DE102016220822A1 - Bubble-free low-pressure pump for liquefied gas - Google Patents
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Abstract
Niederdruckpumpe (2) zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas (1), umfassend eine mit einem Vorratsbehälter (3) für das Gas (1) verbindbare Verdichtereinheit (4) zur Druckerhöhung des Gases (1), wobei ausgangsseitig der Verdichtereinheit (4) ein druckdichter Pufferbehälter (5) angeordnet ist, wobei der Pufferbehälter (5) in dem Bereich (52), den in der flüssigen Phase (la) des Gases (1) enthaltene Gasblasen (1c) auf Grund ihres Auftriebs (53) in dieser flüssigen Phase (la) anstreben, einen mit einer Ventilanordnung (54) verschließbaren Auslass (55) aufweist, wobei die Ventilanordnung (54) dazu ausgebildet ist, mindestens dann automatisch zu schließen, wenn der Pegel (1d) der flüssigen Phase (1a) des Gases (1) in dem Pufferbehälter (5) eine vorgegebene Höhe (56) überschreitet.Zugehöriges System (9) zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas (1) unter Hochdruck pund Einspritz- oder Einblassystem (10) für einen mit verflüssigtem Erdgas (1) betriebenen Verbrennungsmotor (8).Low-pressure pump (2) for providing bubble-free liquefied gas (1), comprising a compressor unit (4) connectable to a storage container (3) for the gas (1) for increasing the pressure of the gas (1), the compressor unit (4) having a pressure-tight outlet side Buffer container (5) is arranged, wherein the buffer container (5) in the region (52), in the liquid phase (la) of the gas (1) contained gas bubbles (1c) due to their buoyancy (53) in this liquid phase ( la), having a valve assembly (54) closable outlet (55), wherein the valve assembly (54) is adapted to close at least automatically when the level (1d) of the liquid phase (1a) of the gas (1 ) in the buffer tank (5) exceeds a predetermined height (56). An associated system (9) for supplying blister-free liquefied gas (1) at high pressure and injecting or injecting system (10) for liquefied natural gas (1) combustion engine (8).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Niederdruckpumpe für verflüssigtes Gas, insbesondere für verflüssigtes Erdgas (LNG) zur Verwendung als Motorkraftstoff.The present invention relates to a low-pressure pump for liquefied gas, in particular for liquefied natural gas (LNG) for use as a motor fuel.
Stand der TechnikState of the art
Für Nutzfahrzeuge wurden in der Vergangenheit Dieselmotoren auf den ottomotorischen Gas-Betrieb umgerüstet. Es erfolgte eine Entfernung des kompletten Dieselsystems, eine Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses sowie der Einbau ottomotorischer Komponenten wie Zündsystem und Drosselklappe (Monovalentes Konzept) sowie des Gassystems.For commercial vehicles, diesel engines were converted to gasoline engine operation in the past. There was a removal of the complete diesel system, a reduction of the compression ratio and the installation of Otto engine components such as ignition system and throttle valve (monovalent concept) and the gas system.
Da die ursprünglich für Dieselbetrieb vorgesehenen Motoren nicht für die erhöhte Wärmebelastung eines stöchiometrischen Otto-motorischen Betriebs ausgelegt waren, griff man auf eine Mager- bzw. Magermixverbrennung zurück. Erst mit dem Ziel EURO VI erfolgte ein weitgehender Übergang auf den stöchiometrischen Betrieb, wobei die Wärmebelastung durch konstruktive Maßnahmen bzw. durch AGR abgefangen wurde.Since the originally intended for diesel operation engines were not designed for the increased heat load of a stoichiometric gasoline engine operation, resorted to a lean or lean burn combustion. It was only with the aim of EURO VI that a major transition to stoichiometric operation took place, whereby the heat load was absorbed by design measures or by EGR.
Besonders im Fernverkehr wird nun nach Konzepten gesucht, um den Wirkungsgradverlust, aber auch Leistungs- und Drehmomentnachteil gegenüber dem Dieselbetrieb aufzuholen.Especially in long-distance traffic, concepts are now being sought to make up for the loss of efficiency as well as performance and torque disadvantages compared to diesel operation.
