Prüfvorrichtung zum Ermitteln der Partikelbelastung von unter einem hohen

Druck stehendem Wasserstoff

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Ermitteln der Partikel bei astung von unter einem hohen Druck stehendem Wasserstoff, mit einem Gehäuse, das einen Einlass und einen Auslass für das Einströmen des Wasserstoffs bzw. das Ausströmen desselben sowie eine Probenkammer aufweist, in der eine Filteraufnahme für einen Prüffilter vorgesehen ist, der bei einem Prüfvorgang von einer Probenmenge Wasserstoff durchströmbar und nach Ende des Prüfvorgangs aus der Probenkammer für die Auswertung der Anlagerung von Partikeln herausnehmbar ist, und mit einer einen Druckabbau der Probenkammer ermögl ichenden Entlüftungseinrichtung.

Eine Prüfvorrichtung dieser Art ist bekannt, s. WO 201 3/1 39462 A1 . Solche Vorrichtungen sind hauptsächl ich für eine Anwendung bei Wasserstoff- Betankungssystemen benutzbar, also namentl ich bei motorischen Anwendungen, bei denen Wasserstoff als gasförmiger Kraftstoff benutzt wird, oder für die Versorgung von Brennstoffzel len mit Wasserstoff. Bei mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotoren, ebenso wie bei Brennstoffzel len, ist es für den störungsfreien Betrieb ausschlaggebend, dass der Wasserstoff von partikulären Fremdstoffen völ lig frei ist. Die Prüfung auf Partikelfreiheit leistet daher einen wichtigen Beitrag zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs der mit Wasserstoff zu versorgenden Einrichtungen. Bei der Benutzung der erwähnten, bekannten Prüfvorrichtung wird der Prüfvorgang im Zuge eines Betankungsvorgangs durchgeführt, bei dem der Einlass des Gehäuses der Prüfvorrichtung mit einer hh-Tankstel le in Verbindung gebracht ist und der Auslass über einen Tankschlauch mit einer Zapf- pistole in Verbindung ist, beispielsweise für die Betankung eines Fahrzeugs. Während diesem Vorgang, bei dem über die Zapfpistole die Verbindung zum Tank des Verbrauchers hergestellt ist, ist der in der Probenkammer befindl iche Prüffilter von der die Probenmenge bildenden Tankmenge durchströmt. Um nach Beendigung des Tankvorgangs den Prüffilter für die Untersuchung auf Anlagerungen entnehmen zu können, ist die unter dem hohen Betankungsdruck von 800 bar oder höher stehende Probenkammer drucklos zu machen. H ierfür ist bei der erwähnten, bekannten Prüfvorrichtung als Entlüftungseinrichtung ein an der Gehäuseaußenseite befindl iches, manuell betätigbares Entlüftungsventil zu öffnen, das einen Ausgangsstut- zen aufweist, über den das Gasvolumen zur Umgebung ausbläst, das sich in der Probenkammer sowie im Tankschlauch und in der Verbindung zur h -Tankstel le befindet. Diese Verbindungen können nunmehr vom Einlass und vom Auslass des Gehäuses abgenommen werden, so dass das Gehäuse in ein Labor verbracht und geöffnet werden kann, um den Prüffilter auf An- lagerungen zu untersuchen und festgestel lte Anlagerungen zu analysieren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Prüfvorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stel len, die sich durch ein besonders sicheres Betriebsverhalten aus- zeichnet.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Prüfvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentl iche Besonderheit der Erfindung darin, dass die Entlüftungseinrichtung in- nerhalb des Gehäuses angeordnet und nach einer Beendigung des Ausströmens von Wasserstoff in der Prüfvorrichtung noch verbl iebenen Wasserstoff, zumindest teilweise, in Richtung des Einlasses aus der Prüfvorrichtung abführt. Dadurch erfolgt bei Beendigung des Tankvorgangs der Entlüf- tungsvorgang automatisch über das Entlüftungssystem, das in den Tankstellen, die für die Hochdruck-Wasserstoffbetankung zugelassen sind, vorgesehen ist. Eine von Hand über ein Ablassventil durchzuführende Entlüftung, bei der in der Umgebung eine gefährliche Wasserstoffatmosphäre entstehen könnte, erübrigt sich daher.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Entlüftungseinrichtung zwei Ventile auf, von denen das erste Ventil den Strömungsweg vom Ein- lass zum Auslass über den Prüffilter freigibt bei geschlossenem zweiten Ventil, das nach Beendigung des Ausströmens am Auslass unter dem Druck des in der Prüfvorrichtung zurückgebl iebenen Wasserstoffs bei einem vorgebbaren Schwel lenwert öffnet und dabei die Entlüftung in Richtung des Einlasses vornimmt bei geschlossenem ersten Ventil.

