hydrogen filling station are therefore usually additionally at least one pump, in particular a cryopump in liquid storage of hydrogen, a plurality of heat exchange devices, a plurality of pressure control valves, in particular cryogenic high-pressure throttle valves and temperature, pressure and flow control.
  • Another component of a hydrogen filling station is at least one dispenser, to which the dispensing gun and the corresponding filling hose are accessible to the customer.
  • the dispenser additionally has electronic devices, in particular for controlling the dispensing and billing of the dispensed, that is the dispensed, hydrogen.
  • Hydrogen fueling stations which are particularly accessible to private customers, are subject to strict requirements with regard to the accuracy of the measurement of the amount of hydrogen delivered. Both customers and operators need accurate information about the amount of hydrogen delivered.
  • the amount of hydrogen which is in the filling hose between the pump and the vehicle tank and which is no longer transferred into the tank due to the termination of the refueling process is also included.
  • Hydrogen supply interrupts is still in the filling hose and by a
  • the filling hose is, similar to conventional filling stations for liquid fuel, a flexible hose with a refueling coupling, wherein in particular the part of the filling hose which is located inside or on the pump can also be designed as a solid hose or as a pipeline.
  • Filling hose used as a representative of the entire volume between the shut-off valve or flow meter and the fuel nozzle.
  • the amount of hydrogen which can no longer be transferred to the vehicle tank has already been detected by the flowmeter and is charged as the delivered quantity.
  • the closure mechanism or seal in the fuel nozzle and the shut-off valve in the fuel pump close.
  • the filling hose is under high pressure after completion of the refueling process. Therefore, before the refueling coupling can be released from the motor vehicle, the hose must be relaxed. This is necessary on the one hand for safety reasons, on the other hand also to restore the flexibility of the filling hose. For safety reasons, the decoupling of a pressurized refueling coupling is usually not possible. A high pressure hose loses its flexibility and is difficult to handle.
  • the flexibility of the filling hose must be ensured before and after refueling so that the hose can be aligned towards the vehicle as required before starting the filling process and can be connected to the storage tank and thus after completion of refueling the hose can be returned to the provided bracket.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method with which an accurate measurement and thus accurate billing of the gaseous fuel takes place.
  • This object is achieved by the method in that the amount of fuel is determined which has not been transferred by the relaxation in the storage tank and that this amount is deducted from the amount which has determined the flow meter.
  • the amount of fuel in the filling hose, which has not been transferred to the storage tank determined by the fact that after completion of the
  • Refueling method and before each relaxing a temperature value and a pressure in the filling hose are determined to a density of hydrogen in the filling hose to determine and that the volume of the filling hose is known and that thereby the amount of fuel delivered, which after completion of filling in the
  • Filling hose is left, is determined.
  • the density of the relaxed gaseous fuel p e is calculated in particular via a state equation known to the person skilled in the art.
  • the required parameters temperature and pressure are set after completion of filling and before
  • M e p e ⁇ V e is calculated the amount of gaseous fuel e which has been decompressed.
  • the volume V e of the relaxed filling hose is known.
  • the mass of gaseous fuel, which is still in the filling hose is dependent on the pipe geometry, the pressure and the temperature and can be between 0.1 and 100 g, but in particular between 1 and 25 g. This mass is advantageously at the relaxation over a chimney to the
  • Temperature value in the filling hose is determined and a preset pressure value is used to determine a density of the fuel in the filling hose and that the volume of the filling hose is known and thereby the amount of fuel delivered, which has remained in the filling hose after completion of filling, is determined .
  • the preset pressure value is preferably the maximum pressure of the vehicle tank. In this calculation, the assumption is made that the storage tank is always completely filled. The deviations can therefore be small and tolerable depending on the calibration method.
  • the amount of fuel in the filling hose which has not been transferred to the storage tank is determined by determining a pressure value in the filling hose after completion of the refueling method and before releasing and using a preset temperature value, to determine a density of the fuel in the filling hose and that the volume of the filling hose is known and that thereby the delivered amount of fuel, which has remained after completion of filling in the filling hose is determined. Since refueling is preferably carried out according to a standardized refueling method, a narrow temperature range is provided for the fuel. Therefore, in such a configuration, it is possible to use a temperature value which is within this temperature range as the predetermined temperature value. Yes, after the calibration accuracy provided, the deviation that has occurred can be tolerated.
