DE102016014928A1 - Kraftstoffsystem mit einem Tank zum Speichern von Flüssiggas als Kraftstoff - Google Patents

Kraftstoffsystem mit einem Tank zum Speichern von Flüssiggas als Kraftstoff Download PDF

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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 wenigstens eine Kühleinrichtung (44, 48), welche zum Verringern einer Temperatur des Flüssiggases (32) zumindest in einem Bereich des Kraftstoffsystems (28) ausgebildet ist, welcher mit einer Saugseite (40) der Pumpeinrichtung (36) fluidisch gekoppelt ist.

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.
  • 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 LNG 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.
  • Zur Erläuterung dieser Herausforderungen wird auf die 1 verwiesen, welche stark schematisiert ein Kraftstoffsystem 10 mit einem Tank 12 zum Speichern von Flüssiggas 14 etwa in Form von LNG zeigt. Der Tank 12 des Kraftstoffsystems 10 ist in der Regel sehr gut isoliert, etwa indem der Tank 12 doppelwandig ausgeführt ist und sich zwischen den Wänden Vakuum herrscht. Des Weiteren kann zur Isolierung des Tanks 12 ein Hitzeschild vorgesehen sein. In den Tank 12 wird das kalte Flüssiggas 14 getankt und zwar meist bei einer Temperatur von etwa –130 Grad Celsius und einem Druck von etwa 8 bar. In dem Tank 12 bildet sich dann ein thermodynamisches Gleichgewicht entlang einer Siedelinie 16, welche in 2 in einem Druck-Enthalpie-Diagramm 18 beispielhaft für Methan veranschaulicht ist.
  • Gemäß 2 liegt links der Siedelinie 16 das Methan in der flüssigen Phase vor und rechts einer Taulinie 20 in der Gasphase, also als Dampf. Die Siedelinie 16 und die Taulinie 20 begrenzen einen Nassdampfbereich 22, in welchem mit zunehmender Enthalpie E der Flüssigkeitsgehalt des Dampfes ansteigt. Im Nassdampfbereich 22 verlaufen die Isothermen parallel zu einer Abszisse des Druck-Enthalpie-Diagramms 18, weil hier eine Wärmeaufnahme zum Überführen von zunehmend mehr Methan aus der flüssigen Phase in die Dampfphase oder Gasphase führt. Die Enthalpie E ist in KJ/kg auf der Abszisse aufgetragen, und der Druck P logarithmisch in bar auf einer Ordinate des Druck-Enthalpie-Diagramms 18.
  • Das kalte Flüssiggas 14 beziehungsweise LNG wird in dem Tank 12 gelagert und erwärmt sich aufgrund der sehr guten Isolierung des Tanks üblicherweise lediglich minimal. Mit dem Ansteigen der Temperatur steigt bei dem Flüssiggas 14, welches sich im Hinblick auf den thermodynamischen Zustand auf der Siedelinie 16 befindet, jedoch auch der Druck P leicht an.
  • Unmittelbar nach dem Betanken des Tanks 12 an einer Tankstelle liegt in dem Tank 12 dann das Flüssiggas 14 beispielsweise bei einem Druck P von 8 bar und einer Temperatur von –130 Grad Celsius vor. Für derartige Kraftstoffsysteme 10 wäre eine Betankung bei –145 Grad Celsius und etwa 3 bar wünschenswert. Jedoch sind viele Tankstellen, an welchen LNG bereitgestellt wird, auf ein Kraftstoffsystem 10 mit 8 bar ausgelegt, und nur einige Tankstellen liefern das LNG mit einem Druck von 3 bar.
