DE102016209426A1 - Verfahren zur Regeneration eines katalytischen Brennstoff-Konverters - Google Patents

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Hans-Ulrich Stahl
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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines katalytischen Brennstoff-Konverters 300 eines kryogenen Druckbehältersystems, wobei der Brennstoff-Konverter 300 über ein Entlastungsventil 310 mit mindestens einem kryogenen Druckbehälter 100 fluidverbunden ist. Es umfasst die Schritte: 1) Fördern von Brennstoff zum Brennstoff-Konverter 300 während der Druck am Entlastungsventil 310 unterhalb von einem Entlastungsventil-Auslösedruck liegt; und/oder 2) Erhöhen des Druckes am Entlastungsventil 310 auf einen Wert oberhalb des Entlastungsventil-Auslösedruckes.

Description

  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines katalytischen Brennstoff-Konverters.
  • Kryogene Druckbehältersysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen kryogene Druckbehälter. Ein solcher Druckbehälter umfasst einen Innenbehälter sowie einen diesen unter Bildung eines superisolierten (z.B. evakuierten) (Zwischen)Raumes umgebenden Außenbehälter. Kryogene Druckbehälter werden bspw. für Kraftfahrzeuge eingesetzt, in denen ein unter Umgebungsbedingungen gasförmiger Kraftstoff bzw. Brennstoff tiefkalt und somit im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand im Wesentlichen also mit gegenüber den Umgebungsbedingungen deutlich höherer Dichte gespeichert wird. Es sind daher hochwirksame Isolationshüllen (z.B. Vakuumhüllen) vorgesehen. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 einen solchen Druckbehälter.
  • Trotz guter thermischer Isolation erwärmt sich der gespeicherte Brennstoff langsam. Dabei steigt zeitgleich der Druck im Druckbehälter langsam an. Wird ein Grenzdruck überschritten, so muss der Brennstoff über geeignete Sicherheitseinrichtungen entweichen, um eine Schädigung des kryogenen Druckbehälters zu vermeiden, was auch als Abblasen bezeichnet werden kann. Hierzu werden druckbetätigte Entlastungsventile eingesetzt, die ein schrittweises Entweichen des Mediums erlauben. Den Entlastungsventilen nachgeschaltet kann beispielsweise ein sogenanntes Blow-Off Management-System bzw. Boil-Off-Management-System (nachstehend: BMS) zum Einsatz kommen. Ein BMS kann einen katalytischen Konverter bzw. Katalysator aufweisen, der Brennstoff (beispielsweise Wasserstoff) mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu Wasser synthetisiert. Der Brennstoff wird hier also abgeblasen, indem er an einem katalytischen Konverter konvertiert wird.
  • Die Abblasemenge und die Häufigkeit der Abblasevorgänge hängen stark vom Fahrverhalten ab. Hier spielen unter anderem die Betankungszeitpunkte und die jeweiligen Stand- und Fahrzeiten eine Rolle. Günstig im Sinne der Minimierung von Abblaseverlusten sind beispielsweise hohe Fahranteile, nicht zu lange Standzeiten und Betankungen, an die sich unmittelbar Fahrten anschließen. Es wäre denkbar, dass es aufgrund eines im obigen Sinne günstigen Fahrverhaltens über mehrere Jahre nicht zum Abblasen kommt. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass die Edelmetalloberfläche des Katalysators verschmutzt oder durch bestimmte Anlagerungen auf der Oberfläche "passiviert" wird. Dadurch wäre der Katalysator in seiner Funktion gestört. Einerseits könnte es zu einem verzögertem „Anspringen“ der Reaktion kommen. Als Folge wäre die beim Start des Katalysatorprozesses freigesetzte nicht abreagierte Brennstoffmenge, auch Schwallmenge genannt, gegenüber dem Neuzustand des Katalysators stark erhöht. Andererseits kann auch die Funktion des Katalysators im „eingeschwungenen Zustand“ (also im stationären Betrieb) verringert sein, so dass die freigesetzte Brennstoffmenge gegenüber dem Neuzustand erhöht ist. Im schlimmsten Fall könnte gar keine Reaktion mehr stattfinden. Diese Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Katalysators gegenüber dem Neuzustand kann auch als Degradation des Katalysators bezeichnet werden.
