DE102016014927A1 - Fuel system with a tank for storing LPG as fuel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem (28), insbesondere für einen Kraftwagen, mit einem Tank (30) zum Speichern von Flüssiggas (32) als Kraftstoff, und mit einer Pumpeinrichtung (36) zum Fördern des Flüssiggases (32) zu einer Verbrennungskraftmaschine (38), insbesondere des Kraftwagens. Das Kraftstoffsystem (28) umfasst Mittel (48) zum Erhöhen eines Drucks des Flüssiggases (32) zumindest in einem Bereich des Kraftstoffsystems (28), welcher mit einer Saugseite (40) der Pumpeinrichtung (36) fluidisch gekoppelt ist.The invention relates to a fuel system (28), in particular for a motor vehicle, having a tank (30) for storing liquefied gas (32) as fuel, and having a pump device (36) for conveying the liquefied gas (32) to an internal combustion engine (38). , especially of the motor vehicle. The fuel system (28) comprises means (48) for increasing a pressure of the liquefied gas (32) at least in a region of the fuel system (28) which is fluidically coupled to a suction side (40) of the pumping device (36).
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem mit einem Tank zum Speichern von Flüssiggas als Kraftstoff und mit einer Pumpeinrichtung zum Fördern des Flüssiggases zu einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a fuel system with a tank for storing LPG as fuel and with a pumping device for conveying the liquefied gas to an internal combustion engine.
Zukünftig wird es immer mehr Fahrzeuge geben, welche mit tiefkalten Kraftstoffen in Form von Flüssiggas betrieben werden. Beispielsweise kommt als solcher flüssiger, tiefkalter Kraftstoff Flüssigerdgas beziehungsweise LNG (LNG, liquefied natural gas, verflüssigtes natürliches Gas) zum Einsatz, welches überwiegend aus Methan besteht. Im Folgenden wird insbesondere der Begriff LNG stellvertretend für flüssige tiefkalte Kraftstoffe verwendet, also für Flüssiggas, welches nur bei sehr niedrigen Temperaturen in der Flüssigphase vorliegt. Betrachtet man die Temperatur in einem Tank zum Speichern von LNG, in welchem LNG in der flüssigen Phase vorliegt, dann liegt diese Temperatur beispielsweise bei etwa –160 Grad Celsius, sofern in dem Tank Umgebungsdruck herrscht. Insbesondere bei derart niedrigen Drücken muss also die Temperatur des LNC besonders gering sein, damit sich das LNG unterhalb des Siedepunkts befindet. Eine Speicherung des LNG bei niedrigen Drücken stellt jedoch für das Kraftstoffsystem neue Herausforderungen dar.In the future, there will be more and more vehicles, which are operated with cryogenic fuels in the form of LPG. For example, such as liquid, cryogenic fuel liquefied natural gas or LNG (LNG, liquefied natural gas, liquefied natural gas) is used, which consists predominantly of methane. In the following, the term LNG is used in particular for liquid cryogenic fuels, ie for liquefied gas, which is present only at very low temperatures in the liquid phase. Considering the temperature in a tank for storing LNG, in which LNG is in the liquid phase, then this temperature is for example about -160 degrees Celsius, if there is ambient pressure in the tank. In particular, at such low pressures, the temperature of the LNC must be particularly low, so that the LNG is below the boiling point. However, storing the LNG at low pressures poses new challenges to the fuel system.
