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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gastankanordnung für eine Verbrennungsmaschine, insbesondere für einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Gastankanordnung, eine Motoranordnung, ein Verfahren zum Betreiben einer Motoranordnung und ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug.
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Zum Speichern von gasförmigem Brennstoff sind üblicherweise vergleichsweise große Speichertanks erforderlich, welche mit hohem Druck befüllt werden um die erforderliche Speicherenergiedichte zu erzielen. Im Falle von Wasserstoff-Luft-Verbrennungen sind die Reaktionsprodukte der Verbrennung Wasser bzw. Wasserdampf und Stickstoff. Der kondensierte Dampf kann dabei gespeichert werden und als Kühlmittel zur Verfügung gestellt werden. Hierzu ist ein zusätzlicher Tank erforderlich.
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Im Zusammenhang mit Tankstellen für gasförmigen Brennstoff werden üblicherweise Druckspeicher verwendet, die für einen konstanten Speicherdruck ausgelegt sind, wobei während einer Phase, in welcher Brennstoff abgegeben wird, der Druck dadurch konstant gehalten wird, dass eine Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsspeicher in den jeweiligen Druckspeicher befördert wird. Beispiele hierfür sind in den Dokumenten
DE 10 2017 204 746 A1 ,
DE 10 2015 016 327 A1 und
US 5 454 408 A offenbart.
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Im Zusammenhang mit in einem Fahrzeug zum Betreiben eines Verbrennungsmotors angeordneten Gastanks ist es von Vorteil, wenn diese möglichst wenig Stauraum beanspruchen und bei möglichst konstantem Druck betrieben werden können, insbesondere um das Material beanspruchende Druckschwankungen zu vermeiden.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Gastankanordnung für eine Verbrennungsmaschine, insbesondere für einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, zur Verfügung zu stellen, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Gastankanordnung. Diese Aufgaben werden durch eine Gastankanordnung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Gastankanordnung gemäß Patentanspruch 8, eine Motoranordnung gemäß Patentanspruch 13 und ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Gastankanordnung für eine Verbrennungsmaschine umfasst mindestens einen ersten Tank und einen strömungstechnisch mit diesem verbundenen zweiten Tank. Der erste und der zweite Tank sind bevorzugt zur Speicherung von Gas, insbesondere gasförmigem Brennstoff, vorzugsweise Wasserstoff, ausgelegt. Dabei ist der zweite Tank dazu ausgelegt, von dem mindestens einen ersten Tank mit einem Gas, beispielsweise Wasserstoff, befüllt zu werden und das Gas an eine Verbrennungsmaschine abzugeben. Zum Zuführen von Gas in den ersten Tank kann der erste Tank ein Gaseinlassventil aufweisen. Zum Abgeben von Gas an eine Verbrennungsmaschine kann der zweite Tank ein Gasauslassventil aufweisen. Der zweite Tank ist weiterhin dazu ausgelegt, zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, befüllt zu werden und die Flüssigkeit, beispielsweise das Wasser, an die Verbrennungsmaschine abzugeben. In einer bevorzugten Variante sind innerhalb des zweiten Tanks das genannte Gas und die Flüssigkeit in demselben Volumen bzw. demselben Hohlraum gespeichert. Das Gas und die Flüssigkeit kommen also miteinander unmittelbar in Kontakt.
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Die erfindungsgemäße Gastankanordnung hat den Vorteil, dass durch das gemeinsame Speichern von Gas, insbesondere gasförmigem Brennstoff, und Wasser, vorzugsweise durch den Betrieb der Verbrennungsmaschine oder einer anderen Einrichtung entstehendes Kondenswasser, Druckverluste des Gases, die durch einen Verbrauch des Gases durch die Verbrennungsmaschine entstehen, durch das Auffüllen des zweiten Tanks mit Wasser kompensiert werden. Gleichzeitig wird entstehendes Kondenswasser bauraumsparend aufbewahrt, kann durch das in dem zweiten Tank befindliche Gas effizient mit Druck beaufschlagt werden und steht so für eine Injektion in die Verbrennungsmaschine zur Verfügung.
