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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität von der
Italienischen Patentanmeldung Nr. 102018000010216 , eingereicht am 9. November 2018, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstofftank, insbesondere ein Regelungssystem zum Regeln des Austretens von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in einem Gasfahrzeug, insbesondere für einen Flüssigerdgastank.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gasfahrzeuge verwenden ein Gas zum Speisen des Verbrennungsmotors, um so mechanische Energie zur Verwendung des Fahrzeugs zu erzeugen; ein bekanntes Gas, das in Gasfahrzeugen verwendet wird, ist Flüssigerdgas (Liquid Natural Gas - LNG), z. B. Methan, das üblicherweise in einem Tank in Flüssigphase gespeichert wird.
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Innerhalb eines solchen Tanks wird LNG sowohl in Flüssigphase, in einem unteren Abschnitt des Tanks, als auch in einer Gasphase, oberhalb der Flüssigphase, gespeichert. Eine solche Gasphase wird durch eine Siedeerscheinung des Flüssigphasengases erzeugt. Tatsächlich neigt, auf Grund einer Wärmebrücke, die von der äußeren Umgebung zu dem Flüssigphasengas durch Tankwände verwirklicht wird, Flüssigphasengas, das eine sehr niedrige Temperatur hat, zum Sieden und erzeugt ein solches Gasphasengas, das sich in dynamischem Gleichgewicht mit dem Flüssigphasengas befindet.
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Das Gasphasengas steigert auf Grund des Siedens den Druck innerhalb des Tanks, und Gasphasengas wird unmittelbar durch den Motor verwendet, ohne durch einen Verdampfer, d. h., eine Vorrichtung, die dafür konfiguriert ist, einen Phasenübergang des Flüssiggases von flüssig zu gasförmig zu ermöglichen, hindurchzugehen.
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Das Austreten von Gasphasengas wird bis zu einem vordefinierten Druckschwellenwert ermöglicht, tatsächlich verringert ein Austreten von Gasphasengas schnell den Druck innerhalb des Tanks, da ein großes Volumen an Gas benötigt wird, um den Motor zu speisen. Unter dem zuvor erwähnten Druckschwellenwert wird das Flüssigphasengas austreten gelassen, und der Druck in dem Tank wird im Wesentlichen konstant gehalten, da ein niedriges Volumen an Flüssiggas benötigt wird, um den Motor zu speisen.
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Um die zuvor erwähnte Regelung des Austretens von Gas aus dem Tank zu erreichen, wird ein Regelungssystem verwendet, das zwei gesonderte Kraftstoffleitungen und ein Paar von Regelventilen umfasst. Im Einzelnen verbindet eine erste Kraftstoffleitung das Gasphasengas innerhalb des Tanks fluidmäßig mit dem Motor des Fahrzeugs, und eine zweite Kraftstoffleitung verbindet das Flüssigphasengas innerhalb des Tanks fluidmäßig mit dem Motor des Fahrzeugs.
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Ein Überlaufventil ist fluidmäßig in der ersten Leitung dazwischengeschaltet und ermöglicht den Durchgang von Gasphasengas nur oberhalb des vordefinierten Druckschwellenwertes, und ein Rückschlagventil ermöglicht keinen Durchgang von Flüssigphasengas, wenn ermöglicht wird, dass Gasphasengas zu dem Motor strömt; umgekehrt ermöglicht, wenn der Gasdruck unterhalb des vordefinierten Drucks liegt, das Überlaufventil den Durchgang von Gas von dem Tank zu dem Motor nicht, und daher kann Flüssigphasengas zu dem Verdampfer und danach dem Motor hin strömen.
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Jedoch arbeitet das Überlaufventil in einem Tieftemperaturbereich und ist daher sehr teuer, oder es benötigt eine zugehörige Heizungsanlage, um sein Einfrieren zu vermeiden. Darüber hinaus ist ein solches Überlaufventil schwierig einstellbar, und der festgesetzte Druckschwellenwert kann während fortgesetzter Verwendungen des Überlaufventils nicht stabil gehalten werden. Ferner ist es ziemlich häufig, dass ein Überlaufventil ausfällt, wodurch verhindert wird, den Kraftstofftank zu verwenden.