  • Über die Zeit erwärmt sich das also LNG im Tank 12, und damit steigt auch der Druck im Tank 12. Bei einem Druck P von 16 bar öffnet dann ein (vorliegend nicht gezeigtes) Sicherheitsventil, welches den Druck ablässt. Dadurch fällt jedoch nicht nur der Druck, sondern auch die Temperatur ganz leicht. Ein weiteres Erwärmen führt zu einer Wiederholung einer derartigen Druckverminderung. Wenn ein das Kraftstoffsystem 10 aufweisendes Fahrzeug steht, können Zeiträume von etwa 7 bis 10 Tagen erreicht werden, bis das Druckventil öffnet. Vom Gesetzgeber ist derzeit vorgeschrieben, dass das Sicherheitsventil beziehungsweise Druckventil erst nach frühestens fünf Tagen öffnet. Wenn jedoch in den Tank 12 kaltes LNG nachgetankt wird, so wird das System wieder gekühlt, und das sich daran anschließende Erwärmen und Ablassen des Drucks beginnt von neuem.
  • Ein derartiges Kraftstoffsystem 10 ist insbesondere für den Einsatz in einem Nutzfahrzeug von Interesse, da bei Nutzfahrzeugen die Standzeiten sehr gering sind. Dies führt dazu, dass das Kraftstoffsystem 10 im Betrieb nicht an die Druckgrenze herankommt. Vielmehr bleibt das Kraftstoffsystem 10, bei welchem Flüssiggas 14 aufgrund des Fahrens verbraucht wird und Flüssiggas 14 nachgetankt wird, und bei welchem sich zudem das Flüssiggas 14 in dem Tank 12 erwärmt, in einem Bereich von Temperaturen und Drücken in etwa um die Siedelinie 16 dynamisch stabil. Das Kraftstoffsystem 10 pendelt sich so durch Nachtanken von LNG um den Grenzwert des Drucks ein, welchen das Sicherheitsventil beziehungsweise Druckventil vorgibt. Das Flüssiggas 14 oder LNG wird also üblicherweise bei tiefen Temperaturen unter –80 Grad Celsius bei dementsprechend vergleichsweise niedrigen Drücken gespeichert, und es pendelt sich im Phasengleichgewicht ein, entsprechend der Siedelinie 16.
  • Um ein Fahrzeug wie etwa einen Lastkraftwagen oder einen Personenkraftwagen mit dem LNG betreiben zu können, muss das LNG vom Tank 12 zu einem Motor 24 beziehungsweise einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs gepumpt und hierbei auf ein höheres Druckniveau gebracht werden. Aus energetischer Sicht ist es hierbei sinnvoll, das LNG in der Flüssigphase auf das höhere Druckniveau zu bringen. Eine hierfür vorgesehene Pumpe 26 (vergleiche 1) kann dabei komplett im Tank 12 angeordnet sein. Auch kann sich ein Pumpenkopf der Pumpe 26 im Tank 12 befinden und der Antrieb der Pumpe 26 außerhalb des Tanks 12.
  • Alternativ kann auch die Pumpe 26, wie in 1 beispielhaft gezeigt, komplett außerhalb des Tanks 12 angeordnet sein. Des Weiteren ist es möglich, zwei Pumpen zu verwenden, nämlich eine Vorförderpumpe und eine Hauptpumpe. Auch diese Pumpen können entsprechend den vorstehend beschriebenen Varianten in dem Kraftstoffsystem 10 angeordnet sein.
  • Vorliegend soll nun der Fall betrachtet werden, bei dem die Pumpe 26 zum Fördern des Flüssiggases 14 zu dem Motor 24 außerhalb des Tanks 12 angeordnet ist. Bei der Pumpe 26 kann es vom Bauprinzip her erforderlich sein, dass die Pumpe 26 sofort Flüssiggas 14 in der Flüssigphase fördert. Dies macht es bei einem gegebenen Druck aus thermodynamischen Gründen jedoch erforderlich, dass die Pumpe 26 vorher gekühlt wird, um ein Verdampfen des LNG in der Pumpe 26 zu verhindern.