Zur Erläuterung dieser Herausforderungen wird auf die
Gemäß
Das kalte Flüssiggas
Unmittelbar nach dem Betanken des Tanks
Über die Zeit erwärmt sich das also LNC im Tank
Ein derartiges Kraftstoffsystem
Um ein Fahrzeug wie etwa einen Lastkraftwagen oder einen Personenkraftwagen mit dem LNG betreiben zu können, muss das LNG vom Tank
Alternativ kann auch die Pumpe
Vorliegend soll nun der Fall betrachtet werden, bei dem die Pumpe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art zu schaffen.Object of the present invention is therefore to provide an improved fuel system of the type mentioned.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a fuel system having the features of
Das erfindungsgemäße Kraftstoffsystem, welches insbesondere für einen Kraftwagen vorgesehen sein kann, umfasst einen Tank zum Speichern von Flüssiggas als Kraftstoff und eine Pumpeinrichtung zum Fördern des Flüssiggases zu einer Verbrennungskraftmaschine. Wenn das Kraftstoffsystem in dem Kraftwagen zum Einsatz kommt, fördert die Pumpeinrichtung das Flüssiggas zu der Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens. Das Kraftstoffsystem umfasst Mittel zum Erhöhen eines Drucks zumindest in einem Bereich des Kraftstoffsystems, welcher mit einer Saugseite der Pumpeinrichtung fluidisch gekoppelt ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf diese Weise das Auftreten von Kavitäten in dem Bereich unterbunden werden kann, welche anderenfalls im Betrieb der Pumpeinrichtung auftreten können. Denn beim Pumpen kommt es auf der Saugseite der Pumpeinrichtung immer zu einer Druckverminderung. Wenn sich das zu pumpende Medium, vorliegend also das Flüssiggas beziehungsweise LNG, an der Phasengrenze, nämlich an der Siedelinie
Möglich ist es zwar, eine Pumpeinrichtung mit nur einer sehr geringen Saugleistung vorzusehen, damit nur eine sehr kleine Druckverminderung auf der Saugseite der Pumpeinrichtung auftritt. Eine derartige Druckverminderung etwa im Bereich von wenigen Millibar führt nicht unmittelbar dazu, dass es in größerem Ausmaß zu einem Überschreiten der Siedetemperatur des Flüssiggases kommt. Jedoch ist ein derartiger Betrieb der Pumpeinrichtung nicht immer wünschenswert oder machbar.Although it is possible to provide a pumping device with only a very low suction power, so that only a very small pressure reduction occurs on the suction side of the pumping device. Such a pressure reduction, for example in the range of a few millibars, does not directly lead to a greater extent exceeding the boiling point of the liquefied gas. However, such operation of the pumping device is not always desirable or feasible.
Vorliegend kommen daher die Mittel zum Erhöhen des Drucks des Flüssiggases zum Einsatz. Durch den Einsatz dieser Mittel wird das Flüssiggas quasi weg von der Siedelinie
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Tank eine erste Speichereinheit zum Speichern des Flüssiggases und eine zweite Speichereinheit zum Speichern des Flüssiggases. Hierbei ist mittels einer weiteren Pumpeinrichtung Flüssiggas aus der ersten Speichereinheit in die zweite Speichereinheit förderbar, und die zweite Speichereinheit ist mit der Saugseite der Pumpeinrichtung fluidisch gekoppelt. Es kann also aus der ersten Speichereinheit mittels der weiteren Pumpeinrichtung Flüssiggas in die zweite Speichereinheit gepumpt werden. Durch das partielle Anheben eines Flüssiggasspiegels in dem Tank, nämlich durch das Anheben des Flüssiggasspiegels in der zweiten Speichereinheit, kann der gewünschte Vordruck für die Pumpeinrichtung erzeugt werden, welche das Flüssiggas zu der Verbrennungskraftmaschine fördert.According to an advantageous embodiment, the tank comprises a first storage unit for storing the liquefied gas and a second storage unit for storing the liquefied gas. In this case, liquid gas can be conveyed from the first storage unit into the second storage unit by means of a further pumping device, and the second storage unit is fluidically coupled to the suction side of the pumping device. It can therefore be pumped from the first storage unit by means of the further pumping LPG in the second storage unit. By partially lifting a liquid gas level in the tank, namely by lifting the Liquefied gas in the second memory unit, the desired form for the pumping device can be generated, which promotes the liquefied gas to the internal combustion engine.
Der Tank kann hierfür mittels eines Trennelements in die erste Speichereinheit und die zweite Speichereinheit unterteilt sein. Alternativ können auch zwei getrennte Tanks die erste Speichereinheit und die zweite Speichereinheit bereitstellen. Der Vorteil einer derartigen Aufteilung des Tanks in zwei separate Speichereinheiten beziehungsweise zwei getrennte Teilvolumina liegt insbesondere darin, dass so die zweite Speichereinheit besonders leicht und besonders gut thermisch isoliert werden kann. Zudem kann die weitere Pumpeinrichtung zum Fördern des Flüssiggases aus der ersten Speichereinheit in die zweite Speichereinheit so besonders gut gekühlt werden. Des Weiteren ergibt sich durch Mengenerhöhung ein geschlossenes Teiltankvolumen.For this purpose, the tank can be subdivided into the first storage unit and the second storage unit by means of a separating element. Alternatively, two separate tanks may provide the first storage unit and the second storage unit. The advantage of such a division of the tank into two separate storage units or two separate partial volumes lies in particular in the fact that the second storage unit can thus be insulated particularly easily and particularly well thermally. In addition, the further pumping device for conveying the liquefied gas from the first storage unit into the second storage unit can be cooled particularly well. Furthermore, a volume increase results in a closed partial tank volume.
