WO2018077541A1 - Blasenfreie niederdruckpumpe für verflüssigtes gas - Google Patents

Blasenfreie niederdruckpumpe für verflüssigtes gas Download PDF

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WO2018077541A1
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Juergen Foerster
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a low-pressure pump for liquefied gas, in particular for liquefied natural gas (LNG) for use as a motor fuel.
  • LNG liquefied natural gas
  • diesel engines were converted to gasoline engine operation in the past. There was a removal of the complete diesel system, a reduction of the compression ratio and the installation of Otto engine components such as ignition system and
  • Throttle valve Monitoringes concept
  • Natural gas quality reduction of particulate emissions compared to the diesel engine and reduction of CH 4 emissions compared to homogeneous mixture formation due to reduced gas input into the dead volume of the combustion chamber.
  • HP-DI High Pressure Direct Injection
  • the US 2014 230 458 AI, the US 2014 290 280 AI and WO 2016 112 462 AI disclose various concepts.
  • the high pressure pump is preceded by a prefeed pump, which promotes the liquid phase of the gaseous fuel at a pressure of a few bar to several ten bar in the high-pressure pump.
  • a low-pressure pump for the provision of bubble-free liquefied gas.
  • This low-pressure pump comprises a compressor unit which can be connected to a storage container for the gas for increasing the pressure of the gas.
  • This compressor unit may advantageously have a variable working volume, wherein the liquid phase of the gas can be sucked into the working volume by increasing the working volume and can be expelled from the working volume by reducing the working volume.
  • the compressor unit may for example be a piston pump, but also a rotating pump. Also suitable, for example, gear pumps.
  • a pressure-tight buffer container is arranged on the output side of the compressor unit.
  • the buffer container has one with a valve arrangement in the region where gas bubbles aspirate in the liquid phase of the gas, due to their buoyancy in this liquid phase
  • valve arrangement is designed to close automatically at least when the level of the liquid phase of the gas in the buffer tank exceeds a predetermined level.
  • the buffer container substantially completely compensates for gas bubble formation, to which a low pressure pump in principle tends.
  • the liquid phase which is in relation to the gravitational field of the earth down in the
  • Buffer tank collects, is free of bubbles and can therefore be further compressed, for example, by a high pressure pump downstream of the buffer tank with a particularly high efficiency.
  • Gas bubbles can lead.
  • the suction of the gas in the working space of the low-pressure pump is inevitably accompanied by a reduction in pressure. Regardless, a heat absorption of the liquid gas from the pump is possible, so that the temperature of the liquid gas increases.
  • the buffer tank ensures that the liquid phase and the gaseous phase of the gas are safely separated from each other. It is about that Volume of the buffer container adjustable, how much time for the delivery of
  • Gas bubbles from the liquid phase of the gas is available. How much time is needed, depends among other things on gas type, mass flow, temperature and pressure.
  • the low pressure pump can ultimately perform its intended function of increasing the pressure of the gas sufficiently that the state of the gas is in the state space defined by pressure and temperature moved away from the boiling curve.
  • Compressor unit only has to produce a relatively low pressure of a few bar, this comparatively little energy is lost. In the case of the high-pressure pump, which generates pressures of a few hundred bars, any loss of efficiency has a significantly greater effect.
  • Buffer tank is the valve assembly at the outlet of the buffer tank.
  • Valve assembly is, in a sense, the opposite of an overflow: if there is much liquid phase, it closes automatically so that no liquid is discharged through the outlet. If there is little liquid phase, the valve assembly opens to allow the gaseous phase of the gas to escape Buffer tank escape and free space for the liquid phase. The valve arrangement thus ensures that only gas escapes from the outlet.
  • the outlet may deliver the gaseous phase formed from the separated gas bubbles to the atmosphere.
  • the methane contained therein has a 25 times greater greenhouse effect than CO2 and also can form an ignitable mixture with oxygen in the air in confined spaces.
  • the outlet is coupled to a return line which is connected to a region of the
  • the return line contains a return valve, which is designed as a pressure relief valve or as a check valve and opens when a predetermined pressure PR is exceeded in the direction of the reservoir.
  • a return valve which is designed as a pressure relief valve or as a check valve and opens when a predetermined pressure PR is exceeded in the direction of the reservoir.
