DE102012024717A1

DE102012024717A1 - Fahrzeug mit einem Flüssiggastank

Info

Publication number: DE102012024717A1
Application number: DE201210024717
Authority: DE
Inventors: Roland Dold; Wilhelmus Kok; Axel Zuschlag
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit einem Flüssiggastank (3) zur Aufnahme von Flüssiggas als zumindest einem Brennstoff für einen Verbrennungsmotor (2) des Fahrzeugs (1), mit einer Überdruckablassleitung (7) zur Abführung von selbstständig verdampftem Flüssiggas durch ein Überdruckventil (6). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) einen Gastank (8) aufweist, wobei die Überdruckablassleitung (7) mit dem Gastank (8) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Flüssiggastank nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrzeugs.
Die Verwendung von Flüssiggas zum Antreiben von Fahrzeugen ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Typischerweise wird das Flüssiggas dabei in einem Flüssiggastank unter Druck in dem Fahrzeug vorgehalten. Das Flüssiggas kann dann als alleiniger Treibstoff oder als einer von mehreren Treibstoffen, typischerweise in Ergänzung zu Benzin, in dem Fahrzeug eingesetzt werden.
Nun ist es bei Fahrzeugen mit Flüssiggastanks für so, dass eine Erwärmung des Flüssiggases nicht immer und unter allen Umständen im Stillstand des Fahrzeugs ausgeschlossen werden kann. Durch das verdampfte Flüssiggas bildet sich ein Druckpolster über dem noch flüssigen Gas, was zu einem erhöhten Druck in dem Flüssiggastank führt. Das verdampfte Gas, welches auch als Boil-off-Gas bezeichnet wird, kann in dem Tank bei sehr starker Erwärmung einen so starken Druckanstieg auslösen, dass es abgelassen werden muss, um kein Sicherheitsrisiko darzustellen.
Typischerweise wird das Gas dabei über eine Überdruckablassleitung aus dem Gas abgeblasen und gelangt in die Umgebung. Nun ist es jedoch so, dass beispielsweise Methan einen extrem hohen Treibhausfaktor im Vergleich zu CO₂ hat und damit für die Umwelt sehr schädlich ist. Beim Ablassen des Boil-off-Gas gelangt jedoch genau dieses Gas in die Umgebung und führt damit zu entsprechenden Umweltschäden.
Um dies zu verhindern und das Ablassen von Methan an die Umgebung zu unterbinden ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, dass das Boil-off-Gas aus der Überdruckablassleitung oxidiert wird, um so die Emissionen an Gas zu reduzieren. Der Nachteil ist dabei, dass das Gas ungenutzt verbrannt wird, und dass auch die Abgase der Verbrennung die Umwelt entsprechend schädigen, wenn auch nicht in dem extremen Maße, wie das direkt abgelassene Methan.
Aus dem Bereich der Schiffsantriebe ist es für den Antriebsfall beispielsweise aus der DE 10 2006 061 251 A1 oder auch der EP 1 694 559 B1 und der EP 1 694 557 B1 bekannt, dass Flüssiggas, welches innerhalb eines Flüssiggastanks verdampft, einem Verbrennungsmotor zugeführt werden kann. Dabei ist es üblich, dieses selbsttätig verdampfte Flüssiggas (Natural-Boil-off-Gas) zuerst zu verwenden und erst dann Flüssiggas in einem Verdampfer zu verdampfen (Forced-Boil-off-Gas), um dieses ebenfalls zu verbrennen.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Fahrzeug anzugeben, welches die oben genannten Nachteile hinsichtlich der umweltschädlichen Emissionen verringert.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Fahrzeug mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrzeugs die Aufgabe. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens aus den abhängigen Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es vorgesehen, dass neben dem Flüssiggastank ein zusätzlicher Gastank in dem Fahrzeug vorhanden ist. Dieser zusätzliche Gastank ist mit der Überdruckablassleitung des Flüssiggastanks verbunden. Er kann so, zumindest im Stillstand des Fahrzeugs, selbsttätig verdampfendes Flüssiggas, das sogenannte Natural-Boil-off-Gas, aufnehmen. Hierdurch lassen sich Emissionen von verdampftem Flüssiggas an die Umgebung verhindern, zumindest solange, wie die Aufnahmekapazität des Gastanks ausreicht.
Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist es ferner vorgesehen, dass zwischen der Überdruckablassleitung und dem Gastank ein Gasverdichter angeordnet ist. Über einen solchen Verdichter kann das Boil-off-Gas, welches aus dem Flüssiggastank austritt, verdichtet und in verdichteter Form in dem Gastank gespeichert werden. Als Gastank kann dann beispielsweise ein Gastank eingesetzt werden, wie er beim Betrieb von Fahrzeugen mit komprimiertem Erdgas üblich ist. Durch die Kompression des Boil-off-Gas ist dabei eine vergleichsweise große Menge an Gas in einem hinsichtlich seines Volumens eher kleinen Gastank zwischenspeicherbar, sodass hierdurch ein erheblicher Bauraumvorteil entsteht.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Gastank als Brennstoffquelle mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist. Diese besonders günstige und vorteilhafte Weiterbildung des Fahrzeugs ermöglicht es, dass das in dem Gastank während des Stillstands des Fahrzeugs zwischengespeicherte Gas später dem Verbrennungsmotor zugeleitet und in diesem entsprechend umgesetzt wird.
Alternativ dazu könnte auch eine Entleerung des Gastanks beispielsweise während der Betankung des Flüssiggastanks mit Flüssiggas oder dergleichen vorgesehen sein. Auch diese Vorgehensweise ist im Prinzip denkbar und könnte zu einer Nutzung des in dem Gastank zwischengespeicherten Boil-off-Gas führen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrzeugs sieht es vor, dass im Stillstand des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs über die Überdruckleitung und das Überdruckventil abströmendes selbsttätig verdampftes Flüssiggas in dem Gastank gespeichert wird. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann es entsprechend vorgesehen sein, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors in dem Fahrzeug der Gastank mit dem Verbrennungsmotor verbunden wird, bis sein Inhalt aufgebraucht ist. Hierdurch entsteht eine optimale Nutzung des Boil-off-Gas einerseits und andererseits steht der Gastank dann für die nächste Stillstandsphase wieder vollständig leer zur Aufnahme einer möglichst großen Menge an Boil-off-Gas zur Verfügung.