Zusätzlich oder alternativ kann der Tank mittels eines Trennelements in ein erstes Teilvolumen und in ein zweites Teilvolumen unterteilt sein. Hierbei ist in dem Tank wenigstens eine Kühleinrichtung angeordnet, welche zum Kühlen des Flüssiggases in dem zweiten Teilvolumen ausgebildet ist. Das zweite Teilvolumen ist hierbei mit der Saugseite der Pumpeinrichtung fluidisch gekoppelt.Additionally or alternatively, the tank may be divided by means of a separating element into a first partial volume and into a second partial volume. In this case, at least one cooling device is arranged in the tank, which is designed for cooling the liquid gas in the second partial volume. The second subvolume is fluidly coupled to the suction side of the pumping device.
Mittels der wenigstens einen Kühleinrichtung können also lokale Temperaturunterschiede zwischen dem ersten Teilvolumen und dem zweiten Teilvolumen des Flüssiggases realisiert werden. Durch das Abkühlen des zweiten Teilvolumens befindet sich dieses zweite Teilvolumen des Flüssiggases auch bei konstantem Druck beziehungsweise bei gleichem Druck wie das erste Teilvolumen aufgrund der kälteren Temperatur weiter weg von der Siedelinie
Hierbei ist insbesondere von Bedeutung, dass das zweite Teilvolumen selbst bei gleichem Druck aber niedrigerer Temperatur weiter von der Siedelinie
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Kühleinrichtung als Peltierelement ausgebildet. Hierbei ist eine im Betrieb des Peltierelements warme Seite des Peltierelements dem ersten Teilvolumen zugewandt und eine im Betrieb des Peltierelements kalte Seite des Peltierelements dem zweiten Teilvolumen zugewandt. Insbesondere kann das Peltierelement an dem Trennelement angeordnet sein. Mittels eines solchen Peltierelements lassen sich die lokalen Temperaturunterschiede besonders einfach erzeugen, vor allem da bei dieser internen Anordnung des Peltierelements nicht gegen die Umgebungstemperatur gekühlt zu werden braucht, sondern gegen das ebenfalls sehr kalte Flüssiggas im ersten Teilvolumen. Dadurch lassen sich auch besonders kleine beziehungsweise schwache Peltierelemente gut einsetzen.Preferably, the at least one cooling device is designed as a Peltier element. In this case, during operation of the Peltier element, a warm side of the Peltier element faces the first partial volume and a cold side of the Peltier element facing the second partial volume during operation of the Peltier element. In particular, the Peltier element can be arranged on the separating element. By means of such a Peltier element, the local temperature differences can be generated particularly easily, above all because in this internal arrangement of the Peltier element does not need to be cooled against the ambient temperature, but against the also very cold LPG in the first partial volume. As a result, it is also possible to use particularly small or weak Peltier elements well.
Vorzugsweise weist das Trennelement wenigstens einen Durchlass auf, über welchen in einer Gasphase vorliegendes Flüssiggas und/oder in einer Flüssigphase vorliegendes Flüssiggas aus dem ersten Teilvolumen in das zweite Teilvolumen gelangen kann. Hierbei führen bevorzugt die, insbesondere mittels des Peltierelements bewirkten, Temperaturunterschiede zwischen dem ersten Teilvolumen und dem zweiten Teilvolumen zu einem Verdampfen von Flüssiggas im ersten Teilvolumen und zu einem Kondensieren von Flüssiggas im zweiten Teilvolumen. Somit steigt einerseits der Flüssiggasspiegel beziehungsweise Pegel in dem zweiten Teilvolumen an. Des Weiteren wird das zweite Teilvolumen aus dem ersten Teilvolumen nachgefüllt, insbesondere nachdem mittels der Pumpeinrichtung Flüssiggas aus dem zweiten Teilvolumen entnommen wurde.Preferably, the separating element has at least one passage, via which liquid gas present in a gas phase and / or liquid gas present in a liquid phase can pass from the first partial volume into the second partial volume. In this case, the temperature differences, in particular caused by the Peltier element, between the first partial volume and the second partial volume preferably lead to vaporization of liquefied gas in the first partial volume and to condensation of liquefied gas in the second partial volume. Thus, on the one hand, the liquid gas level or level increases in the second partial volume. Furthermore, the second subvolume is refilled from the first subvolume, in particular after liquid gas has been removed from the second subvolume by means of the pumping device.
