EP3444520A1 - Kühlung einer abdampfung von flüssiggas zum antrieb von maschinen, anlagen oder fahrzeugen - Google Patents

Kühlung einer abdampfung von flüssiggas zum antrieb von maschinen, anlagen oder fahrzeugen Download PDF

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EP3444520A1
EP3444520A1 EP18184482.0A EP18184482A EP3444520A1 EP 3444520 A1 EP3444520 A1 EP 3444520A1 EP 18184482 A EP18184482 A EP 18184482A EP 3444520 A1 EP3444520 A1 EP 3444520A1
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EP
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nitrogen
gas
fuel system
cooling
tank
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Kei Philipp Behruzi
Johannes Lux
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ArianeGroup GmbH
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    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
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    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler

Definitions

  • the present invention relates to a fuel system for a liquefied natural gas drive, the fuel system comprising a liquefied gas tank and a cooling system for cooling an evaporation of liquefied gas.
  • the invention further relates to a method for cooling an evaporation of liquefied gas of a liquefied natural gas drive and a vehicle, in particular a watercraft, a plant and a machine, each having a liquefied gas drive and a fuel system.
  • Systems storing liquefied petroleum gas (especially natural gas) or operated with liquefied petroleum gas typically have the property that heat penetrates through the tank insulators into the usually cryogenic liquid; For example, the liquid may have a temperature of about -161 ° C.
  • the introduced heat leads to evaporation of the liquid.
  • the evaporation is also referred to in English as “Boil Off Gas", in short "BOG”.
  • the additional gas content in the liquefied gas tank raises the tank pressure. Since the permissible tank pressure is limited for structural reasons, a drain valve is often provided, which is opened when a maximum pressure is exceeded. The gas then flows through the drain valve from the tank and can escape through a fireplace in the environment. So that no combustible gas enters the environment unburned, the evaporated gas, which is discharged into the environment via the chimney, is often flared.
  • the drain valve closes again as soon as a predetermined minimum tank pressure value is reached. After closing, the tank pressure rises again until the maximum pressure is reached again.
  • Discharge of excess gas is essential to such a system, but requires an environment that controls the operation of this system Systems allowed: If the chimney outlet is near a source of ignition (eg a fire) or an ignitable gas (eg a gas leak), the operation of this standard system is critical. In addition, the energy generated by the evaporation often can not be used, so that the loss of tank contents is not compensated.
  • a source of ignition eg a fire
  • an ignitable gas eg a gas leak
  • the cooling arrangement requires a piping system for the liquefied gas from the tank to the heat exchanger and back to the tank back, which causes an increased leakage susceptibility with its pipes and connections.
  • the combustibility of the liquefied gas due to the combustibility of the liquefied gas, the safety of the system is thereby reduced.
  • the object of the present invention is to provide a technique for avoiding exhaust gas discharge which offers increased plant safety.
  • a fuel system according to the invention is provided for a liquefied natural gas drive (eg a liquefied natural gas drive), in particular for a liquefied gas drive of a vehicle (for example a watercraft or land vehicle), a facility (for example a process plant or manufacturing plant) or a machine. It has a liquefied gas tank (for receiving LPG intended for propulsion, which may be, for example, natural gas) and a cooling system.
  • the latter includes a liquid nitrogen tank, a heat exchanger, a nitrogen pump and a nitrogen cooler (for circulating nitrogen passed through).
  • Liquid nitrogen tank, heat exchanger, nitrogen pump and nitrogen cooler are connected to each other in a line circuit through lines, so that so by means of the nitrogen pump nitrogen from the liquid nitrogen tank can circulate successively through the heat exchanger and the nitrogen cooler and back into the liquid nitrogen tank.
  • the heat exchanger is arranged in the interior of the liquid gas tank, so that thermal energy of a remplissiggasabdampfung (ie, a gas content of evaporated LPG) can be discharged in the liquefied gas tank passed through the heat exchanger nitrogen.
  • a copessiggasabdampfung ie, a gas content of evaporated LPG
  • the inventive arrangement of the heat exchanger in the interior of the liquid gas tank allows cooling of the liquid gas or evaporation of the liquid gas without this leaves the liquefied gas tank. Leak-prone connections and lines for the LPG or its evaporation can be avoided, which offers the advantage of increased plant safety.
  • the inventive design of the cooling system with the line circuit and the nitrogen cooler also allows cooling of remplissiggasabdampfung in a closed system without nitrogen loss. Regular replenishment of nitrogen and thus continuous provision of liquid nitrogen can thus be dispensed with, which means a reduction in the effort required to refuel the ship. In addition, the amount of cooling liquid (nitrogen) to be carried along on the drive and thus the transport energy to be applied can be reduced in this way.
  • the liquid nitrogen tank, the nitrogen cooler and / or the nitrogen pump are / is preferably arranged outside the liquefied gas tank.
  • the conduit loop may include a bypass for the nitrogen pump, wherein the bypass preferably comprises a valve.
  • the cooling system can continue to operate in the event of a defect of the nitrogen pump (for example pressure-controlled).
  • the nitrogen cooler is preferably arranged in an intended pumping direction (that is to say an intended flow direction for the nitrogen) behind the heat exchanger and is set up to cool the nitrogen heated up in the heat exchanger (in the liquid gas tank) by the liquefied gas evaporation.
  • an intended pumping direction that is to say an intended flow direction for the nitrogen
  • the nitrogen cooler may in particular be adapted to be electrically operated.
  • the fuel system may include a power generator for providing the power for the nitrogen cooler.
  • a power generator for providing the power for the nitrogen cooler.
  • Such a power generator which may be arranged in a tank according to the invention or a system according to the invention, for example, in the tank space, in particular be adapted to be operated with the liquefied gas, so that then the cooling power is obtained from the liquefied gas itself. (In the ideal, lossless system, the energy needed for cooling would equal the energy of the exhaust gas.)
  • a vehicle according to the invention (which may in particular be a watercraft or a land vehicle) has a liquefied natural gas drive and, to provide liquid propellant gas, a fuel system according to the invention according to one of the embodiments disclosed in this document.
  • a plant according to the invention (which may be, for example, a process plant or a production plant) or a machine according to the invention analogously has a liquid gas drive and - to provide liquid propellant gas - a fuel system according to the invention according to one of the embodiments disclosed in this document.
  • the liquefied gas drive can in each case in particular be a liquefied natural gas drive.
  • the cooling system of a fuel system according to the invention has an outlet for heated nitrogen in the heat exchanger.
  • the outlet, to which the heat exchanger is preferably connected by a line which bypasses the nitrogen cooler, can be closed and opened (for example, by pressure, for example by means of a pressure relief valve).
  • such an outlet permits optional operation of the refrigeration system (eg, in the event of a nitrogen cooler or pump failure) as an open system in which the nitrogen, after receiving LPG heat, is not passed through the nitrogen cooler and recooled but overflowed Line is discharged directly through the outlet.
  • the nitrogen is thus blown in this case gaseous into the environment.
  • the system can then be operated for a certain time (for example in the order of several days). During this period, either a repair of the cooling system or the defective component (s) or a corresponding safety device should be carried out.
