DE102008063563A1 - Kraftstoffversorgungssystem mit einem Tieftemperaturtank - Google Patents

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Ewald Neubacher
Andreas Zieger
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Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem Tieftemperaturtank zur Aufbewahrung eines kryogenen Kraftstoffes in flüssiger und gasförmiger Phase, wobei der Tieftemperaturtank mehrere Anschlüsse zum Zu- und Ableiten einer flüssigen und/oder einer gasförmigen Phase des Kraftstoffes aufweist und ein Mehrwegeventil vorgesehen ist, wweist, wobei eine erste Ventilstellung als Absperrstellung, eine zweite Ventilstellung als erste Befüllstellung und eine dritte Ventilstellung als erste Entnahmestellung eingerichtet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem Tieftemperaturtank zur Aufbewahrung eines kryogenen Kraftstoffes in flüssiger und gasförmiger Phase.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Kraftstoffversorgungssysteme zur Verwendung von bei tiefen Temperaturen und/oder hohen Drücken gespeicherten Kraftstoffen, inbesondere sogenannten kryogenen Medien, bekannt. Als kryogene Medien werden vorzugsweise verflüssigter Wasserstoff (LH2), flüssiges Methan (CH4) oder andere verflüssigte Kraftstoffe bezeichnet, die bei Umgebungstemperatur (20°C) und atmosphärischem Druck in gasförmiger Form vorliegen. Insbesondere bei Verwendung von Wasserstoff als Energieträger liegt der Wasserstoff in dem Kraftstofftank, insbesondere Gastank, teilweise in flüssiger und teilweise in gasförmiger Form vor. Aus der EP 1 090 251 B1 ist beispielsweise ein Kraftstoffversorgungssystem bekannt, welches einen Kryotank aufweist. Über eine zusätzlich vorgeschlagene Regeleinheit kann ein besonders gleichmäßiger Betrieb des Kraftstoffversorgungssystems verwirklicht werden.
  • Aus der US 6,334,312 B1 ist ebenfalls eine Einrichtung zur besonders gleichmäßigen Entnahme eines kryogenen Mediums aus einem Tieftemperaturtank bekannt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine möglichst einfache und effiziente Steuerung des Befüll- und Entnahmevorgangs an einem Gastank zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1 gelöst.
  • Durch die Verwendung eines Mehrwegeventils in der Konfiguration nach Anspruch 1 ist eine besonders kompakte und technisch effiziente Steuerung des Befüll- und Entnahmevorgang an dem Kraftstoff, insbesondere Gastank, möglich. Durch das Mehrwegeventil ist eine einfache und zuverlässige Synchronisation des Absperrens der Entnahme- und Befüllleitungen an dem Gastank möglich. Auf diese Weise kann beispielsweise der Druckabfall bei der Entnahme von gasförmigen H2 verringert und können dabei gegebenenfalls auftretende Verlustleistungen minimiert werden. Zudem erweist sich eine solche Vorrichtung im Gegensatz zu entsprechenden elektronischen Steuerungsverfahren unabhängiger Ventile als äußerst betriebssicher.
  • Ferner wird die Anzahl der Ventileinrichtungen wesentlich reduziert werden. Dadurch, dass weniger Ventileinrichtungen angesteuert werden, wird die Belastung des Bordnetzes wesentlich verringert. Durch den Austausch eines Mehrwegeventils kann auf einfache und effiziente Weise ein gesamtes Ventilsystem erneuert werden. Es entfallen aufwendige Ausbauarbeiten für teilweise eingeschweisste Ventileinrichtungen und die Stillstandszeit im Zuge von Wartungsarbeiten an einem entsprechenden Kraftstoffversorgungssystem verringert sich beträchtlich.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist die erste Ventilstellung als Ausgangsstellung des Mehrwegeventiles vorgesehen.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist das Mehrwegeventil durch ein geeignetes, insbesondere mechanisches, Rückstellelement in die erste Ventilstellung rückstellbar. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Sicherheitstellung bzw. Absperrstellung der Ventileinrichtung eingerichtet werden, in welcher beispielsweise die Kraftstoffleitungen jedenfalls verschlossen sind. Im Falle eines Ausfalls der vorgesehenen, beispielsweise elektrischen, magnetischen und/oder pneumatischen, Steuerung des Mehrwegeventils erfolgt somit nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine selbsttätige Rückstellung des Mehrwegeventils in diese Absperrstellung.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems weist das mechanische Rückstellelement eine Feder auf, durch welche das Mehrwegeventil in die erste Ventilstellung rückstellbar ist.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist in der zweiten Ventilstellung der erste Befüllanschluß mit dem ersten Tankanschluss verbunden.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist in der dritten Ventilstellung der erste Tankanschluss mit dem ersten Verbraucheranschluß verbunden.