  • a pressure relief valve can be flexibly adjusted so that it only opens when a pressure limit PR different from zero is exceeded.
  • the pressure limit PR can also be preselected as an absolute value or as a relative value relative to the pressure in the reservoir.
  • the pressure PR is advantageously set slightly lower than the pressure pv generated by the compressor unit in the interior of the buffer tank.
  • the start of the low-pressure pump varies depending on whether the return valve is designed as a check valve or as a pressure relief valve. If a check valve is used, during the filling of the buffer tank with the liquid phase of the gas, first of all the gaseous phase is led via the return line into the storage tank until the liquid phase reaches the predetermined level and closes the valve arrangement. Becomes however, a pressure relief valve is used, primarily pressure is built up in the buffer tank and compressed the gaseous phase there. Then, for example, faster a predetermined feed pressure available, the one
  • the buffer container is coupled to a safety line, which is connectable to the reservoir.
  • the safety line bypasses the valve assembly at the outlet and includes a safety valve which is designed as a pressure relief valve and when a predetermined pressure ps in the direction of the
  • the safety line opens into the area of the buffer tank in which the liquid phase of the gas collects. Since the liquid phase has a significantly greater density than the gaseous phase, can be transported in this way, in the case of an impermissible pressure build quickly as large an amount of gas in the reservoir and the pressure is reduced rapidly
  • a control and / or regulation for the compressor unit is provided, which is designed to keep the pressure pv in the buffer tank below the pressure ps.
  • the valve arrangement can be designed in any way that is suitable for reacting to the level of the liquid phase in the buffer tank.
  • the level in the buffer tank can be measured electronically and, if required, a solenoid valve can be activated.
  • the valve assembly comprises a float valve with an operable by the liquid phase of the gas float.
  • the compressor unit may be arranged outside the buffer container. This has the advantage that their waste heat is released to the environment and not to the gas. For more heat from the environment can be entered into the gas.
  • the compressor unit may be arranged inside the buffer tank. This minimizes the heat input from the environment at the price that the heat loss of the compressor unit is delivered directly to the gas.
  • Another possible combination involves the arrangement of the pump of the compressor unit in the buffer tank and the arrangement of the associated
  • the drive source outside the buffer tank. Then, that portion of the heat loss resulting from the drive source is no longer emitted directly to the gas.
  • the drive source may be a motor whose rotational energy is guided via a shaft in the compressor unit in the buffer tank.
  • the buffer container, and / or the compressor unit are adapted to be operated within the storage container. In this way, line paths can be saved, and the heat input into the gas can be minimized.
  • the reservoir is thermally brought out of equilibrium only slightly.
  • an arrangement of the compressor unit and the buffer tank outside the reservoir provides more degrees of freedom.
  • the compressor unit is advantageously designed to generate a pressure pv of 5 bar or less, preferably 3 bar or less.
  • This pressure value may be an absolute value or a relative value, for example based on the pressure in the reservoir. Then it is in by temperature and pressure
  • Boiling characteristic obtained without this being due to by the Blistering degraded efficiency of the compressor unit would spend too much energy.
  • Another possibility, advantageously using a control unit is the generation of a constant differential pressure to the pressure in the reservoir. This will be the desired distance to
  • the low-pressure pump according to the invention can be used in isolation and deliver bubble-free liquefied gas under the pressure pv.
  • Main application is the use as a feed pump for a high-pressure pump.
  • the invention also relates to a system for providing high-pressure, bubble-free liquefied gas PH.
  • This system comprises a high-pressure pump, which is designed to generate the pressure PH.
  • the high-pressure pump is connected on the input side to the region of the buffer container in which the liquid phase of the gas collects.
  • the high-pressure pump is advantageously designed to generate a pressure PH of 300 bar or more, preferably 500 bar or more. These pressures are sought in current HP-DI injection systems in which gaseous fuel is introduced directly into the combustion chamber of an engine cylinder.
  • the invention also relates to an injection or injection system for a liquefied natural gas powered internal combustion engine.
  • Injection or injection system comprises at least one injector to the input side, the natural gas is supplied in the gaseous state under a high pressure PH. According to the invention, the described system is made
  • High pressure pump and low pressure pump for generating the high pressure PH provided.