  • Bei einem Katalysator, der einem Verbrennungsmotor nachgeschaltet ist, tritt dieses Problem nicht auf, da dieser einerseits bei jeder Fahrt im Betrieb ist und zusätzlich die heißen Abgase ein "Anspringen" der Reaktion und damit eine Selbstreinigung fördern.
  • Die DE 198 54 581 A1 , die US 5,540,208 A und die DE 10 2011 085 297 A1 zeigen weiteren Stand der Technik.
  • Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, durch Regeneration der Degradation des Katalysators so entgegenzuwirken, dass im Falle einer ungewollten Druckbehälteraufwärmung wirksam Brennstoff konvertiert werden kann. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Brennstoff-Konverters eines kryogenen Druckbehältersystems. Die Regeneration ist dabei eine Verbesserung eines Degradationszustands des Brennstoff-Konverters. Mit anderen Worten ist eine Regeneration des Brennstoff-Konverters ein Vorgang, durch den die Leistungsfähigkeit im Vergleich zur Leistungsfähigkeit vor der Regeneration verbessert wird, beispielsweise indem die Verschmutzung bzw. Passivierung der (i.d.R. Edelmetall-)Oberfläche des Katalysators reduziert wird.
  • Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem kryogene Druckbehältersystem. Das Druckbehältersystem umfasst einen kryogenen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff. Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas betrieben wird. Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 30 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für Speicherdrücke bis ca. 1200 barü, bevorzugt bis ca. 875 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 350 barü. Bevorzugt umfasst der kryogene Druckbehälter ein Vakuum mit einem Absolutdruck im Bereich von 10–9 mbar bis 10–1 mbar, ferner bevorzugt von 10–7 mbar bis 10–3 mbar und besonders bevorzugt von ca. 10–5 mbar.
  • Der katalytische Brennstoff-Konverter ist ein katalytischer Konverter oder Katalysator eines BMSs, wie er eingangs beschrieben wurde. Der Brennstoff-Konverter ist über ein Entlastungsventil mit mindestens einem kryogenen Druckbehälter fluidverbunden. Insbesondere ist der Brennstoff-Konverter ausgebildet, Brennstoff katalytisch umzusetzen, beispielsweise indem der Brennstoff-Konverter Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser synthetisiert. Als katalytischer Brennstoff-Konverter ist insbesondere nicht eine Brennkammer anzusehen, in der der Brennstoff mit einer Flamme verbrannt wird. Eine normale Auslegung von Druckbehälter, Entlastungsventil und BMS sieht beispielsweise vor, dass der Entlastungsventil-Auslösedruck des Entlastungsventils knapp über dem Druck im Inneren des Druckbehälters nach einer vollen Betankung liegt. Das Entlastungsventil wird sich nach dem Erreichen des Auslösedrucks öffnen und solange geöffnet bleiben, bis der Schließdruck erreicht ist. Während dieser Zeit strömt dann Brennstoff zum Brennstoff-Konverter. Die bekannten Entlastungsventile sind passive mechanische Aktuatoren, die über den anliegenden Druck ausgelöst werden.
  • Gemäß der hier offenbarten Technologie kann das Entlastungsventil elektronisch bzw. elektrisch ansteuerbar bzw. elektronisch bzw. elektrisch aktuiert sein. Mit anderen Worten kann das Entlastungsventil durch ein Steuersignal, insbesondere von einer Steuerung bzw. einem Steuermittel, geöffnet bzw. geschlossen werden.