  • Nach verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Tankanschluss zur Versorgung des Verbraucheranschlusses mit gasförmigen und/oder flüssigem Kraftstoff eingerichtet.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist der erste Befüllanschluss zum Befüllen mit der flüssigen Phase des Kraftstoffs eingerichtet und ferner ein zweiter Befüllanschluss an der Befüllvorrichtung vorgesehen, wobei der zweite Befüllanschluss zum Befüllen mit der gasförmigen Phase des Kraftstoffes und/oder zum Ableiten der gasförmigen Phase des Kraftstoffes eingerichtet ist.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist in der zweiten Ventilstellung der erste Befüllanschluss mit dem ersten Tankanschluss verbunden, wobei der erste Tankanschluss zum Zuleiten der flüssigen Phase des Kraftstoffes in den Tank, insbesondere Tieftemperaturtank, eingerichtet ist und der zweite Befüllanschluss mit einem zweiten Tankanschluss verbunden ist, und wobei der zweite Tankanschluss zum Zu- oder Ableiten der gasförmigen Phase des Kraftstoffes in oder aus dem Tank eingerichtet ist.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems weist das Mehrwegeventil eine vierte Ventilstellung auf, wobei die vierte Ventilstellung als zweite Entnahmestellung eingerichtet ist.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist die dritte Ventilstellung zur Entnahme der flüssigen Phase des Kraftstoffes aus dem Tieftemperaturtank und die vierte Ventilstellung zur Entnahme der gasförmigen Phase des Kraftstoffes aus dem Tieftemperaturtank eingerichtet.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist in der vierten Ventilstellung des Mehrwegeventils ein zweiter Tankanschluss zur Entnahme der gasförmigen Phase des Kraftstoffes aus dem Tieftemperaturtank mit dem Verbraucheranschluss des Verbrauchers verbunden.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems weist der Tieftemperaturtank einen Innentank, einen Außentank sowie einen zwischen dem Innentank und dem Außentank vorgesehenen Zwischenraum auf, wobei der Zwischenraum einen Druck unterhalb des Umgebungsdrucks aufweist.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist der Zwischenraum evakuierbar.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist das Mehrwegeventil in dem Zwischenraum angeordnet.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist als Kraftstoff Wasserstoff einsetzbar.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems wird das Mehrwegeventil elektrisch oder magnetisch gesteuert.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems wird das Mehrwegeventil pneumatisch oder hydraulisch gesteuert.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem weist das Mehrwegeventil ein integriertes Rückschlagventil auf.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem ist das Rückschlagventil wirkend zwischen dem ersten Befüllanschluss und einem Sicherheitsanschluss angeordnet, und das Rückschlagventil so ausgeführt, dass das Rückschlagventil bei einem, an dem ersten Befüllanschluss anliegenden, Druck, der unterhalb oder gleich mit einem vordefinierten Druckpegel liegt, eine Verbindung zwischen dem Befüllanschluss und dem Sicherheitsanschluss unterbindet und bei Überschreiten des vordefinierten Druckpegels an dem ersten Befüllanschluss die Verbindung zwischen dem Befüllanschluss und dem Sicherheitsanschluss zumindest teilweise freigibt.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem weist das Mehrwegeventil ein integriertes Rückschlagventil auf und ist das Rückschlagventil wirkend zwischen dem ersten Befüllanschluss und einem Sicherheitsanschluss angeordnet ist, und das Rückschlagventil so ausgeführt, dass das Rückschlagventil bei einem, an dem ersten Befüllanschluss anliegenden, Druck, der unterhalb oder gleich mit einem vordefinierten Druckpegel liegt, eine Verbindung zwischen dem Befüllanschluss und dem Sicherheitsanschluss unterbindet und bei Überschreiten des vordefinierten Druckpegels an dem ersten Befüllanschluss die Verbindung zwischen dem Befüllanschluss und dem Sicherheitsanschluss zumindest teilweise freigibt, wobei der Sicherheitsanschluss dem zweiten Tankanschluss entspricht.
