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Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Speichereinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 3.
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Eine derartige Speichereinrichtung ist bereits der
KR 1019970020851 als bekannt zu entnehmen. Mittels der dortigen Speichereinrichtung kann ein Kraftwagen sowohl mittels LNG (liquified natural gas) als auch mittels CNG (compressed natural gas) betrieben werden um gleichzeitig die Vorzüge erhöhter Reichweite sowie verbesserter Startfähigkeit zu nutzen. Die Verbrennungskraftmaschine des dortigen Kraftwagens wird mit CNG gestartet und dann mit LNG betrieben. Durch das Mitführen zweier Kraftstoffbehälter, wobei in einem der Kraftstoffbehälter CNG und in dem anderen der Kraftstoffbehälter LNG gespeichert ist, wird ein besonders zuverlässiger Betrieb des Kraftwagens ermöglicht, da der Betrieb des Kraftwagens weniger von der Verfügbarkeit des jeweiligen Kraftstoffes abhängt.
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Befindet sich der Kraftwagen jedoch im Stillstand bzw. wird die Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens über einen längeren Zeitraum nicht gestartet, so kommt es in Folge einer Erwärmung des LNG beinhaltenden Kraftstoffbehälters zu einer unzulässigen Druckerhöhung, wobei der Überdruck durch das Ausströmen von sogenanntem Boil-Off-Erdgas aus dem LNG-Kraftstoffbehälter in die Umgebung verringert wird. Da Erdgas jedoch zu den sogenannten Treibhausgasen zählt und dementsprechend zur Klimaerwärmung beiträgt, ist das Ausströmen von unverbranntem Erdgas besonders umweltschädlich. Des Weiteren ist es aus Sicherheitsgründen nicht gestattet, dass die Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens während des Ausströmens betrieben wird, um unkontrollierte Entflammung des Boil-Off-Erdgases zu vermeiden. Dadurch wird die Stillstandszeit des Kraftwagens verlängert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speichereinrichtung sowie ein Verfahren der Eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen der Kraftwagen in besonders umweltschonend und mit besonders kurzen Stillstandszeiten betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Speichereinrichtung sowie ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um eine Speichereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Kraftwagen besonders umweltschonend und bei geringen Stillstandszeiten betrieben werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kraftstoffbehälter über eine Ausgleichsvorrichtung miteinander verbunden sind, mittels welcher ein Druckunterschied zwischen dem Kraftstoff im ersten Kraftstoffbehälter und dem Kraftstoff im zweiten Kraftstoffbehälter zumindest teilweise ausgleichbar ist. Steigt also der Druck in einem der Kraftstoffbehälter auf einen Wert an, bei welchem ein Druckausgleich in Verbindung mit einem Ausströmen des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffbehälter erforderlich ist, so wird mittels der Ausgleichsvorrichtung zumindest ein Teil des Kraftstoffs des ersten Kraftstoffbehälters in den zweiten Kraftstoffbehälter geleitet. Ist also der Druck in dem ersten Kraftstoffbehälter unzulässig hoch, so strömt also mit anderen Worten der in dem ersten Kraftstoffbehälter gespeicherte Kraftstoff zumindest teilweise aufgrund des Druckunterschieds von dem ersten Kraftstoffbehälter in den zweiten Kraftstoffbehälter. Mittels der Ausgleichsvorrichtung sind also die beiden Kraftstoffbehälter miteinander fluidisch koppelbar.