  • the gaseous fuel is preferably hydrogen. In another embodiment of the invention, however, the application would be possible for natural gas, LPG or other gases.
  • the flowmeter is a Coriolis flowmeter or a differential pressure flowmeter.
  • the flowmeter is a Coriolis flowmeter or a differential pressure flowmeter.
  • a mass flow is detected or detected a pulse.
  • sensors are provided in or on the filling hose, which determine a temperature value and a pressure value.
  • the pressure during filling in the filling hose is preferably between 0 and 875 bar and in particular between 350 and 810 bar. After relaxation, the pressure in the filling hose is between 0 and 2 bar.
  • All device components and the control and accounting units can in particular be designed so that they are protected against manipulation. This avoids that from the outside the control of the gas station or billing can be manipulated unintentionally.
  • the advantages of the invention are that an exact amount of hydrogen can be calculated for the customer.
  • the operator of the gas station also has precise information about how much hydrogen was drained and how much loss of hydrogen caused by the relaxation.
  • By the specified method is also a rule compliant calibration of
  • the calibration can also be carried out in particular for different quantities. This is of particular importance if, before refueling, the receiver tank was still partially filled or not completely filled.
  • the back-flowing amount can be detected and subtracted from the previously measured amount.
  • FIG. 2 shows an alternative schematic construction of a gaseous fuel dispenser.
  • FIG. 1 schematically shows the most important components of a gas pump of a gaseous fuel filling station.
  • the fuel is fed via pipe 1 from a pump, not shown, and / or from a storage tank to the dispenser 3.
  • the tube 1 is provided with the insulation 2 accordingly.
  • the insulation 2 serves to fuel to keep at the desired temperature.
  • the temperature is controlled by the skilled person known methods and can be done depending on the method at different place in the gas station.
  • the check valve 5 is attached to the pipe 1.
  • the check valve 5 is configured in the illustrated variant of the invention as a pressure regulator. Downstream of the shut-off valve 5 is followed by a flow meter F and further downstream a branch with a relief valve 6.
  • Filling hose 4 is configured within the dispenser as a stable tube and outside of the dispenser as a flexible hose and it includes a not shown
  • Flow meter F and the expansion valve 6 are to be selected as narrow as possible.
  • the filling hose 4 is connected via a refueling coupling with a receiver tank, that is usually connected to a vehicle tank.
  • Shut-off valve 5 is opened and gaseous fuel is conducted via the flow meter F into the receiver tank.
  • the flow meter F detects the amount of fuel that has been discharged.
  • the expansion valve 6 is closed.
  • the shut-off valve 5 is closed. Also at the receiver tank, a shut-off valve is closed to prevent leakage of already tanked gas from the tank.
  • the temperature and the pressure in the filling hose are determined and thus a density is calculated by means of which the amount of fuel can be calculated.
  • the expansion valve 6 is opened. The calculated amount is deducted from the amount determined by the flowmeter. The corrected quantity is billed. This gives both the customer and the operator an accurate value for the fuel being drained.
  • FIG. 1 illustrates an alternative embodiment.
  • the components are in

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Menge an gasförmigem Kraftstoff, welche in einem Betankungsverfahren an einer Tankstelle über eine Zapfsäule (3) und einen daran angeschlossenen Füllschlauch (4) in einen Speichertank überführt worden ist, wobei in der Zapfsäule (3) der Tankstelle ein Durchflussmessgerät (F) vorgesehen ist, welches während des Befüllens des Speichertanks die abgegebene Menge an Kraftstoff ermittelt. Nach der Beendigung des Befüllens wird der Füllschlauch (4) entspannt und die Menge an Kraftstoff ermittelt, welche durch das Entspannen nicht in den Speichertank überführt worden ist und diese Menge von der Menge welche das Durchflussmessgerät (F) ermittelt hat abgezogen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur eichfähiqen Erfassung einer Gasmenqe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Menge an gasförmigem Kraftstoff, welche in einem Betankungsverfahren an einer Tankstelle, über eine Zapfsäule und einen daran angeschlossenen Füllschlauch, in einen Speichertank überführt worden ist wobei in der Zapfsäule der Tankstelle ein Durchflussmessgerät vorgesehen ist, welches während des Befüllens des Speichertanks die abgegebene Menge an Kraftstoff ermittelt und dass nach der Beendigung des Befüllens der Füllschlauch entspannt wird.
