DE102016207908A1 - Kühlsystem und Verfahren zum Kühlen, Kraftfahrzeug - Google Patents

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Florian Herzenjak
Juergen Foerster
Peter Baeuerle
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (1) mit einem Gastank (5), der mit einer gasgetriebenen Brennkraftmaschine (3) verbunden ist, wobei der Gastank (5) ein Auslassrohr (7) mit einem Mittel zur Druckkontrolle (9) aufweist. Eine Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie (11) ist im Auslassrohr (7) angeordnet, wobei die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie (11) eine Batterie (13) und/oder eine Kühleinrichtung (15) des Gastanks (5) mit Strom versorgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, ein Verfahren zur Kühlung und ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1, 9 und 10.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 10 2014 003 587 A1 ist ein Gastank für ein Kraftfahrzeug für gasförmigen Kraftstoff bekannt. Der Gastank weist wenigstens ein Sicherheitsventil auf, aus dem Kraftstoff aus dem Gastank freisetzbar ist, wobei an der Außenfläche des Gastanks wenigstens eine Thermalbatterie angeordnet ist, die mit dem Sicherheitsventil verbunden ist. Bei Temperaturen oberhalb von 200 Grad Celsius wird die Thermalbatterie aktiviert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Kühlsystem und das Verfahren zur Kühlung mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass das Gas aus dem Gastank nicht ungenutzt in die Umgebung entweicht, sondern nach einer Umwandlung in elektrische Energie für die Kühlung des im Gastank vorhandenen Gases genutzt wird.
  • Bei einem herkömmlichen System wird eine Gasmenge aus dem Gastank in die Umgebung abgelassen, um den in dem Gastank herrschenden Gasdruck auf einen zulässigen Wert zu reduzieren. Ein solches Ablassen des Gases erfolgt bei herkömmlichen Gastanks über ein Überdruckventil, dass das Gas in die Umgebung entweichen lässt. Ein solches Ablassen des Gases in die Umgebung ist aber nicht gewünscht, weil das Gas umweltschädlich ist und Energie, die in chemischer Form im Gas gespeichert ist, verloren geht. Dadurch das erfindungsgemäß das Gas durch einen Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie umgewandelt wird, kann das Gas in eine Energieform umgewandelt werden, welche später noch nutzbar ist.
  • Dadurch, dass erfindungsgemäß die Kühleinrichtung an dem Gastank angeordnet ist, wird das in dem Gastank befindliche Gas gekühlt und damit eine weitere Verdampfung des in dem Gastank befindlichen flüssigen Gases verhindert oder deutlich verzögert. Demzufolge wird ein Ablassen des Gases aus dem Gastank erheblich weniger als bei einem herkömmlichen gasbetriebenen Fahrzeug zum Einsatz kommen.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Kühleinrichtung ein innerhalb des Gastank und/oder außen am Gehäuse des Gastanks angeordneter Wärmetauscher ist, da dieser das im Gastank vorhandene Gas effektiv kühlen kann.
  • Die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie kann auf vorteilhafte Weise eine Brennstoffzelle sein, welche chemische Energie in elektrische Energie ohne Umwandlung in Wärme und Kraft erreicht und somit einen besseren Wirkungsgrad erreicht. Im Gegensatz zur Kombination von Brennkraftmaschine und Generator wird auch durch den Einsatz einer einzigen Maschine ein geringerer Bauraum benötigt. So dass der Einsatz einer Brennstoffzelle besonders platzsparend ist.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie durch eine kleine Brennkraftmaschine und einen Generator gebildet wird, da diese beiden Bauteile kostengünstig in der Herstellung sind.
  • Das Mittel zur Druckkontrolle ist vorteilhafterweise ein Druckregelventil, da dieses durch ein Steuergerät abhängig vom Druck und der Temperatur flexibel ansteuerbar ist. Abhängig vom jeweils im Gastank vorhandenen Gas oder abhängig von den Umgebungsbedingungen können andere Randbedingungen für das Öffnen des Druckregelventils eingestellt werden.
  • Der Einsatz eines Überdruckventil ist vorteilhaft, da dieses Bauteil kostengünstig ist und keinerlei zusätzlichen Bauteile, zu seiner Ansteuerung benötigt.
  • Ein Steuergerät, das mit einem in dem Gastank angeordneten Drucksensor und/oder Temperatursensor verbunden ist und die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie und/oder die Kühleinrichtung und/oder das Mittel zur Druckkontrolle ansteuert, ist vorteilhaft, da dies die Flexibilität innerhalb des Kühlsystems erhöht.
  • Durch die Möglichkeit die Kühleinrichtung und/oder die Batterie an ein fahrzeugexternes Stromnetz anzuschließen, kann die Kühleinrichtung den Gastank bereits ohne das Ablassen von Gas aus dem Gastank kühlen.