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Somit kann auf besonders günstige Weise ein Ausströmen des Kraftstoffes in die Umgebung verzögert werden. Es hängt dabei von einem Füllstand und einem zulässigen Maximaldruck des das überströmende Gas aufnehmenden ersten Kraftstoffbehälters ab, welche Menge an Kraftstoff aus dem zweiten Kraftstoffbehälter aufgenommen werden kann. Dementsprechend hängt davon auch ab, wie lange ein Ablassen des Kraftstoffes an die Umgebung zur Vermeidung eines unzulässig hohen Drucks in dem ersten Kraftstoffbehälter hinausgezögert werden kann. Da während eines etwaigen Ausstoßens des Kraftstoffes in die Umgebung der Kraftwagen nicht im Gebrauch befinden darf, und der Kraftwagen dementsprechend still steht, kann durch das interne Überströmen des Kraftstoffes zwischen den Kraftstoffbehältern auch die Stillstandszeit des Kraftwagens verringert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in der Fig. eine Draufsicht auf einen Kraftwagen mit einer Verbrennungskraftmaschine, welche mittels einer einen ersten Kraftstoffbehälter und einen zweiten Kraftstoffbehälter umfassenden Speichereinrichtung mit Kraftstoff versorgt wird, wobei der ersten Kraftstoffbehälter und der zweiten Kraftstoffbehälter über eine Ausgleichsvorrichtung zum Ausgleichen eines Druckunterschieds zwischen den jeweiligen Kraftstoffen der Kraftstoffbehälter fluidisch koppelbar sind.
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Die Fig. zeigt in einer Draufsicht einen Kraftwagen 1, welcher mittels einer Verbrennungskraftmaschine 2 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 2 wird über jeweilige Leitungen 15 mit Kraftstoff versorgt. Eine der Leitungen 15 dient dazu, die Verbrennungskraftmaschine 2 mit Kraftstoff 6, welcher in einem ersten Kraftstoffbehälter 3 einer Speichereinrichtung 16 gespeichert ist, zu versorgen und eine weitere Leitung 15 dient dazu, die Verbrennungskraftmaschine 2 mit Kraftstoff 7 aus einem zweiten Kraftstoffbehälter 4 der Speichereinrichtung 16 zu versorgen. Der Kraftstoff 6, welcher in dem ersten Kraftstoffbehälter 3 gespeichert ist, entspricht vorliegend sogenanntem LNG. Der Kraftstoff 7, welcher in dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 gespeichert ist, entspricht vorliegend sogenanntem CNG. Mittels eines ersten Versorgungsventils 9 ist der erste Kraftstoffbehälter 3 mit der Verbrennungskraftmaschine 2 koppelbar und mittels eines zweiten Versorgungsventils 10 ist der zweite Kraftstoffbehälter 4 mit der Verbrennungskraftmaschine 2 koppelbar. Mit anderen Worten kann also durch Öffnen des ersten Versorgungsventils 9 bzw. des zweiten Versorgungsventils 10 die Verbrennungskraftmaschine 2 mit dem jeweiligen Kraftstoff 6, 7 aus dem ersten Kraftstoffbehälter 3 bzw. dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 der Speichereinrichtung 16 mit Kraftstoff versorgt werden.
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Wird die Verbrennungskraftmaschine 2 des Kraftwagens 1 über einen längeren Zeitraum nicht betrieben, so entsteht auf Grund eines Phasenwechsels von der flüssigen in die gasförmige Phase des als LNG ausgebildeten Kraftstoffs 6 in dem ersten Kraftstoffbehälter ein Überdruck, welcher im Laufe der Zeit auf derart kritische Werte ansteigen kann, dass es zu einer Beschädigung des ersten Kraftstoffbehälters 3 kommen kann. Um dies zu unterbinden, sind die Kraftstoffbehälter 3, 4 über eine Ausgleichsvorrichtung 5 miteinander verbunden, mittels welcher ein Druckunterschied zwischen dem Kraftstoff 6 in dem ersten Kraftstoffbehälter 3 und dem Kraftstoff 7 in dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 zumindest teilweise ausgleichbar ist.