Das aussichtsreichste Potenzial, bei allerdings aufwendiger Systemumgebung, wird der Diffusionsverbrennung mit Gasventilen für die Hochdruck-Direkteinblasung zugeordnet. Erwartete Vorteile sind ein hoher dieselmotorischer Motorwirkungsgrad, kurze Reaktionszeiten bei Dynamik und höherer low end torque im Vergleich zu anderen Gasmotoren sowie Robustheit gegenüber kleinen Methanzahlwerten (geringe Klopfneigung trotz Varianz der Erdgasqualität), Reduktion der Partikelemissionen im Vergleich zum Dieselmotor und Verminderung der CH4-Emissionen gegenüber homogener Gemischbildung durch reduzierten Gaseintrag in die Totvolumen des Brennraums.The most promising potential, however with a complex system environment, is assigned to diffusion combustion with gas valves for high-pressure direct injection. Expected benefits include high diesel engine efficiency, short dynamic response times and higher low end torque compared to other gas engines, and robustness to low methane ratings (low tendency to knock despite variance in natural gas quality), reduction of particulate emissions compared to diesel engines, and reduced CH 4 emissions towards homogeneous mixture formation by reduced gas entry into the dead volume of the combustion chamber.
Bei der Diffusionsverbrennung erfolgt die Gaseinblasung wie beim Dieselmotor innerhalb eines kleinen Kurbelwinkelbereiches direkt in die Verbrennung. Die
Für die Diffusionsverbrennung sind Gasdrücke deutlich über dem Verbrennungsdruck erforderlich, woraus sich die Bezeichnung High Pressure - Direct Injection (HP-DI) ableitet. Die Verbrennung kann beispielsweise durch eine vorausgehende Dieseleinspritzung eingeleitet werden.For the diffusion combustion, gas pressures well above the combustion pressure are required, from which the term High Pressure Direct Injection (HP-DI) is derived. The combustion can be initiated, for example, by a preceding diesel injection.
Zur Bereitstellung der hohen Gasdrücke offenbaren die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Niederdruckpumpe zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas entwickelt. Diese Niederdruckpumpe umfasst eine mit einem Vorratsbehälter für das Gas verbindbare Verdichtereinheit zur Druckerhöhung des Gases. Diese Verdichtereinheit kann vorteilhaft ein veränderbares Arbeitsvolumen aufweisen, wobei die flüssige Phase des Gases durch Vergrößerung des Arbeitsvolumens in das Arbeitsvolumen einsaugbar und durch Verkleinerung des Arbeitsvolumens aus dem Arbeitsvolumen ausstoßbar ist. Die Verdichtereinheit kann beispielsweise eine Kolbenpumpe sein, aber auch eine drehende Pumpe. Verwendbar sind beispielsweise auch Zahnradpumpen. In the context of the invention, a low-pressure pump has been developed for the provision of bubble-free liquefied gas. This low-pressure pump comprises a compressor unit which can be connected to a storage container for the gas for increasing the pressure of the gas. This compressor unit can advantageously have a variable working volume, wherein the liquid phase of the gas can be sucked into the working volume by increasing the working volume and can be expelled from the working volume by reducing the working volume. The compressor unit may for example be a piston pump, but also a rotating pump. Also suitable, for example, gear pumps.
Erfindungsgemäß ist ausgangsseitig der Verdichtereinheit ein druckdichter Pufferbehälter angeordnet. Der Pufferbehälter weist in dem Bereich, den in der flüssigen Phase des Gases enthaltene Gasblasen auf Grund ihres Auftriebs in dieser flüssigen Phase anstreben, einen mit einer Ventilanordnung verschließbaren Auslass auf. Dabei ist die Ventilanordnung dazu ausgebildet, mindestens dann automatisch zu schließen, wenn der Pegel der flüssigen Phase des Gases in dem Pufferbehälter eine vorgegebene Höhe überschreitet.According to the invention, a pressure-tight buffer container is arranged on the output side of the compressor unit. The buffer container has, in the region, the gas bubbles contained in the liquid phase of the gas, due to their buoyancy in this liquid phase, a closable with a valve assembly outlet. In this case, the valve arrangement is designed to close automatically at least when the level of the liquid phase of the gas in the buffer tank exceeds a predetermined level.