  • Das Entlastungsventil kann eine Einrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, den Entlastungsventil-Auslösedruck einzustellen. Bevorzugt ist die Einrichtung so ausgebildet, dass zur Regeneration des Brennstoff-Konverters der ansonsten (also zeitlich außerhalb der zur Regeneration des Brennstoff-Konverters vorgesehenen Zeitspannen) geltende Entlastungsventil-Auslösedruck auf einen Auslösedruck unterhalb des aktuellen Behälterdrucks (z.B. auf unter 50 bar, unter 20 bar oder auf 0 bar) absenkbar ist. Die Einrichtung kann eine mechanische Einrichtung, besonders bevorzugt eine elektronische bzw. elektrische Einrichtung sein. Zweckmäßig kann die Einrichtung an eine Steuerung angeschlossen sein, deren Steuersignal bewirkt, dass der Auslösedruck zur Regeneration abgesenkt wird, so dass Brennstoff zum Brennstoff-Konverter strömen kann.
  • Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass das Entlastungsventil neben dem vom Entlastungsventil-Auslösedruck abhängig schaltenden ersten Auslösemechanismus einen zweiten Auslösemechanismus aufweist, der denselben Strömungspfad im Entlastungsventil zur Regeneration bzw. während den zur Regeneration vorgesehenen Zeitspannen, freigeben kann. Dieser zweite Auslösemechanismus kann wiederum mechanisch und besonders bevorzugt elektronisch bzw. elektrisch betätigbar sein, z.B. durch ein Steuersignal.
  • Ein Bypassströmungspfad kann beispielsweise stromauf vom Entlastungsventil abzweigen und stromab vom Entlastungsventil münden. In dem Bypassströmungspfad kann ein Bypassventil vorgesehen sein. Das Bypassventil kann mechanisch oder elektrisch/elektronisch ansteuerbar bzw. aktuiert sein. Das Bypassventil kann zusammen mit dem Entlastungsventil in einem Gehäuse ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Entlastungsventil ein mechanisches Entlastungsventil, wohingegen das Bypassventil ein elektronisches bzw. elektrisches Entlastungsventil ist. Auch ist vorstellbar, dass das Entlastungsventil und/oder das Bypassventil mechanisch ausgelöst werden, beispielsweise indem in regelmäßigen Zeitabständen zur Regeneration das Ventil durch einen Benutzer geöffnet wird.
  • Vorteilhaft kann somit mit einfachen Mitteln Brennstoff für die Regeneration dem Brennstoff-Konverter zugeführt werden, während der Druck am Entlastungsventil unterhalb vom Entlastungsventil-Auslösedruck liegt.
  • Zwischen dem Entlastungsventil und dem Brennstoff-Konverter kann eine Abzweigung münden, die mit einer brennstoffführenden Leitung verbunden sein kann. Insbesondere kann ein Ventil vorgesehen sein, das zur Regeneration des Brennstoff-Konverters den Brennstoff aus der brennstoffführenden Leitung zum Brennstoff-Konverter durchlässt. Das Ventil kann irgendwo zwischen der brennstoffführenden Leitung und dem Brennstoff-Konverter angeordnet sein. Die brennstoffführende Leitung kann bevorzugt die Hauptleitung sein. Die brennstoffführende Leitung ist insbesondere nicht der Abblasepfad, der zum Abblasen von Brennstoff verwendet wird.
  • Das Druckbehältersystem kann ferner mindestens eine Steuerung bzw. mindestens ein Steuermittel (nachstehend: Steuerung) umfassen. Diese Steuerung bzw. deren Funktionalität kann auch in einer anderen Steuerung des Kraftfahrzeuges mit integriert sein. Die Steuerung kann dabei zum Steuern und/oder Regeln verwendet werden. Insbesondere kann die Steuerung ausgebildet sein, die Schritte des hier offenbarten Verfahrens zu steuern bzw. zu regeln.
  • Das hier offenbarte Verfahren umfasst u.a. den/die Schritt(e):
    • – Fördern von Brennstoff zum Brennstoff-Konverter während der Druck am Entlastungsventil unterhalb vom Entlastungsventil-Auslösedruck liegt; und/oder
    • – Erhöhen des Druckes am Entlastungsventil, bis der Druck am Entlastungsventil oberhalb des Entlastungsventil-Auslösedruckes liegt; und/oder
    • – Absenken des Entlastungsventil-Auslösedrucks des Entlastungsventils (310) auf einen Auslösedruck unterhalb des aktuellen Behälterdrucks.