Immer mehr Fahrzeughersteller präsentieren Kraftfahrzeuge, welche durch gasförmige Kraftstoffe wie Erdgas, Autogas oder Wasserstoff angetrieben werden. Dazu zählen nicht nur Personenkraftwagen, sondern auch Busse, Lastwagen und Gabelstapler. Parallel zu der wachsenden Anzahl an Fahrzeugen, welche mit komprimierten Gasen betrieben werden, wächst auch die Zahl der Tankstellen, insbesondere die der Wasserstofftankstellen. Die Wasserstofftankstellen werden häufiger von Privatkunden verwendet. Aufgrund der höheren Drücke und niedrigeren Temperaturen des
Wasserstoff im Vergleich zu Erdgas oder Autogas sind insbesondere für die Betankung mit Wasserstoff neue Entwicklungen von Betankungsverfahren und andere
Vorrichtungen notwendig. Um ein kontrolliertes und sicheres Füllen des Speichertanks der Fahrzeuge zu gewährleisten muss die Temperatur und der Druck des Wasserstoffs exakt kontrolliert werden. Dadurch wachsen die Anforderungen an die
Messgenauigkeit der Wasserstofftankstellen bezüglich der Temperatur und des Drucks des abzugebenden Wasserstoffs.
Bestandteile einer Wasserstofftankstelle sind unter anderem eine Speichereinrichtung in welcher der Wasserstoff flüssig und/oder gasförmig gespeichert werden kann. Bevorzugt ist eine flüssige Lagerung, da die Speicherdichte höher ist. Nachteilig daran ist jedoch die geringe Temperatur des flüssigen Wasserstoffs. So wird oft auch ein
Gasspeicher vorgesehen, worin Wasserstoff bei Umgebungstemperatur lagert, jedoch auf einen Druck von bis zu 1000 bar, insbesondere auf bis zu 910 bar, komprimiert ist. Moderne Wasserstofffahrzeuge verfügen bevorzugt über einen Kraftstofftank zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff bei 350 oder 700 bar.
Die Temperatur des Wasserstoffs welcher in den Kraftstofftank eingefüllt wird soll eine Fülltemperatur zwischen -33 bis -40 °C aufweisen. Diese Temperatur ist durch verschiedene Normen und Standardprotokolle vorgegeben.
Dies bedeutet, dass sowohl bei einer flüssigen als auch bei einer gasförmigen Lagerung des Wasserstoffs aufwendige Vorrichtungen zur Konditionierung des Wasserstoffs vorgehalten werden müssen.
Bestandteile einer Wasserstofftankstelle sind deshalb in der Regel zusätzlich mindestens eine Pumpe, insbesondere eine Kryopumpe bei flüssiger Lagerung des Wasserstoffs, mehrere Wärmetauschvorrichtungen, mehrere Druckregelventile insbesondere kryogene Hochdruck-Drosselventile sowie Temperatur-, Druck- und Durchflussregler. Weiterer Bestandteil einer Wasserstofftankstelle ist mindestens eine Zapfsäule, an welcher die Zapfpistole und der entsprechende Füllschlauch für den Kunden zugänglich sind. Die Zapfsäule weist in der Regel zusätzlich elektronische Einrichtungen, insbesondere zur Steuerung der Abgabe und zur Abrechnung des abgetankten, also dem abgegebenen, Wasserstoffs, auf. Wasserstofftankstellen, welche insbesondere für Privatkunden zugänglich sind, unterliegen strengen Auflagen bezüglich der Genauigkeit der Messung der abgegebenen Wasserstoffmenge. Sowohl Kunden als auch Betreiber benötigen genaue Informationen über die abgegebene Wasserstoffmenge.
