EP2997247A1 - System zur verdampfung von verflüssigtem erdgas (lng) - Google Patents

System zur verdampfung von verflüssigtem erdgas (lng)

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EP2997247A1
EP2997247A1 EP14714684.9A EP14714684A EP2997247A1 EP 2997247 A1 EP2997247 A1 EP 2997247A1 EP 14714684 A EP14714684 A EP 14714684A EP 2997247 A1 EP2997247 A1 EP 2997247A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine
heat
lng
vehicle
refrigerant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14714684.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Huber
Simon Weissenmayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
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    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • LNG Liquefied natural gas
  • the present invention relates to a system for liquefied natural gas (LNG) evaporation in a vehicle having a natural gas powered engine.
  • LNG liquefied natural gas
  • An exhaust heat engine may be used to recover a portion of the heat energy of the exhaust of a vehicle and thereby increase the efficiency of the engine, especially trucks. With this exhaust heat engine can be saved about 5% fuel.
  • Natural gas vehicle Natural gas vehicle
  • natural gas vehicle natural gas vehicle or English “Natural Gas Vehicle” (NGV) or "CNG Vehicle”
  • NVG Natural Gas Vehicle
  • CNG Compressed Natural Gas
  • a treated natural gas and air mixture is burnt.
  • the natural gas (CNG) is compressed to about 200 bar and stored.
  • a combustion engine is a conventional gasoline engine (gasoline engine).
  • gasoline engine gasoline engine
  • DING engine Direct Injection Natural Gas
  • Liquefied Natural Gas (LNG) is increasingly being used as a fuel for trucks, especially in the US and Asia.
  • Natural gas is in liquefied form and is vaporized during removal from the vehicle tank.
  • the evaporator is heated with coolant liquid from the engine's cooling circuit.
  • Natural gas whose main component is methane, can be burned very clean. Compared to gasoline vehicles, less carbon dioxide, less carbon monoxide and less hydrocarbons are produced. In comparison to diesel vehicles, less carbon monoxide, less hydrocarbons, less nitrogen oxides and almost no soot particles are produced.
  • Natural gas for driving motor vehicles can also be obtained very easily from biogas by treatment. Bio natural gas and fossil natural gas can then be mixed. Bio natural gas can be obtained, for example, from spoiled food or other biological waste. Regenerative energy production with natural gas is therefore not directly in competition with food production (problematic of other biofuels). Natural gas is one of the few regenerative energy sources that can be stored for a long time (over several months) and will thus play an increasingly important role in vehicle propulsion in the future.
  • the energy lost from the warming of LNG should be at least partially recovered in order to improve the energy balance of a natural gas vehicle.
  • the invention proposes a system for vaporizing liquefied natural gas (hereinafter "LNG”) in a vehicle having a natural gas-powered engine according to claim 1.
  • LNG liquefied natural gas
  • the inventive system comprises an evaporator for LNG and a heat engine, in particular exhaust heat engine for recovering heat energy of exhaust gas of the vehicle.
  • the evaporator for LNG is now coupled to the heat engine, wherein the heat engine has a condenser for condensing a refrigerant and this condenser is in operative connection with the evaporator for LNG for heat exchange.
  • the line of the refrigerant can be led around or else through the evaporator for LNG or the line for LNG can be led around or through the condenser or both lines can be guided along one another in a heat-exchanging manner.
  • the heat exchange can take place via a further medium.
  • the heat engine can ideally be described as a Carnot process in which the exhaust gas supplies a first amount of heat to the refrigerant of the heat engine, this heat exchange takes place via an evaporator, which evaporates the refrigerant. At high temperature and high pressure, the steam is used to operate an expansion machine. This creates electrical and / or mechanical energy. In this way, a part of the heat energy of the exhaust gas can be recovered.
  • the refrigerant is then fed to a condenser where it is condensed, whereupon it is returned to the evaporator by means of a pump.