In bestimmten Situationen kann es auch dazu kommen, dass der Gastank bereits voll ist, während weiteres Boil-off-Gas in dem Flüssiggastank entsteht und für einen kritischen Überdruck sorgt. In dieser besonderen Situation ist es dann vorgesehen, dass beim Erreichen eines vorgegebenen Druckniveaus im Gastank und einem Überdruck in dem Flüssiggastank über ein weiteres Überdruckventil Gas an die Umgebung abgelassen wird. Der Aufbau kann beispielsweise so realisiert werden, dass im Bereich der Überdruckleitung vor dem Kompressor ein Überdruckventil angeordnet ist, welches ab einem bestimmten Druck in dem Gastank öffnet. Ab einem Druckwert, welcher einen vollen Gastank anzeigt, wird dieses Ventil entsprechend geöffnet. Kommt es nun zu einem Ansprechen des Überdruckventils in der Überdruckleitung, dann kann durch das geöffnete weitere Überdruckventil das Gas an die Umgebung abströmen. Dies ist im Prinzip unerwünscht, ist aus Sicherheitsgründen jedoch notwendig. Ein Abströmen von Gas an die Umgebung wird jedoch bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren nur in seltenen Ausnahmefällen notwendig sein, sodass die Belastung der Umwelt durch das abströmende Boil-off-Gas gegenüber herkömmlichen Aufbauten und Verfahren deutlich reduziert werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sowie des Verfahrens zum Betreiben des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
Die einzige beigefügte Figur zeigt ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug in einem Aufbau gemäß der Erfindung.
In der Darstellung der 1 ist ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug 1 zu erkennen, welches über einen Verbrennungsmotor 2 angetrieben werden soll. Das Fahrzeug 1 weist einen Flüssiggastank 3, welcher über eine Fördereinrichtung 4 und einen Verdampfer 5 mit dem Verbrennungsmotor 2 in Verbindung steht, sodass verdampftes Flüssiggas dem Verbrennungsmotor 2 als Brennstoff zugeführt werden kann, auf. Außerdem weist der Flüssiggastank 3 ein Überdruckventil 6 und eine Überdruckablassleitung 7 auf. Die Überdruckablassleitung 7 mündet in einen Gastank 8, welcher als Druckgastank bzw. Druckbehälter ausgebildet ist. Es kann beispielsweise ein Tank eingesetzt werden, wie er auch bei der Verwendung von komprimiertem Erdgas als Brennstoff für den Verbrennungsmotor 2 eingesetzt wird. Kommt es nun im Stillstand des Fahrzeugs 1 zu einem ungewollten Verdampfen des Flüssiggases in dem Flüssiggastank 3, beispielsweise aufgrund einer Erwärmung des Flüssiggastanks 3 und/oder des Fahrzeugs 1, dann entsteht ein sogenanntes Boil-off-Gas, welches sich in dem Flüssiggastank 3 oberhalb des Flüssiggases ansammelt. Hierdurch wird der Druck in dem Flüssiggastank 3 ansteigen. Aus Sicherheitsgründen muss das Überdruckventil 6 ab einem bestimmten Druck öffnen und das Boil-off-Gas gelangt über die Überdruckablassleitung 7 aus dem Flüssiggastank 3. Bei dem hier dargestellten Fahrzeug 1 sammelt sich das Boil-off-Gas dann in dem Gastank 8 an. Um diesen in seinem Volumen vergleichsweise klein ausführen zu können, befindet sich im Bereich der Überdruckablassleitung 7 bzw. zwischen dieser und dem Gastank 8 ein Gaskompressor 9, welcher das Gas verdichtet und so die Speicherung einer vergleichsweise großen Menge an Gas in dem Gastank 8 ermöglicht.
Über ein Rückschlagventil 10 wird dabei verhindert, dass Gas aus dem Gastank 8 in der umgekehrten Richtung strömt. Der Gastank 8 ist über ein Leitungselement 11 mit einer steuerbaren Ventileinrichtung 12 ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden. Bei der Wiederinbetriebnahme des Fahrzeugs 1 bzw. des Verbrennungsmotors 2 in dem Fahrzeug 1 kann so durch ein Öffnen der Ventileinrichtung 12 das komprimierte Boil-off-Gas aus dem Gastank 8 dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt und in diesem entsprechend verbrannt werden. Der Gastank 8 wird dadurch entleert und steht beim nächsten Stillstand des Fahrzeugs 1 wieder zur Aufnahme von Boil-off-Gas zur Verfügung.
In der Darstellung der einzigen beigefügten Figur ist außerdem ein weiteres Überdruckventil 13 zu erkennen, welches in Abhängigkeit des Drucks in dem Gastank 8 entsprechend geöffnet oder geschlossen ist. Das weitere Druckventil 13 ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass es immer dann öffnet, wenn der Druck in dem Gastank 8 so hoch ist, dass der Gastank 8 vollständig befüllt ist, und nicht in der Lage ist, weiteres Gas aufzunehmen. Auch in diesem Fall kann es immer noch dazu kommen, dass Boil-off-Gas aus dem Flüssiggastank 3 abgelassen werden muss. Dann strömt das Boil-off-Gas über das Überdruckventil 6 und die Überdruckablassleitung 7 sowie das in der Überdruckablassleitung 7 angeordnete weitere Überdruckventil 13 an die Umgebung, um so einen sicherheitskritischen Druckanstieg in dem Flüssiggastank 3 zu verhindern. Je nach Auslegung des Gastanks 8 wird die Menge an Boil-off-Gas, welches an die Umgebung des Fahrzeugs 1 abgelassen wird, jedoch sehr stark gegenüber bisherigen Aufbauten reduziert, sodass insgesamt ein sehr energieeffizientes und umweltschonendes Fahrzeug 1 realisiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006061251 A1 [0006]
EP 1694559 B1 [0006]
EP 1694557 B1 [0006]