Die bisher realisierten Wasserstofftankstellen wurden oft als Pilotanlagen konstruiert oder sind nur für einen einzigen Großkunden zugänglich. Ungenauigkeiten während der Befüllung in Temperatur und Menge des abgegeben Wasserstoffs wurden toleriert, Temperatur und Druckwerte wurden oft geschätzt und die Risiken durch die
Berücksichtigung hoher Sicherheitsfaktoren minimiert.
Dies ist jedoch bei stärkerer Verbreitung von Wasserstoff als Treibstoff im
Privatkundenbereich nicht mehr akzeptabel.
Probleme bei der Bestimmung der abgegebenen Wasserstoffmenge entstehen vor allem dadurch, dass die Messvorrichtungen für Durchfluss, Temperatur und Druck in der Zapfsäule einer Wasserstofftankstelle eingerichtet sind. Derzeit wird die abgegebene Wasserstoffmenge in der Regel über Durchflussmessgeräte, beispielsweise über Corioüs-Durchflussmessgeräte ermittelt. Dazu wird über die Steuerung die Betankungsdauer und daraus die in dieser Zeit abgegebene Menge an Wasserstoff ermittelt.
Erfasst wird hierbei auch die Menge an Wasserstoff, welche sich im Füllschlauch zwischen der Zapfsäule und dem Fahrzeugtank befindet und welche aufgrund der Beendigung des Betankungsvorgangs nicht mehr in den Tank überführt wird. In anderen Worten handelt es sich um die Menge an Wasserstoff welche sich stromab des Absperrventils, welches nach Beendigung des Betankungsvorgangs die
Wasserstoffzufuhr unterbricht, noch im Füllschlauch befindet und durch einen
Verschlussmechanismus in einer Betankungskupplung oder Zapfpistole vor einem
Austritt an die Umgebung gehindert wird. Bei dem Füllschlauch handelt es sich, ähnlich wie bei herkömmlichen Tankstellen für flüssigen Kraftstoff, um einen flexiblen Schlauch mit einer Betankungskupplung, wobei insbesondere der Teil des Füllschlauchs, welcher sich innerhalb oder an der Zapfsäule befindet auch als fester Schlauch oder als Rohrleitung ausgebildet sein kann. In dieser Anmeldung wird der Begriff
Füllschlauch stellvertretend für das gesamte Volumen zwischen dem Absperrventil oder Durchflussmessgerät und der Zapfpistole verwendet.
Aufgrund der derzeit realisierbaren Bauform von Durchflussmessgeräten, welche den hohen Drücken und den niedrigeren Temperaturen des Wasserstoffs standhalten können, ist es nicht möglich diese in den Schlauch oder die Betankungskupplung zu integrieren, um den Abstand zwischen Fahrzeugtank und Durchflussmessgerät zu reduzieren.
Die Menge an Wasserstoff, welche nicht mehr in den Fahrzeugtank überführt werden kann, ist bereits von dem Durchflussmessgerät detektiert worden und wird als abgegebene Menge verrechnet.
Nach Beendigung eines Betankungsprozesses schließen der Verschlussmechanismus oder die Abdichtung in der Zapfpistole und das Absperrventil in der Zapfsäule. Dadurch steht der Füllschlauch nach Beendigung des Betankungsprozesses unter hohem Druck. Bevor die Betankungskupplung vom Kraftfahrzeug gelöst werden kann muss der Schlauch deshalb entspannt werden. Dies ist zum einen aus Sicherheitsgründen notwendig, zum anderen auch um die Flexibilität des Füllschlauches wieder herzustellen. Aus Sicherheitsgründen ist das entkoppeln einer unter Druck stehenden Betankungskupplung in der Regel nicht möglich. Ein unter hohem Druck stehender Schlauch verliert seine Flexibilität und ist schwer zu handhaben. Um die Betankung, jedoch so einfach wie möglich zu gestalten muss die Flexibilität des Füllschlauches vor und nach dem Betanken gewährleistet sein, damit vor Start des Befüllprozesses der Schlauch wie gefordert zum Fahrzeug hin ausgerichtet werden kann und mit dem Speichertank verbunden werden kann und damit nach Beendigung des Betankens der Schlauch wieder in die vorgesehen Halterung zurückgeführt werden kann.