  • Des Weiteren beschreibt die DE 10 2007 005 876 A1 ein Temperierungsmodul für ein Kraftstoffversorgungssystem, bei welchem Dieselkraftstoff mittels einer Peltiervorrichtung auf einem Weg von einem Tank für Dieselkraftstoff zu einer Pumpe eines Common-Rail-Systems erwärmt oder gekühlt werden kann. Die DE 10 2007 005 876 A1 offenbart kein Kraftstoffsystem mit einem Flüssiggastank.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art zu schaffen.
  • 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.
  • 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 wenigstens eine Kühleinrichtung, welche zum Verringern einer Temperatur des Flüssiggases zumindest in einem Bereich des Kraftstoffsystems ausgebildet ist, welcher mit einer Saugseite der Pumpeinrichtung fluidisch gekoppelt ist.
  • Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Flüssiggas bei Temperaturen weit unter –80 Grad Celsius auch bei einem vergleichsweise niedrigen Druck in dem Tank gespeichert werden kann und sich hierbei in dem Tank ein thermodynamisches Gleichgewicht entlang der Siedelinie 16 (vergleiche 2) einstellt. Wenn dieses sehr kalte Medium Flüssiggas auf deutlich wärmere Komponenten im Kraftstoffsystem trifft, würde dies zu einem sofortigen Verdampfen des Flüssiggases führen. Das mit Bezug auf das Druck-Enthalpie-Diagramm 18 in 2 beispielhaft beschriebene Methan kann nämlich bei einer Temperatur von mehr als etwa –80 Grad Celsius auch unter sehr hohem Druck nicht verflüssigt werden. Vielmehr liegt dann das Flüssiggas in der Gasphase vor. Eine derartige Gasphase ist jedoch zum Pumpen mit der Pumpeinrichtung nicht geeignet.
  • Mittels der wenigstens einen Kühleinrichtung kann jedoch vorliegend sichergestellt werden, dass sich zumindest der Bereich stromaufwärts der Pumpeinrichtung, also derjenige Bereich des Kraftstoffsystems, welcher mit der Saugseite der Pumpeinrichtung fluidisch gekoppelt ist, auf einem ähnlich kalten Temperaturniveau befindet wie das kalte Flüssiggas aus dem Tank. Da das Flüssiggas in dem Tank üblicherweise in einem der Siedelinie 16 (vergleiche 2) beziehungsweise Siedegrenze entsprechenden thermodynamischen Zustand vorliegt, würde das Flüssiggas andernfalls bei einer Erwärmung sehr schnell verdampfen. Das Kraftstoffsystem ist somit insbesondere im Hinblick auf die Energieeffizienz verbessert.
  • Denn durch ein Verdampfen von Flüssiggas steigt der Druck in dem Kraftstoffsystem. Der zum Speichern von Flüssiggas als Kraftstoff ausgelegte Tank ist jedoch für einen bestimmten maximalen Druck ausgelegt, bei dessen Überschreiten es zu einem Ablassen von Gas kommt. Dieses Gas steht dann nicht mehr für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung. Da vorliegend ein solches Ablassen (Boil-off) besonders weitgehend verhindert beziehungsweise hinausgezögert wird, kann das Flüssiggas besonders weitgehend zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. insbesondere in mobilen Anwendungen wird so die Energieeffizienz des Kraftstoffsystems beziehungsweise LNG-Systems verbessert. Aufgrund des geringen Energieverlusts steht somit zum Vortrieb des Kraftwagens oder Fahrzeugs mehr Flüssiggas beziehungsweise LNG zur Verfügung. Dadurch lässt sich ein Intervall zwischen zwei Tankstopps, also Stopps zum erneuten Befüllen des Tanks mit Flüssiggas vergrößern.