Es wurde erkannt, dass der Pufferbehälter die Gasblasenbildung, zu der eine Niederdruckpumpe prinzipiell neigt, im Wesentlichen vollständig kompensiert. Die flüssige Phase, die sich in Bezug auf das Schwerefeld der Erde unten im Pufferbehälter sammelt, ist blasenfrei und kann daher beispielsweise von einer dem Pufferbehälter nachgeschalteten Hochdruckpumpe mit besonders hohem Wirkungsgrad weiter komprimiert werden.It has been found that the buffer container substantially completely compensates for gas bubble formation, to which a low pressure pump in principle tends. The liquid phase, which collects in the bottom of the buffer container in relation to the gravitational field of the earth, is free of bubbles and can therefore be further compressed, for example, by a high-pressure pump connected downstream of the buffer container with particularly high efficiency.
Speziell verflüssigtes Erdgas, das als Motorkraftstoff verwendet wird, wird in kryogenen Vorratsbehältern typischerweise unter einer Temperatur und einem Druck gelagert, die in Kombination auf der Siedekennlinie liegen. Das bedeutet, dass eine geringfügige Erhöhung der Temperatur, eine geringfügige Verringerung des Drucks oder eine Kombination hieraus zur Bildung von Gasblasen führen können. Das Ansaugen des Gases in den Arbeitsraum der Niederdruckpumpe geht zwangsläufig mit einer Verringerung des Drucks einher. Unabhängig hiervon ist eine Wärmeaufnahme des flüssigen Gases von der Pumpe möglich, so dass sich die Temperatur des flüssigen Gases erhöht. Obwohl durch die Komprimierung des flüssigen Gases ein größerer Abstand von der Siedekennlinie erreicht werden kann, ist es möglich, dass lokal Gasblasen temporär erhalten bleiben. Wird also eine Niederdruckpumpe nach dem bisherigen Stand der Technik als Vorförderpumpe eingesetzt, um eine Gasblasenbildung beim Ansaugen des Gases durch die Hochdruckpumpe zu verhindern und den Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe zu erhöhen, so kann dieser Wirkungsgrad durch die Blasenbildung in der Vorförderpumpe im Endeffekt verschlimmbessert werden.Specially liquefied natural gas used as motor fuel is typically stored in cryogenic reservoirs at a temperature and pressure which in combination are on the boiling curve. This means that a slight increase in temperature, a slight decrease in pressure, or a combination thereof, can lead to the formation of gas bubbles. The suction of the gas into the working space of the Low pressure pump is inevitably associated with a reduction in pressure. Regardless, a heat absorption of the liquid gas from the pump is possible, so that the temperature of the liquid gas increases. Although the compression of the liquid gas allows a greater distance from the boiling curve to be achieved, it is possible for localized gas bubbles to be temporarily retained. Thus, if a low-pressure pump according to the prior art is used as a prefeed pump to prevent gas bubble formation during suction of the gas by the high-pressure pump and to increase the efficiency of the high-pressure pump, this efficiency can be made worse by the bubble formation in the prefeed pump in the end.