  • Mit anderen Worten wird der Brennstoff aus dem Druckbehälter oder aus einer anderen Quelle zum Brennstoff-Konverter aktiv gefördert während der Druck am Entlastungsventil unterhalb vom Entlastungsventil-Auslösedruck liegt. I.d.R. entspricht der Druck am Entlastungsventil im Wesentlichen dem Druck im Innenbehälter des kryogenen Druckbehälters. Ist der Druck am Entlastungsventil unterhalb vom Entlastungsventil-Auslösedruck, so öffnet sich gerade nicht das Entlastungsventil aufgrund seiner eigentlichen Funktion, d.h. aufgrund eines Überdruckes im Druckbehälter. Es findet somit also kein Abblasen statt, das durch eine ungewollte Druckbehälteraufwärmung verursacht ist. Allenfalls wird aufgrund einer ungewollten Druckbehälteraufwärmung bereits abgeblasener Brennstoff vom Brennstoff-Konverter umgewandelt. Es kommt daher nicht zu einem durch äußere Umstände (lange Standzeit, Erwärmung, Beschädigung der Vakuumisolation, etc.) induzierten passiven Fördern von Brennstoff (= Abblasen). Dies ist ja auch der Grund, warum der katalytische Brennstoff-Konverter langsam degradiert. In einer solchen Phase sieht das hier offenbarte Verfahren vor, aktiv bzw. gesteuert Brennstoff zu fördern. Hierzu werden nachstehend mehrere Schritte offenbart, um den Brennstoff zu fördern.
  • Das hier offenbarte Verfahren kann beispielsweise den Schritt umfassen, wonach der Brennstoff durch (insbesondere elektrisches) Aktuieren des Entlastungsventils zum Brennstoff-Konverter gefördert wird. Mit anderen Worten kann das Entlastungsventil geöffnet werden, auch wenn der Druck des Entlastungsventils geringer als der Entlastungsventil-Auslösedruck ist. Das hier offenbarte Verfahren kann beispielsweise den Schritt umfassen, wonach der Brennstoff durch Abzweigen von Brennstoff aus einer anderen brennstoffführenden Leitung zum Brennstoff-Konverter gefördert wird, insbesondere wenn der Druck des Entlastungsventils geringer als der Entlastungsventil-Auslösedruck ist.
  • Wird der Druck am Entlastungsventil aktiv erhöht bis der Druck am Entlastungsventil größer ist als der Entlastungsventil-Auslösedruck, so öffnet sich das Entlastungsventil und Brennstoff fließt zum Brennstoff-Konverter. Dieses aktive bzw. gesteuerte Erhöhen des Druckes am Entlastungsventil ist nicht durch eine ungewollte Druckbehälteraufwärmung verursacht. Es handelt sich also gerade nicht um ein rein aufgrund des Fahrverhaltens bedingtes Abblasen, denn ein im obigen Sinne günstiges Fahrverhalten kann, wie oben erklärt, auf Jahre hinaus ohne Abblasen auskommen. Vielmehr wird hier durch das hier offenbarte Verfahren ein „indirektes aktives Fördern“ von Brennstoff dadurch erzielt, dass das passive Entlastungsventil durch die aktive Druckerhöhung am Entlastungsventil indirekt aktiv geschaltet wird. Es werden nachstehend mehrere Schritte aufgezeigt, um den Druck zu erhöhen.
  • Das hier offenbarte Verfahren kann beispielsweise den Schritt umfassen, wonach der Druck am Entlastungsventil durch eine aktive gesteuerte Steigerung der Innentemperatur des kryogenen Druckbehälters erhöht wird. Im Druckbehälter ist beispielsweise ein Tankwärmetauscher vorgesehen. Beispielsweise kann mit dem Tankwärmetauscher die Innentemperatur des Druckbehälters gesteigert werden. Falls die Isolationsgüte einstellbar ist, könnte der in den Druckbehälter eingebrachte Wärmestrom auch durch Variation der Isolationsgüte verändert werden.