  • Buffer tank 5 arranged compressor unit 4;
  • Buffer tank 5 arranged compressor unit 4;
  • FIG. 3 Exemplary schematic overall view of the system 9 for the
  • the gas 1 is stored in a storage container 3.
  • the liquid phase 1a of the gas 1 collects in the region 31.
  • the gaseous phase 1b of the gas 1 collects in the area 32 lying above it.
  • the liquid phase la of the gas 1 is led into the compressor unit 4.
  • the compressor unit 4 is designed as a piston pump and comprises a
  • Pump housing 40 with a working volume 41 which is enlarged and reduced by a displaceable along the longitudinal axis of the pump housing 40 piston 42.
  • the displacement of the piston 42 is driven by a rotary drive source 43.
  • the working volume 41 is increased and liquid gas 1a is sucked through the inlet valve 44 to form bubbles lc.
  • the piston 42 is moved to the left, the working volume is reduced, and the liquid gas Ia including the formed bubbles 1c is discharged through the outlet valve 45.
  • the mixture of liquid gas la and bubbles lc is supplied to the buffer tank 5 at the pressure pv.
  • the pressure pv is set in the control unit 46 that drives the rotary drive source 43.
  • the liquid phase la of the gas 1 collects in the region 51.
  • the bubbles lc undergo a buoyancy 53 and therefore rise into the region 52 to form a coherent gaseous phase 1b there.
  • the gaseous phase 1b of the gas 1 is removed from the region 52 of the
  • Buffer tank 5 withdrawn through an outlet 55, which with a
  • valve assembly 54 is provided.
  • the valve assembly 54 includes a
  • Float valve 54a with a float 54b, which moves with the level ld of the liquid phase la of the gas 1 in the buffer tank 5. When this level ld reaches the predetermined level 56, the float valve 54a closes.
  • a return line 57 leads back into the region 32 of the reservoir 3, in which the gaseous phase lb of the gas 1 collects there.
  • the return line 57 is provided with a recirculation valve 57 a, which is at a predetermined pressure PR in the direction of the
  • Reservoir 3 opens.
  • the pressure PR is set slightly smaller than pv.
  • the recirculation valve 57a is mainly for allowing gas flow only from the area 52 of the buffer tank 5 to the area 32 of the reservoir 3, but not in the reverse direction.
  • the buffer tank 5 is additionally connected via a safety line 58 to the reservoir 3 to avoid an unacceptable pressure build-up.
  • This safety line 58 contains a safety valve 58a which opens when a pressure ps is exceeded. This pressure ps is set larger than the pressure pv generated by the compressor unit 4.
  • the safety line 58 opens into the region 51 of the buffer tank 5, in which there collects the liquid phase la of the gas 1, in order to be able to quickly discharge a large amount of substance to gas 1, if necessary.
  • the safety line 58 On the side of the storage container 3, the safety line 58 in turn opens into the region 31, in which the liquid phase la of the gas 1 collects. In this way, the
  • Reservoir 3 as little as possible out of balance when gas la through the safety line 58 is supplied.
  • the security line 58 is also connected to this area 31 in the example shown in FIG.
  • the return line 57 is connected to the region 32 of the storage container 3 in which the gaseous phase 1b of the gas 1 collects there.
  • the bottom outlet 59 of the buffer tank 5 is with any
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the low-pressure pump 2.
  • the compressor unit 4 is here within the
  • Buffer tank 5 is arranged. The feed from the area 31 of
  • Compressor unit 4 is thus guided into the buffer tank 5 into it.
  • Exhaust valve 45 of the compressor unit 4 discharges the pressure pv
  • the control unit 46 for the rotary drive source 43 of the compressor unit 4 is arranged outside the buffer tank 5 and connected to this drive source 43 via a cable.
  • FIG 3 illustrates the embedding of the low pressure pump 2 in the system 9, the liquefied natural gas takes la la from the reservoir 3 and brings to the high pressure PH.
  • the liquid gas 1a taken from the bottom outlet 59 of the buffer tank 5 at the pressure pv is supplied to the high-pressure pump 6 and brought to the high pressure PH in the high-pressure pump 6.