  • Die Erfindung ist ferner durch ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21 gekennzeichnet.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend, in nicht einschränkender Weise, anhand mehrerer schematischer Zeichnungen dargestellt und erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems
  • 2 eine schematische Darstellung des Mehrwegeventils aus 1
  • 3a eine perspektivische schematische Ansicht eines möglichen Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils
  • 3b eine schematische Draufsicht des möglichen Ausführungsbeispieles nach 3a
  • 3c ein schematischer Aufriss des möglichen Ausführungsbeispieles nach 3a
  • 3d eine Schnittdarstellung nach der Ebene G-G aus 3c in einer ersten Arbeitsstellung
  • 3e eine Schnittdarstellung nach der Ebene F-F aus 3c in einer ersten Arbeitsstellung
  • 4a eine Schnittdarstellung nach der Ebene G-G aus 3c in einer zweiten Arbeitsstellung
  • 4b eine Schnittdarstellung nach der Ebene F-F aus 3c in einer zweiten Arbeitsstellung
  • 5a eine Schnittdarstellung nach der Ebene G-G aus 3c in einer dritten Arbeitsstellung
  • 5b eine Schnittdarstellung nach der Ebene F-F aus 3c in einer dritten Arbeitsstellung
  • 6a eine Schnittdarstellung nach der Ebene G-G aus 3c in einer vierten Arbeitsstellung
  • 6b eine Schnittdarstellung nach der Ebene F-F aus 3c in einer vierten Arbeitsstellung
  • 7a eine Schnittdarstellung nach der Ebene G-G aus 3c in einer fünften Arbeitsstellung
  • 7b eine Schnittdarstellung nach der Ebene F-F aus 3c in einer fünften Arbeitsstellung
  • 8 eine weitere mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils
  • In 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 1 dargestellt, das beispielsweise zur Versorgung eines Kraftfahrzeuges mit Wasserstoff H2 oder Erdgas geeignet ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kraftstoffversorgungssystem 1 in einem Fahrzeug, insbesondere einem Personenkraftfahrzeug, angeordnet. Der Kraftstofftank ist dabei nach einer besonderen Ausführungsform als Kryotank 2 ausgeführt. Der Kraftstoff wird dabei in dem Kryotank 2 aufbewahrt. Der Kryotank 2 selbst weist einen Innentank 3 sowie einen Außentank 4 auf. Der Außentank 4 besteht beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, der Innentank kann nach einer mögliche Ausführungsform ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff oder einem anderen Material mit geeigneter Verstärkung hergestellt werden. Zwischen dem Innentank 3 und dem Außentank 4 ergibt sich ein so genannter Zwischenraum 5. Der Zwischenraum 5 weist im Allgemeinen einen, gegenüber dem – den Kryotank 2 umgebenden – Umgebungsdruck, niedrigeren Druck auf. In dem Innentank herrscht beispielsweise eine Temperatur im Bereich von –255°C bis –243°C. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zwischenraum 5 evakuiert und weist einen Druck zwischen 1.10–3 mbar und 1.10–5 mbar auf. Entsprechend der dargestellten bevorzugten Ausführungsform befindet sich in dem Innentank 3 eine kryogene Flüssigkeit 6 (flüssige Phase des Kraftstoffes) sowie über der kryogenen Flüssigkeit 6, eine gasförmige Phase 7 des Kraftstoffes. Im dargestellten Fall kann das flüssiger bzw. gasförmiger Wasserstoff (H2) sein. Wasserstoff wird zur Aufbewahrung verflüssigt und bei