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Daher ist ein Bedarf spürbar, ein Austrittsregelungssystem für Flüssiggas, das in einem geeigneten Tank enthalten ist, bereitzustellen, das dem zuvor erwähnten Nachteil bekannter Systeme begegnen kann.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den oben erwähnten Bedarf auf eine optimierte und kostengünstige Weise zu befriedigen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die zuvor erwähnte Aufgabe wird erfüllt durch einen Tank, der ein Austrittsregelungssystem umfasst, und ein damit verbundenes Austrittsregelungsverfahren, wie sie in dem angefügten Satz von Ansprüchen beansprucht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, mit Hilfe eines nicht einschränkenden Beispiels, unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung, wobei die einzige Figur eine schematische seitliche Schnittansicht eines Tanks, der ein Austrittsregelungssystem zum Austretenlassen des Gases, das in dem Tank enthalten ist, umfasst, ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 offenbart einen Tank 1 von einer bekannten Typologie zum Speichern von LNG zum Speisen eines Gasmotors eines Fahrzeugs (nicht gezeigt). Ein solches Fahrzeug kann ferner einen Verdampfer oder einen ähnlichen Wärmetauscher (nicht gezeigt) umfassen, um einen Phasenübergang von Flüssigphasengas, das in dem Tank 1 enthalten ist, von flüssig zu gasförmig zu ermöglichen oder um die Gasphasengas-Temperatur zum geeigneten Speisen des Gasmotors weiter zu steigern.
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Der Tank 1 kann daher eine innere Wand 2, die ein geschlossenes inneres Volumen 3 definiert, in dem LNG gespeichert wird, und eine äußere Wand 4, welche die innere Wand 2 aufnimmt und umschließt und mit dieser letzteren ein Zwischenvolumen 5 definiert. Im Einzelnen wird, wie bekannt, das Zwischenvolumen 5 bei einem bekannten niedrigen Druckwert gehalten, um so einen Wärmeaustausch zwischen dem inneren Volumen 3 und der äußeren Umgebung außerhalb der äußeren Wand 4 zu verringern.
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Das LNG in dem inneren Volumen 3 umfasst ein Flüssigphasengas 6, das sich in einem unteren Abschnitt des inneren Volumens 3 befindet, und ein Gasphasengas 7, das sich in einem oberen Abschnitt des inneren Volumens 3 oberhalb der Flüssigphase 6 befindet. Wie bereits oben dargelegt, befindet sich das Gasphasengas 7 in einem dynamischen Gleichgewicht mit dem Flüssigphasengas 6, und es wird durch Sieden des Flüssigphasengases 6, das sich bei niedrigen Temperaturen befindet, die z. B. zwischen -112 und -127 °C, vorzugsweise -125 °C, umfassen, auf Grund von Wärmeenergie, die durch die äußere und die innere Wand 2, 4 und das Volumen 5 hindurchgeht, erzeugt.
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Der Tank 1 umfasst ferner ein Paar von Leitungen 8, 9, die dafür konfiguriert sind, ein Austreten jeweils von Flüssigbeziehungsweise Gasphasengas 6, 7 aus dem inneren Volumen 3 zu ermöglichen. Im Einzelnen verbindet eine erste Leitung 8 einen unteren Abschnitt des inneren Volumens 3, d. h., einen Abschnitt, der das Flüssigphasengas 6 enthält, fluidmäßig mit dem Gasmotor/Verdampfer, und eine zweite Leitung 9 verbindet einen oberen Abschnitt des inneren Volumens 3, d. h., einen Abschnitt, der das Gasphasengas 7 enthält, fluidmäßig mit dem Gasmotor/Verdampfer.
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Nach der Erfindung ist ein Austrittsregelungssystem 10 für den Tank 1 fluidmäßig an den Leitungen 8 und 9 stromabwärts in Bezug auf den Tank 1 und stromaufwärts in Bezug auf den Gasmotor/Verdampfer des Fahrzeugs dazwischengeschaltet. Das Regelungssystem 10 ist dafür konfiguriert, einen Druckwert des Gasphasengases 7 zu erfassen und den Durchgang alternativ von Gasphasengas 7 über die Leitung 8 oder Flüssigphasengas 6 über die Leitung 9 von dem Tank 1 zu dem Motor/Verdampfer über eine gemeinsame Speiseleitung 13 zu ermöglichen.
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Nach dem Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt wird, umfasst das Regelungssystem 10 Sensormittel 11, die dafür konfiguriert sind, einen Wert einer physikalischen Größe zu erfassen, die mit dem Druck des Gasphasengases 7 verknüpft ist, und Ventilmittel 12, die dafür konfiguriert sind, den oben erwähnten alternativen Durchgang von Gasphasengas 7 oder Flüssigphasengas 6 von dem Tank 1 zu dem Motor/Verdampfer auf der Grundlage des Wertes der physikalischen Größe, der durch die Sensormittel 11 erfasst wird, zu ermöglichen.