Eine exakte Abrechnung, der abgetankten Gasmenge ist unter diesen Umständen nicht möglich, da es immer zu Abweichungen zwischen gemessener und berechneter Gasmenge kommt. Eine Schätzung der entspannten Kraftstoffmenge, bei Annahme einer vollen Betankung, über im Vorfeld festgelegte Temperatur und Druckwerte aus den Betankungsnormen, ist möglich, jedoch ebenfalls ungenau. Sowohl dem Kunden als auch dem Betreiber entstehen dadurch Nachteile. Weiterhin ist eine Eichung der Abrechnungsvorrichtung durch dieses Verfahren nicht mit der vorgeschriebenen Genauigkeit durchführbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem eine genaue Messung und somit eine genaue Abrechnung des gasförmigen Kraftstoffs erfolgt. Diese Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass die Menge an Kraftstoff ermittelt wird, welche durch das Entspannen nicht in den Speichertank überführt worden ist und dass diese Menge von der Menge, welche das Durchflussmessgerät ermittelt hat, abgezogen wird. Vorrichtungsseitig umfasst die Vorrichtung zur Bestimmung einer abgegebenen Menge an gasförmigem Kraftstoff, während eines Betankungsverfahren an einer Tankstelle, installiert in einer Zapfsäule und in Verbindung mit einem daran angeschlossenem Füllschlauch, zur Lösung der Aufgabe ein Durchflussmessgerät, an welches der Füllschlauch anschließt und eine von dem Füllschlauch abzweigende Rohrleitung mit einem Entspannungsventil.
Bevorzugt wird die Menge an Kraftstoff, in dem Füllschlauch, welche nicht in den Speichertank überführt wurde, dadurch ermittelt, dass nach Beendigung des
Betankungsverfahrens und vor dem Entspannen je ein Temperaturwert und ein Druck im Füllschlauch ermittelt werden, um eine Dichte des Wasserstoffs im Füllschlauch zu ermitteln und dass das Volumen des Füllschlauch bekannt ist und dass dadurch die abgegebene Menge an Kraftstoff, welche nach Beendigung des Befüllens im
Füllschlauch verblieben ist, ermittelt wird. Die Dichte des entspannten gasförmigen Kraftstoffs pe wird insbesondere über eine dem Fachmann bekannte Zustandsgieichung berechnet. Die dazu nötigen Parameter Temperatur und Druck werden nach Beendigung des Befüllens und vor dem
Entspannen des Füllschlauchs ermittelt.
Über die Formel: Me = pe ■ Ve wird die Menge an gasförmigem Kraftstoff e berechnet welche entspannt wurde. Das Volumen Ve des entspannten Füllschlauches ist bekannt. Das Volumen des Füllschlauchs, also der gesamte zugängliche Bereich zwischen dem Absperrventil oder Durchflussmessgerät, je nach späterer Positionierung stromab, und der Zapfpistole, umfasst bevorzugt zwischen 0,2 und 1 Liter.
