DE112019004631T5

DE112019004631T5 - Entlüftungsanordnung für ein Fahrzeug mit Flüssigerdgastanks

Info

Publication number: DE112019004631T5
Application number: DE112019004631.4T
Authority: DE
Inventors: Marcus Gralde
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-06-02
Also published as: SE543073C2; BR112021006776A2; SE1851343A1; WO2020091652A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entlüftungsanordnung (20) für ein Fahrzeug (1), welches ein Kraftstoffsystem aufweist, das mit Flüssigerdgas betrieben wird. Das Fahrzeug (1) hat ein Paar von Kryotanks (10, 10') zum Speichern von Flüssigerdgas, wobei die Tanks am Fahrgestell (4) des Fahrzeuges (1) angebracht sind. Die Entlüftungsanordnung (20) hat eine Entlüftungsrohrleitung (16), die mit den Tanks (10, 10') verbunden ist und einen Entlüftungsverbinder (15) aufweist mit einem Sperrventil (25), welches eingerichtet ist, aus den Kryotanks (10, 10') Dampf abzulassen. Jeder der Tanks (10, 10') ist über die Entlüftungsrohrleitung (16) an den Entlüftungsverbinder (14) angeschlossen, wobei die Entlüftungsrohrleitung (16) auch ein Paar von Hand-Ventilen (14, 14') aufweist, die jeweils an einem zugeordneten Tank (10, 10') angeschlossen sind und die zwischen dem zugeordneten Tank (10, 10') und dem Entlüftungsverbinder (14) angeordnet sind, sowie ein Paar von Sperrventil-einrichtungen (17, 17'). Jede der Sperrventileinrichtungen (17, 17') ist zwischen einem zugeordneten Hand-Ventil (14, 14') und dem Entlüftungsverbinder (15) angeordnet und eingerichtet, eine Strömung von Dampf aus dem Tank (10, 10') bei einem ersten vorgegebenen Druck zu erlauben und eine Strömung von Dampf in den Tank (10, 10') bei einem zweiten vorgegebenen Druck zu erlauben, wobei der erste vorgegebene Druck kleiner ist als der zweite vorgegebene Druck.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entlüftungsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Kraftstoffsystem, welches mit flüssigem Erdgas (LNG) betrieben wird, und sie betrifft ein Fahrzeug mit der Anordnung gemäß den Definitionen in den beigefügten Patentansprüchen.
STAND DER TECHNIK
Erdgas, welches hauptsächlich Methan aufweist, kann als Kraftstoff für Fahrzeuge eingesetzt werden, z.B. für Schwerlastfahrzeuge, wie Lastkraftwagen oder Busse. Das Fahrzeug hat ein Kraftstoffsystem, welches eingerichtet ist, das Erdgas entweder in komprimiertem Zustand (CNG) oder als flüssiges Erdgas (LNG) einzusetzen. Flüssigerdgas wird bei tiefen Temperaturen gespeichert, etwa bei -120°C im Inneren eines Kryotanks, welcher am Fahrgestell eines Fahrzeuges angebracht ist. Der Tank enthält sowohl die flüssige als auch die gasförmige Phase des Flüssigerdgases und im Tank ist ein Druck im Bereich von 10-16 bar gegeben. Anstelle einer Pumpe kann der Dampfdruck hauptsächlich eingesetzt werden, um den Motor mit Kraftstoff zu versorgen.
Der Kryotank ist ein thermisch stark isoliertes System mit zwei Behältern, einem ersten, inneren Behälter und einem zweiten, äußeren Behälter. Der innere Behälter ist vom äußeren Behälter umgeben und ein keramisches Material mit geringer Leitfähigkeit ist zwischen den Behältern angeordnet, um die Isolierung zu bewirken, wobei ein Vakuum zwischen den Behältern erzeugt ist. Durch Speicherung von Methan als Flüssigerdgas in einem Kryobehälter kann die Dichte des Kraftstoffes vergrößert werden. Die Dichte des Flüssigerdgases ist geringer als die Dichte von auf Erdöl basierenden Kraftstoffen, wie z.B. Diesel-Kraftstoff. Zwei Flüssigerdgas enthaltende Tanks werden deshalb häufig in Schwerlastfahrzeugen eingesetzt, einer auf jeder Seite des Fahrgestells des Fahrzeuges. Damit reicht der Flüssigerdgaskraftstoff bei zwei Tanks für Fahrstrecken von etwa 1000 km.