  • the cooling system also comprises a nitrogen compressed gas reservoir, which is connected via a line (which may include a preferably controllable valve) to the liquid nitrogen tank.
  • a line which may include a preferably controllable valve
  • the cooling system preferably has an overpressure outlet. Through this pressure can then be released nitrogen from the cooling system.
  • the heat exchanger is preferably arranged in a gas space of the liquid gas tank, ie above a liquid level (or a designated maximum level) of the liquid gas.
  • the heat exchanger may be arranged in such an orientation of the liquid gas tank preferably in a topmost quarter or even top sixth of an interior of the liquid gas tank.
  • the heat exchanger has a plurality of cooling tubes for the passage of nitrogen (from the conduit circuit).
  • the plurality of cooling tubes have a common supply and / or a common discharge, so that a nitrogen stream passed through divides only in the cooling tubes and (in its flow direction) is brought together again behind the cooling tubes.
  • the plurality of cooling tubes may in particular comprise at least two cooling tubes, which run at least in sections along a respective ring about a common central axis.
  • the respective rings of the two or more cooling tubes can be arranged one above the other in the direction of the common central axis and thus form a plurality of layers (and, for example, have the same radius).
  • the plurality may comprise at least two cooling tubes, which extend at least in sections along a respective ring about a common central axis, wherein the respective rings have different radii and the cooling tubes are arranged in a common position (so that at least one ring another Ring on the outside).
  • the common central axis preferably extends substantially vertically.
  • the plurality of cooling tubes forms at least one gap between the evaporation gas in the liquefied gas tank can flow through several of the cooling tubes. As a result, a particularly effective cooling can be achieved.
  • the heat exchanger comprises at least one drip tray for condensed evaporation of the liquefied gas at the heat exchanger.
  • the at least one drip tray may in particular be arranged on a lowermost cooling pipe of the heat exchanger, based on an orientation of the liquid gas tank provided for the operating state. In particular, it may follow the course of at least one of the cooling tubes (for example a lowermost one), for example being at least partially ring-shaped.
  • a fuel system according to the invention has at least one exhaust system with a chimney, wherein the liquefied gas tank is connected to the exhaust system via at least one line.
  • the line can include a pressure relief valve.
  • the cooling system can also be connected to the exhaust system (via a suitable pipe).
  • the above-mentioned outlet for nitrogen heated in the heat exchanger and / or the overpressure outlet (for nitrogen) can lead to the extraction system for the liquefied gas tank or into a separate (if appropriate or common) separate take-off.
  • a liquefied gas drive of a vehicle according to the invention or a plant or machine according to the invention can have its own extraction or be connected to the said extraction system for the liquefied gas tank.
  • the extraction system has at least one burner for targeted flaring of evacuated gas (which in particular can be exhaust gas from the liquefied gas tank or, in the case of a corresponding connection, used to operate the propulsion system).
  • evacuated gas which in particular can be exhaust gas from the liquefied gas tank or, in the case of a corresponding connection, used to operate the propulsion system.
  • the burner is preferably arranged in an upper third, more preferably in an upper eighth or even an upper tenth of the chimney.
  • the trigger system preferably has a Deflagrations rejoin. It prevents the explosive propagation of flames back into the liquefied gas tank.
  • a fuel system has a trigger system and also a nitrogen purge system for feeding nitrogen into the exhaust system.
  • the nitrogen purge system may include a nitrogen reservoir, for example, at least one nitrogen pressurized gas bottle;
  • the nitrogen reservoir may be wholly or partially coincident with the above-mentioned nitrogen gas pressure reservoir of the cooling system or be a separate nitrogen reservoir.
  • the nitrogen flushing system preferably has at least one valve and / or at least one pressure regulator.
  • the combination of the cooling system, nitrogen purge system and exhaust system can provide redundancy that can compensate for the failure of a portion (e.g., individual components) of the fuel system.
  • a portion e.g., individual components
  • safe operation can be ensured, at least over a limited period of time, without the exhaust gas reaching the environment in dangerous concentration.
  • a fuel system according to the invention has a Bed Wegungssystem for the liquefied gas tank, the one (for better distinctness here also referred to as "evaporating heat exchanger") further heat exchanger for the evaporation of liquefied gas from the liquefied gas tank and a line for the introduction of vaporized liquefied gas in the liquefied gas tank includes.
  • the pressure in the liquefied gas tank can be increased specifically.
  • a method according to the invention serves for cooling an evaporation of liquefied gas of a liquid gas drive.
  • the liquid gas (which may in particular be liquefied natural gas) is arranged in a liquefied gas tank of a fuel system according to the invention according to one of the embodiments disclosed in this document, and the method comprises passing nitrogen through the heat exchanger located in the liquefied gas tank.
  • the fuel system is designed with the above-mentioned closable or openable outlet for nitrogen heated in the heat exchanger.
  • the method may then include, in a first phase, passing nitrogen through the closed circuit cooling circuit of the cooling system and, in a second phase (for example, after pump or nitrogen cooler failure), passing nitrogen from the liquid nitrogen tank through the heat exchanger and to the (opened) Outlet, preferably bypassing the nitrogen cooler.
  • An opening of the outlet can be pressure-controlled, in particular after an error has occurred, e.g. done by means of a pressure relief valve.
  • the fuel system may include an overpressure outlet for limiting a maximum pressure in the piping circuit of the fuel system, and the method in the second phase may include venting nitrogen through the overpressure outlet.
  • the fuel system comprises a trigger system and a nitrogen purge system.
  • the method comprises, for a first time period, cooling of exhaust gas by means of the cooling system and, during a second period (for example, after a failure of the cooling system), exhaust gas being exhausted through the exhaust system.
  • the method may be Flaring the Abdampfungsgases during the second period include.
  • the process may include diluting the exhaust gas in the exhaust system to non-combustible concentration by introducing nitrogen from the nitrogen purge system into the exhaust system.
  • an inventive fuel system 1 is shown schematically in an alignment provided for the operating state.
  • the fuel system 1 which may be or may be installed in a vehicle (eg, a water or land vehicle), liquefied natural gas plant or machine, includes a refrigeration system 10 and a tank space 20 having a liquefied gas tank 21. This is configured to do so , via a line 22 with a (not shown) drive system to be connected or is already connected to it.
  • a vehicle eg, a water or land vehicle
  • liquefied natural gas plant or machine includes a refrigeration system 10 and a tank space 20 having a liquefied gas tank 21. This is configured to do so , via a line 22 with a (not shown) drive system to be connected or is already connected to it.
  • the refrigeration system 10 includes a liquid nitrogen tank 11, a nitrogen pump 12, a heat exchanger 13, and a nitrogen cooler 14 connected together in a piping circuit. Via a line with a (preferably controllable) valve, the liquid nitrogen tank 11 is connected to a nitrogen-compressed gas reservoir 16, which in the present case is designed as a nitrogen-compressed gas cylinder. With the aid of the nitrogen compressed gas reservoir 16, an operating pressure in the liquid nitrogen tank 11 can be set, which determines the cooling capacity of the heat exchanger 13.