  • the evaporator 71 the liquid gas la is converted into the gaseous state, before it is transferred via the injector 7 in the cylinder 81 of the motor 8.
  • the system 9 forms, together with the evaporator 71 and the injector 7, the injection or injection system 10 for the fuel supply of the engine 8.

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Abstract

Niederdruckpumpe (2) zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas (1), umfassend eine mit einem Vorratsbehälter (3) für das Gas (1) verbindbare Verdichtereinheit (4) zur Druckerhöhung des Gases (1), wobei ausgangsseitig der Verdichtereinheit (4) ein druckdichter Pufferbehälter (5) angeordnet ist, wobei der Pufferbehälter (5) in dem Bereich (52), den in der flüssigen Phase (1a) des Gases (1) enthaltene Gasblasen (1c) auf Grund ihres Auftriebs (53) in dieser flüssigen Phase (1a) anstreben, einen mit einer Ventilanordnung (54) verschließbaren Auslass (55) aufweist, wobei die Ventilanordnung (54) dazu ausgebildet ist, mindestens dann automatisch zu schließen, wenn der Pegel (1d) der flüssigen Phase (la) des Gases (1) in dem Pufferbehälter (5) eine vorgegebene Höhe (56) überschreitet. Zugehöriges System (9) zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas (1) unter Hochdruck PH und Einspritz- oder Einblassystem (10) für einen mit verflüssigtem Erdgas (1) betriebenen Verbrennungsmotor (8).

Description

Beschreibung Titel:
Blasenfreie Niederdruckpumpe für verflüssigtes Gas
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Niederdruckpumpe für verflüssigtes Gas, insbesondere für verflüssigtes Erdgas (LNG) zur Verwendung als Motorkraftstoff.
Stand der Technik
Für Nutzfahrzeuge wurden in der Vergangenheit Dieselmotoren auf den ottomotorischen Gas- Betrieb umgerüstet. Es erfolgte eine Entfernung des kompletten Dieselsystems, eine Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses sowie der Einbau ottomotorischer Komponenten wie Zündsystem und
Drosselklappe (Monovalentes Konzept) sowie des Gassystems.
Da die ursprünglich für Dieselbetrieb vorgesehenen Motoren nicht für die erhöhte Wärmebelastung eines stöchiometrischen Otto-motorischen Betriebs ausgelegt waren, griff man auf eine Mager- bzw. Magermixverbrennung zurück. Erst mit dem Ziel EU RO VI erfolgte ein weitgehender Übergang auf den
stöchiometrischen Betrieb, wobei die Wärmebelastung durch konstruktive Maßnahmen bzw. durch AGR abgefangen wurde.
Besonders im Fernverkehr wird nun nach Konzepten gesucht, um den
Wirkungsgradverlust, aber auch Leistungs- und Drehmomentnachteil gegenüber dem Dieselbetrieb aufzuholen.
Das aussichtsreichste Potenzial, bei allerdings aufwendiger Systemumgebung, wird der Diffusionsverbrennung mit Gasventilen für die Hochdruck- Direkteinblasung zugeordnet. Erwartete Vorteile sind ein hoher dieselmotorischer Motorwirkungsgrad, kurze Reaktionszeiten bei Dynamik und höherer low end torque im Vergleich zu anderen Gasmotoren sowie Robustheit gegenüber kleinen Methanzahlwerten (geringe Klopfneigung trotz Varianz der
Erdgasqualität), Reduktion der Partikelemissionen im Vergleich zum Dieselmotor und Verminderung der CH4- Emissionen gegenüber homogener Gemischbildung durch reduzierten Gaseintrag in die Totvolumen des Brennraums.
Bei der Diffusionsverbrennung erfolgt die Gaseinblasung wie beim Dieselmotor innerhalb eines kleinen Kurbelwinkelbereiches direkt in die Verbrennung. Die EP 1 546 548 Bl, die US 2004 011 323 AI sowie die die WO 2014 037 068 AI geben einen Überblick über den diesbezüglichen allgemeinen Stand der Technik.