  • Eine solche Variation der Isolationsgüte wird beispielsweise in der DE10141048A1 gezeigt, in der ein Wärmeeintrag von außen in oder an den Innenbehälter einschaltbar bzw. ausschaltbar ist. Vorgesehen ist ein insbesondere elektromagnetisch umschaltbares Wärmebrücken-Element, über das eine wärmeleitende Verbindung zwischen der Wand des Innenbehälters sowie der Wand des Außenbehälters herstellbar oder unterbrechbar ist.
  • Das hier offenbarte Verfahren kann beispielsweise den Schritt umfassen, wonach bei einer Betankung des kryogenen Druckbehälters ein Grenzdruck für den Tankabbruch eingestellt wird, der so hoch ist, dass der Druck am Entlastungsventil oberhalb des Entlastungsventil-Auslösedruckes liegt. Mit anderen Worten lässt die Steuerung des Druckbehälters absichtlich ein Überfüllen des Druckbehälters zu. Dieser zu hohe Druck im Druckbehälter bewirkt sofort, dass das druckgeregelte Entlastungsventil auslöst. Das Entlastungsventil wird wiederum indirekt angesteuert. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass die Betankung in der Regel im Freien erfolgt, so dass die Schwallmenge an Brennstoff abgelassen werden kann. Ferner fallen keine zusätzlichen mechanischen oder elektrischen Komponenten an, da hier über den Druck das Entlastungsventil aktuiert wird.
  • Das hier offenbarte Verfahren umfasst u.a. den Schritt, wonach das Verfahren zur Regeneration des Brennstoff-Konverters in regelmäßigen Intervallen durchgeführt wird. Diese Intervalle können abhängig vom Brennstoff-Konverter vorher festgelegt bzw. vorbestimmt worden sein (z.B. vom Fahrzeughersteller). Beispielsweise können die Intervalle in Abhängigkeit von der Zeit, der Fahrleistung, der Betriebsstunden und/oder der Anzahl an Betankungen vorgegeben sein. Auch vorstellbar wäre eine Diagnose-Funktion in der Steuerung, die mittels geeigneter Hardware und/oder Nutzung von Software-Modellen den Zustand des Brennstoff-Konverters ermittelt. Insbesondere können die Intervalle in regelmäßigen zeitlichen Abständen (z.B. jeweils nach mehreren Monaten, insbesondere alle 3, 6, 9, 12, oder 24 Monate) vorgesehen sein. Auch kann nach einer festgelegten Fahrleistung (z.B. alle 1000 Km, alle 5.000 Km, oder alle 10.000 Km eine Katalysatorregeneration durchgeführt werden, durch die der Zustand der passivierten bzw. verschmutzten Katalysatorschichten verbessert wird, so dass mehr Brennstoff umgesetzt werden kann als vor der Regeneration. Der Zustand des Brennstoff-Konverters kann also ermittelt werden, wobei eine Regeneration durchgeführt wird, wenn die Degradation des Katalysators des Brennstoff-Konverters einen Grenzwert erreicht oder überschritten hat. Verschiedenste Variablen können diesen Degradations-Grenzwert charakterisieren, beispielsweise die Schwallmenge an nicht-abreagiertem Brennstoff beim Beginn der Konversion und/oder der Anteil des nicht abreagierten Brennstoffs im eingeschwungenen Zustand der Konversion. Für diese Grenzwerte kann wiederum der zeitliche Temperaturverlauf (genauer die freiwerdende Wärmemenge des katalytischen Konverters bei der Durchströmung mit einer bestimmten Stoffmenge an Brennstoff) als Maß genommen werden.
  • Ebenso kann die Zufuhr von Brennstoff zum Brennstoff-Konverter für die Regeneration unterbrochen werden, wenn die Regeneration des Katalysators des Brennstoff-Konverters einen gewissen Regenerations-Mindestwert erreicht oder überschritten hat.
  • Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen 1 erläutert, die ein kryogenes Druckbehältersystem zeigt.
  • Das kryogene Druckbehältersystem umfasst hier einen kryogenen Druckbehälter 100 mit einem Innenbehälter 102, der von einem Außenbehälter 101 umschlossen ist. Am Umfang des Innenbehälters 102 ist eine Faserschicht 103 aufgebracht, die die Druckbeständigkeit des Innenbehälters steigert. Die Faserschicht 103 kann eine Vielzahl an gewickelten und/oder geflochtenen Faserlagen aufweisen. Am Ende 110 des Innenbehälters 102 ist ein Ausgang für eine Haupt-Brennstoffleitung 220 vorgesehen, die den Brennstoffverbraucher, hier ein Brennstoffzellenstapel 200, mit Brennstoff versorgt. Ferner ist das Entlastungsventil 310 direkt mit dem Ende 110 des Druckbehälters 100 fluidverbunden. Das Entlastungsventil 310 ist wiederum mit dem katalytischen Brennstoff-Konverter 300 fluidverbunden.
  • Das Entlastungsventil 310 kann eine Einrichtung (hier als gestrichelter Pfeil 312 gezeigt) aufweisen, die eingerichtet ist, den Entlastungsventil-Auslösedruck zur Regeneration einzustellen. Bevorzugt ist die Einrichtung 310 so ausgebildet, dass zur Regeneration des Brennstoff-Konverters der Entlastungsventil-Auslösedruck auf einen Auslösedruck unterhalb des aktuellen Behälterdrucks (z.B. auf unter 50 bar, unter 20 bar oder auf 0 bar) abgesenkt wird. Durch das aktive Verringern des Entlastungsventil-Auslösedrucks kann die Regeneration (z.B. in den hier offenbarten Intervallen) aktiv eingeleitet werden. Somit kann auch mit einem Entlastungsventil 310 mit nur einem Strömungspfad die Regeneration des Brennstoff-Konverters 300 bewirkt werden. Ein solches Entlastungsventil 310 benötigt vergleichsweise wenig Bauraum. Vorteilhaft kann das Entlastungsventil mechanisch auslösen, wobei der Entlastungsventil-Auslösedruck elektronisch eingestellt werden kann, beispielsweise durch eine Steuerung (hier nicht gezeigt).
  • Stromab des Entlastungsventils 310 kann ein Zwischenspeicher 320 angeordnet sein, der hier beispielsweise eine Brennstoffspeicherkapazität ausbilden kann. Zwischen der Brennstoffspeicherkapazität und dem Konverter kann sich ferner eine Drossel 330 befinden, die den Brennstoff-Massenstrom begrenzen kann. Gegebenenfalls kann stromab der Drossel 330 noch ein Rückschlagventil 340 vorgesehen sein, um ein Rückströmen von Luft und dadurch die Bildung von explosiven Gemischen zu vermeiden.
  • Muss nun aufgrund von unvermeidlichem Wärmeeintrag von außen Brennstoff abgeblasen werden, so öffnet sich nach Überschreiten des Entlastungsventil-Auslösedruckes das Entlastungsventil 310. Der Brennstoff strömt zum Brennstoff-Konverter 300 und wird dort umgesetzt. Kommt es sehr lange Zeit nicht zum Abblasen, kann der Brennstoff-Konverter 300 degradiert sein. Ist der Brennstoff-Konverter 300 nun degradiert, so kann er dank der hier offenbarten Verfahren regeneriert werden. Hierzu kann Brennstoff aktiv zum Brennstoff-Konverter 300 gefördert werden. Beispielsweise, in dem hierzu das Entlastungsventil 310 geöffnet wird, auch wenn der Auslösedruck nicht erreicht ist/wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Entlastungsventil 310 indirekt aktiv geöffnet wird, nämlich in dem der Druck am Entlastungsventil 310 aktiv gesteigert wird, so dass das Entlastungsventil 310 öffnet.