Der Pufferbehälter sorgt dafür, dass die flüssige Phase und die gasförmige Phase des Gases sicher voneinander getrennt werden. Dabei ist über das Volumen des Pufferbehälters einstellbar, wieviel Zeit für die Abgabe der Gasblasen aus der flüssigen Phase des Gases zur Verfügung steht. Wieviel Zeit benötigt wird, richtet sich unter anderem nach Gasart, Massenstrom, Temperatur und Druck. Indem mit dem Pufferbehälter die Gasblasen sicher von der flüssigen Phase des Gases abgetrennt werden können, kann die Niederdruckpumpe letzten Endes ihre beabsichtigte Funktion voll erfüllen, nämlich den Druck des Gases so weit erhöhen, dass der Zustand des Gases sich im durch Druck und Temperatur aufgespannten Zustandsraum von der Siedekennlinie weg bewegt.The buffer tank ensures that the liquid phase and the gaseous phase of the gas are safely separated from each other. It is adjustable over the volume of the buffer tank, how much time is available for the delivery of the gas bubbles from the liquid phase of the gas. How much time is needed, depends among other things on gas type, mass flow, temperature and pressure. By allowing the buffer vessel to safely separate the gas bubbles from the liquid phase of the gas, the low pressure pump can ultimately perform its intended function of increasing the pressure of the gas sufficiently that the state of the gas is in the state space defined by pressure and temperature moved away from the boiling curve.
Diesbezügliche „Reserven“ haben bei der weiteren Kompression des Gases in einer nachgeschalteten Hochdruckpumpe die Wirkung, dass sich dort durch Ansaugen und Wärmeaufnahme keine Blasen mehr bilden. Eine Blasenbildung in der Hochdruckpumpe ist ein potentiell selbstverstärkender Effekt, denn sie verschlechtert den Wirkungsgrad, so dass die Hochdruckpumpe entsprechend mehr Verlustwärme produziert, die wiederum die Temperatur des Gases erhöht und die Blasenbildung weiter anregt.Related "reserves" have in the further compression of the gas in a downstream high pressure pump the effect that there no longer form bubbles due to suction and heat absorption. Bubble formation in the high pressure pump is a potentially self-reinforcing effect, because it degrades the efficiency, so that the high pressure pump produces correspondingly more heat loss, which in turn increases the temperature of the gas and further encourages bubble formation.
Wenn der Weg des Gases vom Vorratsbehälter bis hin zur Einspritzung unter hohem Druck in seiner Gesamtheit betrachtet wird, dann ist es unvermeidlich, dass irgendwann beim Ansaugen der flüssigen Phase des Gases Blasen gebildet werden. Es ist energetisch vorteilhaft, diese Blasenbildung in die Verdichtereinheit der Niederdruckpumpe zu verlagern. Die Blasenbildung verschlechtert zwar den Wirkungsgrad der Verdichtereinheit, doch da die Verdichtereinheit nur einen vergleichsweise geringen Druck von einigen bar erzeugen muss, geht hierdurch vergleichsweise wenig Energie verloren. Bei der Hochdruckpumpe, die Drücke von einigen hundert bar erzeugt, wirkt sich jede Einbuße an Wirkungsgrad deutlich stärker aus.Considering the path of the gas from the reservoir to the high pressure injection in its entirety, it is inevitable that bubbles will be formed at some point in the aspiration of the liquid phase of the gas. It is energetically advantageous to shift this bubble formation into the compressor unit of the low-pressure pump. Although the blistering deteriorates the efficiency of the compressor unit, but since the compressor unit only has to produce a comparatively low pressure of a few bar, this comparatively little energy is lost. In the case of the high-pressure pump, which generates pressures of a few hundred bars, any loss of efficiency has a significantly greater effect.
Wichtig für die Trennung der Gasphase von der flüssigen Phase im Pufferbehälter ist die Ventilanordnung am Auslass des Pufferbehälters. Diese Ventilanordnung ist in gewisser Weise das Gegenteil eines Überlaufs: Wenn viel flüssige Phase vorhanden ist, schließt sie automatisch, damit keine Flüssigkeit durch den Auslass abgegeben wird. Wenn wenig flüssige Phase vorhanden ist, öffnet die Ventilanordnung, damit die gasförmige Phase des Gases aus dem Pufferbehälter entweichen und Platz für die flüssige Phase freimachen kann. Die Ventilanordnung sorgt also dafür, dass aus dem Auslass nur Gas austritt.Important for the separation of the gas phase from the liquid phase in the buffer tank is the valve arrangement at the outlet of the buffer tank. This valve assembly is, in a sense, the opposite of an overflow: if there is much liquid phase, it closes automatically so that no liquid is discharged through the outlet. When there is little liquid phase, the valve assembly opens to allow the gaseous phase of the gas to escape from the buffer container and clear space for the liquid phase. The valve arrangement thus ensures that only gas escapes from the outlet.