Um den Tank zu schützen und einen eingestellten Druck beizubehalten wird Dampf aus den Tanks abgelassen. Das Ablassen von Gas in der Dampfphase aus dem Speicherbehälter wird entlüften (ventilieren) genannt (der Begriff „Entlüftung“ ist hier im übertragenen Sinn zu verstehen und betrifft das Ablassen von dampfförmigem Erdgas). Die Geschwindigkeit des Druckaufbaus hängt ab von der Qualität der Isolierung und der Menge an Flüssigerdgas in dem Tank, z.B. baut sich der Druck langsamer auf, wenn mehr Kraftstoff gegeben ist. Die Tanks sind der Umgebungsluft ausgesetzt und je wärmer die Umgebungstemperatur ist, umso mehr Wärme wird zum Tank übertragen. Die Wirkung dieser Wärmezufuhr ist eine Erwärmung des Flüssigerdgases, was zur Verdampfung des Flüssigerdgases führt und damit den Druck im Inneren des Speicherbehälters ansteigen lässt. Das sich aus der Erwärmung ergebende, verdampfte Erdgas wird auch als Abdampfgas bezeichnet. Um einen zu starken Druck im Speichergefäß bei nicht laufendem Fahrzeugmotor zu vermeiden, ist der Kryotank mit einer Entlüftungseinheit versehen, die ein primäres Entlastungsventil und ein sekundäres Entlastungsventil aufweist. Das primäre Entlastungsventil öffnet, wenn der Druck im Speichergefäß einen tieferen ersten Schwellenwert überschreitet, beispielsweise bei etwa 16 bar, um Erdgas in der Dampfphase aus dem Speichergefäß abzulassen und dadurch den Druck darin abzusenken. Das sekundäre Entlastungsventil öffnet, wenn der Druck im Speicherbehälter einen höheren zweiten Schwellenwert überschreitet, beispielsweise bei etwa 24 bar, um Dampf abzulassen, z.B. Abdampfgas aus dem Speicherbehälter abzuführen, wenn das primäre Entlastungsventil eine Fehlfunktion aufweist.
Zum Füllen der Tanks wird ein Kraftstoffschlauch mit einem der Tanks verbunden und flüssiger Kraftstoff wird in den Tank gedrückt. Die Tanks können über Kraftstoffrohre miteinander verbunden sein. Der Tankdruck sollte vorzugsweise bei etwa 9-10 bar liegen, wenn die Auffüllung beginnt. Mit dem Füllen des Tanks steigt der Druck an und bei 16 bar wird der Füllvorgang gestoppt. Liegt der Druck höher als 9-10 bar, kann ein Entlüftungsverbinder zusätzlich eingesetzt werden zum Reduzieren des Druckes in den Tanks. Die Füll- und Entlüftungsverbinder können ein Sperrventil aufweisen, welches aktiviert wird bei Auftreten der Verbindung. Ist somit ein Entlüftungsverbinder mit einem Sperrventil versehen, dann kann das normalerweise das Austreten von Dampf in die Atmosphäre verhindernde Sperrventil so aktiviert werden, dass eine Entlüftung der Tanks über den Entlüftungsverbinder ermöglicht ist. Der Füllverbinder kann zusätzlich ein Sperrventil stromab eines Verbinders aufweisen, welches verhindert, dass Kraftstoff aus dem Tank ausleckt, wenn eine Fehlfunktion am Verbinder vorliegt. Der Entlüftungsverbinder kann aber auch kein zusätzliches Sperrventil aufweisen, da dies dann eine Strömung aus dem Tank blockieren würde. Stattdessen ist ein von Hand betätigbares Entlüftungsventil an jedem Tank angebracht, welches von Hand geöffnet werden muss. Sind beide von Hand betätigbaren Ventile bei Normalbetrieb offen, dann steht der Dampf in den Tanks in direktem Kontakt miteinander. Sind die Tanks getrennt, d.h. sind die von Hand zu betätigenden Ventile geschlossen, dann fällt der Druck in dem leeren Tank ab und Flüssigkeit wird stattdessen aus dem anderen Tank gezogen, was dann der gewünschte Betrieb des Kraftstoffsystems ist.
Die von Hand betätigbaren Ventile dienen als Sicherheitsanordnung für das Kraftstoffsystem, in dem Flüssigerdgas als Kraftstoff eingesetzt ist, jedoch besteht weiterhin ein Bedarf an einer Verbesserung der Sicherheit und an einer Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit von Entlüftungssystemen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Existierende Entlüftungsanordnungen haben Probleme und insbesondere gilt dies für mit den Entlüftungsanordnungen verwendeten, von Hand betätigten Ventilen. Beispielsweise müssen beim Füllen der Tanks von Hand betätigte Ventile (nachfolgend: Hand-Ventile) in Verbindung mit beiden Tanks für die Entlüftung der Tanks geöffnet werden. Nach Beendigung des Füllens müssen die Hand-Ventile geschlossen werden. Somit müssen die Hand-Ventile sowohl vor als auch nach dem Füllvorgang betätigt werden und dies gilt auch für jede Wartungsarbeit, was den Arbeitsaufwand erhöht. Weiterhin muss bei jedem Füllvorgang zwei Mal von der einen Seite des Fahrzeuges auf die andere Seite gegangen werden, was einen zusätzlichen Arbeitsschritt bedeutet und im Vergleich zu Diesel-Fahrzeugen das Auffüllen der Tanks aufwändig macht. Auch können Hand-Ventile verschmutzt sein und sie sind bisweilen auch schwer zu erreichen.
Werden die Ventile nach der Auffüllung nicht geschlossen, ist eine Dampfleitung zwischen den Tanks offen. Dies hat das Risiko eines Druckabfalls im Kraftstoffsystem zur Folge, beispielsweise dann, wenn Dampf nur aus einem leeren Tank abgezogen werden soll. Im Falle einer offenen Verbindung besteht auch Zugang zum Dampf des anderen Tanks. Dies bedeutet, dass ein Risiko besteht dahingehend, dass der gesamte Systemdruck reduziert wird anstelle eines Umschaltens vom leeren Tank zu dem anderen Tank.