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Entsprechend dem Druckgefälle zwischen dem ersten Kraftstoffbehälter 3 und dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 strömt also zumindest ein Teil des als LNG ausgebildeten Kraftstoffs 6 über jeweilige Ausgleichsleitungen 17 der Ausgleichsvorrichtung 5 von dem ersten Kraftstoffbehälter 3 in den zweiten Kraftstoffbehälter 4. Anders als aus dem Stand der Technik bekannt, wird also der Kraftstoff 6 bei Erreichen eines unzulässig hohen Druckes in dem ersten Kraftstoffbehälter 3 nicht gegenüber der Umgebung entspannt, wodurch ein Teil des Kraftstoffes 6 in die Umwelt ausströmt, sondern statt dessen erfolgt ein Überströmen zumindest eines Teils des Kraftstoffs 6 in den Kraftstoff 7 führenden zweiten Kraftstoffbehälter 4. Optional kann ein Kompressor 19 in den Ausgleichsleitungen 17 vorgesehen sein. Mittels des Kompressors 19 kann eine Überströmen eines Teils des Kraftstoffs 6 aus dem ersten Kraftstoffbehälter 3 in den zweiten Kraftstoffbehälter 4, beispielsweise bei einem geringen Druckunterschied zwischen den beiden Kraftstoffbehältern 3, 4, unterstützt werden.
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Dadurch wird besonders einfach und effektiv die Zeitspanne, bis ein Ausströmen des Kraftstoffs 6 aus dem ersten Kraftstoffbehälter 3 in die Umgebung erforderlich ist, verlängert, und somit die Emission von besonders umweltschädlichen Treibhausgasen möglichst lange hinausgezögert. Die Ausgleichsvorrichtung 5 umfasst einen ersten Drucksensor 13, welcher zur Drucküberwachung in dem ersten Kraftstoffbehälter 3 dient und einen zweiten Drucksensor 14, welcher zur Drucküberwachung in dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 dient. Es ist klar, dass zusätzlich oder alternativ zu zumindest einem der beiden Drucksensoren 13, 14 auch ein Differenzdrucksensor zur Bestimmung des Druckunterschieds zwischen den beiden Kraftstoffbehältern 3, 4 herangezogen werden kann.
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Ist die Stillstandszeit der Verbrennungskraftmaschine 2 zu lange, als dass ein Überschreiten eines zulässigen Druckgrenzwertes in den beiden Kraftstoffbehältern 3, 4 durch Überströmen des Kraftstoffs 6 mittels der Ausgleichsvorrichtung 5 von dem ersten Kraftstoffbehälter 3 in den zweiten Kraftstoffbehälter 4 kompensiert werden kann, so kann ein Ausströmen des Kraftstoffs 6 in die Umgebung nicht mehr unterbunden werden. Um ein Ausströmen des Kraftstoffs 6 in die Umgebung zu ermöglichen, umfasst die Ausgleichsvorrichtung 5 jeweilige mit den Ausgleichsleitungen 17 fluidisch gekoppelte Ablassleitungen 18, wobei an den Ablassleitungen 18 ein als Ablassventil ausgebildetes Ventil 8 an geordnet ist, mittels welchem der Druckunterschied gegenüber der Umgebung ausgleichbar ist. Die Ausgleichsvorrichtung 5 umfasst vorliegend neben den Drucksensoren 13, 14, den Ausgleichsleitungen 17, den optionalen Kompressor 19, den Ablassleitungen 18 sowie dem Ventil 8 zusätzlich jeweilige Verbindungsventile 11, 12.
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Das erste Verbindungsventil 11 ist in der Ausgleichsleitung 17 zwischen dem ersten Kraftstoffbehälter 3 und dem Ventil 8 angeordnet und das zweite Verbindungsventil 12 ist in der Ausgleichsleitung 17 zwischen dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 und dem Ventil 8 angeordnet. Der optionale Kompressor 19 kann an einer beliebigen Stelle der Ausgleichsleitungen 17 integriert werden. In einer von mehreren denkbaren Ausführungsformen ist der optionale Kompressor 19 zwischen dem ersten Verbindungsventil 11 und dem ersten Kraftstoffbehälter 3, wie in der Figur gezeigt, vorgesehen. Bei geöffnetem erstem Verbindungsventil 11 und geschlossenem zweitem Verbindungsventil 12 kann durch Öffnen des Ventils 8 ein Ausströmen des Kraftstoffs 6 an die Umgebung ermöglicht werden, sofern der Druckunterschied zwischen dem ersten Kraftstoffbehälter 3 und dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 trotz des Überströmens von dem Kraftstoff 6 aus dem ersten Kraftstoffbehälter 3 in den zweiten Kraftstoffbehälter 4 nicht mehr in ausreichendem Maße kompensiert werden kann. Es ist klar, dass die Ablassleitungen 18 bei geöffnetem Ventil 8 und geöffnetem bzw. geschlossenem ersten Versorgungsventil 9 bzw. zweiten Versorgungsventil 10 auch zum Befüllen des ersten Kraftstoffbehälters 3 bzw. des zweiten Kraftstoffbehälters 4 mit Kraftstoff verwendet werden könnte.