In Anwendungen, in denen das verflüssigte Gas einer wesentlichen Komponente der Umgebungsatmosphäre entspricht, wie etwa Sauerstoff oder Stickstoff, kann der Auslass die aus den abgetrennten Gasblasen gebildete gasförmige Phase an die Atmosphäre abgeben. Bei verflüssigtem Erdgas ist dies nicht wünschenswert, da das darin enthaltene Methan eine 25mal stärkere Treibhauswirkung hat als CO2 und sich außerdem in geschlossenen Räumen ein zündfähiges Gemisch mit dem Luftsauerstoff bilden kann.In applications where the liquified gas corresponds to a substantial component of the ambient atmosphere, such as oxygen or nitrogen, the outlet may deliver the gaseous phase formed from the separated gas bubbles to the atmosphere. For liquefied natural gas, this is not desirable because the methane contained therein has a 25 times greater greenhouse effect than CO 2 and also can form an ignitable mixture with the atmospheric oxygen in closed spaces.
Daher ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Auslass mit einer Rückführleitung gekoppelt, die mit einem Bereich des Vorratsbehälters, der die gasförmige Phase des Gases enthält, verbindbar ist. Die Rückführleitung enthält ein Rückführventil, welches als Überdruckventil oder als Rückschlagventil ausgebildet ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks pR in Richtung auf den Vorratsbehälter öffnet. Dabei öffnet ein einfaches Rückschlagventil, sobald sich am Auslass des Pufferbehälters ein Überdruck gegenüber dem Vorratsbehälter bildet, d.h., sobald die Druckgrenze pR=0 überschritten wird. Ein Überdruckventil hingegen kann flexibel so eingestellt werden, dass es erst dann öffnet, wenn eine von Null verschiedene Druckgrenze pR überschritten wird. Die Druckgrenze pR kann darüber hinaus als Absolutwert oder als Relativwert bezogen auf den Druck im Vorratsbehälter vorgewählt werden.Therefore, in a particularly advantageous embodiment of the invention, the outlet is coupled to a return line, which is connectable to a region of the reservoir, which contains the gaseous phase of the gas. The return line contains a return valve, which is designed as a pressure relief valve or as a check valve and opens when exceeding a predetermined pressure p R in the direction of the reservoir. In this case, a simple check valve opens as soon as an excess pressure with respect to the storage container forms at the outlet of the buffer container, ie, as soon as the pressure limit p R = 0 is exceeded. On the other hand, a pressure relief valve can be flexibly adjusted so that it only opens when a pressure limit p R different from zero is exceeded. The pressure limit p R can also be preselected as an absolute value or as a relative value relative to the pressure in the reservoir.
Im Vorratsbehälter kann das rückgeführte Gas wieder kondensieren. Der Druck pR ist vorteilhaft etwas niedriger eingestellt als der durch die Verdichtereinheit erzeugte Druck pv im Inneren des Pufferbehälters.In the reservoir, the recirculated gas can condense again. The pressure p R is advantageously set slightly lower than the pressure generated by the compressor unit p v in the interior of the buffer tank.