  • Mittels der wenigstens einen Kühleinrichtung kann der mit der Saugseite der Pumpeinrichtung fluidisch gekoppelte Bereich des Kraftstoffsystems insbesondere vorgekühlt werden, bevor die Pumpeinrichtung in Betrieb genommen wird. Des Weiteren kann mittels der wenigstens einen Kühleinrichtung der Bereich so weit herunter gekühlt werden, dass ein Verdampfen des Flüssiggases oder LNG nicht stattfindet. Bei der Verwendung von LNG als Flüssiggas ist somit die Kühleinrichtung insbesondere dazu ausgebildet, den Bereich des Kraftstoffsystems auf eine Temperatur von weniger als –80 Grad Celsius zu kühlen, damit ein solches Verdampfen nicht stattfindet. Jedoch kann auch dann, wenn das Flüssiggas fließt und somit die Pumpeinrichtung Flüssiggas zu der Verbrennungskraftmaschine fördert, mittels der wenigstens einen Kühleinrichtung das Flüssiggas gekühlt werden, um die Temperatur stabil unter –80 Grad Celsius zu halten.
  • Mittels der wenigstens einen Kühleinrichtung können somit Komponenten des Kraftstoffsystems insbesondere vorgekühlt werden. So kann dafür gesorgt werden, dass die Pumpeinrichtung besonders früh nach ihrer Inbetriebnahme, insbesondere unmittelbar bei der Inbetriebnahme der Pumpeinrichtung, das Flüssiggas in der flüssigen Phase zu der Verbrennungskraftmaschine fördert. Es ist dadurch kein Vorkühlen der Pumpeinrichtung durch das Flüssiggas aus dem Tank erforderlich, beziehungsweise kann ein solches Vorkühlen in deutlich geringerem Ausmaß erfolgen.
  • Die wenigstens eine Kühleinrichtung kann an einer Wand des Tanks und/oder in dem Tank angeordnet sein. Bei einer Anordnung der Kühleinrichtung in dem Tank kann das Flüssiggas direkt gekühlt werden. Durch das Anordnen der Kühleinrichtung an der Wand des Tanks kann beispielsweise eine Isolationsschicht des Tanks gekühlt werden, um einen Wärmeeintrag in den Tank einzudämmen beziehungsweise zu verringern.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die wenigstens eine Kühleinrichtung an einer Leitung angeordnet sein, welche von dem Tank zu der Pumpeinrichtung führt. Des Weiteren kann die wenigstens eine Kühleinrichtung an der Pumpeinrichtung angeordnet sein. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass die Pumpeinrichtung sofort Flüssiggas in der Flüssigphase pumpt und somit im Betrieb des Kraftstoffsystems zu der Verbrennungskraftmaschine fördert.
  • Die wenigstens eine Kühleinrichtung ist vorzugsweise als Peltierelement ausgebildet. So kann besonders bedarfsgerecht und rasch die Temperatur in dem Bereich des Kraftstoffsystems, welches mit der Saugseite der Pumpeinrichtung fluidisch gekoppelt ist, so abgesenkt werden, dass ein unnötiges beziehungsweise unerwünschtes Verdampfen von Flüssiggas beziehungsweise LNG beim Anfahren der Pumpeinrichtung verhindert wird. Peltierelemente lassen sich nämlich besonders einfach an den zu kühlenden Komponenten des Kraftstoffsystems anordnen.
  • Zum Versorgen des Peltierelements mit elektrischer Energie kann das Peltierelement mit einem Solarzellenmodul verbunden sein. Auch dies ist einer besonders hohen Energieeffizienz des Kraftstoffsystems zuträglich.
  • Wenn der das Kraftstoffsystem aufweisende Kraftwagen als Hybridfahrzeug ausgebildet ist, kann zum Versorgen des wenigstens einen Peltierelements mit elektrischer Energie das Peltierelement zusätzlich oder alternativ mit einem elektrischen Energiespeicher des Kraftwagens verbunden sein. Bei einem solchen Energiespeicher, etwa in Form einer Hybridbatterie, kann zum Beispiel zum Ende einer Fahrt des Kraftwagens dafür gesorgt werden, dass dieser besonders weitgehend geladen ist. Dann kann die Hybridbatterie nach dem Abstellen des Kraftwagens besonders gut das wenigstens eine Peltierelement mit elektrischer Energie versorgen. Hierbei kann insbesondere ein PHC-System (PHC = predictive hybrid control, prädiktive Hybridsteuerung) zum Einsatz kommen.