  • the Evaporator, and Tu is the lower temperature, that is, the temperature of the refrigerant in the condenser represents. It can be seen from the formula that the efficiency can be increased when the lower temperature Tu is lowered. This achieves the invention. Due to the thermal coupling of the capacitor with the Evaporator for LNG, a lowering of the lower temperature Tu can be achieved. Thus, the heat engine can be operated more effectively. In addition, according to the invention, part of the energy used for liquefying the natural gas can be recovered. The overall efficiency of the system according to the invention is thus higher than that of the exhaust gas
  • the system according to the invention is particularly suitable for natural gas-powered motor vehicles, in particular for trucks (trucks). Namely, it is preferable to use the evaporative refrigeration to keep the LNG in the liquid state. This is particularly successful in the operation of vehicles without long interruptions, as is the case for example with trucks.
  • a first and a second stage of the heat exchange can be realized, in principle, either one of the two stages can be used in the operation of the system and thus the vehicle or one of the two stages of each other stage can be upstream.
  • Condenser and the said (engine) coolant circuit on the other hand designed such that the refrigerant of the heat engine is in a first stage with the (engine) cooling circuit and in a second stage with the evaporator for LNG for heat exchange in operative connection.
  • the first stage preceded by the second stage, wherein both stages are passed through.
  • the refrigerant is cooled in two stages in order to use the cold energy of LNG more targeted.
  • the refrigerant is cooled and partially condensed with the cooling water of the (engine) cooling circuit as much as possible.
  • the refrigerant in the LNG evaporator is then completely condensed.
  • the heat engine has a bypass line which directs the refrigerant of the heat engine past the first stage.
  • the cooling water in the (engine) cooling circuit is still cold (ambient temperature)
  • a control unit may preferably be provided, which controls the corresponding valves such that the refrigerant of the heat engine is passed through the bypass line, as long as the temperature in the (engine) cooling circuit falls below a predetermined temperature (for example, operating temperature).
  • FIG. 1 shows an embodiment of a system according to the invention for the evaporation of liquefied natural gas (LNG).
  • LNG liquefied natural gas
  • the heat engine is designated 3.
  • the refrigerant of the heat engine 3 ideally undergoes a Carnot process, with the efficiency specified in the description.
  • the refrigerant is evaporated, the steam is operated by an expansion machine 7, and then the refrigerant is condensed, to then be pumped back to the evaporator.
  • an evaporator 9 of the exhaust gas recirculation and an evaporator 10 of the exhaust system is provided via the waste heat is supplied to the refrigerant (indicated by the two arrows), which is evaporated and, for example, with 300 ° C and 50 bar of the expansion machine 7 is supplied.
  • the expansion machine 7, in particular a piston engine or a turbine generates mechanical and / or electrical energy.
  • a bypass line 8 with a valve part of the steam can be performed on the expansion machine 7 over. This is particularly advantageous when the expansion machine during warm-up before
  • a fluid pump 12 Via a fluid pump 12, it again enters the evaporators 9 and 10, wherein the proportions of the refrigerant for these evaporators can be adjusted via a distributor valve 1 1 (flow control valve).
  • a distributor valve 1 1 flow control valve
  • the condenser 4 can enter into heat exchange with the coolant circuit 5 of the engine in a first part.
  • a second part of the condenser 4 which is arranged downstream of the first part of the condenser 4 in the conveying direction of the refrigerant, can heat exchange with the evaporator 2 for LNG (indicated by the arrow).
  • the evaporator 2 for LNG vaporizes liquefied natural gas from an LNG tank, thus producing compressed natural gas (CNG).
  • CNG compressed natural gas
  • a further heat exchanger (not shown) may be connected upstream for the air conditioning of the vehicle.
  • the refrigerant is the
  • Heat engine 3 via the coolant (cooling water) of the engine cooling circuit 5 as far as possible in the first stage cooled.
  • the refrigerant is then condensed by heat exchange with the LNG evaporator 2.
  • this two-stage heat exchange may be useful in refrigerants that are not sufficiently cooled when passing through the second stage alone to condense.
