DE10202165B4

DE10202165B4 - Kraftfahrzeug mit einem Kryotank

Info

Publication number: DE10202165B4
Application number: DE10202165.1A
Authority: DE
Inventors: Werner Lechner; Gregor Fischer; Jürgen Turini; Dr. Schnagl Johann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: DE10202165A1

Abstract

Kraftfahrzeug mit einem Kryo-Tank zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine sowie mit einer Vorrichtung zur Verbrennung von boil-off-Gas aus dem Kryo-Tank, wobei zumindest ein Teil der bei der Verbrennung von boil-off-Gas freiwerdenden Abwärme gezielt an die Brennkraftmaschine oder ein weiteres Aggregat des Fahrzeugs abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung zur Verbrennung von boil-off-Gas und einem Gehäuse der Brennkraftmaschine oder dem weiteren Aggregat ein variabler thermischer Kontakt in Form eines schaltbaren Wärmerohrs vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Kryo-Tank zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine sowie mit einer Vorrichtung zur Verbrennung von boil-off-Gas aus dem Kryo-Tank, wobei zumindest ein Teil der bei der Verbrennung von boil-off-Gas freiwerdenden Abwärme gezielt an die Brennkraftmaschine oder ein weiteres Aggregat des Fahrzeugs abführbar ist. Zum technischen Umfeld wird neben der EP 0 069 717 B1 und der EP 0 745 499 B1 insbesondere auf die DE 198 54 581 A1 verwiesen.
In der Zukunft äußerst interessante Kraftstoffe zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, wie bspw. Wasserstoff oder Erdgas oder dgl. können auf relativ günstige Weise praktisch nur verflüssigt und somit stark abgekühlt gespeichert werden. Bei dieser kryogenen Kraftstoffspeicherung verdampft jedoch durch Wärmeeintrag in den Kraftstoff-Tank praktisch kontinuierlich eine geringe Menge von flüssigem Kraftstoff, wobei sich das sog. boil-off-Gas bildet. Insbesondere wenn kein Verbraucher für den Kraftstoff in Betrieb ist, d. h. insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine außer Betrieb ist, steigt als Folge hiervon der Tank-Innendruck an. Aus Sicherheitsgründen muss dieser Druck durch Öffnen von Ventilen begrenzt werden. Im allgemeinen wird dabei das boil-off-Gas über Abblaseleitungen, in denen die besagten Ventile vorgesehen sind, in die Umgebung abgegeben. Aus der eingangs genannten EP 0 745 499 B1 ist daneben ein Verfahren mit Zwischenspeicherung der boil-off-Gase und katalytischer Oxidation für flüssiges Erdgas als kryogener Kraftstoff bekannt. Ferner ist in der EP 0 069 717 B1 die Verwendung des boil-off-Gases als Treibstoff für eine dual, nämlich mit Schweröl oder mit Gas betreibbare Brennkraftmaschine eines Schiffes beschrieben.
Ferner zeigt die DE 198 54 581 A1 eine Verbrennungs-Anlage für boil-off-Gas, wobei die Verbrennungs-Flamme mit einem als Energiewandler fungierenden Thermoelement in Kontakt kommen kann, was im weitesten Sinne als variabler thermischer Kontakt bezeichnet werden kann.
Grundsätzlich ist die Verbrennung des boil-off-Gases, wozu auch dessen katalytische Oxidation zählt, günstiger als das einfache Abblasen des (brennbaren) boil-off-Gases in die Umgebung. Werden die boil-off-Gase verbrannt, bspw. in einem Katalysator oder in einer sonstigen geeigneten Vorrichtung, so entsteht (lokal) zwangsläufig Reaktionswärme. Dies ist bei der Anordnung der besagten Verbrennungs-Vorrichtung, so bspw. des genannten Katalysators, zu berücksichtigen, denn unter Umständen kann diese Reaktionswärme benachbarte Bauteile im Fahrzeug überhitzen, wenn nicht sichergestellt ist, dass diese Reaktionswärme kontrolliert abgeführt wird.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Kraftfahrzeug mit einem Kryo-Tank nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung zur Verbrennung von boil-off-Gas und einem Gehäuse der Brennkraftmaschine oder dem weiteren Aggregat ein variabler thermischer Kontakt in Form eines schaltbaren Wärmerohrs vorgesehen ist.
Mit vorliegender Erfindung kann die bei der Verbrennung bzw. Oxidation des boil-off-Gases bspw. an/in einem Katalysator entstehende Wärme derart gezielt abgeleitet werden, dass eine Schädigung umliegender Bauteile des Katalysators bzw. allgemein der Verbrennungs-Vorrichtung ausgeschlossen ist. Auf einfache Weise und insbesondere ohne aufwändige Hilfsvorrichtung abgeleitet werden kann die entstehende Wärme dabei an bereits vorhandene Objekte oder Aggregate im Fahrzeug, die eine große thermische Masse darstellen und somit eine große Wärmemenge aufnehmen können, oder die ohnehin im Hinblick auf einen guten Wärmeübergang, d. h. gut wärmeaufnehmend bzw. wärmeabgebend ausgebildet sind. Für letztgenanntes sind bereits vorhandene Wärmetauscher, bspw. in Form eines Kühlers für die Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine oder in Form des (Heizungs)-Wärmetauschers der Fahrzeug-Klimaanlage ein Beispiel. Ein eine große thermische Masse darstellendes Aggregat hingegen ist insbesondere das Gehäuse der das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine. Dieses kann aufgrund der großen thermischen Masse über einen großen Zeitraum Wärme aufnehmen, speichern und langsam wieder abgeben. Zur Abfuhr und Verteilung der an der Vorrichtung zur Verbrennung des boil-off-Gases freiwerdenden Reaktionswärme ist dabei kein zusätzliches System notwendig, welches mit Energie versorgt werden muss, wie bspw. ein Lüfter, wenngleich die Verwendung eines solchen durchaus sinnvoll sein kann, bspw. wenn die Reaktionswärme an einen bereits im Fahrzeug vorhandenen, vorrangig zu anderen Zwecken vorgesehenen Wärmetauscher abgeführt wird.
Wenn die bei der Verbrennung des boil-off-Gases freiwerdende Reaktionswärme an die Brennkraftmaschine oder an den Heizungs-Wärmetauscher des Kraftfahrzeugs abgegeben wird, so kann ggf. die Gesamt-Energiebilanz des Fahrzeugs hierdurch verbessert werden, wenn diese Wärme weiter genutzt werden kann. Bspw. kann die Brennkraftmaschine bzw. deren Gehäuse für einen folgenden (Kalt)-Start vorgewärmt werden, wodurch die bekanntermaßen ungünstige Warmlaufphase der Brennkraftmaschine verkürzt werden kann. Bspw. kann aber auch der Fahrzeug-Innenraum temperiert bzw. erwärmt werden, was nicht nur den Komfort erhöht sondern auch energetisch günstig ist, wenn die dabei eingebrachte Wärmemenge nicht später von der Bennkraftmaschine während deren Warmlaufphase bereit gestellt werden muss.
Dabei soll ein sog. boil-off-Verwerter, d. h. die Verbrennungs-Vorrichtung für das boil-off-Gas in variablem thermischen Kontakt mit dem Gehäuse der Brennkraftmaschine oder dem besagten weiteren Aggregat des Fahrzeugs, dem zumindest ein Teil der bei der Verbrennung (bspw. auch homogenen Verbrennung) des boil-off-Gases freiwerdenden Abwärme gezielt zugeführt wird, stehen. Ein derartiger variabler thermischer Kontakt erlaubt es nämlich, die in der Verbrennungs-Vorrichtung anfallende Reaktionswärme kontrolliert abzuführen. Beispielsweise wenn die Verbrennungs-Vorrichtung auf katalytischer Basis arbeitet, ist diese Weiterbildung sinnvoll. Dann kann nämlich in der sog. Anlaufphase des Katalyten relativ viel Wärme für den katalytischen Verwerter selbst verwendet werden, um dessen Abbaurate schnell zu steigern. Ist der Katalysator dann „warm gefahren”, so kann durch eine starke Kopplung an das Gehäuse der Brennkraftmaschine oder an das andere, die Reaktionswärme aufnehmende Aggregat relativ viel Wärme wie beschrieben gezielt abgeführt werden. Dies schützt einen katalytischen boil-off-Verwerter vor thermischer Überlastung, die ungünstigstenfalls zu dessen Zerstörung führen könnte.
Die gezielte Wärmeabfuhr von der genannten Verbrennungs-Vorrichtung zur Brennkraftmaschine oder einem anderen Aggregat (bspw. Wärmetauscher) kann wegen der hohen Übertragungsrate insbesondere durch Wärmeleitung erfolgen. Als variabler thermischer Kontakt empfiehlt sich die Wärmeübertragung über ein oder mehrere Wärmerohr(e), sog. heat-pipe(s). Dabei ist der besagte variable thermische Kontakt durch ein schaltbares Wärmerohr realisiert, was grundsätzlich bekannt ist. Ermöglicht wird somit ein gezieltes Wärmemanagement, wobei dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets kann die Reaktionswärme des sog. boil-off-Verwerters über einen großen Zeitraum von der Brennkraftmaschine oder einem Wärmetauscher oder dgl. aufgenommen, gespeichert und langsam wieder abgegeben werden, so dass die Gefahr einer Überhitzung von Bauteilen am Fahrzeug oder in der unmittelbaren Umgebung der besagten Verbrennungs-Vorrichtung ausgeschlossen ist. Ferner kann die in der Verbrennungs-Vorrichtung entstehende Reaktionswärme wie beschrieben genutzt werden.

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Kryo-Tank zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine sowie mit einer Vorrichtung zur Verbrennung von boil-off-Gas aus dem Kryo-Tank, wobei zumindest ein Teil der bei der Verbrennung von boil-off-Gas freiwerdenden Abwärme gezielt an die Brennkraftmaschine oder ein weiteres Aggregat des Fahrzeugs abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorrichtung zur Verbrennung von boil-off-Gas und einem Gehäuse der Brennkraftmaschine oder dem weiteren Aggregat ein variabler thermischer Kontakt in Form eines schaltbaren Wärmerohrs vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Aggregat ein ohnehin vorhandener Wärmetauscher entweder zur Kühlung der Brennkraftmaschine oder zur Klimatisierung eines Fahrzeug-Innenraumes ist.