sehr tiefen Temperaturen in flüssigem Zustand aufbewahrt. Es ist dabei beispielsweise üblich den Wasserstoff auf ca. –253°C zu kühlen um ihn bei niedrigem Druck in flüssiger Form zu speichern. Beispielsweise herrscht in dem Innenbehälter ein Druck zwischen 1 bar (ü) und 10 bar (ü). Um die tiefe Temperatur des flüssigen Wasserstoffes in dem Innenbehälter 5 möglichst lange zu konservieren, muss der Innentank möglichst gut isoliert werden. Das ist beispielsweise durch verschiedene Isolationsmaterialien möglich, die in geeigneter Weise an dem Innentank angeordnet, beispielsweise um den Innentank gewickelt werden, wodurch Wärmebrücken zum Außentank weitgehend vermieden werden können. Nach einer weiteren Ausführungsform können alternativ oder zusätzlich beispielsweise sogenannte Kälteschilder in dem Zwischenraum 5 angeordnet werden, durch welche die einfallende Wärmestrahlung entsprechend reflektiert oder jedenfalls der Eintrag von Wärme zu dem Innentank weiter minimiert wird. In diesem Sinn erweist sich auch die Evakuierung des Zwischenraumes 5 als sehr vorteilhaft, da auf diese Weise die natürliche Konvektion und damit der Wärmeübertrag von dem Außentank 4 zu dem Innentank 3 weiter verringert werden kann.
  • Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist im Zwischenraum 5 ein, beispielsweise elektrisch betätigtes, Mehrwegeventil 8 angeordnet. Dieses Mehrwegeventil 8 weist 4 vordefinierte Stellungen auf und wird, beispielsweise in einem stromlosen Zustand, durch ein geeignetes Rückstellelement 9, im vorliegenden Fall durch einen Federmechanismus, in eine Ausgangsstellung bzw. Startstellung rückgestellt. Bei dieser Startstellung kann es sich auch um eine Sicherheitsstellung bzw. Absperrstellung handeln, die im dem Fall eingenommen wird, in welchem die primäre Steuerung des Mehrwegeventils 8 ausfällt. Das dargestellte Mehrwegeventil 8 wird durch einen entsprechenden Aktuator 10 beispielsweise elektrisch gesteuert. Dabei wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Ventilkörper, beispielsweise ein entsprechender Kolben, durch den Aktuator geeignet in die vorbestimmten Ventilstellungen bewegt, insbesondere entlang des Pfeiles 8' (siehe 2) verschoben. Nach anderen möglichen Ausführungsformen kann das Mehrwegeventil 8 jedoch auch magnetisch, pneumatisch, hydraulisch oder auf sonstige mechanische Art gesteuert werden. In der Position wie in 1 dargestellt, befindet sich das Mehrwegeventil 8 in seiner Absperr- bzw. Sicherheitsstellung.
  • Das Mehrwegeventil 8 steuert einerseits die Verbindung einer Befüllvorrichtung 11 mit dem Gastank 2, inbesondere dem Innentank 3, sowie andererseits die Verbindung eines Verbrauchers 12 mit dem Gastank 2, insbesonderen dem Innentank 3. Die Befüllvorrichtung 11 weist in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform einen ersten Befüllanschluss 13 zum Befüllen des Innentanks 3 mit flüssigem Kraftstoff auf. Ferner ist ein zweiter Befüllanschluss 14 vorgesehen, mit welchem einerseits der Innentank 3 mit gasförmigen Kryomedium befüllt werden kann und andererseits, insbesondere im Fall der Befüllung des Innentanks 3 mit dem flüssigen, insbesondere kryogenen, Medium, die verdrängte Gasphase des Kryomediums aus dem Innentank 3 entfernt, insbesondere absaugt, werden kann.