Da die Ventile von Hand zu öffnen und zu schließen sind, besteht ein Risiko, dass die Bedienungsperson/der Techniker vergisst, die Ventile zu schließen, was wiederum das Risiko von Betriebsstörungen beträchtlich erhöht. Ist der Tank überfüllt, kann Flüssigkeit zwischen den Hand-Ventilen eingeschlossen werden. Werden die Hand-Ventile dann geschlossen, besteht ein Risiko, dass ein die Tanks verbindendes Rohr platzt.
Wenn bei Arbeiten in einer Werkstatt der Techniker vergisst, ein oder beide Hand-Ventile zu öffnen zum Entfernen und/oder Ablassen von Dampf, wird der Dampf über den „normalen“ Kanal freigesetzt, d.h. über einen Entlüftungsauslass, welcher hinter der Fahrerkabine des Fahrzeuges angeordnet sein kann, und das Ablassen/Entfernen erfolgt nicht über eine Entlüftungseinrichtung, die beim Auffüllen oder bei Wartungsarbeiten mit einem Entlüftungsverbinder verbunden werden kann. Dann erfolgt das Ablassen von hauptsächlich Methan im Inneren der Werkstatt, was höchst unerwünscht ist.
Obige Probleme werden überwunden durch die hier gegebene Lösung gemäß den beigefügten Patentansprüchen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entlüftungsanordnung für ein Fahrzeug, welches ein Kraftstoffsystem mit Flüssigerdgas aufweist. Das Fahrzeug hat ein Paar von Kryotanks zum Speichern von Flüssigerdgas, die am Fahrgestellt des Fahrzeuges angebracht sind. Die Entlüftungsanordnung hat eine Entlüftungsrohrleitung zum Entlüften der Tanks, wobei die Entlüftungsrohrleitung mit den jeweiligen Tanks verbunden ist, und wobei die Entlüftungsanordnung einen Entlüftungsverbinder aufweist mit einem Sperrventil, welches eingerichtet ist zum Abführen von Dampf aus den Kryotanks in die Atmosphäre. Jeder der Tanks ist an den Entlüftungsverbinder über die Entlüftungsrohrleitung angeschlossen, wobei die Entlüftungsrohrleitung ein Paar von Hand-Ventilen aufweist, die mit dem jeweils zugeordneten Tank verbunden sind und die zwischen dem jeweiligen Tank und dem Entlüftungsverbinder angeordnet sind. Die Entlüftungsrohrleitung hat weiterhin ein Paar von Sperrventileinrichtungen, wobei jede Sperrventileinrichtung zwischen dem jeweiligen Hand-Ventil und dem Entlüftungsverbinder angeordnet ist, um eine Strömung von Gas in der Dampfphase aus dem Tank bei einem ersten vorgegebenen Druck zu ermöglichen und eine Strömung von Gas in der Dampfphase in den Tank bei einem zweiten vorgegebenen Druck zu ermöglichen, wobei der erste vorgegebene Druck kleiner ist als der zweite vorgegebene Druck. Der erste vorgegebene Druck kann im Bereich von 0-1 bar liegen, jedoch liegt insoweit keine Einschränkung vor. Der zweite vorgegebene Druck kann beispielsweise im Bereich von 7-8 bar liegen, ist jedoch auch nicht hierauf eingeschränkt. Beispielsweise kann der zweite vorgegebene Druck 5-9 bar größer sein als der erste vorgegebene Druck.
Durch die Entlüftungsanordnung wird eine einfache und robuste Entlüftung der Tanks erreicht, wobei das Risiko von Betriebsstörungen aufgrund von Hand-Ventilen, die falsch eingestellt sind, minimiert ist. Auch ist das Risiko eines plötzlichen Druckabfalls in den Tanks minimiert, wodurch eine stabilere Kraftstoffversorgung zu dem gasbetriebenen Motor erreicht ist. Sind die Tanks überfüllt, stehen keine Rohre unter Überdruck. Auch kann eine zusätzliche Redundanz bezüglich der Druck-Entlastungsventile erreicht werden.
Die Sperrventileinrichtung kann zumindest ein Sperrventil aufweisen, welches eingerichtet oder konfiguriert ist zum Öffnen bei dem ersten oder bei dem zweiten vorgegebenen Druck. Durch Einsatz von zumindest einem Sperrventil kann eine einfache und robuste Sperrventilanordnung bereitgestellt werden. Die Sperrventileinrichtung kann zwei Sperrventile aufweisen, wobei ein Sperrventil eingerichtet ist, eine Strömung von Gas in der Dampfphase aus dem Tank zu ermöglichen, während das andere Sperrventil eingerichtet ist, eine Strömung von Gas in der Dampfphase in den Tank zu ermöglichen. Damit wird ebenfalls eine einfache und robuste Einrichtung bereitgestellt. Bei den Sperrventilen kann es sich um passive Ventile handeln. Dann besteht kein Bedarf an einer elektrischen Steuerung, so dass die Anordnung auch funktioniert, wenn im Fahrzeug keine elektrische Leistung zur Verfügung steht. Andererseits können die Sperrventile auch elektrisch aktiv steuerbar sein. Die aktiven Sperrventile können mit einem Steuersystem des Fahrzeuges verbunden sein sowie eingerichtet sein für eine Steuerung durch das Steuersystem. Damit wird eine genauere und anpassungsfähigere Sperrventileinrichtung bereitgestellt.