  • the heat exchanger 13 is arranged in the interior of the liquid gas tank 21, in an upper region, above a liquid level (not shown) of the liquid gas contained, so that a copessiggasabdampfung can flow around the heat exchanger 13 and condense on it.
  • the nitrogen pump 12 is configured to circulate nitrogen in the piping circuit. It is connected via a valve-containing line 15 with the liquid nitrogen tank 11 and can be bypassed (in particular in the case of a defect of the nitrogen pump) in the present case by a line 17 with valve.
  • the nitrogen cooler 14 may be, for example, to operate electrically, for example by means of a (not shown) power generator, which in turn can be operated with LPG from the liquefied gas tank 21.
  • the illustrated fuel system 1 further comprises a presently arranged in the tank space 20 Beding system for the liquefied gas tank, comprising an evaporation heat exchanger 23 for the evaporation of liquefied gas from the liquefied gas tank and a line 24 (with a valve) for the introduction of vaporized liquid in the liquefied gas tank.
  • the liquid gas tank 21 is connected to a trigger system 30.
  • a trigger system 30 When exceeding a predetermined maximum pressure in the liquefied gas tank 21 so that evaporation gas can be discharged into the environment, as indicated in the drawing by an arrow.
  • the exhaust system comprises a chimney 31, in the upper eighth of a burner 32 is arranged for targeted flaring of evaporation gas. Between the liquid gas tank 21 and the burner 32, a deflagration fuse 33 is arranged in the chimney 31, with which a flashback of flames in the liquid gas tank 21 is to be prevented.
  • the fuel system 1 in the illustrated embodiment comprises a nitrogen purge system 40 with a nitrogen reservoir 41, which in the present case comprises a compressed gas cylinder and via a line 42 (which comprises at least one valve) is connected to the trigger system 30.
  • a nitrogen purge system 40 with a nitrogen reservoir 41, which in the present case comprises a compressed gas cylinder and via a line 42 (which comprises at least one valve) is connected to the trigger system 30.
  • a line 42 which comprises at least one valve
  • nitrogen can be fed to the withdrawal system, in particular the chimney 31, and thus, if appropriate, diluted evaporation gas to a non-combustible concentration can be diluted.
  • the nitrogen purge system thus provides additional backup of the fuel system.
  • the fuel system to increase safety by means of redundancies, both the nitrogen purge system 40 and the burner 32; In alternative embodiments, none or only these two units is included.
  • the cooling system 10 comprises an outlet 18 for nitrogen heated in the heat exchanger 13 and an overpressure outlet 19 for limiting a maximum pressure in the line circuit (in particular in the liquid nitrogen tank), which in the present case are both designed as overpressure valves and lead into the chimney 31 of the exhaust system 30.
  • the fuel system 1 can be operated as an open system, bypassing the nitrogen cooler 14, for example, in a defect of the nitrogen cooler 14 or the pump 12 for a time to repair.
  • FIGS. 2a and 2b is an exemplary heat exchanger 13 is shown in two different perspectives, which finds application in an advantageous embodiment of a fuel system 1 of the invention application:
  • FIG. 2a In intended for the operating state orientation of the liquefied gas tank shows FIG. 2a the heat exchanger from above, the line of sight on the figure thus runs vertically, whereas the FIG. 2b the heat exchanger 13 from the side, so with horizontally extending line of sight on the figure shows.
  • the heat exchanger 13 has a plurality of cooling tubes 131, 131 ', 131 ", 131a, 131b,..., 131n for passing nitrogen passing along a respective ring about a common central axis A located in the FIG. 2a runs in the direction of view and therefore can only be seen as a point. It is understood that the number of cooling tubes shown in each case represents only one example.
  • the respective rings of the in the FIG. 2a visible cooling tubes have different radii, the cooling tube 131 therefore runs as a ring around the cooling tube 131 'and this in turn as a ring around the cooling tube 131 "..
  • the three cooling tubes 131, 131' and 131" are arranged in a common position, that is not along the central axis A offset from each other. Between the cooling tubes 131, 131 'and 131 "(also coaxially extending) gaps S are formed, can flow through the evaporation gas.
  • cooling tubes 131, 131a, 131b, 131n shown and the cooling tubes not provided with reference numerals are stacked on top of each other in the direction of the central axis and thus form a plurality of layers.
  • the respective rings in the present case all have the same radius.
  • the cooling tubes 131, 131 ', 131 ", 131a, 131b, ..., 131n have a common inlet 132 and a common outlet 133, through which nitrogen can be introduced or withdrawn thus parallel connected.
  • the intended flow direction for the nitrogen is indicated by arrows.
  • a drip tray 134 is arranged, which follows the ring path of the cooling tube 131n and extends vertically. At the drip tray 134 condensed Abdampfungsgas can drain.
  • Such dripping is in the FIG. 3 as shown by arrows, the evaporation gas flows with increasing cooling from top to bottom through the gaps S between the stacked cooling tubes until it in the region of the lowest cooling tube layer (with Cooling tube 131n and related to the central axis further inside cooling tubes) is condensed.
  • the lowermost cooling tubes each have a ring-shaped and vertically extending drip plate 134, 134 ', 134 ", on which the liquid drops F fall from the condensed Abdampfungsgas down.
  • the fuel system comprises a liquefied gas tank 21 and a liquid gas evaporation cooling system 10 comprising a liquid nitrogen tank 11, a nitrogen pump 12, a heat exchanger 13, and a nitrogen cooler 14, which are interconnected in a conduit loop.
  • the heat exchanger 13 is disposed inside the LPG tank 21.

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Abstract

Offenbart ist ein Treibstoffsystem (1) für einen Flüssiggasantrieb. Das Treibstoffsystem weist einen Flüssiggastank (21) und ein Kühlsystem (10) für eine Flüssiggasabdampfung auf, das einen Flüssigstickstofftank (11), eine Stickstoffpumpe (12), einen Wärmetauscher (13) und einen Stickstoffkühler (14) umfasst, die in einem Leitungskreislauf miteinander verbunden sind. Der Wärmetauscher (13) ist im Inneren des Flüssiggastanks (21) angeordnet. Offenbart sind ferner ein Fahrzeug, eine Anlage und eine Maschine jeweils mit einem Treibstoffsystem (1) sowie ein Verfahren zum Kühlen einer Abdampfung von Flüssiggas eines Flüssiggasantriebs.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Treibstoffsystem für einen Flüssiggasantrieb, wobei das Treibstoffsystem einen Flüssiggastank und ein Kühlsystem zum Kühlen einer Abdampfung von Flüssiggas aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen einer Abdampfung von Flüssiggas eines Flüssiggasantriebs sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Wasserfahrzeug, eine Anlage und eine Maschine, die jeweils einen Flüssiggasantrieb und ein Treibstoffsystem aufweisen.