  • Der Verbraucher 12, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, eine Brennstoffzelle oder eine andere Kraftmaschinen, ist mit einem Verbraucheranschluss 15 ausgestattet. Je nach Stellung des Mehrwegeventils 8 wird der Verbraucher mit dem Kraftstoff in gasförmiger Phase oder in flüssiger Phase aus dem Innentank 3 versorgt.
  • Wie aus 1 ersichtlich, ist eine Überdruckleitung bzw. ein Sicherheitsanschluss 16 vorgesehen, der einen in der Gasphase des Kraftstoffes entstehenden Überdruck über eines oder mehrere Sicherheitsventile 17 ableitet.
  • In 2 ist das Mehrwegeventil 8 vergrößert dargestellt. Bei dem dargestellten Mehrwegeventil handelt es sich um ein 4-Wegeventil mit vier vordefinierten Ventilstellungen und entsprechenden Funktionen, sowie fünf Anschlüssen. In 2 sind jeweils durch Pfeile auch die Durchflussrichtungen, durch das Ventil gekennzeichnet.
  • In einer ersten Stellung 18, der sogenannten Absperrstellung, trennt das Mehrwegeventil 8 den ersten und zweiten Tankanschluss 20 und 19 einerseits von den Befüllanschlüssen 13 und 14 sowie andererseits von dem Verbraucheranschluß 15. In der vorliegenden Ausführung nimmt das Mehrwegeventil 8 durch einen mechanischen Rückstellmechanismus die Absperrstellung selbsttätig ein, sobald die Verstellung des Mehrwegeventils 8 stromlos geschalten wird. Nach anderen möglichen Ausführungsformen wirkt das Rückstellelement beispielsweise elektrisch, magnetisch oder pneumatisch.
  • In einer zweiten Stellung 21 des Mehrwegeventils 8, die der ersten Entnahmestellung entspricht, wird der erste Tankanschluss 20 wirkend mit dem ersten Verbraucheranschluss 15 verbunden, so dass flüssiger Kraftstoff aus dem Innentank 3 an den Verbraucher 12 geliefert werden kann. Alle sonstigen Anschlüsse bleiben getrennt und vorzugsweise durch das Ventil abgedichtet.
  • In einer dritten Stellung 22 des Mehrwegeventils 8, die der ersten Befüllstellung entspricht, wird einerseits der zweite Tankanschluß 19 mit dem zweiten Befüllanschluß 14 und andererseits der erste Tankanschluss 20 mit dem ersten Befüllanschluß 13 wirkend verbunden. Auf diese Weise wird flüssiger Kraftstoff in den Innentank 3 eingeleitet und gleichzeitig verdrängter gasförmiger Kraftstoff aus dem Innentank abgeleitet. Der Verbraucheranschluß 15 bleibt getrennt bzw. geschlossen und wird durch das Mehrwegeventil 8 geeignet abgedichtet.
  • In einer vierten Stellung 23 des Mehrwegeventils 8, die der zweiten Entnahmestellung entspricht, wird der zweite Tankanschluss 19 mit dem Verbraucheranschluss 15 wirkend verbunden, wodurch gasförmiger Kraftstoff aus dem Innentank 3 an den Verbraucher geliefert werden kann. Alle weiteren Anschlüsse des Mehrwegeventils 8 bleiben getrennt bzw. abgedichtet.
  • In 1 ist zusätzlich noch eine Wärmeübertragungseinrichtung 24 vorgesehen, durch welche der an den Verbraucher 12 gelieferte Kraftstoff in gasförmiger und/oder flüssiger Form geeignet konditionierbar, also der Gasanteil und/oder der Druck und/oder die Temperatur des Kraftstoffes einstellbar ist.