Die Hand-Ventile können eingerichtet sein für ein Öffnen/Schließen mittels eines Werkzeuges, welches für das Öffnen/Schließen der Ventile ausgebildet ist. Damit kann das Risiko vermindert werden, dass die Ventile in einer falschen Stellung belassen werden. Die Hand-Ventile können eingerichtet sein, bei Betrieb des Fahrzeuges eine offene Position einzunehmen, während bei Arbeiten am Entlüftungsverbinder des Fahrzeuges sie eine geschlossene Position einnehmen. Auf diese Weise brauchen die Ventile bei Normalbetrieb und beim Füllen der Tanks nicht aktiviert zu werden, so dass die Entlüftungsanordnung weniger arbeitsaufwändig ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer Entlüftungsanordnung, wie sie oben beschrieben ist.
Weitere Merkmale und Vorteile werden nachfolgend mit Blick auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Entlüftungsanordnung gemäß der vorliegenden Beschreibung in Seitenansicht;
2 zeigt schematisch den Funktionsplan der Entlüftungsanordnung gemäß der vorliegenden Beschreibung; und
3 zeigt schematisch ein Hand-Ventil und ein Werkzeug zum Öffnen des Ventils.

BESCHREIBUNG VON EINZELHEITEN
Ein Beispiel für ein Fahrzeug 1 ist gemäß 1 ein Schwerlastwagen mit einem Kraftstoffsystem, welches mit Flüssigerdgas (LNG) betrieben wird. Das Fahrzeug 1 hat ein Fahrgestell 4, welches vorne eingerichtet ist zum Abstützen einer Fahrerkabine 5 und welches hinten eine Ladeeinrichtung (nicht dargestellt) abstützt. Das Fahrzeug 1 ist mit einem Gasmotor 2 ausgerüstet, welcher die angetriebenen Räder 8 des Fahrzeuges über ein Getriebe 6 und eine Kardanwelle 7 antreibt. Der Motor 2 wird betrieben mit Flüssigerdgaskraftstoff, welcher zugeführt wird von einem Kryotank 10, der einen Speicherbehälter 11 aufweist, in dem verflüssigtes Erdgas gespeichert ist, welches als Kraftstoff für den Motor eingesetzt wird.
Das Fahrzeug kann zumindest zwei Kryotanks 10, 10' (siehe 2) aufweisen, jeweils einen auf jeder Seite des Fahrgestells 4, an dem die Tanks 10, 10' mittels geeigneter Befestigungsmittel 9 angebracht sind, wobei es sich beispielsweise um Metallbänder handeln kann, aber insoweit keine Einschränkung besteht. Die Kryotanks 10, 10' sind mit einer Entlüftungsanordnung 20 versehen, die mit den Kryotanks 10, 10' verbunden ist, welche Speicherbehälter 11, 11' aufweisen.
Die Speicherbehälter weisen weiterhin ein primäres Entlastungsventil (nicht dargestellt) und ein sekundäres Entlastungsventil (nicht dargestellt) auf. Das primäre Entlastungsventil öffnet, wenn der Druck in dem Speicherbehälter 11 einen unteren ersten Schwellenwert überschreitet, beispielsweise bei etwa 16 bar, um Abdampfgas freizugeben, also Erdgas in der Dampfphase, welche entsteht, wenn die Temperatur im Speicherbehälter 11 ansteigt, wobei das dampfförmige Gas aus dem Speicherbehälter 11 abgelassen wird und somit der Druck im Behälter gemindert wird. Das sekundäre Entlastungsventil öffnet, wenn der Druck im Speicherbehälter 11 einen höheren zweiten Schwellenwert überschreitet, beispielsweise im Bereich von 24 bar, um Abdampfgas aus dem Speicherbehälter 11 in einer Situation freizusetzen, in der das primäre Entlastungsventil Funktionsstörungen aufweist. Die Kryotanks 10, 10' sind mit einem Entlüftungsauslass 13 verbunden, welcher mit dem primären Entlastungsventil verbunden ist, wobei über das erste Entlastungsventil aus dem Speicherbehälter 11 freigegebenes Abdampfgas den Kryotank 10 über diesen Entlüftungsauslass 13 verlässt, welcher hinter der Kabine 5 des Fahrzeuges angeordnet sein kann.
Das Fahrzeug hat weiterhin eine Entlüftungsanordnung 20 gemäß der vorliegenden Beschreibung, in der ein Hand-Ventil 14, 14' für den jeweiligen Tank 10, 10' vorgesehen ist. Unter einem Hand-Ventil ist hier ein Ventil zu verstehen, welches von Hand oder mittels eines Werkzeuges zu betätigen ist, d.h. ein Ventil, welches nicht automatisch oder elektrisch betätigt wird. Die Hand-Ventile 14, 14' sind mit den Tanks 10, 10' beispielsweise über ein Ventil-Zwischenstück 12 verbunden. Die Hand-Ventile sind zu öffnen, um die Tanks beim Auffüllen und/oder bei Wartungsarbeiten zu entlüften (Dampf/Gas zu entfernen). Die Entlüftungsanordnung hat weiterhin einen Entlüftungsverbinder 15 mit einem Sperrventil 25 (siehe 2). Der Entlüftungsverbinder 15 ist angeordnet in einer Entlüftungsrohrleitung 16 zwischen den Hand-Ventilen 14, 14' und er wird eingesetzt zum Entlüften der Tanks beispielsweise beim Auffüllen der Tanks.