Die Masse an gasförmigen Kraftstoff, welche sich noch im Füllschlauch befindet ist abhängig von der Rohrleitungsgeometrie, dem Druck und der Temperatur und kann zwischen 0,1 und 100 g, insbesondere jedoch zwischen 1 und 25 g betragen. Diese Masse wird bei der Entspannung vorteilhafterweise über einen Kamin an die
Umgebung abgegeben oder in einem separaten Behälter gesammelt. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird die Menge an Kraftstoff in dem
Füllschlauch, welche nicht in den Speichertank überführt wurde dadurch ermittelt, dass nach Beendigung des Betankungsverfahrens und vor dem Entspannen ein
Temperaturwert im Füllschlauch ermittelt wird und ein voreingestellter Druckwert verwendet wird, um eine Dichte des Kraftstoffs im Füllschlauch zu ermitteln und dass das Volumen des Füllschlauch bekannt ist und dass dadurch die abgegebene Menge an Kraftstoff, welche nach Beendigung des Befüllens im Füllschlauch verblieben ist, ermittelt wird. Bei dem voreingestellten Druckwert handelt es sich bevorzugt um den maximal Druck des Fahrzeugtanks. Bei dieser Berechnung wird die Annahme getroffen, dass der Speichertank immer voll befüllt wird. Die Abweichungen können deshalb gering ausfallen und je nach Eichmethode tolerierbar sein.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird die Menge an Kraftstoff in dem Füllschlauch, welche nicht in den Speichertank überführt wurde dadurch ermittelt, dass nach Beendigung des Betankungsverfahrens und vor dem Entspannen ein Druckwert im Füllschlauch ermittelt wird und ein voreingestellter Temperaturwert verwendet wird, um eine Dichte des Kraftstoffs im Füllschlauch zu ermitteln und dass das Volumen des Füllschlauch bekannt ist und dass dadurch die abgegebene Menge an Kraftstoff, welche nach Beendigung des Befüllens im Füllschlauch verblieben ist, ermittelt wird. Da bevorzugt nach einer Standardisierten Betankungsmethode betankt wird, ist ein enger Temperaturbereich für den Kraftstoff vorgesehen. Deshalb ist es in einer derartigen Ausgestaltung möglich einen Temperaturwert, welcher innerhalb dieses Temperaturbereichs liegt als festgelegten Temperaturwert heranzuziehen. Ja nach vorgesehener Eichgenauigkeit kann die dadurch erfolgte Abweichung toleriert werden. Bei dem gasförmigen Kraftstoff handelt es sich bevorzugt um Wasserstoff. In anderer Ausgestaltung der Erfindung wäre jedoch auch die Anwendung bei Erdgas, Autogas oder anderen Gasen möglich.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Durchflussmessgerät um ein Coriolis- Durchflussmessgerät oder um ein Differenzdruck-Durchflussmessgerät. Je nach
Messprinzip des verwendeten Durchflussmessgerätes wird ein Massenstrom detektiert oder ein Impuls erfasst.
In einem bevorzugten Verfahren und einer bevorzugten Vorrichtung sind im oder am Füllschlauch Sensoren vorgesehen, die einen Temperaturwert und einen Druckwert ermitteln.
Bevorzugt liegt der Druck während des Befüllens im Füllschlauch zwischen 0 und 875 bar und insbesondere zwischen 350 und 810 bar. Nach der Entspannung liegt der Druck im Füllschlauch zwischen 0 und 2 bar.
Alle Vorrichtungsbestandteile sowie die Regelungs- und Abrechnungseinheiten können insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie manipulationsgeschützt sind. Dadurch wird vermieden, dass von außen die Steuerung der Tankstelle oder die Abrechnung ungewollt manipuliert werden kann.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass dem Kunden eine exakte Menge an Wasserstoff berechnet werden kann. Der Betreiber der Tankstelle hat zudem eine genaue Auskunft darüber, wie viel Wasserstoff abgetankt wurde und wie viel Verlust an Wasserstoff durch das Entspannen entstanden ist. Durch das angegebene Verfahren ist zudem eine regelkonforme Eichung der
Tankstelle möglich, da die gemessene Wasserstoffmenge mit der zu bezahlenden Wasserstoffmenge übereinstimmt. Durch das erfindungsmäße Verfahren kann die Eichung insbesondere auch für unterschiedliche Mengen durchgeführt werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn vor dem Betanken der Empfängertank noch teilweise gefüllt war oder keine vollständige Befüllung erfolgt.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann das Ventil, welches zum Entspannen des Füllschlauchs verwendet wird in Strömungsrichtung vor dem
Durchflussmessgerät platziert sein. Wird der Füllschlauch nach dem Betanken entspannt strömt das Gas durch das Durchflussmessgerät zurück. So kann in dieser besonderen Ausgestaltung die zurückströmende Menge detektiert werden und von der zuvor gemessenen Menge abgezogen werden. Vorteilhafterweise sind das
Absperrventil, das Entspannungsventil und das Durchflussmessgerät in möglichst kurzem Abstand voneinander angebracht um die Menge an nicht gemessenem Wasserstoff weitestgehend zu minimieren.