  • Systeme, die Flüssiggas (insbesondere Erdgas) lagern oder die mit Flüssiggas betrieben werden, haben in der Regel die Eigenschaft, dass Wärme durch die Tankisolierungen in die in der Regel tiefkalte (kryogene) Flüssigkeit eindringt; die Flüssigkeit kann beispielsweise eine Temperatur von ca. -161°C aufweisen. Letztlich führt die eingebrachte Wärme zu einer Verdampfung der Flüssigkeit. Die Abdampfung wird in der Fachwelt auch englisch als "Boil Off Gas", kurz "BOG" bezeichnet. Der zusätzliche Gasanteil im Flüssiggastank lässt den Tankdruck ansteigen. Da der zulässige Tankdruck aus strukturellen Gründen limitiert ist, ist häufig ein Ablassventil vorgesehen, das bei Überschreitung eines Maximaldruckes geöffnet wird. Das Gas strömt dann durch das Ablassventil aus dem Tank und kann über einen Kamin in die Umgebung entweichen. Damit kein brennbares Gas unverbrannt in die Umgebung gelangt, wird das abgedampfte, über den Kamin in die Umgebung abgelassene Gas oft abgefackelt.
  • Das Ablassventil schließt sich wieder, sobald ein vorgegebener minimaler Tankdruckwert erreicht wird. Nach dem Schließen steigt der Tankdruck bis zum erneuten Erreichen des Maximaldruckes wieder an.
  • Das Ablassen von überschüssigem Gas ist für ein solches System unerlässlich, erfordert aber eine Umgebung, die den Betrieb dieses Systems erlaubt: Befindet sich der Kaminauslass in der Nähe einer Zündquelle (z.B. bei einem Brand) oder eines zündfähigen Gases (z.B. bei einem Gasleck), ist der Betrieb dieses Standardsystems kritisch. Darüber hinaus kann die durch die Abdampfung generierte Energie häufig nicht genutzt werden, so dass der Verlust an Tankinhalt nicht kompensiert wird.
  • Aus der EP 2 899 116 A2 ist ein System bekannt, bei dem das Flüssiggas oder das Abdampfungsgas in einen Wärmetauscher geleitet wird, durch den Flüssigstickstoff geleitet wird. Das Flüssiggas bzw. das abgedampfte Gas wird dadurch abgekühlt bzw. rückverflüssigt und zurück in den Tank geleitet. Der beim Wärmeaustausch verdampfte Stickstoff wird durch ein Ventil abgeführt.
  • Die Kühlungsanordnung erfordert dabei jedoch ein Leitungssystem für das Flüssiggas vom Tank zum Wärmetauscher und wieder zum Tank zurück, das mit seinen Rohrleitungen und Anschlüssen eine erhöhte Leckageanfälligkeit bedingt. Insbesondere aufgrund der Brennbarkeit des Flüssiggases wird dadurch die Sicherheit der Anlage vermindert.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Technik zur Vermeidung eines Ablassens von Abdampfungsgas bereitzustellen, die eine erhöhte Anlagensicherheit bietet.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Treibstoffsystem gemäß Anspruch 1, ein Fahrzeug gemäß Anspruch 10, eine Anlage oder Maschine nach Anspruch 11 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
  • Ein erfindungsgemäßes Treibstoffsystem ist für einen Flüssiggasantrieb (z.B. einen Flüssig-Erdgasantrieb) vorgesehen, insbesondere für einen Flüssiggasantrieb eines Fahrzeugs (beispielsweise eines Wasser- oder Landfahrzeugs), einer Anlage (beispielsweise einer verfahrenstechnischen Anlage oder Fertigungsanlage) oder einer Maschine. Es weist einen Flüssiggastank (zur Aufnahme von für den Antrieb vorgesehenem Flüssiggas, das beispielsweise Erdgas sein kann) und ein Kühlsystem auf. Letzteres umfasst einen Flüssigstickstofftank, einen Wärmetauscher, eine Stickstoffpumpe und einen Stickstoffkühler (zum Kühlen von hindurchgeleitetem Stickstoff). Flüssigstickstofftank, Wärmetauscher, Stickstoffpumpe und Stickstoffkühler sind dabei in einem Leitungskreislauf durch Leitungen miteinander verbunden, so dass also mittels der Stickstoffpumpe Stickstoff vom Flüssigstickstofftank nacheinander durch den Wärmetauscher und den Stickstoffkühler und wieder in den Flüssigstickstofftank zirkulieren kann.
  • Der Wärmetauscher ist dabei im Inneren des Flüssiggastanks angeordnet, so dass thermische Energie einer Flüssiggasabdampfung (also eines Gasanteils aus verdampftem Flüssiggas) im Flüssiggastank an durch den Wärmetauscher geleiteten Stickstoff abgegeben werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung des Wärmetauschers im Inneren des Flüssiggastanks erlaubt eine Kühlung des Flüssiggases bzw. einer Abdampfung des Flüssiggases, ohne dass dieses den Flüssiggastank verlässt. Leckageanfällige Anschlüsse und Leitungen für das Flüssiggas bzw. dessen Abdampfung können so vermieden werden, was den Vorteil einer erhöhten Anlagensicherheit bietet.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlsystems mit dem Leitungskreislauf und dem Stickstoffkühler erlaubt zudem eine Kühlung der Flüssiggasabdampfung in einem geschlossenen System ohne Stickstoffverlust. Auf ein regelmäßiges Nachfüllen von Stickstoff und damit eine kontinuierliche Bereitstellung von flüssigem Stickstoff kann somit verzichtet werden, was eine Reduktion an Aufwand bei der Betankung des Schiffes bedeutet. Zudem kann auf diese Weise die auf der Fahrt mitzuführende Menge an Kühlflüssigkeit (Stickstoff) und damit die aufzubringende Transportenergie vermindert werden.
  • Der Flüssigstickstofftank, der Stickstoffkühler und/oder die Stickstoffpumpe sind/ist vorzugsweise außerhalb des Flüssiggastanks angeordnet.
  • Der Leitungskreislauf kann eine Umgehungsleitung für die Stickstoffpumpe aufweisen, wobei die Umgehungsleitung vorzugsweise ein Ventil umfasst. So kann das Kühlsystem im Fall eines Defekts der Stickstoffpumpe (beispielsweise druckgesteuert) weiter betrieben werden.
  • Der Stickstoffkühler ist vorzugsweise in einer vorgesehenen Pumprichtung (also einer vorgesehenen Strömungsrichtung für den Stickstoff) hinter dem Wärmetauscher angeordnet und dazu eingerichtet, den im Wärmetauscher (im Flüssiggastank) durch die Flüssiggasabdampfung aufgewärmten Stickstoff wieder abzukühlen.
  • Der Stickstoffkühler kann insbesondere dazu eingerichtet sein, elektrisch betrieben zu werden. Das Treibstoffsystem kann dazu einen Stromgenerator umfassen, der den Strom für den Stickstoffkühler bereitstellt. Ein solcher Stromgenerator, der bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug oder einer erfindungsgemäßen Anlage beispielsweise im Tankraum angeordnet sein kann, kann insbesondere dazu eingerichtet sein, mit dem Flüssiggas betrieben zu werden, so dass dann also die Kühlleistung aus dem Flüssiggas selbst gewonnen wird. (Im idealen, verlustfreien System würde die für die Kühlung benötigte Energie der Energie des Abdampfungsgases entsprechen.)
  • Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug (das insbesondere ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug sein kann) weist einen Flüssiggasantrieb sowie - zur Bereitstellung von flüssigem Antriebsgas - ein erfindungsgemäßes Treibstoffsystem gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen auf.
  • Eine erfindungsgemäße Anlage (die z.B. beispielsweise eine verfahrenstechnische Anlage oder eine Fertigungsanlage sein kann) bzw. eine erfindungsgemäße Maschine weist analog einen Flüssiggasantrieb sowie - zur Bereitstellung von flüssigem Antriebsgas - ein erfindungsgemäßes Treibstoffsystem gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen auf.
  • Der Flüssiggasantrieb kann jeweils insbesondere ein Flüssigerdgasantrieb sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Kühlsystem eines erfindungsgemäßen Treibstoffsystems einen Auslass für im Wärmetauscher erwärmten Stickstoff auf. Der Auslass, an den der Wärmetauscher vorzugsweise durch eine den Stickstoffkühler umgehende Leitung angeschlossen ist, kann dabei (beispielsweise druckabhängig, z.B. mittels eines Überdruckventils) geschlossen und geöffnet werden.
  • Insbesondere ermöglicht ein solcher Auslass einen optionalen Betrieb des Kühlsystems (z.B. bei einem Ausfall des Stickstoffkühlers oder der Pumpe) als offenes System, in dem der Stickstoff, nachdem er Wärme der Flüssiggasabdampfung aufgenommen hat, nicht durch den Stickstoffkühler geleitet und wieder abgekühlt, sondern über eine Leitung direkt durch den Auslass abgeführt wird. Der Stickstoff wird in diesem Falle also gasförmig in die Umwelt abgeblasen. Je nach Größe des Stickstoffvorrats im Flüssigstickstofftank kann das System dann noch eine gewisse Zeit (z.B. in der Größenordnung von mehreren Tagen) betrieben werden. In diesem Zeitraum sollte entweder eine Reparatur des Kühlsystems bzw. der defekten Komponente(n) oder eine entsprechende Gefahrensicherung erfolgen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kühlsystem zudem ein Stickstoff-Druckgasreservoir, das über eine Leitung (die ein vorzugsweise steuerbares Ventil umfassen kann) an den Flüssigstickstofftank angeschlossen ist. Dies erlaubt die Steuerung eines Betriebsdrucks im Flüssigstickstofftank: Mit dem Betriebsdruck ändert sich dann auch die Verdampfungstemperatur des verdampfenden Stickstoffs. Das System erlaubt daher über den Druck eine Steuerung der Verdampfungsenergie und damit der Kühlleistung des Wärmetauschers.
  • Zur Begrenzung eines Maximaldrucks im Leitungskreislauf (insbesondere im Flüssigstickstofftank) weist das Kühlsystem vorzugsweise einen Überdruckauslass auf. Durch diesen kann dann druckabhängig Stickstoff aus dem Kühlsystem abgelassen werden.
  • In für den Betriebszustand vorgesehener Ausrichtung des Flüssiggastanks ist der Wärmetauscher vorzugsweise in einem Gasraum des Flüssiggastanks angeordnet, also oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels (bzw. eines vorgesehenen maximalen Füllstandes) des Flüssiggases. Insbesondere kann der Wärmetauscher bei einer derartigen Ausrichtung des Flüssiggastanks vorzugsweise in einem obersten Viertel oder sogar obersten Sechstel eines Innenraums des Flüssiggastanks angeordnet sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Wärmetauscher eine Mehrzahl an Kühlrohren zum Hindurchleiten von Stickstoff (aus dem Leitungskreislauf) auf. Vorzugsweise weisen die mehreren Kühlrohre eine gemeinsame Zu- und/oder eine gemeinsame Ableitung auf, so dass sich ein durchgeleiteter Stickstoffstrom erst in den Kühlrohren teilt und (in seiner Strömungsrichtung) hinter den Kühlrohren wieder zusammengeführt wird.
  • Die Mehrzahl an Kühlrohren kann insbesondere mindestens zwei Kühlrohre umfassen, die mindestens abschnittsweise entlang einem jeweiligen Ring um eine gemeinsame zentrale Achse verlaufen. Die jeweiligen Ringe der zwei oder mehr Kühlrohre können dabei in Richtung der gemeinsamen zentralen Achse übereinander angeordnet sein und so mehrere Lagen ausbilden (und beispielsweise denselben Radius aufweisen). Alternativ oder zusätzlich kann die Mehrzahl mindestens zwei Kühlrohre umfassen, die mindestens abschnittsweise entlang einem jeweiligen Ring um eine gemeinsame zentrale Achse verlaufen, wobei die jeweiligen Ringe unterschiedliche Radien aufweisen und die Kühlrohre in einer gemeinsamen Lage angeordnet sind (so dass also mindestens ein Ring einen anderen Ring außen umläuft).
  • In einer für den Betriebszustand vorgesehener Ausrichtung des Flüssiggastanks verläuft die gemeinsame zentrale Achse vorzugsweise im Wesentlichen vertikal.
  • Vorzugsweise bildet die Mehrzahl an Kühlrohren mindestens einen Spalt aus, durch den Abdampfungsgas im Flüssiggastank zwischen mehreren der Kühlrohre hindurchströmen kann. Dadurch kann eine besonders wirkungsvolle Kühlung erreicht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Wärmetauscher mindestens ein Abtropfblech für am Wärmetauscher kondensierte Abdampfung des Flüssiggases. Das mindestens eine Abtropfblech kann insbesondere an einem - bezogen auf eine für den Betriebszustand vorgesehenen Ausrichtung des Flüssiggastanks - untersten Kühlrohr des Wärmetauschers angeordnet sein. Insbesondere kann es dem Verlauf mindestens eines der Kühlrohre (z.B. einem untersten) folgen, beispielsweise mindestens abschnittweise ringartig ausgebildet sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein erfindungsgemäßes Treibstoffsystem mindestens ein Abzugssystem mit einem Kamin auf, wobei der Flüssiggastank über mindestens eine Leitung mit dem Abzugssystem verbunden ist. Die Leitung kann dabei ein Überdruckventil umfassen. So kann ein Überschreiten des maximalen Tankdrucks im Flüssiggastank verhindert werden, indem (insbesondere in einem Fehlerfall) Abdampfungsgas aus dem Flüssiggastank durch das Abzugssystem abgelassen werden kann.
  • Das Kühlsystem kann (über eine entsprechende Leitung) ebenfalls mit dem Abzugssystem verbunden sein. Insbesondere können/kann der oben genannte Auslass für im Wärmetauscher erwärmten Stickstoff und/oder der Überdruckauslass (für Stickstoff) in das Abzugssystem für den Flüssiggastank führen oder in einen (ggf. jeweiligen oder gemeinsamen) separaten Abzug.