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Durch das Einfüllen von Wasser in den zweiten Tank wird das für das in dem Tank befindliche Gas vorhandene Volumen reduziert und dadurch der Druck in dem zweiten Tank erhöht. In einem bisher üblichen Gastanksystem reduziert sich der Druck bei einem Verbrauch des Gases gemäß dem idealen Gasgesetz (p*V = m*R*T, mit p-Druck, V-Volumen, m-Masse, T-Temperatur, R-spezifische Gaskonstante). Dem gegenüber kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoffgas das im Rahmen der Verbrennung entstehende Wasser in den Tank zurückgeführt werden, so dass es möglich ist, den Tank auf effiziente Weise auf einem erwünschten Druckniveau zu halten. Das flüssige Wasser sammelt sich dabei auf dem Boden des Tanks. Damit ist es möglich, das Gas, beispielsweise den Wasserstoff von oben aus dem Tank zu entnehmen und das gespeicherte Wasser an dem Boden des Tanks zu entnehmen. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich dabei für jede Flüssigkeit und jedes Gas in Kombination miteinander, solange das entsprechende Gas eine geringe Löslichkeit in der entsprechenden Flüssigkeit aufweist.
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Wie bereits erwähnt, liegt ein Vorteil der vorgeschlagenen Lösung darin, dass sich der Druck im Tank nicht reduziert, wenn Gas aus diesem entnommen wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser, in dem gleichen Volumen wie das Gas gespeichert wird und dadurch, dass das erforderliche Speichervolumen insgesamt reduziert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass im Vergleich zu konventionellen Gastanks, die Wände des Tanks einem geringeren Druckgradienten standhalten müssen, da der Druck in dem Tank innerhalb eines bestimmten Druckbereichs konstant gehalten werden kann.
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Konventionelle Gastanks müssen in der Regel einem Druck von 300 bar im Inneren und 1 bar Umgebungsdruck, also einem Verhältnis 300:1, bei kompletter Befüllung standhalten oder wenn sie halb leer sind, einem Druckverhältnis von 150:1 und bei weiterer Entleerung einem entsprechend niedrigerem Verhältnis, beispielsweise 50:1 usw. Dadurch wird die Beanspruchung und die Spannung an den Wänden bei der Benutzung signifikant erhöht und es sind entsprechend dickere Wände oder ein entsprechend belastbares Material erforderlich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Tankdruck nahezu konstant gehalten werden, weshalb der zweite Tank auch lediglich für einen konstanten Druckgradienten ausgelegt sein muss und die durch den Druckgradienten entstehende Spannung an den Wänden zu jedem Zeitpunkt gleichmäßig anliegt.
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In einer vorteilhaften Variante ist der erste Tank für einen maximalen Innendruck zwischen 350 bar und 750 bar ausgelegt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der zweite Tank für einen maximalen Innendruck zwischen 30 bar und 350 bar ausgelegt sein. Weiterhin ist vorzugsweise der zweite Tank dazu ausgelegt, Gas mit einem Druck zwischen 7 bar und 30 bar (Betriebsdruck) an eine Verbrennungsmaschine abzugeben. Dies hat den Vorteil, dass sich die Gastankanordnung für einen mit gasförmigem Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, betriebenen Verbrennungsmotor eignet.
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In einer bevorzugten Variante umfasst der zweite Tank einen Gaseinlass mit einem Gaseinlassventil und einen Gasauslass mit einem Gasauslassventil und einen Flüssigkeitseinlass mit einem Flüssigkeitseinlassventil und einen Flüssigkeitsauslass und einem Flüssigkeitsauslassventil.
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In einer weiteren Variante kann der zweite Tank mit einer Flüssigkeitsspeichervorrichtung und/oder einer Flüssigkeitsrückführungseinrichtung und/oder einer Flüssigkeitspumpe verbunden sein. Dabei kann der zweite Tank beispielsweise mit einem Abgasstrang einer Verbrennungsmaschine, vorzugsweise einem Verbrennungsmotor, verbunden sein. Zusätzlich kann der zweite Tank mit weiteren Vorrichtungen, bei deren Betrieb Kondenswasser entsteht, beispielsweise mit einer Klimaanlage, verbunden sein. Auf diese Weise kann sich bei verschiedenen Vorrichtungen während des Betriebs ansammelndes Kondenswasser einerseits gespeichert und anderseits effizient weiter verwendet werden.