Für die Diffusionsverbrennung sind Gasdrücke deutlich über dem
Verbrennungsdruck erforderlich, woraus sich die Bezeichnung High Pressure - Direct Injection (HP-DI) ableitet. Die Verbrennung kann beispielsweise durch eine vorausgehende Dieseleinspritzung eingeleitet werden.
Zur Bereitstellung der hohen Gasdrücke offenbaren die US 2014 230 458 AI, die US 2014 290 280 AI sowie die WO 2016 112 462 AI verschiedene Konzepte. Dabei ist jeweils der Hochdruckpumpe eine Vorförderpumpe vorgeschaltet, die die flüssige Phase des Gaskraftstoffs mit einem Druck von einigen bar bis einigen zehn bar in die Hochdruckpumpe fördert.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Niederdruckpumpe zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas entwickelt. Diese Niederdruckpumpe umfasst eine mit einem Vorratsbehälter für das Gas verbindbare Verdichtereinheit zur Druckerhöhung des Gases. Diese Verdichtereinheit kann vorteilhaft ein veränderbares Arbeitsvolumen aufweisen, wobei die flüssige Phase des Gases durch Vergrößerung des Arbeitsvolumens in das Arbeitsvolumen einsaugbar und durch Verkleinerung des Arbeitsvolumens aus dem Arbeitsvolumen ausstoßbar ist. Die Verdichtereinheit kann beispielsweise eine Kolbenpumpe sein, aber auch eine drehende Pumpe. Verwendbar sind beispielsweise auch Zahnradpumpen. Erfindungsgemäß ist ausgangsseitig der Verdichtereinheit ein druckdichter Pufferbehälter angeordnet. Der Pufferbehälter weist in dem Bereich, den in der flüssigen Phase des Gases enthaltene Gasblasen auf Grund ihres Auftriebs in dieser flüssigen Phase anstreben, einen mit einer Ventilanordnung
verschließbaren Auslass auf. Dabei ist die Ventilanordnung dazu ausgebildet, mindestens dann automatisch zu schließen, wenn der Pegel der flüssigen Phase des Gases in dem Pufferbehälter eine vorgegebene Höhe überschreitet.
Es wurde erkannt, dass der Pufferbehälter die Gasblasenbildung, zu der eine Niederdruckpumpe prinzipiell neigt, im Wesentlichen vollständig kompensiert. Die flüssige Phase, die sich in Bezug auf das Schwerefeld der Erde unten im
Pufferbehälter sammelt, ist blasenfrei und kann daher beispielsweise von einer dem Pufferbehälter nachgeschalteten Hochdruckpumpe mit besonders hohem Wirkungsgrad weiter komprimiert werden.
Speziell verflüssigtes Erdgas, das als Motorkraftstoff verwendet wird, wird in kryogenen Vorratsbehältern typischerweise unter einer Temperatur und einem Druck gelagert, die in Kombination auf der Siedekennlinie liegen. Das bedeutet, dass eine geringfügige Erhöhung der Temperatur, eine geringfügige
Verringerung des Drucks oder eine Kombination hieraus zur Bildung von
Gasblasen führen können. Das Ansaugen des Gases in den Arbeitsraum der Niederdruckpumpe geht zwangsläufig mit einer Verringerung des Drucks einher. Unabhängig hiervon ist eine Wärmeaufnahme des flüssigen Gases von der Pumpe möglich, so dass sich die Temperatur des flüssigen Gases erhöht.
Obwohl durch die Komprimierung des flüssigen Gases ein größerer Abstand von der Siedekennlinie erreicht werden kann, ist es möglich, dass lokal Gasblasen temporär erhalten bleiben. Wird also eine Niederdruckpumpe nach dem bisherigen Stand der Technik als Vorförderpumpe eingesetzt, um eine
Gasblasenbildung beim Ansaugen des Gases durch die Hochdruckpumpe zu verhindern und den Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe zu erhöhen, so kann dieser Wirkungsgrad durch die Blasenbildung in der Vorförderpumpe im
Endeffekt verschlimmbessert werden.