Zum Auffüllen der Tanks 10, 10' kann ein Kraftstoffanschluss (nicht dargestellt) mit einem der Tanks verbunden werden und Flüssigkraftstoff wird in den Tank gedrückt. Die Tanks sind über Leitungen miteinander verbunden und werden deshalb gleichermaßen gefüllt. Der Tankdruck kann beispielsweise bei etwa 9-10 bar liegen, wenn der Füllvorgang beginnt und er wird mit zunehmender Tankfüllung ansteigen und bei etwa 16 bar wird der Füllvorgang gestoppt. Ist der Druck höher als 9-10 bar, kann der Entlüftungsverbinder 15 eingesetzt werden zum Reduzieren des Druckes in den Tanks. Der Entlüftungsverbinder 15 kann das Sperrventil 25 (siehe 2) aufweisen, welches betätigt wird bei Verbindung mit einem Entlüftungswerkzeug zum Entlüften. Der Kraftstoffanschluss kann zusätzlich ein zweites Sperrventil aufweisen, welches verhindert, dass Treibstoff aus dem Tank ausleckt, wenn eine Funktionsstörung bei dem Verbinder vorliegt. Durch Anschließen des Entlüftungswerkzeuges kann die Entlüftung (das Ablassen) von Gas in der Dampfphase in kontrollierter Weise über den Entlüftungsverbinder ausgeführt werden.
2 zeigt die Entlüftungsanordnung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung mit weiteren Einzelheiten. Die Entlüftungsanordnung 20 hat den oben genannten Entlüftungsverbinder 15, der das Sperrventil 25 aufweist, welches bei Normalbetrieb geschlossen ist und deshalb Redundanz vermittelt bezüglich des Entweichens von Abdampfgas über den Entlüftungsverbinder. Vielmehr kann Abdampfgas entlüftet werden über den Entlüftungsauslass 13, wenn die Temperatur in den Tanks ansteigt. Bei beispielsweise einem Füllen des Tanks und/oder Wartungsarbeiten kann das Sperrventil 25 aktiviert werden durch Anbringen eines Verbinders oder eines Verbindungswerkzeuges (nicht dargestellt), welcher bzw. welches dem Sperrventil entspricht und damit kann das Sperrventil 25 aktiviert werden, so dass es öffnet und ermöglicht, dass Dampf aus den Tanks 10, 10' abgelassen wird.
Zum Entlüften der Tanks bei beispielsweise Wartungsarbeiten werden die mit jedem Tank 10, 10' verbundenen Hand-Ventile 14, 14' geöffnet, so dass der Druck im Inneren der Tanks abgesenkt wird, falls dies erwünscht ist. Die Hand-Ventile sind normalerweise beim Betrieb des Fahrzeuges geschlossen und werden bei den Wartungsarbeiten geöffnet. Wenn nach den Wartungsarbeiten beide Hand-Ventile 14 bei Normalbetrieb offengelassen werden, besteht eine Gefahr, dass dampfförmiges Gas in den Tanks direkt miteinander in Kontakt steht. Es besteht somit die Gefahr eines Druckabfalls im Kraftstoffsystem, was Probleme hinsichtlich der Kraftstoffversorgung zur Folge haben kann. Sind die Tanks getrennt, d.h. sind die Hand-Ventile geschlossen, dann fällt der Druck im leeren Tank ab und Flüssigkeit kann aus dem anderen Tank abgezogen werden. Das ist die bestimmungsgemäße Funktion des Treibstoffsystems ohne Pumpe.
Im Einsatz wird Flüssigkeit über ein Flüssigkeitsrohr 29, 29' im Inneren des jeweils zugeordneten Tanks 10, 10' abgezogen, wobei das genannte Rohr am Boden angeordnet ist, während Dampfrohre 28, 28' und Füllrohre 26, 26' im oberen Bereich des Tanks positioniert sind. Die Tanks liefern flüssigen Kraftstoff zur Motorversorgung 33 stromab der Tanks, wenn der Druck unter 10 bar liegt, während Dampf geliefert wird, wenn der Druck über 10 bar liegt. Dies stellt sicher, dass der Druck in den Tanks nicht zu stark abfällt, was zu Drehmomenteinschränkungen führt oder, wenn der Druck unter einen Minimaldruck abfällt, zu einem Zustand „Fahrzeug von der Straße“ (VOR), d.h. einem Betriebsstopp für das Fahrzeug. An den Tanks 10, 10' ist jeweils ein Einstellventil 27 bzw. 27' angeschlossen. Das Einstellventil kann beispielsweise ein synchronisierter Economiser sein und er steuert, ob Flüssigkeit oder Dampf von dem jeweiligen Tank 10 zugeführt wird entsprechend dem Tankdruck. Wird Flüssigkeit aus dem Tank gezogen und wird der Tank entleert, dann wird stattdessen Dampf abgezogen. Die Tanks 10, 10' können auch einen Flüssigkeitspegelsensor aufweisen und die Treibstoffversorgung kann zusätzlich oder andererseits basieren auf dem Flüssigkeitspegel in dem jeweiligen Tank 10, 10'. Die Flüssigkeitspegelsensoren können an eine Steuereinrichtung des Fahrzeuges angeschlossen sein und die Einstellventile können gesteuert werden auf Basis des detektierten Flüssigkeitspegels. In 2 ist der Tank 10 nahezu leer und der Flüssigkeitspegel 22 liegt unter einem Wert, bei dem das Flüssigkeitsrohr 29 in das flüssige Erdgas reicht. Somit wird Dampf über die Versorgungsleitung 30 der Motorversorgung 33 zugeführt. Fällt der Druck unter einen vorgegebenen Druckwert, z.B. 9 bar, was mit einem Drucksensor 31 in der Motorversorgungsleitung 33 gemessen werden kann, unterbricht das automatische Sperrventil stromab des Einstellventils 27 die Strömung aus dem Tank 10 und stattdessen wird Treibstoff aus dem Tank 10' auf der rechten Seite bereitgestellt, in dem ein höherer Pegel des flüssigen Erdgases vorliegt, wobei die Zufuhr über die Versorgungsleitung 30' erfolgt. Das Sperrventil und die Einstellventile können aktive Ventile sein, d.h. elektronisch über eine Steuereinheit des Fahrzeuges steuerbar sein. Die Steuereinheit kann das automatische Absperrventil steuern auf Basis eines Druckwertes, der mit einem Drucksensor 31 gemessen wird. Fällt deshalb der Druck des Tanks 10 unter einen vorgegebenen Wert, z.B. 9 bar, ist das Steuersystem eingerichtet zum Erzeugen eines Signals an das Sperrventil zum Sperren des Sperrventils 23, wodurch flüssiges Erdgas aus dem Tank 10' zugeführt wird.