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Weiterhin kann strömungstechnisch zwischen dem ersten Tank und dem zweiten Tank eine Turbine angeordnet sein. So lässt sich durch die Druckdifferenz zwischen dem ersten Tank und dem zweiten Tank Energie gewinnen. Beispielsweise kann der Druck im ersten Tank 750 bar und der Druck im zweiten Tank 30 bar betragen. Entsprechend ist eine energetisch effiziente Nutzung dieses Zustandes mittels der Turbine möglich.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Gastankanordnung wird dem ersten Tank ein gasförmiger Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, mit einem Druck von mehr als 15 bar, beispielsweise mit einem Druck zwischen 350 bar und 750 bar, zugeführt. Mit anderen Worten wird der erste Tank mit gasförmigem Brennstoff befüllt und der gasförmige Brennstoff einem hohen Druck ausgesetzt. Weiterhin wird dem zweiten Tank mittels des ersten Tanks gasförmiger Brennstoff mit einem Druck von mindestens 10 bar, beispielsweise mit einem Druck zwischen 30 bar und 350 bar zugeführt. Mit anderen Worten wird der zweite Tank mittels des ersten Tanks, beispielsweise über einen entsprechenden Strömungskanal unter Verwendung insbesondere eines entsprechenden Ventils, befüllt. Anschließend wird aus dem zweiten Tank gasförmiger Brennstoff einer Verbrennungsmaschine, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, zum Betreiben dieser mit einem Betriebsdruck innerhalb eines festgelegten Druckbereichs zugeführt. Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, welches zumindest teilweise beim Betrieb der Verbrennungsmaschine, beispielsweise eines mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotors, zurückgewonnen wird, z.B. durch Kondensation, wird in den zweiten Tank eingefüllt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Ventils und/oder einer Pumpe. Die Flüssigkeit aus dem zweiten Tank wird der Verbrennungsmaschine, beispielsweise dem Verbrennungsmotor, zugeführt. Dabei kann die Flüssigkeit mittels des in dem zweiten Tank befindlichen gasförmigen Brennstoffes mit einem Druck beaufschlagt werden. Hierdurch kann der zum Zuführen erforderliche Injektionsdruck gewährleistet werden, ohne dass hierzu zusätzlichen Maßnahmen, wie beispielsweise Pumpen oder Verdichter, erforderlich sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat die oben bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gastankanordnung beschriebenen Merkmale und Vorteile. Vorzugsweise handelt es sich bei dem gasförmigen Brennstoff um Wasserstoff. Bei der Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um Wasser. Beim Befüllen des zweiten Tanks kann eine strömungstechnisch zwischen dem ersten Tank und dem zweiten Tank angeordnete Turbine angetrieben werden, beispielsweise zur Energiegewinnung. Der Betriebsdruck bzw. Injektionsdruck zum Injizieren des gasförmigen Brennstoffs in die Verbrennungsmaschine kann z.B. zwischen 10 bar und 30 bar liegen. Die Flüssigkeit, vorzugsweise das Wassers kann einerseits beim Betrieb der Verbrennungsmaschine zurückgewonnen werden oder aber beim Betrieb einer anderen im Zusammenhang mit dem Betrieb der Verbrennungsmaschine ebenfalls betriebenen Vorrichtung gewonnen werden, beispielsweise beim Betrieb einer Kühlvorrichtung oder Klimaanlage.
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Falls der Druck in dem zweiten Tank unterhalb eines festgelegten Grenzwertes liegt, kann Flüssigkeit in den zweiten Tank gepumpt werden bis ein festgelegter Druck erreicht wird. Auf diese Weise kann in dem zweiten Tank ein konstanter Druck aufrechterhalten werden und damit die Belastung der Wände des Tanks reduziert werden. Dabei kann Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, aus einem entsprechenden Flüssigkeitsspeicher in den zweiten Tank mittels einer Pumpe gepumpt werden.