Der Pufferbehälter sorgt dafür, dass die flüssige Phase und die gasförmige Phase des Gases sicher voneinander getrennt werden. Dabei ist über das Volumen des Pufferbehälters einstellbar, wieviel Zeit für die Abgabe der
Gasblasen aus der flüssigen Phase des Gases zur Verfügung steht. Wieviel Zeit benötigt wird, richtet sich unter anderem nach Gasart, Massenstrom, Temperatur und Druck. Indem mit dem Pufferbehälter die Gasblasen sicher von der flüssigen Phase des Gases abgetrennt werden können, kann die Niederdruckpumpe letzten Endes ihre beabsichtigte Funktion voll erfüllen, nämlich den Druck des Gases so weit erhöhen, dass der Zustand des Gases sich im durch Druck und Temperatur aufgespannten Zustandsraum von der Siedekennlinie weg bewegt.
Diesbezügliche„Reserven" haben bei der weiteren Kompression des Gases in einer nachgeschalteten Hochdruckpumpe die Wirkung, dass sich dort durch Ansaugen und Wärmeaufnahme keine Blasen mehr bilden. Eine Blasenbildung in der Hochdruckpumpe ist ein potentiell selbstverstärkender Effekt, denn sie verschlechtert den Wirkungsgrad, so dass die Hochdruckpumpe entsprechend mehr Verlustwärme produziert, die wiederum die Temperatur des Gases erhöht und die Blasenbildung weiter anregt.
Wenn der Weg des Gases vom Vorratsbehälter bis hin zur Einspritzung unter hohem Druck in seiner Gesamtheit betrachtet wird, dann ist es unvermeidlich, dass irgendwann beim Ansaugen der flüssigen Phase des Gases Blasen gebildet werden. Es ist energetisch vorteilhaft, diese Blasenbildung in die
Verdichtereinheit der Niederdruckpumpe zu verlagern. Die Blasenbildung verschlechtert zwar den Wirkungsgrad der Verdichtereinheit, doch da die
Verdichtereinheit nur einen vergleichsweise geringen Druck von einigen bar erzeugen muss, geht hierdurch vergleichsweise wenig Energie verloren. Bei der Hochdruckpumpe, die Drücke von einigen hundert bar erzeugt, wirkt sich jede Einbuße an Wirkungsgrad deutlich stärker aus.
Wichtig für die Trennung der Gasphase von der flüssigen Phase im
Pufferbehälter ist die Ventilanordnung am Auslass des Pufferbehälters. Diese
Ventilanordnung ist in gewisser Weise das Gegenteil eines Überlaufs: Wenn viel flüssige Phase vorhanden ist, schließt sie automatisch, damit keine Flüssigkeit durch den Auslass abgegeben wird. Wenn wenig flüssige Phase vorhanden ist, öffnet die Ventilanordnung, damit die gasförmige Phase des Gases aus dem Pufferbehälter entweichen und Platz für die flüssige Phase freimachen kann. Die Ventilanordnung sorgt also dafür, dass aus dem Auslass nur Gas austritt.
In Anwendungen, in denen das verflüssigte Gas einer wesentlichen Komponente der Umgebungsatmosphäre entspricht, wie etwa Sauerstoff oder Stickstoff, kann der Auslass die aus den abgetrennten Gasblasen gebildete gasförmige Phase an die Atmosphäre abgeben. Bei verflüssigtem Erdgas ist dies nicht wünschenswert, da das darin enthaltene Methan eine 25mal stärkere Treibhauswirkung hat als CO2 und sich außerdem in geschlossenen Räumen ein zündfähiges Gemisch mit dem Luftsauerstoff bilden kann.
Daher ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Auslass mit einer Rückführleitung gekoppelt, die mit einem Bereich des
Vorratsbehälters, der die gasförmige Phase des Gases enthält, verbindbar ist. Die Rückführleitung enthält ein Rückführventil, welches als Überdruckventil oder als Rückschlagventil ausgebildet ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks PR in Richtung auf den Vorratsbehälter öffnet. Dabei öffnet ein einfaches Rückschlagventil, sobald sich am Auslass des Pufferbehälters ein Überdruck gegenüber dem Vorratsbehälter bildet, d.h., sobald die Druckgrenze PR=0 überschritten wird. Ein Überdruckventil hingegen kann flexibel so eingestellt werden, dass es erst dann öffnet, wenn eine von Null verschiedene Druckgrenze PR überschritten wird. Die Druckgrenze PR kann darüber hinaus als Absolutwert oder als Relativwert bezogen auf den Druck im Vorratsbehälter vorgewählt werden.