Kraftstoff sollte grundsätzlich gleichmäßig aus jedem Tank abgezogen werden, da aber die Rohrlängen von den Tanks verschieden sind und die Ventile gewisse Toleranzen aufweisen, ergibt sich in Praxis, dass einer der Tanks häufig mehr eingesetzt wird als der andere Tank und somit zuerst leer ist, woraufhin der andere Tank entleert wird. Befindet sich das Fahrzeug in einer Werkstatt für Wartungs- oder Reparaturzwecke, dann sollte sichergestellt sein, dass Abdampfgas nicht in die Werkstatt entlüftet wird. Um zu vermeiden, dass Gas in die Werkstatt eintritt, kann ein Entlüftungswerkzeug an den Entlüftungsverbinder 15 angepasst sein, welches ermöglicht, dass die Entlüftung zu einer gewünschten Zeit und an einem gewünschten Ort stattfindet. Die Hand-Ventile müssen dann geöffnet sein, damit das Werkzeug Gas aus den Tanks 10, 10' über die Entlüftungsanordnung 20 freisetzen kann.
Mit der vorliegenden Erfindung werden mit dem Einsatz von Hand-Ventilen verbundene Probleme mittels der hier beschriebenen Entlüftungsanordnung 20 verringert. Jeder der Tanks 10, 10' ist über eine Entlüftungsrohrleitung 16 an den gemeinsamen Entlüftungsverbinder 15 angeschlossen, wobei die Entlüftungsrohrleitung 16 eingerichtet ist zum Entlüften der Tanks 10, 10' und an den jeweiligen Tank angeschlossen ist. Die Entlüftungsrohrleitung 16 erstreckt sich zwischen den Tanks 10, 10' und verbindet die Tanks 10, 10' und deren Speicherbehälter 11, 11' und sie hat den Entlüftungsverbinder 15 zwischen den Tanks. Der Entlüftungsverbinder 15 hat das Sperrventil 25, welches eingerichtet ist zum Abführen von Gas in der Dampfphase, d.h. der Dampfphase des Erdgases, aus den Kryotanks am Ort, wo die Füllung der Tanks stattfindet. Das Sperrventil 25 kann betätigt werden zum Ablassen von Dampf durch Anbringen eines Werkzeuges (nicht dargestellt), welches angepasst ist für die Betätigung des Sperrventils 25 und so das Sperrventil 25 öffnet. Die Entlüftungsrohrleitung 16 hat ein Paar von Hand-Ventilen 14, 14', wie oben beschrieben, welche an die jeweiligen Tanks 10, 10' angeschlossen sind und welche zwischen dem jeweiligen Tank und dem Entlüftungsverbinder 15 positioniert sind, z.B. in dem Ventil-Zwischenstück 12 (siehe 1 und 3). Die Entlüftungsrohrleitung 16 hat weiterhin ein Paar von Sperrventileinrichtungen 17, 17', wobei jede der Sperrventileinrichtungen 17, 17' zwischen dem jeweils zugeordneten Hand-Ventil 14 bzw. 14' und dem Entlüftungsverbinder 15 angeordnet ist, damit dampfförmiges Erdgas bei einem ersten vorgegebenen Druck aus dem Tank strömen kann, während bei einem zweiten vorgegebenen Druck dampfförmiges Erdgas in den Tank strömen kann, wobei der erste vorgegebene Druck kleiner ist als der zweite vorgegebene Druck. Mit dieser Entlüftungsanordnung müssen die Hand-Ventile nicht bei Normalbetrieb des Fahrzeuges einschließlich einer Auffüllung der Tanks mit Kraftstoff betätigt werden, weil die Hand-Ventile sich immer in der Offenposition befinden können. Beim Füllen von Kraftstoff in die Tanks muss also die Bedienungsperson niemals die Hand-Ventile aktivieren, was das Treibstoffsystem wenig fehleranfällig macht. Die Gefahr von Betriebsstörungen oder eines Betriebsstopps aufgrund von Fehlstellungen der Hand-Ventile ist beträchtlich reduziert. Die Hand-Ventile müssen nur geschlossen werden, wenn der Entlüftungsverbinder 15 Wartungsarbeiten erfordert und entfernt ist. In diesem Fall müssen auch die Ventile in den Ventileinrichtungen 17, 17' geschlossen werden.