  • Analog kann ein Flüssiggasantrieb eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs bzw. einer erfindungsgemäßen Anlage oder Maschine einen eigenen Abzug aufweisen oder an das genannte Abzugssystem für den Flüssiggastank angeschlossen sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abzugssystem mindestens einen Brenner zum gezielten Abfackeln von ausgeleitetem Gas (das insbesondere Abdampfungsgas aus dem Flüssiggastank oder - im Falle eines entsprechenden Anschlusses - zum Betrieb des Antriebssystems gebrauchtes Gas sein kann). In einer für den Betriebszustand vorgesehenen Ausrichtung des Abzugssystems ist der Brenner vorzugsweise in einem oberen Drittel, bevorzugter in einem oberen Achtel oder sogar einem oberen Zehntel des Kamins angeordnet.
  • Zur Vermeidung eines Rückschlags von brennendem Gas in den Flüssiggastank weist das Abzugssystem vorzugsweise eine Deflagrationssicherung auf. Sie verhindert die explosionsartige Ausbreitung von Flammen zurück in den Flüssiggastank.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist ein erfindungsgemäßes Treibstoffsystem ein Abzugssystem und zudem ein Stickstoff-Spülsystem zum Zuleiten von Stickstoff in das Abzugssystem auf. Das Stickstoff-Spülsystem kann dazu ein Stickstoffreservoir umfassen, beispielsweise mindestens eine Stickstoff-Druckgasflasche; das Stickstoffreservoir kann dabei ganz oder teilweise mit dem oben genannten Stickstoff-Druckgasreservoir des Kühlsystems übereinstimmen oder ein separates Stickstoffreservoir sein. Vorzugsweise weist das Stickstoff-Spülsystem mindestens ein Ventil und/oder mindestens einen Druckregler auf. Mit Hilfe des Stickstoff-Spülsystems kann im Falle, dass das Stickstoff-Kühlsystem versagt und in letzter Konsequenz brennbares Abdampfungsgas abgeblasen werden muss, dieses brennbare Gas mit Stickstoff versetzt bzw. verdünnt und damit in einer nicht brennbaren Konzentration abgelassen werden. Durch die Kombination von Kühlsystem, Stickstoff-Spülsystem und Abzugssystem kann somit eine Redundanz geschaffen werden, die den Ausfall eines Teils (z.B. einzelner Komponenten) des Treibstoffsystems kompensieren kann. So kann im Fehlerfall zumindest über einen begrenzten Zeitraum ein sicherer Betrieb gewährleistet werden, ohne dass das Abdampfungsgas in gefährlicher Konzentration in die Umgebung gelangt.
  • Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Treibstoffsystem ein Bedrückungssystem für den Flüssiggastank auf, das einen (zur besseren Unterscheidbarkeit hier auch als "Verdampfungswärmetauscher" bezeichneten) weiteren Wärmetauscher zur Verdampfung von Flüssiggas aus dem Flüssiggastank sowie eine Leitung zur Einleitung von verdampftem Flüssiggas in den Flüssiggastank umfasst. Damit kann der Druck im Flüssiggastank gezielt erhöht werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Kühlen einer Abdampfung von Flüssiggas eines Flüssiggasantriebs. Das Flüssiggas (das insbesondere Flüssigerdgas sein kann) ist dabei in einem Flüssiggastank eines erfindungsgemäßen Treibstoffsystems gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen angeordnet, und das Verfahren umfasst ein Durchleiten von Stickstoff durch den im Flüssiggastank befindlichen Wärmetauscher.
  • Gemäß einer Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Treibstoffsystem mit dem oben genannten verschließbaren bzw. zu öffnenden Auslass für im Wärmetauscher erwärmten Stickstoff ausgebildet. Das Verfahren kann dann in einer ersten Phase ein Durchleiten von Stickstoff durch den Leitungskreislauf des Kühlsystems bei geschlossenem Auslass umfassen sowie in einer zweiten Phase (beispielsweise nach Ausfall der Pumpe oder des Stickstoffkühlers) ein Durchleiten von Stickstoff vom Flüssigstickstofftank durch den Wärmetauscher und zum (geöffneten) Auslass, vorzugsweise unter Umgehung des Stickstoffkühlers. Ein Öffnen des Auslasses kann insbesondere nach Auftreten eines Fehlers druckgesteuert, z.B. mittels eines Überdruckventils erfolgen.
  • Analog kann das Treibstoffsystem einen Überdruckauslass zur Begrenzung eines Maximaldrucks im Leitungskreislauf das Treibstoffsystem aufweisen und das Verfahren in der zweiten Phase ein Ablassen von Stickstoff durch den Überdruckauslass umfassen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Treibstoffsystem wie oben erwähnt ein Abzugssystem und ein Stickstoff-Spülsystem. Das Verfahren umfasst in dieser Variante während eines ersten Zeitraums ein Kühlen von Abdampfungsgas mittels des Kühlsystems sowie während eines zweiten Zeitraums (beispielsweise nach einem Ausfall des Kühlsystems) ein Ausleiten von Abdampfungsgas durch das Abzugssystem. Im Fall, dass das Abzugssystem einen Brenner umfasst, kann das Verfahren ein Abfackeln des Abdampfungsgases während des zweiten Zeitraums umfassen.
  • Im vorteilhaften Fall, dass das Treibstoffsystem neben dem Abzugssystem ein Stickstoff-Spülsystem aufweist, kann das Verfahren ein Verdünnen des Abdampfungsgases im Abzugssystem auf nichtbrennbare Konzentration durch Zuleiten von Stickstoff aus dem Stickstoff-Spülsystem in das Abzugssystem umfassen.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne gezeigte Elemente und Komponenten nicht notwendig umfasst sind bzw. auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden ggf. nicht für jede Figur neu beschrieben.
  • Es zeigen schematisch:
    • Figur 1: eine exemplarische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibstoffsystems;
    • Figur 2a: eine Ansicht eines Wärmetauschers einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Treibstoffsystems;
    • Figur 2b: eine Ansicht des in der Figur 2a gezeigten Wärmetauschers aus einer anderen Perspektive; und
    • Figur 3: einen Ausschnitt einer Schnittansicht eines Wärmetauschers einer Ausführungsvariante in Funktion.
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Treibstoffsystem 1 in einer exemplarischen Ausführungsform in einer für den Betriebszustand vorgesehenen Ausrichtung schematisch dargestellt. Das Treibstoffsystem 1, das in ein Fahrzeug (z.B. ein Wasser- oder Landfahrzeug), eine Anlage oder eine Maschine (jeweils) mit Flüssiggasantrieb eingebaut sein oder werden kann, umfasst ein Kühlsystem 10 und einen Tankraum 20 mit einem Flüssiggastank 21. Dieser ist dazu eingerichtet, über eine Leitung 22 mit einem (nicht gezeigten) Antriebssystem verbunden zu werden oder ist bereits damit verbunden.