  • FIG. 1 also shows a bypass line 6 with a valve, which supplies the refrigerant directly to the second stage at the first stage.
  • a control unit 15 controls for this purpose the valve of the bypass line 6 (and possibly other valves, which are not shown here) to.
  • the bypass line 6 is opened by the control unit 15 in particular when the vehicle is in warm-up. In this case, it is expedient if the refrigerant of the heat engine 3 is equal to the heat exchange with the LNG evaporator 2 is available to evaporate the LNG without having to give off heat to the coolant circuit 5 before.
  • the control unit 15 may for example measure the temperature of the coolant in the engine cooling circuit 5 and close the bypass line 6 only when the temperature in the coolant circuit exceeds a predetermined temperature, which is sufficient for reliable and complete vaporization of the LNGs.
  • the temperature of the refrigerant here depends on the mass flows of the refrigerant and the LNG to be evaporated, as well as their Heat capacities from. The heat of vaporization of the LNG, the heat capacity of the heat exchanger and the heat flow into and out of the environment also influence the temperature. The appropriate temperature can be easily determined by a trial on the prototype.
  • the system according to the invention improves the efficiency of the heat engine 3, can recover part of the energy used for liquefying the natural gas and at the same time recover exhaust heat via the expansion engine 7 in part.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) zur Verdampfung von verflüssigtem Erdgas (LNG) in einem Fahrzeug mit einem mit Erdgas betriebenen Motor, wobei das System (1) einen Verdampfer (2) für LNG umfasst, und wobei das System (1) eine Wärmekraftmaschine (3) zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Abgas des Fahrzeugs umfasst, wobei die Wärmekraftmaschine (3) einen Kondensator (4) zur Kondensation eines Kältemittels aufweist, wobei dieser Kondensator (4) mit dem Verdampfer (2) für LNG zum Wärmetausch in Wirkverbindung steht.

Description

Beschreibung Titel
System zur Verdampfung von verflüssigtem Erdgas (LNG)
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Verdampfung von verflüssigtem Erdgas (LNG) in einem Fahrzeug mit einem mit Erdgas betriebenen Motor.
Stand der Technik
Eine Abgas-Wärmekraftmaschine kann der Rückgewinnung eines Teils der Wärmeenergie des Abgases eines Fahrzeugs und damit der Effizienzsteigerung des Motors dienen, insbesondere von LKWs. Mit dieser Abgas- Wärmekraftmaschine können etwa 5 % Kraftstoff eingespart werden.
Fahrzeuge, die mit Erdgas als Kraftstoff von einem Verbrennungsmotor betrieben werden, sind seit langem bekannt und werden als Erdgasfahrzeug, Erdgasauto oder englisch "Natural Gas Vehicle" (NGV) oder "CNG Vehicle" (CNG = "Compressed Natural Gas") bezeichnet. In den Zylindern des Verbrennungsmo- tors wird ein aufbereitetes Erdgas-Luft-Gemisch verbrannt. Für eine ausreichende Energiedichte wird das Erdgas (CNG) auf etwa 200 bar verdichtet und gespeichert. Als Verbrennungsmotor dient ein konventioneller Benzinmotor (Ottomotor). Es existieren im Nutzfahrzeugbereich umgerüstete Dieselmotoren, die Erdgas als Kraftstoff verwenden können, beispielsweise der DING-Motor ("Direct Injection Natural Gas"). Verflüssigtes Erdgas (LNG = "Liquid Natural Gas") wird verstärkt insbesondere in den USA und in Asien als Kraftstoff für LKWs eingesetzt. Das Erdgas liegt in verflüssigter Form vor und wird bei der Entnahme aus dem Fahrzeugtank verdampft. Der Verdampfer wird mit Kühlmittelflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf des Motors erwärmt. Erdgas, dessen Hauptbestandteil Methan ist, lässt sich sehr sauber verbrennen. Im Vergleich zu Benzinfahrzeugen entstehen weniger Kohlendioxid, weniger Kohlenmonoxid und weniger Kohlenwasserstoffe. Im Vergleich zu Dieselfahrzeugen entstehen insgesamt weniger Kohlenmonoxid, weniger Kohlenwasserstoffe, weniger Stickoxide und nahezu keine Rußpartikel. Erdgas zum Antrieb von Kraftfahrzeugen kann auch sehr einfach aus Biogas durch Aufbereitung gewonnen werden. Bioerdgas und fossiles Erdgas können dann gemischt vorliegen. Bioerdgas kann beispielsweise aus verdorbenen Nahrungsmitteln oder anderen biologischen Abfällen gewonnen werden. Die regenerative Energiegewinnung mit Erdgas steht damit nicht unmittelbar in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion (Problematik anderer Biotreibstoffe). Erdgas ist einer der wenigen regenerativen Energieträger, die langfristig (über mehrere Monate) gespeichert werden können, und wird somit zukünftig eine immer größere Rolle für den Fahrzeugantrieb spielen.