  • In 3 ist eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils 25 als Drehventil schematisch in nicht-einschränkender Weise dargestellt. Das Mehrwegeventil 25 weist ein Gehäuse 26 sowie einen im Inneren des Gehäuses drehbar angeordneten Ventilkörper 27 auf. Der Ventilkörper 27 weist eine erste und eine zweite Ausnehmung 28a, 28b bzw. einen ersten und einen zweiten Durchgang jeweils auf verschiedenen Ebenen auf. Durch Verdrehen des Ventilkörpers werden die Ausnehmungen 28a, 28b des Ventilkörpers 27 so positioniert, dass diese Ausnehmungen 28a, 28b verschiedene Anschlüsse des am Gehäuse angeordneten Mehrwegeventils mit einander verbindet. An dem Mehrwegeventil 25 sind ein erster und ein zweiter Anschluss 29, 30, die jeweils beispielsweise mit einem externen Wärmetauscher (nicht dargestellt) verbindbar sind, und ein dritter Anschluss 31, der beispielsweise mit der Gasphase eines Innentanks, insbesondere eines Kryotanks zur Speicherung von tiefkaltem Wasserstoff, verbindbar ist, vorgesehen. Der erste und zweite Anschluss 29, 30 werden nach einer besonderen Ausführungsform außerhalb des Gehäuses zusammengeführt (nicht dargestellt). Ferner sind gemäß der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ein vierter Anschluss 32, der beispielsweise mit einer Betankungskupplung zum Betanken mit einem gasförmigen Medium, insbesondere mit gasförmigen Wasserstoff, verbindbar ist, und ein fünfter Anschluss 33 der beispielsweise mit der flüssigen Phase eines Innentanks, insbesondere eines Kryotanks zur Speicherung von tiefkaltem Wasserstoff, verbindbar ist, vorgesehen. Schließlich ist an dem Mehrwegeventil ein sechster Anschluss 34 vorgesehen, der beispielsweise mit einer Betankungskupplung zum Betanken mit einem flüssigen Medium, insbesondere mit verflüssigtem Wasserstoff, verbindbar ist, vorgesehen.
  • In einer ersten Arbeitsstellung, beispielsweise einer Betankungsstellung, wie in 3d und 3e dargestellt, wird durch eine entsprechende Stellung des Ventilkörpers 27 in einer ersten Ebene, wie in 3d dargestellt, der dritte Anschluss 31 mit dem vierten Anschluss 32 verbunden. In einer solchen Stellung kann beispielsweise die Betankung des Innentanks mit gasförmigen Wasserstoff erfolgen. Gleichzeitig wird in einer zweiten Ebene, wie in 3e dargestellt, der fünfte Anschluss 33 mit dem sechsten Anschluss 34 verbunden, wodurch beispielsweise ein gleichzeitiges Betanken des Innentanks mit verflüssigtem Wasserstoff erfolgen kann. Wird der Innentank mit flüssigen Wasserstoff betankt kann es notwendig sein, verdrängten gasförmigen Wasserstoff über den dritten Anschluss 31 aus dem Innentank abzuleiten und beispielsweise über den vierten Anschluss 32 der Betankungskupplung zu zuleiten.
  • In einer zweiten Arbeitsstellung, beispielsweise einer Gasentnahmestellung, wie in 4 dargestellt, wird durch eine entsprechende Stellung des Ventilkörpers 27 in einer ersten Ebene, wie in 4a dargestellt, der dritte Anschluss 31 mit dem ersten Anschluss 29 verbunden. In einer solchen Stellung kann beispielsweise aus dem Innentank gasförmiger Wasserstoff entnommen und beispielsweise dem Wärmetauscher zugeführt werden. Gleichzeitig wird in einer zweiten Ebene, wie in 4b dargestellt, keiner der Anschlüsse mit einem anderen Anschluss verbunden.
  • In einer dritten Arbeitsstellung, beispielsweise einer Flüssigentnahmestellung, wie in 5 dargestellt, wird durch eine entsprechende Stellung des Ventilkörpers 27 in einer zweiten Ebene, wie in 5b dargestellt, der fünfte Anschluss 33 mit dem zweiten Anschluss 30 verbunden, wodurch beispielsweise dem Innentank über den fünften Anschluss 33 flüssiger Wasserstoff entnommen und über den zweiten Anschluss 30 beispielsweise dem Wärmetauscher zugeführt werden kann. Alle weiteren Anschlüsse insbesondere in der ersten Ebene, wie in 5a dargestellt, bleiben inaktiv. In einer vierten Arbeitsstellung, beispielsweise einer Stillstandsstellung, wie in 6 in den Ansichten 6a und 6b dargestellt, sind ebenfalls alle Anschlüsse inaktiv. Ebenso verhält es sich in Zwischenstellungen des Ventilkörpers 27 wie aus den 7a und 7b ersichtlich, wobei eine Zwischenstellung zwischen den in den 3–6 dargestellten Arbeitsstellungen dargestellt ist.