Claims

Fahrzeug (1) mit einem Flüssiggastank (3) zur Aufnahme von Flüssiggas als zumindest einem Brennstoff für einen Verbrennungsmotor (2) des Fahrzeugs (1), mit einer Überdruckablassleitung (7) zur Abführung von selbstständig verdampftem Flüssiggas durch ein Überdruckventil (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) einen Gastank (8) aufweist, wobei die Überdruckablassleitung (7) mit dem Gastank (8) verbunden ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Überdruckablassleitung (7) und dem Gastank (8) ein Gasverdichter (9) angeordnet ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gastank (8) als Brennstoffquelle mit dem Verbrennungsmotor (2) schaltbar verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Stillstand des Verbrennungsmotors (2) in dem Fahrzeug (1) über die Überdruckablassleitung (7) und das Überdruckventil (6) abströmendes selbstständig verdampftes Flüssiggas in dem Gastank (8) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors (2) in dem Fahrzeug (1) der Gastank (8) mit dem Verbrennungsmotor (2) verbunden wird, bis sein Inhalt aufgebraucht ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, beim Erreichen eines vorgegebenen Druckniveaus in dem Gastank (8) und eines Überdrucks in dem Flüssiggastank (3) Gas aus der Überdruckablassleitung (7) über ein weiteres Überdruckventil (13) an die Umgebung abgelassen wird.