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Die erfindungsgemäße Motoranordnung umfasst einen Verbrennungsmotor, welcher dazu ausgelegt ist, mit einem gasförmigen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, betrieben zu werden. Die Motoranordnung umfasst eine oben beschriebene erfindungsgemäße Gastankanordnung. Die Motoranordnung ist zusätzlich oder alternativ dazu dazu ausgelegt, gemäß einem vorgeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren betrieben zu werden. Die erfindungsgemäße Motoranordnung hat die bereits beschriebenen Merkmale und Vorteile. Insbesondere kann die Motoranordnung mit einer Klimaanlage verbunden sein und beim Betrieb der Klimaanlage entstehendes Kondenswasser kann in den zweiten Tank zurückgeführt werden.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Motoranordnung. Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug oder ein Schiff handeln, beispielsweise um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, einen Bus, ein Motorrad, ein Moped usw.
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Die vorliegende Erfindung hat im Zusammenhang mit mittels gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, betriebenen Verbrennungsmaschinen, beispielsweise Wasserstoff-Verbrennungsmotoren, den weiteren Vorteil, dass auf effiziente Weise Wasser dem Verbrennungsvorgang zugeführt werden kann. Die hat den Vorteil, dass Klopfgeräusche auf einfache Weise sehr stark reduziert werden können. Vor allem Wasserstoff ist im Rahmen der Verbrennung wesentlich empfindlicher im Hinblick auf ein Motorklopfen verglichen mit mit Benzin betriebenen Verbrennungsmotoren. Daher sind Lösungen, welche das Auftreten von Motorklopfen reduzieren, erforderlich und lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung sehr effizient realisieren, da das hierzu in die Brennkammer zu injizierende Wasser aus Kondenswasser gewonnen wird. Weiterhin ist kein zusätzlicher Wassertank erforderlich, da wie bereits beschrieben, das Wasser in demselben Tank wie der gasförmige Brennstoff gespeichert wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
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Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elementen verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
- 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Motoranordnung.
- 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
- 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Gastankanordnung und einer Motoranordnung in Form eines Flussdiagramms.
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Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Motoranordnung 1. Die Motoranordnung 1 umfasst eine erfindungsgemäße Gastankanordnung 2, einen Verbrennungsmotor 3, einen Kondensator 4 und optional einen mit einer nicht gezeigten Klimaanlage verbundenen Klimakondensator 5. Die Gastankanordnung 2 umfasst einen ersten Tank 6 und einen zweiten Tank 7.
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Der erste Tank weist einen Gaseinlass mit einem Einlassventil 11 auf, welches vorzugsweise mit einem Einfüllstutzen 12 verbunden ist. Der erste Tank 6 weist darüber hinaus einen Gasauslass auf, welcher über einen Strömungskanal 8 mit einem Gaseinlass 13 des zweiten Tanks 7 strömungstechnisch verbunden ist. Dabei umfasst der erste Tank 6 und/oder der Strömungskanal 8 ein Ventil 9. Weiterhin ist vorzugsweise der Strömungskanal 8 mit einer Gasturbine 10 zur Energiegewinnung verbunden. Der erste Tank 6 ist dazu ausgelegt, dass in ihm ein Gas 25, vorzugsweise Wasserstoff, mit einem Druck zwischen maximal 350 bar und maximal 750 bar gespeichert wird.
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Der zweite Tank 7 umfasst einen Gaseinlass 13 und einen Gasauslass 13 zum Einfüllen von Gas in den Tank und zum Abgeben von Gas aus dem Tank. Der Gaseinlass bzw. Gasauslass 13 ist in der 1 als ein Bauelement gezeigt. Es kann sich aber auch um zwei separat voneinander ausgestaltete und angeordnete Bauelemente handeln. Der Gaseinlass und/oder der Gasauslass 13 sind vorzugsweise in einem vertikal oberen Bereich des zweiten Tanks 7 angeordnet. Der zweite Tank 7 ist vorzugsweise dazu ausgelegt, dass in ihm ein Gas, beispielsweise Wasserstoff, mit einem maximalen Druck zwischen 30 bar und 350 bar gespeichert wird.