Der erste vorgegebene Druck kann wunschgemäß festgelegt werden, er sollte jedoch beispielsweise im Bereich von 0-1 bar liegen, wobei jedoch insoweit keine Einschränkung gegeben ist. Der zweite vorgegebene Druck ist größer als der erste vorgegebene Druck, kann jedoch so festgelegt werden, dass die Druckdifferenz zwischen den Tanks nicht zu groß wird, beispielsweise kann sie im Bereich von 7-8 bar liegen, jedoch liegt auch insoweit keine Einschränkung vor. Somit ist das für eine Strömung aus dem Tank heraus öffnende Sperrventil so eingestellt, dass es bei einem sehr geringen Gegendruck öffnet, um die Entlüftung sicher zu ermöglichen. Das Sperrventil, welches für eine Strömung in den Tank hinein öffnet, ist jedoch höher eingestellt, beispielsweise auf etwa 7-8 bar, was bedeutet, dass die Druckdifferenz zwischen den Tanks nicht größer werden kann als 7-8 bar. Sollte deshalb ein Tank zuerst leer werden, dann wird die Differenz zwischen den Tanks kleiner und somit findet keine Strömung statt. Sollte ein Tank leerlaufen, dann reduziert der andere Tank nur seinen Druck auf 7-8 bar, entleert sich aber nicht weiter. Auch wenn dies geschieht, ist das Kraftstoffsystem weiter in der Lage, volle Leistung zu liefern. Die Sperrventile ergeben eine doppelte Redundanz bezüglich der Druck-Entlastungsventile, da die Entlastungsventile des anderen Tanks eingesetzt werden, trotz einer gestiegenen Druckdifferenz von 7-8 bar aufgrund des Sperrventils. Sollte das primäre Entlastungsventil nicht funktionieren und nicht öffnen, dann ist beim Stand der Technik keine Redundanz bezüglich des Tanks gegeben. Durch die Hinzufügung der oben beschriebenen Sperrventile ist bei 24 bar, wo das sekundäre Entlastungsventil öffnen sollte, auch das primäre Ventil des anderen Tanks nahe am Öffnungszustand (24 -8 = 16 bar). Bei 32 bar öffnet das sekundäre Entspannungsventil des anderen Tanks, sollten beide primären Entspannungsventile und ein sekundäres Entspannungsventil nicht funktionieren.
2 zeigt ein Beispiel für die Sperrventileinrichtung 17, 17'. Jede der Sperrventileinrichtungen 17, 17' hat zwei Sperrventile 171, 172 bzw. 171', 172'. Die ersten Sperrventile 171, 171' sind eingerichtet, eine Strömung von Dampf aus dem Tank zuzulassen, während die zweiten Sperrventile 172, 172' eingerichtet sind, eine Strömung von Dampf in den Tank zuzulassen. Die ersten Sperrventile 171, 171' sind eingerichtet, eine Strömung von Dampf aus dem Tank bei einem ersten vorgegebenen Druck zuzulassen, welcher bei 0-1 bar liegen kann. Die zweiten Sperrventile 172, 172' sind eingerichtet, eine Strömung von Dampf in den Tank zuzulassen bei einem zweiten vorgegebenen Druck, der bei 7-8 bar liegen kann. Somit ist der erste vorgegebene Druck kleiner als der zweite vorgegebene Druck, was eine Entlüftung der Tanks ermöglicht, während die Druckdifferenz zwischen den Tanks auf einem hohen Wert gehalten werden kann. Jedes der Sperrventile 171, 172; 171', 172' ist eingerichtet, bei dem ersten und/oder zweiten vorgegebenen Druck zu öffnen. Jedes der Sperrventile 171, 172; 171', 172' kann beispielsweise eine Feder aufweisen oder es könnte eine andere mechanische Lösung eingesetzt werden, wie eine druckempfindliche Membran, solange nur das Ventil bei dem gewünschten Druck öffnet. Die Sperrventile dieses Typs sind passive Ventile, welche einfach und robust sind. Die Sperrventile 171, 172; 171', 172' können andererseits auch elektrisch steuerbar sein, d.h. sogenannte aktive Ventile. Die elektrisch steuerbaren Sperrventile können an eine Steuereinrichtung des Fahrzeuges angeschlossen sein und der Eingangs-/Ausgangsdampfdruck kann mittels eines Drucksensors gemessen werden, der stromauf oder stromab der Sperrventileinrichtung angeordnet ist zum Messen des Druckes stromauf oder stromab der Sperrventileinrichtung. Die doppelten Sperrventile 171, 172; 171', 172' stellen sicher, dass bei einer Überfüllung eine Expansion des sich erwärmenden Kraftstoffes nicht verhindert ist. Weiterhin ist sichergestellt, dass keine Rohre unter zu hohem Druck stehen, was Betriebsstörungen oder sogar einen Stopp des Fahrzeuges bewirken könnte.