  • In 8 ist eine weitere mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils 34 dargestellt. Die Ausführung nach 8 unterscheidet sich dabei von der Ausführung nach 2 nur darin, dass in einer Absperrstellung 35 der zweite Tankanschluss 19 über ein Rückschlagventil 36 mit dem ersten Befüllanschluss 13 verbunden ist. Durch diese Bauart kann gewährleistet werden, dass Kraftstoff der sich noch in der Leitung des Befüllanschluss 13, insbesondere nach einem Tankvorgang, befindet, bei Druckanstieg, beispielsweise bei Erwärmung der Leitung über den zweiten Tankanschluss 19 in den Innentank 3 entweichen kann. Umgekehrt wird durch die Orientierung des Rückschlagventils 36 und dessen Sperrrichtung in Richtung des Befüllanschlusses 13 verhindert, dass über diese Verbindung Kraftstoff aus dem Innentank 3 entweichen kann. Auf diese Weise kann nach einer bevorzugten Ausführungsform insbesondere die Verbindung des Befüllanschlusses 13 mit dem Sicherheitsventil 17, wie in 1 vorgesehen, entfallen.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Mehrwegeventil für einen kryogenen Kraftstoffspeicher, im speziellen für einen LH2-Speicher. Als kryogener Kraftstoffspeicher werden dabei Kraftstoffspeicher bezeichnet, die mit entsprechenden Isolation des Speicherbehälters bei Temperaturen unterhalb von –80°C betrieben werden. Solche Temperaturen liegen jedenfalls wesentlich unter den Temperaturen einer üblichen Flüssiggasspeicherung (Propan; Butan). Nach einer besonderen Ausführungsform sind bei einem Mehrwegeventil mehrere Ventile in ein einziges Gehäuse integriert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1090251 B1 [0002]
    • - US 6334312 B1 [0003]

Claims (22)

  1. Kraftstoffversorgungssystem mit einem Tieftemperaturtank zur Aufbewahrung eines kryogenen Kraftstoffes in flüssiger und gasförmiger Phase, wobei der Tieftemperaturtank mehrere Anschlüsse zum Zu- und Ableiten einer flüssigen und/oder einer gasförmigen Phase des Kraftstoffes aufweist und ein Mehrwegeventil vorgesehen ist, welches zumindest drei vordefinierte Stellungen aufweist, wobei eine erste Ventilstellung als Absperrstellung, eine zweite Ventilstellung als erste Befüllstellung und eine dritte Ventilstellung als erste Entnahmestellung eingerichtet ist.
  2. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei der Tieftemperaturtank einen ersten Tankanschluss zum Ab- und/oder Zuleiten einer flüssigen und/oder einer gasförmigen Phase des Kraftstoffes aus und/oder in den Tieftemperaturtank aufweist, sowie eine Befüllvorrichtung mit einem ersten Befüllanschluss zur Zu- und/oder Ableitung der flüssigen und/oder gasförmigen Phase des Kraftstoffes, ein Verbraucher mit einem ersten Verbraucheranschluß zur Versorgung des Verbrauchers mit der flüssigen und/oder gasförmigen Phase des Kraftstoffes vorgesehen sind.
  3. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventilstellung als Ausgangsstellung des Mehrwegeventiles vorgesehen ist.
  4. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil durch ein geeignetes, insbesondere mechanisches, Rückstellelement in die erste Ventilstellung rückstellbar ist.
  5. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Rückstellelement eine Feder aufweist, durch welche das Mehrwegeventil in die erste Ventilstellung rückstellbar ist.