Das Anfahren der Niederdruckpumpe verläuft unterschiedlich, je nachdem, ob das Rückführventil als Rückschlagventil oder als Überdruckventil ausgebildet ist. Wird ein Rückschlagventil verwendet, wird bei der Befüllung des Pufferbehälters mit der flüssigen Phase des Gases zunächst vorrangig die gasförmige Phase über die Rückführleitung in den Vorratsbehälter geführt, bis die flüssige Phase den vorgegebenen Pegel erreicht und die Ventilanordnung schließt. Wird hingegen ein Überdruckventil verwendet, wird vorrangig Druck im Pufferbehälter aufgebaut und die gasförmige Phase dort komprimiert. Dann steht beispielsweise schneller ein vorgegebener Vorförderdruck zur Verfügung, den eine nachgeschaltete Hochdruckpumpe zum Arbeiten benötigt.The start of the low-pressure pump varies depending on whether the return valve is designed as a check valve or as a pressure relief valve. If a check valve is used, during the filling of the buffer tank with the liquid phase of the gas, first of all the gaseous phase is first led via the return line into the storage tank until the liquid phase reaches the predetermined level and the valve arrangement closes. If, by contrast, a pressure relief valve is used, pressure is primarily built up in the buffer vessel and the gaseous phase is compressed there. Then, for example, a predetermined prefeed pressure is available faster, which a downstream high-pressure pump requires to work.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Pufferbehälter mit einer Sicherheitsleitung gekoppelt, die mit dem Vorratsbehälter verbindbar ist. Die Sicherheitsleitung umgeht die Ventilanordnung am Auslass und enthält ein Sicherheitsventil, welches als Überdruckventil ausgebildet ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks ps in Richtung auf den Vorratsbehälter öffnet. Auf diese Weise wird ein unzulässiger Druckaufbau im Pufferbehälter vermieden.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the buffer container is coupled to a safety line, which is connectable to the reservoir. The safety line bypasses the valve assembly at the outlet and includes a safety valve, which is designed as a pressure relief valve and opens at a predetermined pressure p s is exceeded in the direction of the reservoir. In this way, an impermissible pressure buildup in the buffer tank is avoided.
Vorteilhaft mündet die Sicherheitsleitung in den Bereich des Pufferbehälters, in dem sich die flüssige Phase des Gases sammelt. Da die flüssige Phase eine deutlich größere Dichte hat als die gasförmige Phase, kann auf diese Weise im Falle eines unzulässigen Druckaufbaus schnell eine möglichst große Menge an Gas in den Vorratsbehälter transportiert und der Druck schnell abgebaut werden.Advantageously, the safety line opens into the area of the buffer tank in which the liquid phase of the gas collects. Since the liquid phase has a significantly greater density than the gaseous phase, can be transported in this way, in the case of an impermissible pressure build quickly as large an amount of gas in the reservoir and the pressure can be reduced quickly.
Vorteilhaft ist eine Steuerung und/oder Regelung für die Verdichtereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den Druck pv im Pufferbehälter unterhalb des Drucks ps zu halten. Wenn Gas durch die Sicherheitsleitung in den Vorratsbehälter entspannt wird, ist die zuvor für die Kompression verwendete Energie verloren. Es ist effizienter, die Verdichtereinheit rechtzeitig vorher abzuregeln und die überschüssige Energie somit gar nicht erst aufzuwenden.Advantageously, a control and / or regulation for the compressor unit is provided, which is designed to keep the pressure p v in the buffer tank below the pressure p s . When gas is released through the safety line into the reservoir, the energy previously used for compression is lost. It is more efficient to regulate the compressor unit in good time beforehand and thus not spend the excess energy at all.
Die Ventilanordnung kann in beliebiger Weise ausgeführt sein, die geeignet ist, auf den Pegel der flüssigen Phase im Pufferbehälter zu reagieren. Beispielsweise kann der Füllstand im Pufferbehälter elektronisch gemessen und bei Bedarf ein Magnetventil aktiviert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ventilanordnung ein Schwimmerventil mit einem durch die flüssige Phase des Gases betätigbaren Schwimmer. Diese einfache Lösung, die keine elektrische Hilfsenergie benötigt, ist besonders ausfallsicher.The valve arrangement can be designed in any way that is suitable for reacting to the level of the liquid phase in the buffer tank. For example, the level in the buffer tank can be measured electronically and, if required, a solenoid valve can be activated. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the valve assembly comprises a float valve with an operable by the liquid phase of the gas float. This simple solution, which requires no auxiliary power, is particularly fail-safe.