  • Wenn der Kraftwagen als Nutzfahrzeug ausgebildet ist, so können insbesondere auf dem Dach eines Aufliegers des Kraftwagens die Solarzellen beziehungsweise das Solarzellenmodul angeordnet sein, deren elektrische Energie sich mittels des wenigstens einen Peltierelements nutzen lässt.
  • Wenn der Kraftwagen als Plug-in-Hybridfahrzeug ausgebildet ist, so lässt sich die Energie zum Versorgen des Peltierelements auch aus dem Stromnetz beziehen. Des Weiteren kann die elektrische Energie aus einer fahrzeugexternen Solaranlage bezogen werden, etwa aus einer Solaranlage, welche an einer Raststätte vorhanden ist, an welcher der Kraftwagen hält. Bei einem als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen kann die elektrische Energie auch aus einer Solaranlage bezogen werden, welche beispielsweise auf dem Dach eines Hauses, insbesondere Einfamilienhauses, angeordnet ist, an welchem der Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, abgestellt ist.
  • Vorzugsweise umfasst das Kraftstoffsystem eine Steuerungseinrichtung zum In-Betrieb-Nehmen der wenigstens einen Kühleinrichtung. So kann insbesondere sichergestellt werden, dass die wenigstens eine Kühleinrichtung zu einem geeigneten Zeitpunkt in Betrieb genommen wird.
  • Die Steuerungseinrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Kühleinrichtung in Abhängigkeit von einer Temperatur wenigstens einer Komponente des Kraftstoffsystems und/oder von einer Umgebungstemperatur und/oder von Wetterdaten in Betrieb zu nehmen. So kann dafür gesorgt werden, dass das Kraftstoffsystem rechtzeitig vor dem Anlaufen der Pumpeinrichtung so weit gekühlt ist, dass es zu keinem Verdampfen von Flüssiggas an der Saugseite der Pumpeinrichtung kommt.
  • 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.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein Kraftstoffsystem gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 ein Druck-Enthalpie-Diagramm von Methan;
  • 3 stark schematisiert ein Kraftstoffsystem, bei welchem ein Tank für Flüssiggas mittels Peltierelementen gekühlt werden kann;
  • 4 eine Variante des Kraftstoffsystems, bei welchem mittels Peltierelementen eine von dem Tank zu einer Pumpe führende Leitung gekühlt werden kann;
  • 5 eine Variante des Kraftstoffsystems, bei welcher mittels Peltierelementen die Pumpe gekühlt werden kann; und
  • 6 eine Variante des Kraftstoffsystems, bei welcher mittels Peltierelementen die Leitung und die Pumpe gekühlt werden.
  • Zur Erläuterung der die 1 und 2 betreffenden Sachverhalte wird auf die Ausführungen im einleitenden Teil der vorliegenden Beschreibung verwiesen.
  • 3 zeigt stark schematisiert ein Kraftstoffsystem 28 für einen Kraftwagen, bei welchem es sich um einen Personenkraftwagen und insbesondere um ein Nutzfahrzeug handeln kann. Das Kraftstoffsystem 28 umfasst einen Tank 30 zum Speichern von Flüssiggas 32, bei welchem es sich insbesondere um LNG (liquefied natural gas, Flüssigerdgas) handeln kann. Der Tank 30 ist über eine Leitung 34 mit einer Pumpe 36 verbunden, welche das Flüssiggas 32 zu einer Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise einem Motor 38 oder Gasmotor des Kraftwagens fördert.