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Durch die Verwendung zweier Kraftstoffbehälter 3, 4 kann ein Abblasen von sogenanntem Boil-Off-Erdgas beim Einsatz von LNG als dem ersten Kraftstoff 6, welcher in dem ersten Kraftstoffbehälter 3 gespeichert ist also besonders wirksam durch fluidische Kopplung des ersten Kraftstoffbehälters 3 mit dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 mittels der Ausgleichsvorrichtung 5 unterbunden werden. Durch die Möglichkeit LNG in dem ersten Kraftstoffbehälter 3 und CNG in dem zweiten Kraftstoffbehälter 4 zu tanken, wird einem möglichen Infrastrukturmangel an LNG- bzw. CNG-Tankstellen wirksam entgegengewirkt. Ein Befüllen beider Kraftstoffbehälter 3, 4 mit CNG wäre mit einer geringeren Reichweite des Kraftwagens 1 verbunden, wobei lediglich ein Betanken mit CNG möglich wäre. Ein Verwenden der beiden Kraftstoffbehälter 3, 4 als jeweilige LNG-Tanks wäre mit hohen Kosten verbunden, da beide Kraftstoffbehälter 3, 4 besonders druckresistent und dementsprechend besonders stabil ausgelegt werden müssten, wobei zusätzliche Kosten durch eine erforderliche Isolation der Kraftstoffbehälter 3, 4 entstehen würden. Des Weiteren wäre lediglich das Betanken von LNG möglich und ein Abblasen von Boil-Off-Erdgas an die Umgebung könnte dementsprechend nur dann innerhalb des Kraftwagens 1, also durch fluidische Kopplung der Kraftstoffbehälter 3, 4 mittels der Ausgleichsvorrichtung 5 zumindest verzögert werden, wenn sich jeweilige Füllstände der Kraftstoffbehälter 3, 4 derart stark unterscheiden, oder einen derart unterschiedlichen Druck aufweisen, dass ein Überströmen möglich ist.
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Durch die Verwendung des ersten Kraftstoffbehälters 3 als LNG-Tank und des zweiten Kraftstoffbehälters 4 als CNG-Tank kann also dem sogenannten Boil-Off durch Koppelung der beiden Kraftstoffbehälter 3, 4 mittels der Ausgleichvorrichtung 5 wirksam entgegengewirkt werden, da die verdampfenden LNG-Anteile aus dem ersten Kraftstoffbehälter 3 zum zweiten Kraftstoffbehälter 4, also in den CNG-Tank geleitet werden können. Hierdurch wird ein Abblasen des Kraftstoffs 6 (LNG) in die Umgebung wirksam unterbunden und damit die Umwelt geschont. Gleichzeitig kann das Fahrzeug mit CNG und zusätzlich oder alternativ mit LNG betankt werden und ist damit weitgehend von infrastrukturellen Problemen, welche auf eine schlechte Verfügbarkeit von CNG oder LNG zurückzuführen sind, weitgehend entkoppelt. Durch den Einsatz der Ausgleichsvorrichtung 5 kann die Stillstandszeit des Kraftwagens 1 zudem verringert werden, da auf Grund des internen Überströmens des Kraftstoffs 6 (LNG) von dem ersten Kraftstoffbehälter 3 in den zweiten Kraftstoffbehälter 4 keine Explosionsgefahr besteht und somit der Kraftwagen 1 auch während des Überströmens mittels der Verbrennungskraftmaschine 2 betrieben werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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