In einer Weiterverfolgung des Erfindungsgedankens ist es zudem möglich in einer alternativen Ausgestaltung einen Durchflussmesser in die Abgasleitung zu integrieren. Danach wird die entspannte Menge über diesen Durchflussmesser bestimmt und von der Menge des Durchflussmessers vor dem Füllschlauch abgezogen.
Aufgrund der hohen Kosten für Durchflussmesser und der geringen Wirtschaftlichkeit von Wasserstofftankstellen ist dies jedoch bisher noch nicht ökonomisch genug. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der in Figur 1 und Figur 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Fig 1 .: Schematischer Aufbau einer Zapfsäule für gasförmigen Kraftstoff mit einem Entspannungsventil.
Fig 2.: Alternativer schematischer Aufbau einer Zapfsäule für gasförmigen Kraftstoff.
Figur 1 zeigt schematisch die wichtigsten Bestandteile einer Zapfsäule einer Tankstelle für gasförmigen Kraftstoff. Der Kraftstoff wird über Rohr 1 von einer nicht dargestellten Pumpe und/oder aus einem Speichertank zur Zapfsäule 3 geführt. Das Rohr 1 ist entsprechend mit der Isolierung 2 versehen. Die Isolierung 2 dient dazu den Kraftstoff auf der gewünschten Temperatur zu halten. Die Temperierung erfolgt über dem Fachmann bekannte Verfahren und kann je nach Verfahren an unterschiedlicher stelle in der Tankstelle erfolgen. In der Zapfsäule 3 ist das Absperrventil 5 an der Rohrleitung 1 angebracht. Das Absperrventil 5 ist in der abgebildeten Variante der Erfindung als Druckregler ausgestaltet. Stromab des Absperrventil 5 folgt ein Durchflussmessgerät F und weiter stromab eine Abzweigung mit einem Entspannungsventil 6. Der
Füllschlauch 4 ist innerhalb der Zapfsäule als stabiles Rohr ausgestaltet und außerhalb der Zapfsäule als flexibler Schlauch und er umfasst eine nicht dargestellt
Betankungskupplung. Die Abstände zwischen dem Absperrventil 5, dem
Durchflussmessgerät F und dem Entspannungsventil 6 sind so eng wie möglich zu wählen.
Zum Betanken wird der Füllschlauch 4 über eine Betankungskupplung mit einem Empfängertank, also in der Regel mit einem Fahrzeugtank verbunden. Das
Absperrventil 5 wird geöffnet und gasförmiger Kraftstoff über das Durchflussmessgerät F in den Empfängertank geleitet. Das Durchflussmessgerät F detektiert hierbei die abgetankte Menge an Kraftstoff. Das Entspannungsventil 6 ist geschlossen. Nach Beendigung des Betankungsvorgangs wird das Absperrventil 5 geschlossen. Auch am Empfängertank wird ein Absperrventil geschlossen, um einen Austritt bereits getankten Gases aus dem Tank zu verhindern.
Anschließend wird die Temperatur und der Druck im Füllschlauch bestimmt und so eine Dichte berechnet über die die Menge an Kraftstoff berechnet werden kann. Nach der Temperatur und Druckmessung wird das Entspannungsventil 6 geöffnet. Die berechnete Menge wird von der durch das Durchflussmessgerät ermittelten Menge abgezogen. Die korrigierte Menge wird abgerechnet. So ergibt sich sowohl für den Kunden als auch für den Betreiber ein genauer Wert für den abgetankten Kraftstoff.
Figur 2 stellt eine alternative Ausgestaltung dar. Die Komponenten sind im
Wesentlichen die gleichen und werden deshalb nicht erneut beschrieben. Der Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass stromab des Absperrventils 5 direkt die Abzweigung mit dem Entspannungsventil 6 folgt und dann erst das Durchflussmessgerät F. Wird deshalb nach dem Betanken das Entspannungsventil 6 geöffnet strömt der noch im Füllschlauch vorhandene Kraftstoff durch das Durchflussmessgerät F zurück. Die zurückströmende Menge wird je nach Typ des Durchflussmessgerätes direkt von der zuvor detektierten Menge abgezogen oder separat detektiert und rechnerisch abgezogen. Auch mit diesem Ausführungsbeispiel wird nur die tatsächlich abgetankte Menge an Kraftstoff berechnet.