Zur Verflüssigung des Erdgases zur Speicherung als LNG werden etwa 10 bis 25 % des Energieinhaltes des Gases benötigt. Diese Energie geht bei der Erwärmung (Verdampfung von LNG) durch Kühlmittelflüssigkeit aus dem Kühlkreislauf des Motors verloren.
Die bei der Erwärmung von LNG verlorene Energie soll mindestens zum Teil zurückgewonnen werden, um die Energiebilanz eines Erdgasfahrzeuges zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schlägt ein System zum Verdampfen von verflüssigtem Erdgas (im Folgenden "LNG"), in einem Fahrzeug mit einem mit Erdgas betriebenen Motor gemäß Anspruch 1 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße System umfasst einen Verdampfer für LNG sowie eine Wärmekraftmaschine, insbesondere Abgas-Wärmekraftmaschine zur Rückgewinnung von Wärmeenergie von Abgas des Fahrzeugs. Erfindungsgemäß ist der Verdampfer für LNG nunmehr an die Wärmekraftmaschine gekoppelt, wobei die Wärmekraftmaschine einen Kondensator zur Kondensation eines Kältemittels aufweist und dieser Kondensator mit dem Verdampfer für LNG zum Wärmetausch in Wirkverbindung steht.
Zur Herstellung dieses Wärmetauschs sind dem Fachmann verschiedene Mittel bekannt. Beispielsweise kann die Leitung des Kältemittels um oder auch durch den Verdampfer für LNG geführt werden oder die Leitung für LNG um oder durch den Kondensator geführt werden oder beide Leitungen wärmetauschend aneinander entlang geführt werden. Schließlich kann der Wärmetausch über ein weiteres Medium erfolgen.
Die Wärmekraftmaschine kann im Idealfall als Carnot-Prozess beschrieben werden, bei dem das Abgas eine erste Wärmemenge dem Kältemittel der Wärmekraftmaschine zuführt, wobei dieser Wärmetausch über einen Verdampfer erfolgt, der das Kältemittel verdampft. Bei hoher Temperatur und hohem Druck wird der Dampf zum Betrieb einer Expansionsmaschine genutzt. Hier entsteht elektrische und/oder mechanische Energie. Auf diese Weise kann ein Teil der Wärmeenergie des Abgases zurückgewonnen werden. Das Kältemittel wird anschließend einem Kondensator zugeführt, in dem es kondensiert wird, woraufhin es mittels einer Pumpe wieder dem Verdampfer zugeführt wird.
Der Wirkungsgrad des idealen Carnot-Prozesses beträgt η = 1 - Tu/To, wobei T0 die obere Temperatur, also die Temperatur des Kältemittels im
Verdampfer, und Tu die untere Temperatur, also die Temperatur des Kältemittels im Kondensator darstellt. Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Wirkungsgrad erhöht werden kann, wenn die untere Temperatur Tu abgesenkt wird. Dies erreicht die Erfindung. Aufgrund der Wärmekopplung des Kondensators mit dem Verdampfer für LNG kann eine Absenkung der unteren Temperatur Tu erreicht werden. Somit kann die Wärmekraftmaschine effektiver betrieben werden. Ausserdem kann erfindungsgemäß ein Teil der zum Verflüssigen des Erdgases aufgewandten Energie zurückgewonnen werden. Der Gesamtwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Systems ist somit höher als der der Abgas-
Wärmekraftmaschine alleine.