Mit Vorteil können die beiden Ventile aus federbelasteten Rückschlagventi- len gebildet sein, von denen das erste Ventil, ausgehend von seiner

Schließstel lung, in Richtung des Auslasses und das zweite Ventil entgegengesetzt in Richtung des Einlasses öffnet.

Mit Vorteil ist die Anordnung derart getroffen, dass das zweite Ventil im Bypass zum ersten Ventil in einer Verbindungsleitung angeordnet ist, die mit ihrem einen Ende in eine Verbindungstel le zwischen Prüffilter und Auslass und mit ihrem anderen Ende in eine weitere Verbindungsstel le zwischen Einlass und dem ersten Ventil des Strömungswegs einmündet. Bei dieser Anordnung der Verbindungsleitung umgeht der Strömungsweg, der bei geöffnetem zweitem Ventil über die Verbindungsleitung verläuft, den Prüffilter, so dass über diesen kein unerwünschter Rückstrom stattfindet. Für die Durchführung eines Prüfvorgangs sind der Einlass fluidführend an einen Wasserstoff-Vorratstank, insbesondere bei einer Kraftfahrzeug- Tankstelle, und der Auslass über eine Schlauchleitung an eine Zapfpistole für die Wasserstoffabgabe an ein Fahrzeug anschließbar, so dass eine Entlüf- tung mittels der Entlüftungseinrichtung nach einem Tank- oder Entnahmevorgang durch ein Entlüftungssystem der Tankstelle automatisch erfolgt.

Das Gehäuse ist bei bevorzugten Ausführungsbeispielen mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet, wobei die beiden Gehäuseteile mittels ei- ner wieder lösbaren Überwurfmutter miteinander verbunden sind. Für diese kann eine Verdrehsicherung vorgesehen sein, die die Überwurfmutter in der angezogenen Drehstellung lösbar festlegt.

Mit Vorteil können die beiden Ventile in Form von Einbau-Rückschlag- ventilen in das eine Gehäuseteil aufgenommen sein, das den Einlass aufweist.

Der Prüffilter kann in vorteilhafter Weise zwischen den beiden Gehäuseteilen in der Probenkammer mit der Filteraufnahme festgelegt sein, wobei die Probenkammer an den beiden freien Stirnseiten des Prüffilters jeweils eine konische Erweiterung aufweist, die sich in entgegengesetzten Richtungen vom Prüffilter abgewandt verjüngen und in den Strömungsweg zwischen Einlass und Auslass einmünden. Zur Bildung eines abgedichteten Übergangs der das zweite Ventil enthaltenden Verbindungsleitung zwischen den beiden Gehäuseteilen kann mit Vorteil in der Verbindungsleitung und zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnet sowie in diese eingreifend ein Verbindungsrohr vorhanden sein, das mittels mindestens eines Dichtelements in abgedichteter Weise im je- weiligen Gehäuseteil geführt ist und die Trennstelle zwischen den beiden Gehäuseteilen durchgreift. Vorzugsweise sind die Bestandteile der Prüfvorrichtung, einschl ießl ich der eingesetzten Ventile nebst ihren Dichtelementen, aus Edelstahl-Material ien gebildet. Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in Symboldarstel lung die Fluidschaltung des Ausführungsbei- spiels der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, eingefügt zwischen einer h -Tankstel le und einem zu betankenden Kraftfahrzeug;

Fig. 2 eine perspektivische Schrägansicht des Ausführungsbeispiels, gesehen auf den mit der Tankstel le zu verbindenden Einlass des Vorrichtungsgehäuses; einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels; und Fig. 4 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels mit gegenüber

Fig. 3 um 90° verdrehter Schnittebene.