  • Das Kühlsystem 10 weist einen Flüssigstickstofftank 11, eine Stickstoffpumpe 12, einen Wärmetauscher 13 und einen Stickstoffkühler 14 auf, die in einem Leitungskreislauf miteinander verbunden sind. Über eine Leitung mit einem (vorzugsweise steuerbaren) Ventil ist der Flüssigstickstofftank 11 an ein Stickstoff-Druckgasreservoir 16 angeschlossen, das vorliegend als Stickstoff-Druckgasflasche ausgebildet ist. Mit Hilfe des Stickstoff-Druckgasreservoirs 16 kann ein Betriebsdruck im Flüssigstickstofftank 11 eingestellt werden, der die Kühlleistung des Wärmetauschers 13 bestimmt.
  • Der Wärmetauscher 13 ist im Inneren des Flüssiggastanks 21 angeordnet, und zwar in einem oberen Bereich, oberhalb eines (nicht gezeigten) Flüssigkeitsspiegels des enthaltenen Flüssiggases, so dass eine Flüssiggasabdampfung den Wärmetauscher 13 umströmen und an ihm kondensieren kann.
  • Die Stickstoffpumpe 12 ist dazu eingerichtet, Stickstoff im Leitungskreislauf zur Zirkulation zu bringen. Sie ist über eine ein Ventil umfassende Leitung 15 mit dem Flüssigstickstofftank 11 verbunden und kann (insbesondere im Falle eines Defekts der Stickstoffpumpe) vorliegend durch eine Leitung 17 mit Ventil umgangen werden.
  • Der Stickstoffkühler 14 kann beispielsweise elektrisch zu betreiben sein, beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Stromgenerators, der seinerseits mit Flüssiggas aus dem Flüssiggastank 21 betrieben werden kann.
  • Das dargestellte Treibstoffsystem 1 weist weiterhin ein vorliegend im Tankraum 20 angeordnetes Bedrückungssystem für den Flüssiggastank auf, das einen Verdampfungswärmetauscher 23 zur Verdampfung von Flüssiggas aus dem Flüssiggastank sowie eine Leitung 24 (mit einem Ventil) zur Einleitung von verdampftem Flüssiggas in den Flüssiggastank umfasst.
  • Über eine Leitung 25 mit einem Überdruckventil 26 ist der Flüssiggastank 21 mit einem Abzugssystem 30 verbunden. Bei Überschreitung eines vorgegebenen Maximaldrucks im Flüssiggastank 21 kann damit Abdampfungsgas in die Umgebung abgelassen werden, wie in der Zeichnung durch einen Pfeil angegeben ist.
  • Das Abzugssystem umfasst einen Kamin 31, in dessen oberem Achtel ein Brenner 32 zum gezielten Abfackeln von Abdampfungsgas angeordnet ist. Zwischen dem Flüssiggastank 21 und dem Brenner 32 ist im Kamin 31 eine Deflagrationssicherung 33 angeordnet, mit der ein Rückschlag von Flammen in den Flüssiggastank 21 verhindert werden soll.
  • Zudem umfasst das Treibstoffsystem 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Stickstoff-Spülsystem 40 mit einem Stickstoffreservoir 41, das vorliegend eine Druckgasflasche umfasst und über eine Leitung 42 (die mindestens ein Ventil umfasst) mit dem Abzugssystem 30 verbunden ist. Durch die Leitung 42 kann so Stickstoff dem Abzugssystem, insbesondere dem Kamin 31 zugeführt und damit ggf. eingeleitetes Abdampfungsgas auf eine nicht brennbare Konzentration verdünnt werden. Das Stickstoff-Spülsystem bietet somit eine zusätzliche Sicherung des Treibstoffsystems.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Treibstoffsystem zur Erhöhung der Sicherheit mittels Redundanzen sowohl das Stickstoff-Spülsystem 40 als auch den Brenner 32; in alternativen Ausführungsvarianten ist keine oder lediglich dieser beiden Einheiten umfasst.
  • Das Kühlsystem 10 umfasst einen Auslass 18 für im Wärmetauscher 13 erwärmten Stickstoff und einen Überdruckauslass 19 zur Begrenzung eines Maximaldrucks im Leitungskreislauf (insbesondere im Flüssigstickstofftank), die vorliegend beide als Überdruckventile ausgebildet sind und in den Kamin 31 des Abzugssystems 30 führen. Über den Auslass 18 kann das Treibstoffsystem 1 als offenes System unter Umgehung des Stickstoffkühlers 14 betrieben werden, beispielsweise bei einem Defekt des Stickstoffkühlers 14 oder der Pumpe 12 für eine Zeit bis zu einer Reparatur.
  • In den Figuren 2a und 2b ist in zwei verschiedenen Perspektiven ein exemplarischer Wärmetauscher 13 dargestellt, der in einer vorteilhaften Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Treibstoffsystems 1 Anwendung findet: In für den Betriebszustand vorgesehener Ausrichtung des Flüssiggastanks zeigt Figur 2a den Wärmetauscher von oben, die Blickrichtung auf die Figur verläuft also vertikal, wohingegen die Figur 2b den Wärmetauscher 13 von der Seite, also mit horizontal verlaufender Blickrichtung auf die Figur zeigt.
  • Der Wärmetauscher 13 weist eine Mehrzahl an Kühlrohren 131, 131', 131", 131a, 131b, ...,131n zum Hindurchleiten von Stickstoff auf, die entlang einem jeweiligen Ring um eine gemeinsame zentrale Achse A laufen, die in der Figur 2a in Blickrichtung verläuft und daher nur als Punkt zu sehen ist. Es versteht sich, dass die jeweils dargestellte Anzahl an Kühlrohren lediglich ein Beispiel darstellt.
  • Die jeweiligen Ringe der in der Figur 2a sichtbaren Kühlrohre weisen unterschiedliche Radien auf, das Kühlrohr 131 verläuft daher als Ring um das Kühlrohr 131' und dieses wiederum als Ring um das Kühlrohr 131". Die drei Kühlrohre 131, 131' und 131" sind dabei in einer gemeinsamen Lage angeordnet, also nicht entlang der zentralen Achse A gegeneinander versetzt. Zwischen den Kühlrohren 131, 131' und 131" sind (ebenfalls koaxial verlaufende) Spalte S ausgebildet, durch die Abdampfungsgas strömen kann.
  • Die in der Figur 2b gezeigten Kühlrohre 131, 131a, 131b, 131n und die nicht mit Bezugszeichen versehenen Kühlrohre sind hingegen in Richtung der zentralen Achse übereinander gestapelt und bilden so mehrere Lagen aus. Die jeweiligen Ringe weisen dabei vorliegend alle denselben Radius auf.
  • Die Kühlrohre 131, 131', 131", 131a, 131b, ..., 131n weisen eine gemeinsame Zuleitung 132 und eine gemeinsame Ableitung 133 auf, durch die Stickstoff ein- bzw. abgeleitet werden kann. In Bezug auf einen Stickstoffdurchfluss sind die Kühlrohre somit parallel geschaltet. In der Figur 2b ist die vorgesehene Durchflussrichtung für den Stickstoff durch Pfeile angegeben.
  • Am vorliegend untersten Kühlrohr 131n ist ein Abtropfblech 134 angeordnet, das dem Ringverlauf des Kühlrohrs 131n folgt und sich vertikal erstreckt. Am Abtropfblech 134 kann kondensiertes Abdampfungsgas abtropfen.