Im Vorratsbehälter kann das rückgeführte Gas wieder kondensieren. Der Druck PR ist vorteilhaft etwas niedriger eingestellt als der durch die Verdichtereinheit erzeugte Druck pv im Inneren des Pufferbehälters. Das Anfahren der Niederdruckpumpe verläuft unterschiedlich, je nachdem, ob das Rückführventil als Rückschlagventil oder als Überdruckventil ausgebildet ist. Wird ein Rückschlagventil verwendet, wird bei der Befüllung des Pufferbehälters mit der flüssigen Phase des Gases zunächst vorrangig die gasförmige Phase über die Rückführleitung in den Vorratsbehälter geführt, bis die flüssige Phase den vorgegebenen Pegel erreicht und die Ventilanordnung schließt. Wird hingegen ein Überdruckventil verwendet, wird vorrangig Druck im Pufferbehälter aufgebaut und die gasförmige Phase dort komprimiert. Dann steht beispielsweise schneller ein vorgegebener Vorförderdruck zur Verfügung, den eine
nachgeschaltete Hochdruckpumpe zum Arbeiten benötigt.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Pufferbehälter mit einer Sicherheitsleitung gekoppelt, die mit dem Vorratsbehälter verbindbar ist. Die Sicherheitsleitung umgeht die Ventilanordnung am Auslass und enthält ein Sicherheitsventil, welches als Überdruckventil ausgebildet ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks ps in Richtung auf den
Vorratsbehälter öffnet. Auf diese Weise wird ein unzulässiger Druckaufbau im Pufferbehälter vermieden.
Vorteilhaft mündet die Sicherheitsleitung in den Bereich des Pufferbehälters, in dem sich die flüssige Phase des Gases sammelt. Da die flüssige Phase eine deutlich größere Dichte hat als die gasförmige Phase, kann auf diese Weise im Falle eines unzulässigen Druckaufbaus schnell eine möglichst große Menge an Gas in den Vorratsbehälter transportiert und der Druck schnell abgebaut werden
Vorteilhaft ist eine Steuerung und/oder Regelung für die Verdichtereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den Druck pv im Pufferbehälter unterhalb des Drucks ps zu halten. Wenn Gas durch die Sicherheitsleitung in den
Vorratsbehälter entspannt wird, ist die zuvor für die Kompression verwendete Energie verloren. Es ist effizienter, die Verdichtereinheit rechtzeitig vorher abzuregein und die überschüssige Energie somit gar nicht erst aufzuwenden.
Die Ventilanordnung kann in beliebiger Weise ausgeführt sein, die geeignet ist, auf den Pegel der flüssigen Phase im Pufferbehälter zu reagieren.
Beispielsweise kann der Füllstand im Pufferbehälter elektronisch gemessen und bei Bedarf ein Magnetventil aktiviert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ventilanordnung ein Schwimmerventil mit einem durch die flüssige Phase des Gases betätigbaren Schwimmer. Diese einfache Lösung, die keine elektrische Hilfsenergie benötigt, ist besonders ausfallsicher. Für die relative bauliche Anordnung der Verdichtereinheit und des
Pufferbehälters zueinander gibt es zwei mögliche Ausgestaltungen, die jeweils spezifische Vorteile haben. Die Verdichtereinheit kann außerhalb des Pufferbehälters angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass ihre Verlustwärme an die Umgebung abgegeben wird und nicht an das Gas. Dafür kann mehr Wärme aus der Umgebung in das Gas eingetragen werden. Alternativ kann die Verdichtereinheit innerhalb des Pufferbehälters angeordnet sein. Dies minimiert den Wärmeeintrag aus der Umgebung um den Preis, dass die Verlustwärme der Verdichtereinheit unmittelbar an das Gas abgegeben wird.