  • Es kann auch aus einer anderen brennstoffführenden Leitung 220, beispielsweise aus der Haupt-Brennstoffleitung 220, periodisch Brennstoff abgezweigt werden. Dies ist hier durch die gestrichelt dargestellte Abzweigung 230 angedeutet. Ein entsprechendes Ventil zur brennstoffführenden Leitung 220 wurde hier vereinfachend weggelassen.
  • Mittels einer Steuerung bzw. einer Software, die u.a. für die Ansteuerung der Behälterventile und das Überwachen bzw. Monitoring des Behälterzustands verantwortlich sein kann, könnte ermittelt werden, wann zum letzten Mal ein Abblasevorgang und damit ein Katalysatorbetrieb stattgefunden hat. Hat schon länger kein Katalysatorbetrieb stattgefunden, kann das Steuergerät bei der nächsten Betankung eine leichte "Übertankung" zulassen. Der im Behälter befindliche Druck muss dabei einen Wert über dem Auslösedruck des rein passiv mechanischen Ventils zur Regelung des Abblasens erreichen. Die Tankauslegung muss natürlich so gestaltet sein, dass sich durch die Übertankung kein zusätzliches Risiko ergibt.
  • Will man auf das Überwachen bzw. Monitoring des Abblasevorgangs durch eine Software verzichten, könnte die Betankung auch generell bei jedem Mal oder bei jedem n-ten Mal mit einer Übertankung erfolgen.
  • Alternativ könnte das Ventil auch parallel elektrisch aktiviert werden. Auch hier könnte die elektrische Aktivierung unabhängig von der Überwachung bzw. vom Monitoring des Abblasevorgangs erfolgen, beispielsweise zeitgesteuert und/oder laufstreckenabhängig gesteuert sein. Vorteilhaft könnte somit auf eine Übertankung verzichtet werden.
  • Die vorgenannten Maßnahmen zum Fördern von Brennstoff zum Brennstoff-Konverter 300 und zum Erhöhen des Druckes am Entlastungsventil 310 können auch in Kombination angewendet werden. Vorteilhaft lassen sich somit redundante Systeme realisieren.
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • 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
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    • DE 19854581 A1 [0006]
    • US 5540208 A [0006]
    • DE 102011085297 A1 [0006]
    • DE 10141048 A1 [0023]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Regeneration eines katalytischen Brennstoff-Konverters (300) eines kryogenen Druckbehältersystems eines Kraftfahrzeuges, wobei zur Regeneration des Brennstoff-Konverters (300) selbst dann Brennstoff zum Brennstoff-Konverter (300) gefördert wird, wenn kein Brennstoff aufgrund einer ungewollten Druckbehälteraufwärmung aus mindestens einem kryogenen Druckbehälter (100) des Druckbehältersystems abzublasen oder abgeblasener Brennstoff vom Brennstoff-Konverter (300) umzuwandeln ist.