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Der zweite Tank 7 umfasst weiterhin einen Flüssigkeitseinlass und einen Flüssigkeitsauslass 15, welche in der gezeigten Variante als ein Bauelement ausgestaltet sind. Prinzipiell können auch ein separater Flüssigkeitseinlass mit einem Einlassventil und ein Flüssigkeitsauslass mit einem Auslassventil vorhanden sein. Der Flüssigkeitseinlass und/oder Flüssigkeitsauslass 15 ist vorzugsweise in einem in vertikaler Richtung unteren Bereich des zweiten Tanks 7 angeordnet. Vorteilhafter Weise ist der Gaseinlass und/oder Gasauslass 13 vertikal oberhalb des Flüssigkeitseinlasses und/oder Flüssigkeitsauslasses 15 angeordnet. In der 1 ist in dem zweiten Tank 7 gespeichertes Gas, vorzugsweise Wasserstoff, mit der Bezugsziffer 25 gekennzeichnet und in dem zweiten Tank 7 gespeicherte Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, mit der Bezugsziffer 24 gekennzeichnet. Das in dem ersten Tank 6 gespeicherte Gas ist ebenfalls mit der Bezugsziffer 25 gekennzeichnet.
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Der Flüssigkeitsauslass 15 ist mit einem Strömungskanal 20 verbunden, welcher ein Ventil 19 umfasst und mit dem Verbrennungsmotor 3 strömungstechnisch verbunden ist. Über den Strömungskanal 20 wird beispielsweise Wasser in die Brennkammer des Verbrennungsmotors 3 injiziert um Klopfgeräusche während der Verbrennung zu verringern, vorzugsweise vollständig zu unterbinden. Der für die Wasserinjektion erforderliche Druck wird vorzugsweise mittels des in dem zweiten Tank 7 gespeicherten Gases 25 aufgebaut und so zur Verfügung gestellt, dass das Wasser mit einem Druck oberhalb eines festgelegten minimalen Drucks zugeführt wird.
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Dem Verbrennungsmotor 3 wird weiterhin über einen Strömungskanal 21, welcher den zweiten Tank 7 mit dem Verbrennungsmotor 3 strömungstechnisch verbindet und welcher vorzugsweise ein Ventil 14 umfasst, gasförmiger Brennstoff zugeführt wird, beispielsweise Wasserstoff. Vorzugsweise wird der gasförmige Brennstoff dem Verbrennungsmotor 3 mit einem Druck innerhalb eines festgelegten Druckbereichs zugeführt, beispielsweise mit einem Betriebsdruck zwischen 10 bar und 30 bar.
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Der Verbrennungsmotor 3 ist mit einem Abgasstrang 23 verbunden, in welchem das Abgas abgeführt wird. Dabei umfasst der Abgasstrang 23 einen Kondensator 4, in welchem Kondenswasser aus dem Abgas entzogen wird. Das mittels des Kondensators 4 gesammelte Wasser wird über einen Strömungskanal 26, welcher vorzugsweise ein Ventil 17 umfasst, dem zweiten Tank 7 über den Flüssigkeitseinlass 15 zugeführt. Hierzu ist in der gezeigten Variante zwischen dem Kondensator 4 und dem Flüssigkeitseinlass 15 eine Pumpe, vorzugsweise eine Wasserpumpe 16 angeordnet. In der gezeigten Variante ist die Pumpe 16 stromabwärts des Ventils 17 angeordnet.
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Die in der 1 gezeigte Motoranordnung 1 ist darüber hinaus mit einem Kondensator 5, welcher mit einer Klimaanlage verbindbar ist, strömungstechnisch verbunden. Dabei ist zwischen dem Kondensator 5 und dem Flüssigkeitseinlass 15 des zweiten Tanks 7 ein Strömungskanal 22 mit einem Ventil 18 angeordnet. Mittels des Strömungskanals 22 wird in dem Kondensator 5 gesammeltes Kondenswasser dem zweiten Tank 7 zugeführt. Dabei ist der Strömungskanal 22 mit der Flüssigkeitspumpe 16 verbunden.
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Die 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug 27. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine in der 1 gezeigte Motoranordnung 1 und eine Klimaanlage 28 mit einem Kondensator 5. Dabei ist der Kondensator 5, wie in der 1 gezeigt, mit dem zweiten Tank 7 der Motoranordnung 1 strömungstechnisch verbunden. Anstelle oder zusätzlich zu der Klimaanlage 28 kann das Fahrzeug 27 auch andere oder weitere Bauelemente umfassen, bei deren Betrieb Kondenswasser entsteht. Diese können analog zu der gezeigten Klimaanlage 28 mit der Motoranordnung 1 strömungstechnisch so verbunden sein, dass das entstehende Kondenswasser dem zweiten Tank 7 zugeführt wird bzw. werden kann.