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Im Einzelnen umfassen die Sensormittel 11 einen bekannten elektrischen Drucksensor 14, der wenigstens teilweise entweder an der gemeinsamen Speiseleitung 13 stromabwärts in Bezug auf die Ventilmittel 12, innerhalb des Volumens 3 oder stromaufwärts in Bezug auf die Ventilmittel 12 angeordnet sein kann. In der offenbarten Ausführungsform ist der Drucksensor 14 an der gemeinsamen Speiseleitung 13 stromabwärts zu den Ventilmitteln 12 angeordnet.
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Die Ventilmittel 12 können ein erstes und ein zweites Zweiwege-Auf-Zu-Schaltventil 15, 15' umfassen, die jeweils an der ersten beziehungsweise der zweiten Leitung 8, 9 dazwischengeschaltet sind. Im Einzelnen können das erste und das zweite Ventil 5, 5' und 1 mechanisch betätigte Ventile sein, dank jeweiliger Motoren 16, 16', die dafür konfiguriert sind, dem Löffel der Ventile 15, 15' eine Bewegung mitzuteilen, so dass sie einen Durchgang von Fluid von der jeweiligen Leitung 8, 9 zu der gemeinsamen Speiseleitung 13 ermöglichen können oder nicht. Die Ventile 15, 15' können wahlweise geheizt sein, um jegliches Blockieren oder Einfrieren zu vermeiden, z. B. elektrisch oder durch die Verwendung von Motorkühlwasser.
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Nach der oben beschriebenen Konfiguration umfasst das Regelungssystem 10 ferner eine elektronische Steuereinheit 17, die, z. B. durch Kabel oder elektromagnetisch, elektrisch mit den Sensormitteln 11 und den Motoren 16, 16' verbunden ist und Verarbeitungsmittel umfasst, die dafür konfiguriert sind, Daten bezüglich des Drucks des Gasphasengases 7 zu empfangen, diese letzteren zu verarbeiten und mit einem vordefinierten Druckschwellenwert zu vergleichen und die Motoren 16, 16' zu steuern, um den Durchgang alternativ von Gas- oder Flüssigphasengas von der Leitung 8 oder 9 in die Speiseleitung 13 zu ermöglichen.
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Der Druckschwellenwert kann für jede Typologie von MotorFahrzeug unterschiedlich festgesetzt sein; im Einzelnen kann die Steuereinheit 17 ein Steuerungskennfeld speichern, das veränderliche gespeicherte Druckschwellenwerte umfasst, die entsprechend der Typologie des Gasmotors optimiert werden können.
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Die elektronische Steuereinheit 17 kann vorteilhafterweise elektrisch mit dem Motor/Verdampfer des Fahrzeugs verbunden sein, und ein solcher Druckwert kann unmittelbar durch eine Motor-/Verdampfer-Steuereinheit entsprechend einer Anforderung des Motors eingeführt werden. Vorzugsweise ist eine solche elektronische Steuereinheit 17 das ESG des Fahrzeugs.
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Die Funktionsweise des Tanks 1, der ein Regelungssystem 10 nach der Erfindung umfasst, wird im Folgenden beschrieben.
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In einem ersten Ruhe-Betriebszustand steuert, wie in 1 gezeigt, die elektronische Steuereinheit 17 die Motoren 16, 16' so, dass sich beide Ventile in einer ersten, geschlossenen Stellung befinden, und daher kann kein Gas- oder Flüssigphasengas von dem Tank 1 zu dem Motor/Verdampfer des Fahrzeugs strömen. Im Einzelnen kann, wenn der Motor aus ist, ferner ein elastisches Element, wie beispielsweise eine Feder, breitgestellt werden, um ein Öffnen solcher Ventile zu vermeiden.