Liste der Bezuqszeichen:
1 Rohr für Kraftstoff
2 Isolierung
3 Zapfsäule
4 Füllschlauch
5 Absperrventil
6 Entspannungsventil
F Durchflussmessgerät

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bestimmung einer Menge an gasförmigem Kraftstoff, welche in einem Betankungsverfahren an einer Tankstelle über eine Zapfsäule (3) und einen daran angeschlossenen Füllschlauch (4) in einen Speichertank überführt worden ist, wobei
- in der Zapfsäule (3) der Tankstelle ein Durchflussmessgerät (F)
vorgesehen ist, welches während des Befüllens des Speichertanks die abgegebene Menge an Kraftstoff ermittelt und
- dass nach der Beendigung des Befüllens der Füllschlauch (4) entspannt wird
- dadurch gekennzeichnet, dass
- dass die Menge an Kraftstoff ermittelt wird, welche durch das
Entspannen nicht in den Speichertank überführt worden ist und dass diese Menge von der Menge welche das Durchflussmessgerät (F) ermittelt hat abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Kraftstoff in dem Füllschlauch (4), welche nicht in den Speichertank überführt wurde dadurch ermittelt wird, dass
- nach Beendigung des Betankungsverfahrens und vor dem Entspannen je ein Temperaturwert (T) und ein Druck (p) im Füllschlauch (4) ermittelt werden, um eine Dichte (p) des Kraftstoffs im Füllschlauch (4) zu ermitteln und
- dass das Volumen (V) des Füllschlauch (4) bekannt ist und
- dass dadurch die abgegebene Menge (M) an Kraftstoff, welche nach Beendigung des Befüllens im Füllschlauch (4) verblieben ist, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Kraftstoff in dem Füllschlauch (4), welche nicht in den Speichertank überführt wurde dadurch ermittelt wird, dass
- nach Beendigung des Betankungsverfahrens und vor dem Entspannen ein Temperaturwert (T) im Füllschlauch (4) ermittelt wird und ein voreingestellter Druckwert verwendet wird, um eine Dichte (p) des Kraftstoffs im Füllschlauch (4) zu ermitteln und
- dass das Volumen (V) des Füllschlauch (4) bekannt ist und
- dass dadurch die abgegebene Menge (M) an Kraftstoff, welche nach Beendigung des Befüllens im Füllschlauch (4) verblieben ist, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Kraftstoff in dem Füllschlauch (4), welche nicht in den Speichertank überführt wurde dadurch ermittelt wird, dass
- nach Beendigung des Betankungsverfahrens und vor dem Entspannen ein Druckwert (D) im Füllschlauch (4) ermittelt wird und ein
voreingestellter Temperaturwert (T) verwendet wird, um eine Dichte (p) des Kraftstoffs im Füllschlauch (4) zu ermitteln und
- dass das Volumen (V) des Füllschlauch (4) bekannt ist und
- dass dadurch die abgegebene Menge (M) an Kraftstoff, welche nach Beendigung des Befüllens im Füllschlauch (4) verblieben ist, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem gasförmigen Kraftstoff bevorzugt um Wasserstoff handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Durchflussmessgerät (F) um ein Coriolis-Durchflussmessgerät oder um ein Differenzdruck-Durchflussmessgerät handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck während des Befüllens im Füllschlauch (4) zwischen 0 und 710 bar und insbesondere zwischen 350 und 700 bar liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Füllschlauch (4) nach der Entspannung zwischen 0 und 2 bar ist.
Vorrichtung zur Bestimmung einer abgegebenen Menge an gasförmigem Kraftstoff, während eines Betankungsverfahren an einer Tankstelle, installiert in einer Zapfsäule (3) und in Verbindung mit einem daran angeschlossenem Füllschlauch (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein
Durchflussmessgerät (F) umfasst, an welches der Füllschlauch (4) anschließt und dass von dem Füllschlauch (4) eine Rohrleitung mit einem
Entspannungsventil (6) abzweigt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Füllschlauch Sensoren zur Druck und Temperaturmessung vorgesehen sind.
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