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Die 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Gastankanordnung 2 und einer Motoranordnung 1 in Form eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt 31 wird der erste Tank 6 mit einem gasförmigen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff befüllt. Dies erfolgt vorzugsweise über den Einfüllstutzen 12 und das Ventil 11.
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In einem nächsten Schritt 32 werden dem zweiten Tank 7 mittels des ersten Tanks 6, also aus dem ersten Tank 6, gasförmiger Brennstoff 25 zugeführt. Dabei wird der zweite Tank 7 vorzugsweise mit gasförmigem Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, mit einem Druck von mindestens 10 bar, beispielsweise mit einem Druck zwischen 30 bar und 350 bar, befüllt. Das Befüllen des zweiten Tanks 7 erfolgt mittels des Strömungskanals 8 und des Ventils 9 über den Gaseinlass 13. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem ersten Tank 6 und dem zweiten Tank 7 zur Energiegewinnung mittels der Gasturbine 10 vorteilhaft genutzt.
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In einem dritten Schritt 33 wird aus dem zweiten Tank 7 gasförmiger Brennstoff einer Verbrennungsmaschine, beispielsweise einem mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor 3, zugeführt. Dabei wird der flüssige Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, mit einem festgelegten Betriebsdruck innerhalb eines festgelegten Druckbereichs, beispielsweise mit einem Druck zwischen 10 bar und 3 bar, der Verbrennungsmaschine zuführt.
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In Schritt 34 wird Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, welches zumindest teilweise beim Betrieb der Verbrennungsmaschine 3 zurückgewonnen wird, beispielsweise durch Kondensation, in den zweiten Tank 7 eingefüllt. Dies erfolgt vorzugsweise, wie in der 1 gezeigt, über den Kondensator 4, den Strömungskanal 26 und die Pumpe 16. Zusätzlich kann Flüssigkeit, beispielsweise Kondenswasser, aus weiteren Bauteilen, beispielsweise einem Kondensator einer Klimaanlage 5, wie in der 1 gezeigt, dem zweiten Tank 7 zugeführt werden.
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In einem nächsten Schritt 35 wird Flüssigkeit, vorzugweise Wasser, aus dem zweiten Tank 7 der Verbrennungsmaschine 3 zugeführt. Dazu kann mittels des in dem zweiten Tank 7 befindlichen gasförmigen Brennstoffs 25 die in dem Tank ebenfalls befindliche Flüssigkeit 24, vorzugsweise das Wasser, mit einem Druck beaufschlagt werden. Vorzugsweise ist der Druck mindestens so hoch, dass der für eine Injektion der Flüssigkeit in die Verbrennungsmaschine 3 erforderliche Mindestdruck erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motoranordnung
- 2
- Gastankanordnung
- 3
- Verbrennungsmotor
- 4
- Kondensator
- 5
- Klimaanlage
- 6
- erster Tank
- 7
- zweiter Tank
- 8
- Verbindungsleitung
- 9
- Ventil
- 10
- Gasturbine
- 11
- Ventil
- 12
- Einfüllstutzen
- 13
- Gaseinlass, Gasauslass
- 14
- Ventil
- 15
- Flüssigkeitseinlass, Flüssigkeitsauslass
- 16
- Flüssigkeitspumpe
- 17
- Ventil
- 18
- Ventil
- 19
- Ventil
- 20
- Strömungskanal
- 21
- Strömungskanal
- 22
- Strömungskanal
- 23
- Abgasstrang
- 24
- Flüssigkeit, Wasser
- 25
- Gas, Wasserstoff
- 26
- Strömungskanal
- 27
- Fahrzeug
- 28
- Klimaanlage
- 31
- Befüllen des ersten Tanks
- 32
- Befüllen des zweiten Tanks
- 33
- Brennstoff aus dem zweiten Tank zur Verbrennungsmaschine
- 34
- Flüssigkeit in den zweiten Tank füllen
- 35
- Flüssigkeit aus dem zweiten Tank zur Verbrennungsmaschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017204746 A1 [0003]
- DE 102015016327 A1 [0003]
- US 5454408 A [0003]