Das erfindungsgemäße System eignet sich insbesondere für erdgasbetriebene Kraftfahrzeuge, insbesondere für Lastkraftwägen (LKWs). Vorzugsweise wird nämlich die Verdampfungskälte dazu genutzt, das LNG im flüssigen Zustand zu halten. Dies gelingt insbesondere beim Betrieb von Fahrzeugen ohne lang dauernde Unterbrechungen, wie es beispielsweise bei LKWs der Fall ist.
Als Expansionsmaschine der Wärmekraftmaschine hat sich in der Praxis eine Kolbenmaschine oder eine Turbine als zweckmäßig erwiesen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung steht der Kondensator der Wärmekraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf des Fahrzeugs, insbesondere mit einem oder dem Motorkühlkreislauf des Fahrzeugs zum Wärmetausch in Wirkverbindung. Bezüglich der Mittel zur Herstellung dieses Wärmetauschs gilt das oben gesagte in analoger Weise.
Bei dieser Ausgestaltung kann eine erste und eine zweite Stufe des Wärmetauschs realisiert werden, wobei grundsätzlich im Betrieb des Systems und somit des Fahrzeugs wahlweise eine der beiden Stufen zur Anwendung kommen kann oder aber eine der beiden Stufen der jeweils anderen Stufe vorgeschaltet sein kann.
Vorteilhafterweise ist die Wirkverbindung zwischen Kondensator der Wärmekraftmaschine und Verdampfer für LNG einerseits sowie zwischen dem
Kondensator und dem genannten (Motor-)Kühlmittelkreislauf andererseits derart ausgestaltet, dass das Kältemittel der Wärmekraftmaschine in einer ersten Stufe mit dem (Motor-)Kühlkreislauf und in einer zweiten Stufe mit dem Verdampfer für LNG zum Wärmetausch in Wirkverbindung steht. Insbesondere ist die erste Stufe der zweiten Stufe vorgeschaltet, wobei beide Stufen durchlaufen werden. Auf diese Weise wird das Kältemittel zweistufig abgekühlt, um die Kälteenergie von LNG zielgerichteter zu nutzen. In der ersten Stufe wird das Kältemittel zum Beispiel mit dem Kühlwasser des (Motor-)Kühlkreislaufs so weit wie möglich abgekühlt und teilweise kondensiert. Im zweiten Schritt wird dann das Kältemittel im LNG-Verdampfer vollständig kondensiert.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform des zweistufigen Wärmetauschs ist es zweckmäßig, wenn die Wärmekraftmaschine eine Bypassleitung aufweist, die das Kältemittel der Wärmekraftmaschine an der ersten Stufe vorbei leitet. Insbesondere beim Warmlauf des Fahrzeugmotors ist das Kühlwasser im (Motor- )Kühlkreislauf noch kalt (Umgebungstemperatur), Gleiches gilt für das Kältemittel in der Wärmekraftmaschine, dessen Temperatur aufgrund der Abgaswärme jedoch schneller steigt als die des (Motor-)Kühlkreislaufs. Damit folglich ausreichend Wärme zum Verdampfen des LNG zur Verfügung steht, ist es sinnvoll, einen Teil oder den gesamten Kältemittelstrom der Wärmekraftmaschine an der genannten ersten Stufe vorbei zu leiten und direkt zur zweiten Stufe zu führen. Hierzu kann vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen sein, die die entsprechenden Ventile derart ansteuert, dass das Kältemittel der Wärmekraftmaschine durch die Bypassleitung geleitet wird, solange die Temperatur im (Motor-)Kühlkreislauf eine vorgegebene Temperatur (beispielsweise Betriebstemperatur) unterschreitet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Als einzige Zeichnung zeigt
Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Verdampfung von verflüssigtem Erdgas (LNG).