  • Ausführungsbeispiele
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
  • 2 ein Ablaufdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die schematische Ansicht gemäß 1 zeigt ein Kühlsystem 1, das in einem Fahrzeug 2 angeordnet ist. Das Kühlsystem 1 weist einen Gastank 5 auf, welcher zur Versorgung einer Brennkraftmaschine 3 dient. Das Fahrzeug 2 wird durch die Brennkraftmaschine 3 über ein Getriebe angetrieben. Die Brennkraftmaschine 3 ist gasgetrieben. Das Gas wird der Brennkraftmaschine 3 im flüssigen oder gasförmigen Zustand über eine Leitung 4 zumindest mittelbar zugeführt. In der Leitung 4 können sich noch Pumpen, Filter oder andere Bauteile, die für die Förderung von Gas benötigt werden, befinden.
  • Das in dem Gastank 5 im flüssigen Zustand bevorratete Gas kann, insbesondere wenn das Fahrzeug steht, verdampfen und eine Druckerhöhung in dem Gastank 5 bewirken. Dies wird besonders durch eine externe Temperatureinwirkung, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung oder hohe Umgebungstemperaturen, verstärkt. Um für diesen Fall einen Druckausgleich zu ermöglichen, ist ein mit dem Gastank 5 verbundenes Auslassrohr 7 vorgesehen, über das das Gas bis zum Erreichen eines zugelassenen Normaldrucks in die Umgebung abströmen kann.
  • Zwischen dem Auslassrohr 7 und dem Gastank 5 ist ein Mittel zur Druckkontrolle 9 angeordnet. Das Mittel zur Druckkontrolle 9 öffnet die Verbindung zwischen Gastank 5 und Auslassrohr 7, wenn der Druck im Gastank 5 einen zugelassenen Normaldrucks überschritten hat. Auf diese Weise können Schäden am Gastank 5 aufgrund eines zu hohen Gasdruckes vermieden werden. Das Mittel zur Druckkontrolle 9 kann ein Überdruckventil oder ein Druckregelventil sein.
  • Im Auslassrohr 7 ist eine Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 angeordnet. Die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 wandelt das ihr zugeführte Gas in elektrische Energie, insbesondere Strom, um. Mit der elektrischen Energie kann über eine Versorgungsleitung 21 eine Batterie 13 und/oder Kühleinrichtung 15 des Gastanks 5 versorgt werden. Die Kühleinrichtung 15 wird elektrisch betrieben.
  • In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt in dem durch die Versorgungsleitung 21 sowohl die Batterie 13, als auch die Kühleinrichtung 15 mit Strom versorgt werden. Es ist auch in alternativen Ausführungsbeispielen möglich den Strom aus der Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 nur der Batterie 13 oder nur der Kühleinrichtung 15 zuzuführen. Die Batterie 13 kann über eine Batterieleitung 22 die Kühleinrichtung 15 mit Strom versorgen.
  • Die Kühleinrichtung 15 kann innerhalb oder außerhalb es Gastanks 5 angeordnet sein und dient dazu das Gas innerhalb des Gastanks 5 zu kühlen, um eine Temperaturerhöhung des Gases im Gastank 5 und eine damit verbundene Druckerhöhung des Gases zu vermieden. Gerade bei verflüssigten Gas kann durch einen Temperaturanstieg, der zu einer Verdampfung des flüssigen Gases führt, ein enormer Druckanstieg im Gastank 5 entstehen. Die Kühlleistung ist idealerweise so ausgelegt, dass die Verdampfung des Gases in dem Gastank 5 verhindert wird. Die Kühlleistung der Kühleinrichtung 15 ist idealerweise so ausgelegt, dass die Verdampfung des Gases in dem Gastank 5 verhindert wird. Bei ungünstigen Umgebungsbedingungen ist die Kühlleistung aber ausreichend, den Verdampfungsvorgang zumindest deutlich heraus zu zögern.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist die Kühleinrichtung ein innerhalb des Gastanks 5 angeordneter Wärmetauscher oder ein außen am Gehäuse des Gastanks 5 angeordneter Wärmetauscher.
  • Die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 kann eine Brennstoffzelle sein. Alternativ kann die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 durch eine kleine gasbetriebene Brennkraftmaschine und einen Generator gebildet werden. Die kleine gasbetriebene Brennkraftmaschine ist von der Brennkraftmaschine 3 verschieden. Die kleine gasgetriebene Brennkraftmaschine kann von Ihrer Auslegung nicht zum Antrieb eines Fahrzeuges 2 dienen.
  • Die Kühleinrichtung 15 wird zur Kühlung des in dem Gastank bevorrateten Gases durch die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 mit Strom versorgt.
  • Mit der elektrischen Energie, die durch die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 erzeugt wird, kann auch die Batterie 13 über die Versorgungsleitung 21 geladen werden.