  • Um ein Auftreten von Kavitäten beim Pumpen des Flüssiggases 32 mittels der Pumpe 36 zu vermeiden, weist das Kraftstoffsystem 28 Mittel zum Verringern einer Temperatur des Flüssiggases 32 im Tank 30 beziehungsweise stromaufwärts der Pumpe 36 auf. Aufgrund dieses Abkühlens des zu pumpenden Mediums wird das von der Pumpe 36 angesaugte Flüssiggas 32 in einen thermodynamischen Zustand verbracht, welcher in dem Druck-Enthalpie-Diagramm 18 gemäß 2 in einem Bereich links neben der Siedelinie 16 zu liegen kommt. Stromaufwärts einer Saugseite 40 der Pumpe 36 kommt es dann nicht zu einem Sieden beziehungsweise Aufkochen des Flüssiggases 32. Das zumindest lokal abgekühlte Flüssiggas 32 kann also aus dem Tank 30 in der Flüssigphase hin zu der Pumpe 36 gelangen und dann von dort hin zu dem Motor 38 gepumpt werden.
  • Bei dem in 3 gezeigten Kraftstoffsystem 28 befindet sich die Pumpe 36 teilweise oder komplett außerhalb des Tanks 30. Dementsprechend erwärmt sich die Pumpe 36 nach einer gewissen Stillstandszeit des Kraftstoffsystems 28 selbst dann, wenn eine thermische Isolierung der Pumpe 36 vorgesehen ist.
  • Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn ein mit dem Kraftstoffsystem 28 ausgestatteter Kraftwagen wie etwa ein Nutzfahrzeug beziehungsweise Lastkraftwagen mit dem Tank 30 für LNG und dem Motor 38 oder Gasmotor über Nacht an einer Raststätte steht. Wird dann das Kraftstoffsystem 28 wieder in Betrieb genommen, so kann es je nach dem Konzept beziehungsweise der Bauart der Pumpe 36 wichtig oder sogar erforderlich sein, dass die Pumpe 36 sofort Flüssigkeit pumpt. Dies ist jedoch auch aus thermodynamischen Gründen nur dann möglich, wenn zumindest saugseitig der Pumpe 36 das Flüssiggas 32 vorab derart gekühlt wird, dass ein Verdampfen des Flüssiggases 32 in der Pumpe 36 verhindert ist.
  • Bei dem Kraftstoffsystem 28 gemäß 3 ist hierfür beispielsweise an einer Wand 42 des Tanks 30 ein Peltierelement 44 angeordnet. Bei der Wand 42 kann es sich wie vorliegend beispielhaft gezeigt um eine oberseitige Wand und/oder um eine Seitenwand des Tanks 30 handeln. Des Weiteren ist bei dem Kraftstoffsystem 28 gemäß 3 an einer weiteren Wand in Form eines Bodens 46 ein weiteres Peltierelement 48 angeordnet. Die jeweiligen Peltierelemente 44, 48 können insbesondere Kühlrippen 50 oder dergleichen Kühlkörper aufweisen, um die an der im Betrieb warmen Seite des Peltierelements 44, 48 freigesetzte Wärme besonders gut abzuführen.
  • Bei dem in 4 ausschnittsweise und ebenfalls stark schematisiert gezeigten Kraftstoffsystem 28 sind an der von dem Tank 30 zu der Pumpe 36 führenden Leitung 34 jeweilige Peltierelemente 52, 54 angeordnet, welche wiederum Kühlkörper in Form der Kühlrippen 50 aufweisen können.
  • Bei der in 5 ausschnittsweise gezeigten Variante des Kraftstoffsystems 28 sind an der Pumpe 36 selber Peltierelemente 56, 58 angeordnet welche dem Kühlen, insbesondere Vorkühlen, der Pumpe 36 dienen. Auch hier können die Peltierelemente 56, 58 insbesondere die Kühlrippen 50 oder dergleichen Kühlkörper aufweisen.