In Figur 1 ist die Wärmekraftmaschine mit 3 bezeichnet. Das Kältemittel der Wärmekraftmaschine 3 durchläuft im Idealfall einen Carnot-Prozess, mit dem in der Beschreibung angegebenen Wirkungsgrad. Hierzu wird das Kältemittel verdampft, der Dampf betreibt eine Expansionsmaschine 7, und anschließend wird das Kältemittel kondensiert, um dann zum Verdampfer zurückgepumpt zu werden. Im Einzelnen sind hierzu ein Verdampfer 9 der Abgasrückführung und ein Verdampfer 10 der Abgasanlage vorgesehen, über die Abwärme dem Kältemittel zugeführt wird (angedeutet durch die beiden Pfeile), das verdampft wird und beispielsweise mit 300°C und 50 bar der Expansionsmaschine 7 zugeführt wird. Die Expansionsmaschine 7, insbesondere eine Kolbenmaschine oder eine Turbine, erzeugt mechanische und/oder elektrische Energie. Mittels einer Bypassleitung 8 mit Ventil kann ein Teil des Dampfes an der Expansionsmaschine 7 vorbei geführt werden. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Expansionsmaschine während des Warmlaufs vor
Wasserschlag (vorzeitiges Kondensieren des Kältemittels in der Expansionsmaschine) geschützt und/oder mehr Wärmeenergie zum Verdampfen des LNGs zur Verfügung gestellt werden soll. Das Kältemittel wird anschließend in dem Kondensator 4 der Wärmekraftmaschine kondensiert. Mittels einer Kondensatpumpe 14 kann das Kältemittel in einen Behälter 13 gepumpt werden.
Über eine Fluidpumpe 12 gelangt es wiederum in die Verdampfer 9 und 10, wobei die Anteile des Kältemittels für diese Verdampfer über ein Verteilerventil 1 1 (Mengenreglerventil) eingestellt werden können. In der dargestellten besonders vorteilhaften Ausführungsform des Systems 1 ist ein zweistufiger Wärmetausch vorgesehen. Hierzu kann der Kondensator 4 in einem ersten Teil mit dem Kühlmittelkreislauf 5 des Motors in Wärmetausch treten. Ein zweiter Teil des Kondensators 4, der in Förderrichtung des Kältemittels insbesondere dem ersten Teil des Kondensators 4 nachgeordnet ist, kann mit dem Verdampfer 2 für LNG in Wärmetausch treten (angedeutet durch den Pfeil).
Der Verdampfer 2 für LNG verdampft verflüssigtes Erdgas aus einem LNG-Tank und erzeugt auf diese Weise verdichtetes Erdgas (CNG). Vor dem Verdampfer 2 kann ein weiterer Wärmetauscher (nicht dargestellt) für die Klimatisierung des Fahrzeugs vorgeschaltet sein.
Im Betrieb des Fahrzeugs werden insbesondere die genannten beiden Stufen nacheinander durchlaufen. Auf diese Weise wird das Kältemittel der
Wärmekraftmaschine 3 über das Kühlmittel (Kühlwasser) des Motorkühlkreislaufs 5 so weit wie möglich in der ersten Stufe abgekühlt. In der zweiten Stufe wird dann das Kältemittel durch Wärmetausch mit dem LNG-Verdampfer 2 kondensiert. Auf diese Weise kann vorhandene Kälteenergie optimal genutzt werden. Insbesondere kann dieser zweistufige Wärmetausch bei Kältemitteln sinnvoll sein, die bei Durchlaufen allein der zweiten Stufe nicht ausreichend abgekühlt werden, um zu kondensieren.