Für die relative bauliche Anordnung der Verdichtereinheit und des Pufferbehälters zueinander gibt es zwei mögliche Ausgestaltungen, die jeweils spezifische Vorteile haben.For the relative structural arrangement of the compressor unit and the buffer container to each other there are two possible embodiments, each having specific advantages.
Die Verdichtereinheit kann außerhalb des Pufferbehälters angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass ihre Verlustwärme an die Umgebung abgegeben wird und nicht an das Gas. Dafür kann mehr Wärme aus der Umgebung in das Gas eingetragen werden.The compressor unit may be arranged outside the buffer container. This has the advantage that their waste heat is released to the environment and not to the gas. For more heat from the environment can be entered into the gas.
Alternativ kann die Verdichtereinheit innerhalb des Pufferbehälters angeordnet sein. Dies minimiert den Wärmeeintrag aus der Umgebung um den Preis, dass die Verlustwärme der Verdichtereinheit unmittelbar an das Gas abgegeben wird.Alternatively, the compressor unit may be arranged inside the buffer tank. This minimizes the heat input from the environment at the price that the heat loss of the compressor unit is delivered directly to the gas.
Eine weitere mögliche Kombination beinhaltet die Anordnung der Pumpe der Verdichtereinheit im Pufferbehälter und die Anordnung der zugehörigen Antriebsquelle außerhalb des Pufferbehälters. Dann wird derjenige Anteil der Verlustwärme, der von der Antriebsquelle herrührt, nicht mehr unmittelbar an das Gas abgegeben. Beispielsweise kann die Antriebsquelle ein Motor sein, dessen rotatorische Energie über eine Welle in die Verdichtereinheit im Pufferbehälter geführt ist.Another possible combination involves the arrangement of the pump of the compressor unit in the buffer tank and the arrangement of the associated drive source outside the buffer tank. Then, that portion of the heat loss resulting from the drive source is no longer emitted directly to the gas. For example, the drive source may be a motor whose rotational energy is guided via a shaft in the compressor unit in the buffer tank.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Pufferbehälter, und/oder die Verdichtereinheit, dazu ausgebildet, innerhalb des Vorratsbehälters betrieben zu werden. Auf diese Weise können Leitungswege eingespart werden, und der Wärmeeintrag in das Gas kann minimiert werden. Der Vorratsbehälter wird thermisch nur wenig aus dem Gleichgewicht gebracht. Auf der anderen Seite stellt eine Anordnung der Verdichtereinheit und des Pufferbehälters außerhalb des Vorratsbehälters mehr Freiheitsgrade bereit.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the buffer container, and / or the compressor unit, are adapted to be operated within the storage container. In this way, line paths can be saved, and the heat input into the gas can be minimized. The reservoir is thermally brought out of equilibrium only slightly. On the other hand, an arrangement of the compressor unit and the buffer tank outside the reservoir provides more degrees of freedom.
Die Verdichtereinheit ist vorteilhaft zur Erzeugung eines Drucks pv von 5 bar oder weniger, bevorzugt von 3 bar oder weniger, ausgebildet. Dieser Druckwert kann ein Absolutwert sein oder auch ein Relativwert, beispielsweise bezogen auf den Druck im Vorratsbehälter. Dann wird im durch Temperatur und Druck aufgespannten Zustandsraum des Gases ein hinreichender Abstand zur Siedekennlinie gewonnen, ohne dass hierfür auf Grund des durch die Blasenbildung verschlechterten Wirkungsgrades der Verdichtereinheit allzu viel Energie aufzuwenden wäre. Eine weitere Möglichkeit, vorteilhaft unter Nutzung eines Steuergerätes, ist die Erzeugung eines konstanten Differenzdrucks zum Druck im Vorratsbehälter. Damit wird der gewünschte Abstand zur Siedekennlinie sicher eingehalten.The compressor unit is advantageously designed to generate a pressure p v of 5 bar or less, preferably 3 bar or less. This pressure value may be an absolute value or a relative value, for example based on the pressure in the reservoir. Then, in the state space of the gas which is spanned by temperature and pressure, a sufficient distance to the boiling characteristic curve is obtained without too much energy being expended because of the efficiency of the compressor unit, which is impaired by the formation of bubbles. Another possibility, advantageously using a control unit, is the generation of a constant differential pressure to the pressure in the reservoir. This ensures that the desired distance to the boiling curve is maintained.