  • Bei der in 6 ausschnittsweise gezeigten, weiteren Variante des Kraftstoffsystems 28 sind sowohl an der Leitung 34 die Peltierelemente 52, 54 angeordnet als auch an der Pumpe 36 die Peltierelemente 56, 58. In analoger Weise kann auch eine Ableitung der Pumpe 36, also ein von der Pumpe 36 zu dem Motor 38 führender Abschnitt der Leitung 34, insbesondere mittels Peltierelementen elektrisch gekühlt werden. Die Peltierelemente 44, 48, 52, 54, 56, 58 können zusätzlich oder alternativ auch innerhalb der jeweiligen Komponenten angeordnet sein.
  • Ein Betrieb des Kraftstoffsystems 28 soll nachfolgend an einem Beispiel veranschaulicht werden. Beispielsweise steht ein als Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeug ausgebildeter Kraftwagen über Nacht an einem Rasthof. Die Leitung 34 und die Pumpe 36, welche außerhalb des Tanks 30 angeordnet ist, erwärmen sich dementsprechend. Eine prädiktive Software, welche beispielsweise in einer (nicht gezeigten) Steuerungseinrichtung vorhanden sein kann, ermöglicht es zu ermitteln, wann ein Fahrer des Nutzfahrzeugs das Nutzfahrzeug in Betrieb nehmen wird. Beispielsweise kann die prädiktive Software in einen Prozessor (etwa in einen PPC) integriert sein oder ähnlich eines Timers für eine Standheizung funktionieren.
  • Die Steuerungseinrichtung kann nun beispielsweise anhand der aktuellen Temperatur der Komponenten des Kraftstoffsystems 28, insbesondere anhand der Temperatur des Tanks 30, der Leitung 34 und der Pumpe 36, und/oder anhand der Umgebungstemperatur und gegebenenfalls auch basierend auf Wetterdaten einer Wettervorhersage ermitteln, wann wenigstens eine Kühleinrichtung des Kraftstoffsystems 28 in Betrieb genommen werden sollte. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass zumindest der Bereich des Kraftstoffsystems 28 stromaufwärts der Saugseite 40 der Pumpe 36 rechtzeitig gekühlt wird, also insbesondere bevor die Pumpe 36 in Betrieb genommen wird.
  • Dieses Kühlen kann etwa mit Kühleinrichtungen wie den vorliegend beispielhaft gezeigten Peltierelementen 44, 48, 52, 54, 56, 58 vorgenommen werden. Anschließend startet der Fahrer des Kraftwagens das Kraftstoffsystem 28. Vorzugsweise ist das Kraftstoffsystem 28 dann bereits so kalt, dass das Flüssiggas 32 beziehungsweise INC ohne eine Phasenänderung, also im flüssigen Zustand, von der Pumpe 36 gepumpt werden kann.
  • Wenn die gekühlten Komponenten des Kraftstoffsystems 28 noch nicht die Temperatur erreicht haben sollten, bei welcher trotz des Betreibens der Pumpe 36 das Flüssiggas 32 in der flüssigen Phase verbleibt, so wird durch das Kühlen zumindest der Energieverlust bis zum Erreichen dieser Zieltemperatur minimiert. Der Lastkraftwagen kann dann beispielsweise 4,5 Stunden fahren, woraufhin der Fahrer eine Pause zur Lenkzeitunterbrechung von beispielsweise 45 Minuten einlegt. Während dieser Pause halten die Peltierelemente 44, 48, 52, 54, 56, 58 bevorzugt die Komponenten des Kraftstoffsystems 28 im kalten Zustand. Anschließend kann der Lastkraftwagen weiterfahren, bis die maximale Lenkzeit erreicht ist. Dann wird der Lastkraftwagen wieder an einem Rasthof abgestellt. Erneut erwärmt sich daraufhin das Leitungssystem beziehungsweise die Leitung 34 und die Pumpe 36.