  • Im Gastank 5 kann ein Drucksensor 19 und/oder ein Temperatursensor 19 angeordnet sein, um die Temperatur und den Druck im Gastank 5 zu überprüfen. Der Drucksensor 19 und/oder Temperatursensor 19 sind mit einem Steuergerät 17 verbunden, welches abhängig vom im Gastank 5 vorherrschenden Druck und/oder Temperatur die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 und/oder die Kühleinrichtung 15 und/oder das Mittel zur Druckkontrolle 9, insbesondere das Druckregelventil, ansteuert.
  • Überschreitet der Druck im Gastank 5 einen zugelassenen Normaldruck oder eine vorgegebene Temperatur so öffnet sich das Mittel zur Druckkontrolle 9 um Gas aus dem Gastank 5 entweichen zu lassen. Ist das Mittel zur Druckkontrolle 9 ein Überdruckventil, so öffnet es sich automatisch abhängig vom jeweiligen Druck. Ist das Mittel zur Druckkontrolle 9 ein Druckregelventil wird es vom Steuergerät 17 entsprechend angesteuert.
  • Das Steuergerät 17 kann auch beim Überschreiten des zugelassenen Normaldrucks oder der vorgegebene Temperatur im Gastank 5 die Kühleinrichtung 15 ansteuern, um eine stärkere Kühlung des Gastank 5 zu erzeugen. Des Weiteren kann das Steuergerät 17 die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 ansteuern, um Gas in elektrische Energie umzuwandeln.
  • Das Kühlsystem 1 lässt sich an ein fahrzeugexternes Stromnetz anschließen, um die Kühleinrichtung 15 mit Strom zu versorgen oder um die Batterie 13 aufzuladen.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kühlen. Im Verfahrensschritt 100 wird die Temperatur und/oder der Druck im Gastank 5 ermittelt. Die kann entweder direkt durch den Drucksensor 19 und/oder Temperatursensor 19 erfolgen oder indirekt, indem durch das Öffnen des Überdruckventils 9
  • Im Verfahrensschritt 200 wird überprüft, ob eine vorgegebene Temperatur oder ein zugelassener Normaldruck überschritten wurde. Ist dies der Fall wird im Verfahrensschritt 300 die Kühleinrichtung 15 zur Kühlung des in dem Gastank bevorrateten Gases durch die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie 11 mit Strom versorgt.
  • Auch wenn die bisherigen Ausführungsbeispiele auf ein Fahrzeug bezogen waren, so kann das Kühlsystem und das Verfahren zum Kühlen auch für eine Brennkraftmaschine vorgesehen werden, sie zum Antrieb eines Generators zur elektrischen Stromgewinnung ausgebildet ist.
  • 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 102014003587 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Kühlsystem (1) mit einem Gastank (5), der mit einer gasgetriebenen Brennkraftmaschine (3) verbunden ist, wobei der Gastank (5) ein Mittel zur Druckkontrolle (9) aufweist, welches mit einem Auslassrohr (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie (11) im Auslassrohr (7) angeordnet ist und eine Batterie (13) und/oder eine Kühleinrichtung (15) des Gastanks (5) mit Strom versorgt.
  2. Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (15) ein innerhalb des Gastank (5) und/oder außen am Gehäuse des Gastanks (5) angeordneter Wärmetauscher ist.
  3. Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie (11) eine Brennstoffzelle ist.
  4. Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie (11) durch eine kleine Brennkraftmaschine und einen Generator gebildet wird.
  5. Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Druckkontrolle (9) ein Druckregelventil oder ein Überdruckventil ist.
  6. Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (17) vorgesehen ist, das mit einem in dem Gastank (5) angeordneten Drucksensor (19) und/oder Temperatursensor (19) verbunden ist und die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie (11) und/oder die Kühleinrichtung (15) und/oder das Mittel zur Druckkontrolle (9) ansteuert.
  7. Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühleinrichtung (15) und/oder die Batterie (13) an ein fahrzeugexternes Stromnetz anschließbar ist.
  8. Kühlsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (3) zum Antrieben eines Fahrzeuges (2) und/oder zum Antreiben eines Generators zur elektrischen Stromversorgung ausgebildet ist.
  9. Kraftfahrzeug mit einem Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  10. Verfahren zum Kühlen, mit einem Gastank (5), der mit einer gasgetriebenen Brennkraftmaschine (3) verbunden ist, wobei der Gastank (5) ein Auslassrohr (7) und eine Kühleinrichtung (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (15) zur Kühlung des in dem Gastank (5) bevorrateten Gases durch eine Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie (11) mit Strom versorgt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur oder eines zugelassenen Normaldruckes durch ein Steuergerät (17) die Einrichtung zur Umwandlung von Gas in elektrische Energie (11) und/oder die Kühleinrichtung (15) und/oder ein Mittel zur Druckkontrolle (9) ansteuert wird um die Temperatur und den Druck im Gastank (5) zu reduzieren.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023117269A1 (de) * 2021-12-21 2023-06-29 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem, tanksystem für ein brennstoffzellensystem und verfahren zum überwachen eines tanksystems

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014003587A1 (de) 2014-03-11 2015-09-17 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Gastank, Kraftfahrzeug

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