Key words
(German)
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Wasserstofftankstelle, H2-Betankung
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Key words
(English)
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Hydrogen Refueling, Preecooling, Hydrogen
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Short description
(German)
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Bei der Wasserstoff-Betankung von Personenwagen ist eine energieintensive Vorkühlung auf -40 °C vorgeschrieben, unabhängig von den Umgebungsbedingungen, der betankten Menge oder Spezifikationen der Druckspeicher. Um Potentiale zur Reduktion dieser Vorkühlung zu identifizieren, sollen im vorliegenden Projekt verschiedene Einflussgrössen wie Temperatur und Druck des Wasserstoffs sowie Betankungszeiten, Anfangsfüllstände, Tank Geometrien und Umgebungsbedingungen auf die Tankinnentemperatur detailliert mittels einer numerischen Simulation untersucht werden.
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Short description
(English)
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For the hydrogen refueling of passenger cars an energy-intensive pre-cooling to -40 °C is re-quested, regardless of the ambient conditions, the quantity of the fuel or tank specifications. With-in this project, different fueling scenarios in terms of pressure, temperature of the hydrogen, refu-eling times, initial filling level, tank geometries and the influence of the ambient temperature are investigated to reduce the energy consumption of the pre-cooling.
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Final report
(German)
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Im Rahmen des eHF Projekts wurde der Energiebedarf des Vorkühlsystems an der Wasserstofftankstelle der Empa analysiert. Man konnte aufzeigen, dass unter den aktuellen Bedingungen einen erheblichen Energiebedarf besteht. Ausserdem wurde der Temperaturanstieg in Fahrzeugtanks während schnellen Wasserstoffbetankungen mittels Messungen und CFD-Simulationen untersucht. Für die experimentellen Füllversuche wurde ein mobiler Prüfstand entwickelt, mit dem die Temperaturentwicklung in einem Tank beim Betanken räumlich gemessen werden kann. Es wurden mehrere Füllversuche zur experimentellen Beobachtung und Validierung des Berechnungsmodells durchgeführt. Dabei wurde neben wechselnden saisonalen Bedingungen auch der Einfluss von Einspritzdüsendurchmesser, Anfangsdruck des Tanks und Betankungsprotokoll untersucht. Bei Einlassgeschwindigkeiten von weniger als 5 m/s konnten Temperaturunterschiede von bis zu 20°C beobachtet werden. Höhere Einlassgeschwindigkeiten führten zu einer homogenen Temperaturverteilung. Zudem wurde das entwickelte Berechnungsmodell anhand der experimentellen getestet, um die Temperaturentwicklung in einem Tank genau vorhersagen zu können. Abhängig von den verwendeten Modellparametern stimmte das berechnete Temperaturprofil mit den Versuchsdaten gut überein und der Fehler lag unter 6%.
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Final report
(English)
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Within the framework of the efficient hydrogen fueling (eHF) project, the energy demand of the pre-cooling system at Empa's hydrogen filling station was analyzed. The assessment showed that under the current conditions a significant amount of energy is required. Moreover, the temperature rise within vehicle tanks during fast refueling of hydrogen was investigated by means of measurements and CFD simulations. For the experimental filling tests, a mobile test bench was developed that allows spatial measurements of the temperature evolution in a tank during refueling. The test setup was mounted on a frame enabling easy transport to the hydrogen refueling station (HRS). Several filling tests were carried out for experimental observations and validation of the computational model. A set of relevant parameters for the refueling process was identified with which a test matrix was created. Besides changing seasonal conditions, the influence of the injection nozzle diameter, initial tank pressure and fueling protocol was investigated. Among other things, temperature differences of up to 20°C were observed during refueling at inlet gas velocities of less than 5 m/s. Higher inlet gas velocities led to a homogeneous temperature distribution. In addition, the developed computational model was tested against experimental data to accurately predict the temperature development in a tank. Depending on model parameter settings, the calculated temperature profile was found in good agreement with experimental data and errors on the calculated maximum gas temperatures were below 6%.
Related documents
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Final report
(French)
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Dans le contexte du project eHF, la demande en énergie du système de refroidissement de la station de remplissage d'hydrogène de l'Empa a été analysée. L'évaluation a montré que, dans les conditions actuelles, une quantité importante d'énergie est nécessaire. En plus, l'augmentation de la température à l'intérieur de réservoirs des véhicules pendant le ravitaillement rapide en hydrogène a été étudiée au moyen de mesures et de simulation CFD. Pour les essais expérimentaux de remplissage, un banc d'essai mobile a été développé qui permet de mesurer l'évolution spatiale de la température à l'intérieur d'un réservoir pendant le remplissage. Le montage d'essai a été installé sur un châssis permettant un transport aisé jusqu'à la station de ravitaillement en hydrogène. Plusieurs essais de remplissage ont été réalisés pour des observations expérimentales et la validation du modèle de calcul. Un ensemble de paramètres pertinents pour le processus de ravitaillement en hydrogène a été identifié et une matrice d'essai a été créée à partir de ces paramètres. En plus de changer les conditions saisonnières, l'influence du diamètre de la buse d'injection, de la pression initiale du réservoir et du protocole de ravitaillement a été étudiée. Entre autres, des différences de température allant jusqu'à 20°C ont été observées lors du ravitaillement en carburant à des vitesses de gaz à l'entrée inférieures à 5 m/s. Des vitesses de gaz d'entrée plus élevées ont permis d'obtenir une distribution homogène de la température. De plus, le modèle de calcul mis au point a été testé par rapport à des données expérimentales pour prédire avec précision l'évolution de la température dans un réservoir. Selon les réglages des paramètres du modèle, le profil de température calculé a été trouvé en bon accord avec les données expérimentales et les erreurs sur les températures maximales calculées du gaz étaient inférieures à 6 %.
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