  • In einem anderen Szenario führt ein Fahrzeug, bei welchem es sich beispielsweise um einen Lastkraftwagen oder einen Personenkraftwagen handeln kann, das Flüssiggas 32 beziehungsweise flüssige INC in dem thermisch isolierten Tank 30 mit. Wird das Fahrzeug abgestellt und kein Flüssiggas 32 aus dem Tank 30 entnommen, dann erwärmt sich der Tank 30 trotz der Isolierung langsam. Dies führt in dem geschlossenen Kraftstoffsystem 28 zu einem Druckanstieg. Der Tank 30 ist jedoch für einen bestimmten maximalen Druck ausgelegt. Überschreitet der Druck im Tank 30 diesen maximalen Druck, so kommt es zu einem Ablassen von Gas in die Umgebung oder in ein Tanksystem oder in ein Erdgasnetz oder dergleichen. Jedoch steht dann das in die Gasphase überführte und abgelassene Flüssiggas 32 nicht mehr für den Motor 38 zur Verfügung. Daher ist es aus energetischer Sicht sinnvoll, dieses Ablassen beziehungsweise diesen Boil-off möglichst lange hinauszuzögern.
  • Hierfür können insbesondere die Peltierelemente 44, 48 an dem Tank 30 beziehungsweise in dem Tank 30 verwendet werden (vergleiche 1), um entweder das Flüssiggas 32 beziehungsweise INC direkt zu kühlen oder eine Isolationsschicht des Tanks 30 zu kühlen und damit den Wärmeeintrag in den Tank 30 einzudämmen.
  • Trotz der Mehrkosten für das Vorsehen der Peltierelemente 44, 48, 52, 54, 56, 58 oder dergleichen Kühleinrichtungen und trotz des eher geringen Wirkungsgrades von Peltierelementen 44, 48, 52, 54, 56, 58 lässt sich die Energieeffizienz des Kraftstoffsystem 28 durch das Kühlen auf die vorstehend beschriebene Art und Weise verbessern.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftstoffsystem
    12
    Tank
    14
    Flüssiggas
    16
    Siedelinie
    18
    Druck-Enthalpie-Diagramm
    20
    Taulinie
    22
    Nassdampfbereich
    24
    Motor
    26
    Pumpe
    28
    Kraftstoffsystem
    30
    Tank
    32
    Flüssiggas
    34
    Leitung
    36
    Pumpe
    38
    Motor
    40
    Saugseite
    42
    Wand
    44
    Peltierelement
    46
    Boden
    48
    Peltierelement
    50
    Kühlrippe
    52
    Peltierelement
    54
    Peltierelement
    56
    Peltierelement
    58
    Peltierelement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007005876 A1 [0012, 0012]

Claims (7)

  1. Kraftstoffsystem, 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, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffsystem (28) wenigstens eine Kühleinrichtung (44, 48, 52, 54, 56, 58) umfasst, welche zum Verringern einer Temperatur des Flüssiggases (32) zumindest in einem Bereich des Kraftstoffsystems (28) ausgebildet ist, welcher mit einer Saugseite (40) der Pumpeinrichtung (36) fluidisch gekoppelt ist.
  2. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kühleinrichtung (44, 48) an einer Wand (42, 46) des Tanks (30) und/oder in dem Tank (30) angeordnet ist.
  3. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kühleinrichtung (52, 54) an einer Leitung (34) angeordnet ist, welche von dem Tank (30) zu der Pumpeinrichtung (36) führt.
  4. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kühleinrichtung (56, 58) an der Pumpeinrichtung (36) angeordnet ist.
  5. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kühleinrichtung (44, 48, 52, 54, 56, 58) als Peltierelement ausgebildet ist.
  6. Kraftstoffsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltierelement mit einem Solarzellenmodul und/oder mit einem elektrischen Energiespeicher eines als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftwagens verbunden ist.
  7. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung zum In-Betrieb-Nehmen der wenigstens einen Kühleinrichtung (44, 48, 52, 54, 56, 58) in Abhängigkeit von einer Temperatur wenigstens einer Komponente des Kraftstoffsystems (28) und/oder von einer Umgebungstemperatur und/oder von Wetterdaten.
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