Figur 1 zeigt weiterhin eine Bypassleitung 6 mit Ventil, die das Kältemittel an der ersten Stufe vorbei direkt der zweiten Stufe zuleitet. Eine Steuereinheit 15 steuert hierzu das Ventil der Bypassleitung 6 (und ggf. weitere Ventile, die hier nicht dargestellt sind) an. Die Bypassleitung 6 wird von der Steuereinheit 15 insbesondere dann geöffnet, wenn sich das Fahrzeug im Warmlauf befindet. In diesem Fall ist es nämlich zweckmäßig, wenn das Kältemittel der Wärmekraftmaschine 3 gleich für den Wärmetausch mit dem LNG-Verdampfer 2 zur Verfügung steht, um das LNG zu verdampfen, ohne vorher noch Wärme an den Kühlmittelkreislauf 5 abgeben zu müssen.
Die Steuereinheit 15 kann beispielsweise die Temperatur des Kühlmittels im Motorkühlkreislauf 5 messen und die Bypassleitung 6 erst dann schließen, wenn die Temperatur im Kühlmittelkreislauf eine vorgegebene Temperatur überschreitet, die zum zuverlässigen und vollständigen Verdampfen des LNGs ausreichend ist. Die Temperatur des Kältemittels hängt hierbei von den Masseströmen des Kältemittels und des zu verdampfenden LNGs, sowie deren Wärmekapazitäten ab. Die Verdampfungswärme des LNGs, die Wärmekapazität des Wärmetauschers und der Wärmestrom in und aus der Umgebung haben ebenso Einfluss auf die Temperatur. Die geeignete Temperatur lässt sich einfach durch einen Versuch am Prototypen bestimmen.
Das erfindungsgemäße System verbessert den Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine 3, kann einen Teil der zum Verflüssigen des Erdgases aufgewandten Energie zurückgewinnen und gleichzeitig Abgaswärme über die Expansionsmaschine 7 zum Teil zurückgewinnen.

Claims

Ansprüche . System (1 ) zur Verdampfung von verflüssigtem Erdgas (LNG) in einem Fahrzeug mit einem mit Erdgas betriebenen Motor, wobei
das System (1 ) einen Verdampfer (2) für LNG umfasst, und wobei
das System (1 ) eine Wärmekraftmaschine (3) zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Abgas des Fahrzeugs umfasst, wobei
die Wärmekraftmaschine (3) einen Kondensator (4) zur Kondensation eines Kältemittels aufweist, wobei dieser Kondensator (4) mit dem Verdampfer (2) für LNG zum Wärmetausch in Wirkverbindung steht.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (4) der Wärmekraftmaschine (3) mit einem Kühlmittelkreislauf (5) des Fahrzeugs zum Wärmetausch in Wirkverbindung steht.
3. System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zwischen Kondensator (4) der Wärmekraftmaschine (3) und dem Verdampfer (2) für LNG einerseits und zwischen dem Kondensator (4) und dem Kühlmittelkreislauf (5) des Fahrzeugs andererseits zweistufig derart ausgestaltet ist, dass das Kältemittel der Wärmekraftmaschine (3) in einer ersten Stufe mit dem Kühlmittelkreislauf (5) des Fahrzeugs und in einer zweiten Stufe mit dem Verdampfer (2) für LNG zum Wärmetausch in Wirkverbindung steht.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (3) eine Bypassleitung (6) aufweist, die das Kältemittel der Wärme- kraftmaschine (3) an der ersten Stufe vorbei leitet.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1 ) eine
Steuereinheit (15) aufweist, die derart eingerichtet ist, dass das Kältemittel der Wärmekraftmaschine (3) durch die Bypassleitung (6) geleitet wird, solange die Temperatur im Kühlmittelkreislauf (5) eine vorgegebene Temperatur unterschreitet.
6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verdampfer (2) ein weiterer Wärmetauscher für die Klimatisierung des Fahrzeugs angebracht ist.
7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (3) eine Expansionsmaschine (7) zur Erzeugung von mechanischer und/oder elektrischer Energie aufweist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (7) eine Kolbenmaschine oder eine Turbine ist.
9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit auf Anspruch 2 zurückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (5) des Fahrzeugs ein Motorkühlkreislauf ist.
10. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Lastkraftwagen ist.
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