  2. Verfahren zur Regeneration eines katalytischen Brennstoff-Konverters (300) eines kryogenen Druckbehältersystems, wobei der Brennstoff-Konverter (300) über ein Entlastungsventil (310) mit mindestens einem kryogenen Druckbehälter (100) fluidverbunden ist; umfassend die Schritte: – Fördern von Brennstoff zum Brennstoff-Konverter (300) während der Druck am Entlastungsventil (310) unterhalb von einem Entlastungsventil-Auslösedruck liegt; – Erhöhen des Druckes am Entlastungsventil (310) auf einen Wert oberhalb des Entlastungsventil-Auslösedruckes; und/oder – Absenken des Entlastungsventil-Auslösedruckes des Entlastungsventils (310) auf einen Auslösedruck unterhalb des aktuellen Behälterdrucks; wobei zur Regeneration kein durch eine ungewollte Druckbehälteraufwärmung verursachtes Abblasen von Brennstoff oder Umwandeln von abgeblasenem Brennstoff stattfindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren zur Regeneration des Brennstoff-Konverters (300) in festgelegten Intervallen durchgeführt wird, – wobei die Intervalle abhängig vom Brennstoff-Konverter (300) festgelegt worden sind; und/oder – wobei die Intervalle in Abhängigkeit von der Zeitspanne ohne Abblasevorgang, der Fahrleistung des Kraftfahrzeuges, der Betriebsstunden des Kraftfahrzeuges und/oder der Anzahl an Betankungen des Kraftfahrzeuges festgelegt sind.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Zustand des Brennstoff-Konverters (300) ermittelt wird, und wobei eine Regeneration durchgeführt wird, wenn die Degradation des Katalysators einen Grenzwert erreicht oder überschritten hat.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zur Regeneration an einer passivierten Oberfläche des Brennstoff-Konverters (300) Brennstoff katalytisch umgesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der die Regeneration bewirkende Brennstoff durch Aktuieren des bzw. eines Entlastungsventils (310) zum Brennstoff-Konverter (300) gefördert wird; und/oder wobei der Brennstoff durch Abzweigen von Brennstoff aus einer brennstoffführenden Leitung (220) zum Brennstoff-Konverter (300) gefördert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Druck am Entlastungsventil (310) durch eine Steigerung der Innentemperatur des kryogenen Druckbehälters (100) zur Regeneration aktiv erhöht wird; wobei bei einer Betankung des kryogenen Druckbehälters (100) ein Grenzdruck für das Betankungsende eingestellt wird, der so hoch ist, dass der Druck am Entlastungsventil (310) oberhalb des Entlastungsventil-Auslösedruckes liegt.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Monitoring von durch Druckbehälteraufwärmung verursachten Abblasevorgängen; wobei zeitgesteuert und/oder laufstreckenabhängig gesteuert zur Regeneration des Katalysators auch Brennstoff abgeblasen wird, wenn der Druck im Druckbehälter unterhalb von einem Entlastungsventil-Auslösedruck liegt.
  9. Kryogenes Druckbehältersystems, umfassend: einen Brennstoff-Konverter (300), der über ein Entlastungsventil (310) mit mindestens einem kryogenen Druckbehälter (100) fluidverbunden ist; und eine Steuerung, wobei die Steuerung ausgebildet ist, zur Regeneration des Brennstoff-Konverters (300) folgende Schritte auszuführen: – Fördern von Brennstoff zum Brennstoff-Konverter (300) während der Druck am Entlastungsventil (310) unterhalb vom Entlastungsventil-Auslösedruck liegt; – Erhöhen des Druckes am Entlastungsventil (310), bis der Druck am Entlastungsventil (310) oberhalb des Entlastungsventil-Auslösedruckes liegt; und/oder – Absenken des Entlastungsventil-Auslösedrucks des Entlastungsventils (310) auf einen Auslösedruck unterhalb des aktuellen Behälterdrucks; wobei zur Regeneration kein durch eine Druckbehälteraufwärmung verursachtes Abblasen stattfindet.
  10. Kryogenes Druckbehältersystem nach Anspruch 9, wobei das Entlastungsventil (310) oder ein Bypassventil zum Entlastungsventil elektronisch und/oder elektrisch ansteuerbar ist.
  11. Kryogenes Druckbehältersystem nach Anspruch 9, wobei das Entlastungsventil (310) eine Einrichtung aufweist, die eingerichtet ist, den Entlastungsventil-Auslösedruck einzustellen; und wobei die Einrichtung ausgebildet ist, zur Regeneration des Brennstoff-Konverters (300) der Entlastungsventil-Auslösedruck auf einen Auslösedruck unterhalb des Behälterdrucks abzusenken.
  12. Kryogenes Druckbehältersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Entlastungsventil (310) einen abhängig vom Entlastungsventil-Auslösedruck schaltenden ersten Auslösemechanismus aufweist, und wobei das Entlastungsventil (310) ferner einen zweiten Auslösemechanismus aufweist, der ausgebildet ist, denselben Strömungspfad im Entlastungsventil zur Regeneration zumindest teilweise freizugeben wie der erste Auslösemechanismus.
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