  6. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Ventilstellung der erste Befüllanschluß mit dem ersten Tankanschluss verbunden ist.
  7. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Ventilstellung der erste Tankanschluss mit dem ersten Verbraucheranschluß verbunden ist.
  8. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Befüllanschluss zum Befüllen mit der flüssigen Phase des Kraftstoffs eingerichtet und ein zweiter Befüllanschluss an der Befüllvorrichtung vorgesehen ist, wobei der zweite Befüllanschluss zum Befüllen mit der gasförmigen Phase des Kraftstoffes und/oder zum Ableiten der gasförmigen Phase des Kraftstoffes eingerichtet ist.
  9. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Ventilstellung der erste Befüllanschluss mit dem ersten Tankanschluss verbunden ist, wobei der erste Tankanschluss zum Zuleiten der flüssigen Phase des Kraftstoffes in den Tieftemperaturtank eingerichtet ist, und der zweite Befüllanschluss mit einem zweiten Tankanschluss verbunden ist, wobei der zweite Tankanschluss zum Zu- oder Ableiten der gasförmigen Phase des Kraftstoffes in und/oder aus dem Tieftemperaturtank eingerichtet ist.
  10. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil eine vierte Ventilstellung aufweist, wobei die vierte Ventilstellung als zweite Entnahmestellung eingerichtet ist.
  11. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ventilstellung zur Entnahme der flüssigen Phase des Kraftstoffes aus dem Tieftemperaturtank und die vierte Ventilstellung zur Entnahme der gasförmigen Phase des Kraftstoffes aus dem Tieftemperaturtank eingerichtet ist.
  12. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der vierten Ventilstellung des Mehrwegeventils ein zweiter Tankanschluss zur Entnahme der gasförmigen Phase des Kraftstoffes aus dem Tieftemperaturtank mit dem Verbraucheranschluss des Verbrauchers verbunden ist.
  13. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tieftemperaturtank einen Innentank, einen Außentank sowie einen zwischen dem Innentank und dem Außentank vorgesehenen Zwischenraum aufweist, wobei der Zwischenraum einen Druck unterhalb des Umgebungsdrucks aufweist.
  14. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum evakuierbar ist.
  15. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil in dem Zwischenraum angeordnet ist.
  16. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftstoff Wasserstoff einsetzbar ist.
  17. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil elektrisch oder magnetisch gesteuert wird.
  18. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil pneumatisch oder hydraulisch gesteuert wird.
  19. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil ein integriertes Rückschlagventil aufweist.
  20. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil wirkend zwischen dem ersten Befüllanschluss und einem Sicherheitsanschluss angeordnet ist, und das Rückschlagventil so ausgeführt ist, dass das Rückschlagventil bei einem, an dem ersten Befüllanschluss anliegenden, Druck, der unterhalb oder gleich mit einem vordefinierten Druckpegel liegt, eine Verbindung zwischen dem Befüllanschluss und dem Sicherheitsanschluss unterbindet und bei Überschreiten des vordefinierten Druckpegels an dem ersten Befüllanschluss die Verbindung zwischen dem Befüllanschluss und dem Sicherheitsanschluss zumindest teilweise freigibt.
  21. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil ein integriertes Rückschlagventil aufweist und das Rückschlagventil wirkend zwischen dem ersten Befüllanschluss und einem Sicherheitsanschluss angeordnet ist, und das Rückschlagventil so ausgeführt ist, dass das Rückschlagventil bei einem, an dem ersten Befüllanschluss anliegenden, Druck, der unterhalb oder gleich mit einem vordefinierten Druckpegel liegt, eine Verbindung zwischen dem Befüllanschluss und dem Sicherheitsanschluss unterbindet und bei Überschreiten des vordefinierten Druckpegels an dem ersten Befüllanschluss die Verbindung zwischen dem Befüllanschluss und dem Sicherheitsanschluss zumindest teilweise freigibt, wobei der Sicherheitsanschluss dem zweiten Tankanschluss entspricht.
  22. Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21.
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