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Wenn der Motor/Verdampfer Gas erfordert, steuert die elektronische Steuereinheit 17 den Motor 16' so, dass das Ventil 15' einen Durchgang von Gasphasengas ermöglicht, damit es über die Leitung 9 zu der gemeinsamen Speiseleitung 13 strömt. Folglich kann der Drucksensor 14 einen Druckwert eines solchen Gasphasengases 7 messen, solche Daten werden durch die elektronische Steuereinheit 17 erfasst. Diese letztere wird einen solchen erfassten Wert mit dem Druckschwellenwert vergleichen, und falls ein solcher Wert größer ist, setzt sich der Durchfluss des Gasphasengases 7 fort; anderenfalls oder ähnlich wird, da der Drucksensor 14 durchgehend und unverzüglich den Druckwert erfasst, wenn sich der erfasste Wert unterhalb des Druckschwellenwertes vermindert, die elektronische Einheit den Motor 16 so steuern, dass das Ventil 15 seine Stellung ändert und einen Durchgang des Gasphasengases 7 verhindert, damit es über die Leitung 8 zu der gemeinsamen Speiseleitung 13 strömt.
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Die Erfindung ist darüber hinaus auf ein Verfahren zum Regeln des Austretens von LNG aus einem Tank 1 zum Speisen eines Gasmotors in einem Gasfahrzeug gerichtet, wie oben beschrieben und umfassend die folgenden Schritte:
- - Erfassen eines Wertes einer physikalischen Größe, die mit dem Druck des Gasphasengases 7 verknüpft ist,
- - Vergleichen des zuvor erwähnten Wertes mit einem Schwellenwert und
- - Steuern des Öffnungszustandes der Ventilmittel 12 so, dass der Durchfluss von LNG von entweder der ersten Leitung 8 oder alternativ der zweiten Leitung 9 zu der Speiseleitung 13 ermöglicht wird.
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Wie oben gesagt, kann die physikalische Größe unmittelbar der Druck des Gasphasengases 7 sein. Der Schwellenwert kann vorbestimmt, fest oder veränderlich sein.
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Die elektronische Steuereinheit 17 kann, dank ihrer Verarbeitungsmittel, die vorzugsweise Speicherungsmittel einschließen, dafür konfiguriert sein, das zuvor erwähnte Verfahren auf automatische Weise laufen zu lassen.
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In Anbetracht des Vorstehenden sind die Vorzüge eines Tanks 1, der ein Regelungssystem 10 nach der Erfindung umfasst, offensichtlich.
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Erstens ermöglicht es die vorgeschlagene Lösung, den festgesetzten Druckschwellenwert während fortgesetzter Vorgänge des Ablassens von Gas aus dem Tank 1 konstant zu halten; darüber hinaus kann ein solcher Druckschwellenwert dank der elektronischen Steuereinheit 17 leicht reguliert werden und kann entsprechend der Umsetzung eines Steuerungskennfeldes in Abhängigkeit von der Typologie des Gasmotors veränderlich sein.
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Die Betätigung der Ventile 15, 15' über die Motoren 16, 16' entsprechend der Steuerung durch die elektronische Einheit 17 ist schnell und genau.
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Ferner sind die vorgeschlagenen Ventile billiger als bekannte Überlaufventile und weisen eine bessere Haltbarkeit und eine einfachere Steuerung auf.
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Außerdem kann, da der Druck fortgesetzt durch die Sensormittel 11 kontrolliert wird, ein solcher Wert durch einen Benutzer des Fahrzeugs abgelesen werden, z. B. unter Verwendung bekannter Anzeigemittel, und der Druckschwellenwert kann demzufolge, falls notwendig, während des Fahrens durch den Benutzer reguliert werden.
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Ferner sind in einem Ruhezustand des Fahrzeugs, z. B. Motor aus, alle Ventile geschlossen und können keinen Gasdurchgang ermöglichen, nicht einmal versehentlich. Es ist klar, dass Modifikationen an dem beschriebenen Tank 1, der ein Austrittsregelungssystem 10 umfasst, vorgenommen werden können, die sich nicht über den Schutzbereich hinaus erstrecken, der durch die Ansprüche definiert wird.
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Zum Beispiel können die Sensormittel 11 einen mechanischen Sensor umfassen, der die Ventilmittel 12 auf eine andere Weise steuern kann.
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Ferner können die Ventilmittel 12 eine andere Typologie der Ventile 15, 15' oder auch ein einzelnes Vierwege-Auf-Zu-Ventil oder eine andere Typologie von Ventilen, wie beispielsweise Proportional-Schaltventile, umfassen. Wie gesagt, kann deren Steuerung unmittelbar elektrisch sein oder z. B. hydraulisch oder pneumatisch verwirklicht werden.
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Offenkundig kann der Tank 1 in einer beliebigen Form, Gestalt und eine beliebige Anzahl von Wänden umfassen, die zwischen der äußeren Umgebung und einem geschlossenen Volumen, das LNG enthält, eingeschoben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- IT 102018000010216 [0001]