Die Hand-Ventile 14, 14' können eingerichtet sein, geöffnet/geschlossen zu werden mittels eines Werkzeuges 141, welches angepasst ist für ein Öffnen/Schließen der Ventile, wie schematisch in 3 dargestellt ist. Beispielsweise kann ein Rad 142 der Hand-Ventile 14, 14' so gestaltet sein, dass ein passendes Werkzeug das jeweilige Rad passgenau fassen kann. Das Werkzeug und die Hand-Ventile können also so gestaltet sein, dass eine Passung gegeben ist zwischen den in Eingriff kommenden Teilen derart, dass das Werkzeug das Rad des Hand-Ventils drehen kann. Dies reduziert die Möglichkeit einer unbeabsichtigten Schließung des Hand-Ventils. Wie oben beschrieben, sind bei Betrieb des Fahrzeuges die Hand-Ventile in einer offenen Stellung, während sie bei Wartungsarbeiten am Entlüftungsverbinder des Fahrzeuges in einer geschlossenen Stellung sind. Nur dann, wenn Bedarf an Wartungsarbeiten am Entlüftungsverbinder gegeben ist, ist es erforderlich, die Hand-Ventile 14, 14' oder die Ventile der Sperrventileinrichtungen 17, 17' zu schließen. Dies bedeutet auch, dass die Gefahr einer Entladung von Abdampfgas über den Entlüftungsauslass 13 hinter der Fahrerkabine in die Werkstatt reduziert ist, da die Hand-Ventile bereits geöffnet sind.
Die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient erläuternden und erklärenden Zwecken. Sie ist nicht erschöpfend und sie schränkt die Erfindung auch nicht auf die beschriebenen Varianten ein, vielmehr sind die Grenzen der Erfindung durch den Umfang der beigefügten Patentansprüche gegeben. Viele Abwandlungen und Änderungen sind der Fachperson offensichtlich. Die Ausführungsbeispiele wurden gewählt und näher beschrieben, um die Grundlagen der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen bestmöglich darstellen zu können und es somit einer Fachperson zu ermöglichen, die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsformen mit den möglichen Abwandlungen gemäß dem gewünschten Einsatz zu verstehen.

Claims

Entlüftungsanordnung (20) für ein Fahrzeug mit einem Kraftstoffsystem, welches mit Flüssigerdgas betrieben wird, wobei das Fahrzeug ein Paar von Kryotanks (10, 10') aufweist zum Speichern des Flüssigerdgases, die am Fahrgestell des Fahrzeuges angebracht sind, und wobei die Entlüftungsanordnung eine Entlüftungsrohrleitung (16) aufweist, die eingerichtet ist zum Entlüften der Tanks und die an die jeweiligen Tanks angeschlossen ist und wobei die Entlüftungsrohrleitung (16) einen Entlüftungsverbinder (15) aufweist mit einem Sperrventil (25), das eingerichtet ist zum Ablassen von Dampf aus den Kryotanks (10, 10') in die Atmosphäre, wobei jeder der Tanks mit dem Entlüftungsverbinder (15) über die Entlüftungsrohrleitung verbunden ist, welche ein Paar von Hand-Ventilen (14, 14') aufweist, die jeweils mit einem zugeordneten Tank (10, 10') verbunden sind und zwischen dem zugeordneten Tank (10, 10') und dem Entlüftungsverbinder (15) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsrohrleitung (16) weiterhin ein Paar von Sperrventileinrichtungen (17, 17') aufweist, von dem jede der Sperrventileinrichtungen (17, 17') zwischen dem zugeordneten Hand-Ventil (14, 14') und dem Entlüftungsverbinder (15) angeordnet ist und eingerichtet ist, eine Strömung von Dampf aus dem Tank heraus bei einem ersten vorgegebenen Druck zu ermöglichen und eine Strömung von Dampf in den Tank hinein bei einem zweiten vorgegebenen Druck zu ermöglichen, wobei der erste vorgegebene Druck kleiner ist als der zweite vorgegebene Druck.
Entlüftungsanordnung (20) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorgegebene Druck im Bereich von 0-1 bar liegt.
Entlüftungsanordnung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vorgegebene Druck im Bereich von 7-8 bar liegt.
Entlüftungsanordnung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrventileinrichtung (17, 17') zumindest ein Sperrventil (171, 172; 171', 172') aufweist, welches eingerichtet ist bei dem ersten oder dem zweiten vorgegebenen Druck zu öffnen.
Entlüftungsanordnung (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Sperrventileinrichtungen (17, 17') zwei Sperrventile (171, 172; 171', 172') aufweist, wobei ein Sperrventil (171, 171') eingerichtet ist eine Strömung von Dampf aus dem Tank heraus zu ermöglichen, während das andere Sperrventil (172, 172') eingerichtet ist, eine Strömung von Dampf in den Tank hinein zuzulassen.
Entlüftungsanordnung (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrventile (171, 172; 171', 172') passive Ventile sind.
Entlüftungsanordnung (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrventile (171, 172; 171', 172') elektrisch steuerbare aktive Ventile sind.
Entlüftungsanordnung (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hand-Ventile (14, 14') eingerichtet sind mittels eines Werkzeuges (141) geöffnet/geschlossen zu werden, wobei das Werkzeug für das Öffnen/Schließen der Ventile (14, 14') angepasst ist.
Entlüftungsanordnung (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hand-Ventile (14, 14') eingerichtet sind für eine offene Stellung während des Betriebs des Fahrzeuges und für eine geschlossene Stellung während Wartungsarbeiten am Entlüftungsverbinder (15) des Fahrzeuges (1).
Fahrzeug (1) mit der Entlüftungsanordnung (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9.