Die schematische Darstel lung der Fig. 1 verdeutl icht die Anordnung bei einem im Zuge eines Betankungsvorgangs durchzuführenden Vorgang, bei dem das Vorrichtungsgehäuse 2 mit seinem Einlass 4 mit einer Quelle für unter hohem Druck stehendem Wasserstoff in Form einer hh-Tankstel le 6 in Verbindung ist und das Gehäuse 2 mit seinem Auslass 8 mit einem zu be- tankenden Fahrzeug 1 0 in Verbindung ist. Für die Verbindung mit der

Tankstel le 6 weist das Gehäuse 2 am Einlass 4 einen Tanknippel 12 in Form eines in einer mit Innengewinde versehenen Bohrung 14 am Eingang 4 sitzenden Einschraubteils auf. Am gegenüberliegenden Auslass 8 ist mit dem Innengewinde in einer Bohrung 16 ein Anschlussrohr 18 verschraubt, das mit einem ebenfalls nicht gezeigten Tankschlauch verbindbar ist, an dem sich eine Zapfpistole zur Betankung des Fahrzeugs 10 befindet.

Das aus Edelstahl gefertigte Gehäuse 2 weist zwei Gehäuseteile auf, die jedes jeweils ein kreiszylindrisches Flanschteil 20 und 22 aufweisen, die den gleichen Durchmesser aufweisen und an die sich jeweils koaxiale An- Schlussteile 24 bzw.26 anschließen, von denen das Anschlussteil 24 am freien Ende die Bohrung 14 des Einlasses 4 aufweist und das Anschlussteil 26 am äußeren Ende die Bohrung 16 des Einlasses 8 aufweist. Die Anschlussteile 24, 26 haben im großen Ganzen die Form von im Durchmesser gegenüber den Flanschteilen 20, 22 verringerten Kreiszylindern miteinan- der gegenüberliegenden Abflachungen, siehe Fig.2. Bei geschlossenem Gehäuse 2 liegen die Flanschteile 20 und 22 an Endflächen 28 und 30 aneinander, die in einer Radialebene liegen. Für die druckfeste und lösbare Aneinanderlage der Endflächen 28, 30 ist eine Überwurfmutter 32 vorgesehen, die auf einem Außengewinde 34 des Flanschteils 22 drehbar ist und ein das andere Flanschteil 20 übergreifendes Ringteil 36 aufweist. Zum

Festziehen mittels eines Hakenschlüssels weist die Überwurfmutter 32 radial außenliegende Bohrungen 38 auf. Mittels eines federbelasteten, das Ringteil 36 durchgreifenden Sperrbolzens 40 ist die Überwurfmutter 32 in der festgezogenen Stellung sicherbar.

Für die Zentrierung und gegenseitige Abdichtung der aneinanderliegenden Endflächen 28 und 30 der Flanschteile 20, 22 weist die Endfläche 30 eine konzentrische, axial vorspringende Ringrippe 42 auf, die in eine Ringnut 44 in der anderen Endfläche 30 passend eingreift, wobei ein Dichtring 46 in eine Erweiterung der Ringnut 44 eingesetzt ist. In entsprechender Weise wie bei der erwähnten, aus WO 2013/139462 A1 bekannten Prüfvorrich- tung sind von den Endflächen 28 und 30 ausgehend in den Flanschteilen 20 und 22 koaxiale Vertiefungen 48 und 50 ausgebildet, die eine Probenkammer 52 begrenzen. Die Vertiefungen 48, 50 sind, wie bei der genannten, bekannten Vorrichtung, durch je einen Konus mit rechtwinkl igem Scheitel gebildet, wobei am Scheitel der Vertiefung 48 ein koaxialer Zuströmkanal 54 einmündet, der über den Einlass 4 mit dem Tanknippel 1 2 in Verbindung ist. Vom Scheitel der anderen Vertiefung 50 erstreckt sich ein Abströmkanal 56 über den Auslass 8 zum Anschlussrohr 1 8. In der Probenkammer 52 befindet sich ein Prüffilter 58 in Form einer blattförmigen, kreisrunden Membran. Dabei kann es sich um ein Papierfilter mit einer Filterfeinheit im Bereich von 0,2 μνη oder um eine PTFD-Membran mit laminierter Stützstruktur handeln. Derartige Filter können eine Dicke von 0,1 5 mm aufweisen. Als Halterung für ein derartiges blattförmiges Ele- ment ist als Halterung ein Abstützfilter 60 in Form einer kreisrunden Platte vorgesehen, an deren dem Zuströmkanal 54 zugewandten Seite der Prüffi lter 58 anl iegt. Die Dicke der Platte des Abstützfilters 60 beträgt beim vorl iegenden Beispiel 5 mm, und der Abstützfilter 60 ist aus einem Sintermetal l mit einer Porosität gebildet, die einer Filterfeinheit im Bereich von 1 50 μνη entspricht. Die Platte des Abstützfilters 60 ist zwischen der Ringrippe 42 der Endfläche 28 und dem Grund der Ringnut 44 in der Endfläche 30 gehalten.