  • Ein derartiges Abtropfen ist in der Figur 3 dargestellt, die einen Abschnitt des Wärmetauschers 13 in einer Schnittdarstellung und in Funktion zeigt: Wie durch Pfeile angegeben, strömt das Abdampfungsgas mit zunehmender Abkühlung von oben nach unten durch die Spalte S zwischen den gestapelten Kühlrohren hindurch, bis es im Bereich der untersten Kühlrohrlage (mit Kühlrohr 131n und bezogen auf die zentrale Achse weiter innen liegenden Kühlrohren) kondensiert ist. Die untersten Kühlrohre weisen jeweils ein ringartig ausgebildetes und sich vertikal erstreckendes Abtropfblech 134, 134', 134" auf, an dem die Flüssigkeitstropfen F aus dem kondensierten Abdampfungsgas nach unten fallen.
  • Offenbart ist ein Treibstoffsystem 1 für einen Flüssiggasantrieb. Das Treibstoffsystem weist einen Flüssiggastank 21 und ein Kühlsystem 10 für eine Flüssiggasabdampfung auf, das einen Flüssigstickstofftank 11, eine Stickstoffpumpe 12, einen Wärmetauscher 13 und einen Stickstoffkühler 14 umfasst, die in einem Leitungskreislauf miteinander verbunden sind. Der Wärmetauscher 13 ist im Inneren des Flüssiggastanks 21 angeordnet.
  • Offenbart sind ferner ein Fahrzeug, eine Anlage und eine Maschine jeweils mit einem Treibstoffsystem 1 sowie ein Verfahren zum Kühlen einer Abdampfung von Flüssiggas eines Flüssiggasantriebs.
    • Bezugszeichen
    • 1 Treibstoffsystem
    • 10 Kühlsystem
    • 11 Flüssigstickstofftank
    • 12 Stickstoffpumpe
    • 13 Wärmetauscher
    • 14 Stickstoffkühler
    • 15 Leitung
    • 16 Stickstoff-Druckgasreservoirs
    • 17 Leitung
    • 18 Auslass für im Wärmetauscher 13 erwärmten Stickstoff
    • 19 Überdruckauslass
    • 20 Tankraum
    • 21 Flüssiggastank
    • 22 Leitung zu einem (nicht gezeigten) Antriebssystem
    • 23 Verdampfungswärmetauscher
    • 24 Leitung
    • 25 Leitung
    • 26 Überdruckventil
    • 30 Abzugssystem
    • 31 Kamin
    • 32 Brenner
    • 33 Deflagrationssicherung
    • 40 Stickstoff-Spülsystem
    • 41 Stickstoffreservoir
    • 42 Leitung
    • 131, 131', 131", 131a, 131b, ...,131n Kühlrohr
    • 132 Zuleitung
    • 133 Ableitung
    • 134, 134', 134" Abtropfblech
    • A zentrale Achse
    • F Flüssigkeitstropfen
    • S Spalt

Claims (14)

  1. Treibstoffsystem (1) für einen Flüssiggasantrieb, wobei das Treibstoffsystem einen Flüssiggastank (21) und ein Kühlsystem (10) aufweist,
    wobei das Kühlsystem einen Flüssigstickstofftank (11), eine Stickstoffpumpe (12), einen Wärmetauscher (13) und einen Stickstoffkühler (14) umfasst, die in einem Leitungskreislauf miteinander verbunden sind,
    und wobei der Wärmetauscher (13) im Inneren des Flüssiggastanks (21) angeordnet ist.
  2. Treibstoffsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher eine Mehrzahl an Kühlrohren (131, 131', 131", 131a, 131b, 131n) zum Hindurchleiten von Stickstoff aufweist.
  3. Treibstoffsystem gemäß Anspruch 2, wobei die Mehrzahl mindestens zwei Kühlrohre (131, 131', 131", 131a, 131b, 131n) umfasst, die mindestens abschnittsweise entlang einem jeweiligen Ring um eine gemeinsame zentrale Achse (A) verlaufen.
  4. Treibstoffsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das zudem mindestens ein Abzugssystem (30) mit einem Kamin (31) aufweist, mit dem der Flüssiggastank (21) über mindestens eine Leitung (25) verbunden ist.
  5. Treibstoffsystem nach Anspruch 4, wobei das mindestens eine Abzugssystem (30) mindestens einen Brenner (32) zum Abfackeln von ausgeleitetem Gas umfasst.
  6. Treibstoffsystem gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, das ein Stickstoff-Spülsystem (40) zum Zuleiten von Stickstoff in das Abzugssystem (30) umfasst.
  7. Treibstoffsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das zudem ein Bedrückungssystem für den Flüssiggastank (21) umfasst, das einen Verdampfungswärmetauscher (23) zur Verdampfung von Flüssiggas aus dem Flüssiggastank sowie eine Leitung (24) zur Einleitung von verdampftem Flüssiggas in den Flüssiggastank (21) umfasst.
  8. Treibstoffsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem (10) einen verschließbaren bzw. zu öffnenden Auslass (18) für im Wärmetauscher (13) erwärmten Stickstoff und/oder einen Überdruckauslass (19) zur Begrenzung eines Maximaldrucks im Leitungskreislauf aufweist.
  9. Treibstoffsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem (10) ein Stickstoff-Druckgasreservoir (16) umfasst, das über eine Leitung an den Flüssigstickstofftank (11) angeschlossen ist.
  10. Fahrzeug, insbesondere Wasserfahrzeug, mit einem Flüssiggasantrieb, das zur Bereitstellung von flüssigem Antriebsgas ein Treibstoffsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
  11. Anlage oder Maschine mit einem Flüssiggasantrieb, wobei die Anlage bzw. die Maschine zur Bereitstellung von flüssigem Antriebsgas ein Treibstoffsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
  12. Verfahren zum Kühlen einer Abdampfung von Flüssiggas eines Flüssiggasantriebs , wobei das Flüssiggas in einem Flüssiggastank eines Treibstoffsystems (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet ist, und wobei das Verfahren ein Durchleiten von Stickstoff durch den im Flüssiggastank (21) befindlichen Wärmetauscher (13) umfasst.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Treibstoffsystem gemäß Anspruch 8 ausgebildet ist und das Verfahren in einer ersten Phase ein Durchleiten von Stickstoff durch den Leitungskreislauf des Kühlsystems (10) bei geschlossenem Auslass (18) bzw. Überdruckauslass (19) sowie in einer zweiten Phase ein Ablassen von Stickstoff durch den Auslass (18) für im Wärmetauscher erwärmten Stickstoff bzw. durch den Überdruckauslass (19) umfasst.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Treibstoffsystem gemäß Anspruch 4 ausgebildet ist, und wobei das Verfahren ein Kühlen von Abdampfungsgas mittels des Kühlsystems während eines ersten Zeitraums sowie ein Ausleiten von Abdampfungsgas durch das Abzugssystem (30) während eines zweiten Zeitraums umfasst.
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