Der Durchlass kann jedoch auch in einem unteren Bereich des Trennelements angeordnet sein, also in einem Bereich des Tanks, in welchem das Flüssiggas in der Flüssigphase vorliegt. Auf diese Weise kann dann das in der Flüssigphase vorliegende Flüssiggas aus dem ersten Teilvolumen in das zweite Teilvolumen gelangen, ohne dass es hierfür zu einer Kondensation kommt. Der wenigstens eine Durchlass ist bevorzugt so bemessen, dass zwar ein Nachlaufen beziehungsweise Übertreten von Flüssiggas aus dem ersten Teilvolumen in das zweite Teilvolumen ermöglicht ist, ein freier Austausch zwischen den Teilvolumina jedoch unterbunden ist. Dann kann nämlich das zweite Teilvolumen gezielt gekühlt werden, sodass besonders kaltes Flüssiggas an der Saugseite der Pumpeinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann.However, the passage can also be arranged in a lower region of the separating element, ie in a region of the tank in which the liquid gas is present in the liquid phase. In this way, the liquefied gas present in the liquid phase can then pass from the first partial volume into the second partial volume without this leading to condensation. The at least one passage is preferably dimensioned such that, although it is possible to run or pass liquid gas from the first partial volume into the second partial volume, free exchange between the partial volumes is prevented. Then, namely, the second partial volume can be specifically cooled, so that particularly cold LPG can be made available on the suction side of the pumping device.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Volumen des Tanks, welches zum Speichern des Flüssiggases vorgesehen ist, veränderbar sein. Beispielsweise kann zum Verändern des zum Speichern des Flüssiggases vorgesehenen Volumens ein das Volumen begrenzendes Wandelement verformbar ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Wandelement in dem Tank verschiebbar ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Wandelement als in dem Tank angeordnete Membran ausgebildet. Des Weiteren kann das Wandelement durch einen in dem Tank angeordneten Ballon bereitgestellt sein, welcher über eine Medienleitung mit einem Medium befüllt werden kann.Additionally or alternatively, a volume of the tank, which is provided for storing the liquefied gas, be changeable. For example, to change the volume provided for storing the liquefied gas, a volume limiting wall element may be deformable. Additionally or alternatively, the wall element may be designed to be displaceable in the tank. Preferably, the wall element is designed as a membrane arranged in the tank. Furthermore, the wall element may be replaced by one in the tank arranged balloon can be provided, which can be filled via a media line with a medium.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:Showing:
Zur Erläuterung der die
Um ein Auftreten von Kavitäten beim Pumpen des Flüssiggases
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Ansaugen beziehungsweise Anziehen eines Mediums mittels der Pumpe
Gemäß der in
Zusätzlich oder alternativ kann, wie in einer Variante des Kraftstoffsystems
Eine im Betrieb des Peltierelements
Auf der warmen Seite
Anhand von
In
Dieser Zustand, in welchem das Volumen des Druckgefäßes
Insgesamt kann also in dem Kraftstoffsystem
Mehrkosten des Kraftstoffsystems
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- KraftstoffsystemFuel system
- 1212
- Tanktank
- 1414
- FlüssiggasLPG
- 1616
- Siedelinieboiling
- 1818
- Druck-Enthalpie-DiagrammPressure-enthalpy diagram
- 2020
- Tauliniedew line
- 2222
- NassdampfbereichWet steam range
- 2424
- Motorengine
- 2626
- Pumpepump
- 2828
- KraftstoffsystemFuel system
- 3030
- Tanktank
- 3232
- FlüssiggasLPG
- 3434
- Leitungmanagement
- 3636
- Pumpepump
- 3838
- Motorengine
- 4040
- Saugseitesuction
- 4242
- Trennwandpartition wall
- 4444
- Speichereinheitstorage unit
- 4646
- Speichereinheitstorage unit
- 4848
- Pumpepump
- 5050
- Wandungwall
- 5252
- Teilvolumenpartial volume
- 5454
- Teilvolumenpartial volume
- 5656
- PeltierelementPeltier element
- 5858
- Seitepage
- 6060
- Seitepage
- 6262
- Kondensatcondensate
- 6464
- Membranmembrane
- 6666
- Volumenvolume
- 6868
- Druckgefäßpressure vessel
- 7070
- Pfeilarrow
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2016
- 2016-12-15 DE DE102016014927.2A patent/DE102016014927A1/en not_active Withdrawn
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