In dem in die Probenkammer 52 einmündenden Endbereich der Zulauflei- tung 54 befindet sich ein erstes Ventil in Form eines federbelasteten Rückschlagventils 62, das in Richtung zur Probenkammer 52 öffnet. Als Bypass zum Rückschlagventil 62 ist eine Verbindungsleitung 64 (s. Fig. 3) vorgesehen, die mit ihrem einen Ende in eine Verbindungsstel le 66 zwischen Prüffilter 58 und Auslass 8 einmündet, und mit ihrem anderen Ende in eine Verbindungsstel le 68 zwischen Einlass 4 und dem das erste Ventil bildenden Rückschlagventil 62 einmündet. In dieser Verbindungsleitung 64 ist ein zweites Ventil angeordnet, das ebenfal ls als federbelastetes Rückschlagventil 70 ausgebildet ist und in Richtung auf die Verbindungsstelle 68 und damit in Richtung zum Auslass 4 öffnet. Beide Rückschlagventile 62 und 70 sind als Einbau-Rückschlagventile in der sog. Cartridge-Bauweise ausgebil- det, wobei ihre sämtl ichen Bestandteile aus Edelstahl bestehen. Wie die Fig. 3 zeigt, sind Bohrungen 72 und 74, die die Enden der Verbindungsleitung 64 bilden, durch Gewindestopfen 76 und 78 geschlossen. Wie ebenfal ls Fig. 3 zeigt, ist der Übergang der Verbindungsleitung 64 an der zwischen den Endflächen 28 und 30 gebildeten Trennstelle durch ein Verbin- dungsrohr 80 gebildet, das im jeweiligen Flanschteil 20, 22 durch Dichtelemente 82 abgedichtet ist.

Zur Erleichterung der Handhabung der Prüfvorrichtung zur Durchführung eines Betankungs- und Prüfvorgangs sind am Gehäuse 2 an der Stirnseite des Anschlussteils 24 neben dem Tanknippel 12 Griffleisten 84 vorgesehen. Für den während der Betankung des Fahrzeugs 10 stattfindenden Prüfvorgang wird der Tanknippel 1 2 an der Fül lkupplung der h -Tankstel le 6 angeschlossen, und am Anschlussrohr 1 8 wird ein Tankschlauch mit einer Zapfpistole angebracht. Dabei können am Tankschlauch vorhandene übl iche Schlauchbruchsicherungen am Gehäuse 2 mittels Haltebolzen 86 gesichert werden, die vom Anschlussteil 24 seitl ich vorstehen und in die Halteösen einhängbar sind. Bei dem nun durchgeführten Betankungsvorgang öffnet das erste Rückschlagventil 62, so dass der Prüffilter 58 durchströmt ist. Das Schließen der Zapfpistole am Ende des Betankungsvorgangs aktiviert das Entlüftungssystem der Tankstelle 6. Der in der Probenkammer 52 und im an den Auslass 8 angeschlossenen Tankschlauch herrschende Wasserstoffdruck schl ießt das erste Rückschlagventil 62 und öffnet das in der Verbindungsleitung 64 befindl iche zweite Rücksch lagventil 70, so dass dieses als Entlüftungsventil dient, über das der Druckabbau zum Auslass 4 und dadurch zum Entlüftungssystem der Tankstelle 6 hin erfolgt. Ohne dass eine manuelle Entlüftung über ein Ablassventil erfolgen müsste, kann nunmehr die Prüf- Vorrichtung abgekuppelt und in einem Labor geöffnet werden, um Ablagerungen auf dem Prüffilter 58 zu analysieren.