Die Niederdruckpumpe gemäß der Erfindung kann isoliert eingesetzt werden und blasenfreies verflüssigtes Gas unter dem Druck pv liefern. Der Hauptanwendungszweck ist jedoch die Verwendung als Vorförderpumpe für eine Hochdruckpumpe.The low-pressure pump according to the invention can be used in isolation and deliver bubble-free liquefied gas under the pressure p v . However, the main application is the use as a feed pump for a high-pressure pump.
Daher bezieht sich die Erfindung nach dem zuvor Gesagten auch auf ein System zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas unter Hochdruck pH. Dieses System umfasst eine Hochdruckpumpe, die zur Erzeugung des Drucks pH ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Hochdruckpumpe eingangsseitig mit dem Bereich des Pufferbehälters verbunden, in dem sich die flüssige Phase des Gases sammelt.Therefore, according to the above, the invention also relates to a system for providing high-pressure, bubble-free liquefied gas p H. This system comprises a high-pressure pump which is designed to generate the pressure p H. According to the invention, the high-pressure pump is on the input side with the region of the buffer container connected, in which the liquid phase of the gas collects.
Die Hochdruckpumpe ist vorteilhaft zur Erzeugung eines Drucks pH von 300 bar oder mehr, bevorzugt von 500 bar oder mehr, ausgebildet. Diese Drücke werden in aktuellen HP-DI-Einblassystemen, in denen gasförmiger Kraftstoff unmittelbar in den Brennraum eines Motorzylinders eingebracht wird, angestrebt.The high-pressure pump is advantageously designed to generate a pressure p H of 300 bar or more, preferably of 500 bar or more. These pressures are sought in current HP-DI injection systems in which gaseous fuel is introduced directly into the combustion chamber of an engine cylinder.
Somit bezieht sich die Erfindung auch auf ein Einspritz- oder Einblassystem für einen mit verflüssigtem Erdgas betriebenen Verbrennungsmotor. Dieses Einspritz- oder Einblassystem umfasst mindestens einen Injektor, dem eingangsseitig das Erdgas im gasförmigen Zustand unter einem Hochdruck pH zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist das beschriebene System aus Hochdruckpumpe und Niederdruckpumpe zur Erzeugung des Hochdrucks pH vorgesehen.Thus, the invention also relates to an injection or injection system for a liquefied natural gas powered internal combustion engine. This injection or injection system comprises at least one injector to the input side, the natural gas is supplied in the gaseous state at a high pressure p H. According to the invention, the described system of high pressure pump and low pressure pump for generating the high pressure p H is provided.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.
Figurenlistelist of figures
Es zeigt:
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1 Ausführungsbeispiel der Niederdruckpumpe 2 mit außerhalb des Pufferbehälters 5angeordneter Verdichtereinheit 4; -
2 Ausführungsbeispiel der Niederdruckpumpe 2 mit innerhalb des Pufferbehälters 5angeordneter Verdichtereinheit 4; -
3 Beispielhafte schematische Gesamtansicht des Systems 9 zur Hochdruckerzeugung und des Einspritz-oder Einblassystems 10.
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1 Embodiment of the low-pressure pump 2 with arranged outside the buffer tank 5compressor unit 4; -
2 Embodiment of the low-pressure pump 2 with arranged inside the buffer tank 5compressor unit 4; -
3 Exemplary schematic overall view of the system 9 for high-pressure generation and of the injection orinjection system 10.
Nach
Die flüssige Phase la des Gases
Im Pufferbehälter
Die gasförmige Phase
Vom Auslass
Aus dem Bereich
Der Pufferbehälter
Die Verdichtereinheit
Der Grundablass
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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