Eine weitere mögliche Kombination beinhaltet die Anordnung der Pumpe der Verdichtereinheit im Pufferbehälter und die Anordnung der zugehörigen
Antriebsquelle außerhalb des Pufferbehälters. Dann wird derjenige Anteil der Verlustwärme, der von der Antriebsquelle herrührt, nicht mehr unmittelbar an das Gas abgegeben. Beispielsweise kann die Antriebsquelle ein Motor sein, dessen rotatorische Energie über eine Welle in die Verdichtereinheit im Pufferbehälter geführt ist.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Pufferbehälter, und/oder die Verdichtereinheit, dazu ausgebildet, innerhalb des Vorratsbehälters betrieben zu werden. Auf diese Weise können Leitungswege eingespart werden, und der Wärmeeintrag in das Gas kann minimiert werden.
Der Vorratsbehälter wird thermisch nur wenig aus dem Gleichgewicht gebracht. Auf der anderen Seite stellt eine Anordnung der Verdichtereinheit und des Pufferbehälters außerhalb des Vorratsbehälters mehr Freiheitsgrade bereit. Die Verdichtereinheit ist vorteilhaft zur Erzeugung eines Drucks pv von 5 bar oder weniger, bevorzugt von 3 bar oder weniger, ausgebildet. Dieser Druckwert kann ein Absolutwert sein oder auch ein Relativwert, beispielsweise bezogen auf den Druck im Vorratsbehälter. Dann wird im durch Temperatur und Druck
aufgespannten Zustandsraum des Gases ein hinreichender Abstand zur
Siedekennlinie gewonnen, ohne dass hierfür auf Grund des durch die Blasenbildung verschlechterten Wirkungsgrades der Verdichtereinheit allzu viel Energie aufzuwenden wäre. Eine weitere Möglichkeit, vorteilhaft unter Nutzung eines Steuergerätes, ist die Erzeugung eines konstanten Differenzdrucks zum Druck im Vorratsbehälter. Damit wird der gewünschte Abstand zur
Siedekennlinie sicher eingehalten.
Die Niederdruckpumpe gemäß der Erfindung kann isoliert eingesetzt werden und blasenfreies verflüssigtes Gas unter dem Druck pv liefern. Der
Hauptanwendungszweck ist jedoch die Verwendung als Vorförderpumpe für eine Hochdruckpumpe.
Daher bezieht sich die Erfindung nach dem zuvor Gesagten auch auf ein System zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas unter Hochdruck PH.
Dieses System umfasst eine Hochdruckpumpe, die zur Erzeugung des Drucks PH ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Hochdruckpumpe eingangsseitig mit dem Bereich des Pufferbehälters verbunden, in dem sich die flüssige Phase des Gases sammelt.
Die Hochdruckpumpe ist vorteilhaft zur Erzeugung eines Drucks PH von 300 bar oder mehr, bevorzugt von 500 bar oder mehr, ausgebildet. Diese Drücke werden in aktuellen HP-DI-Einblassystemen, in denen gasförmiger Kraftstoff unmittelbar in den Brennraum eines Motorzylinders eingebracht wird, angestrebt.
Somit bezieht sich die Erfindung auch auf ein Einspritz- oder Einblassystem für einen mit verflüssigtem Erdgas betriebenen Verbrennungsmotor. Dieses
Einspritz- oder Einblassystem umfasst mindestens einen Injektor, dem eingangsseitig das Erdgas im gasförmigen Zustand unter einem Hochdruck PH zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist das beschriebene System aus
Hochdruckpumpe und Niederdruckpumpe zur Erzeugung des Hochdrucks PH vorgesehen.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Ausführungsbeispiele Es zeigt:
Figur 1 Ausführungsbeispiel der Niederdruckpumpe 2 mit außerhalb des
Pufferbehälters 5 angeordneter Verdichtereinheit 4;
Figur 2 Ausführungsbeispiel der Niederdruckpumpe 2 mit innerhalb des
Pufferbehälters 5 angeordneter Verdichtereinheit 4;
Figur 3 Beispielhafte schematische Gesamtansicht des Systems 9 zur
Hochdruckerzeugung und des Einspritz- oder Einblassystems 10.
Nach Figur 1 wird das Gas 1 in einem Vorratsbehälter 3 gelagert. Die flüssige Phase la des Gases 1 sammelt sich im Bereich 31. Die gasförmige Phase lb des Gases 1 sammelt sich im darüber liegenden Bereich 32.
Die flüssige Phase la des Gases 1 ist in die Verdichtereinheit 4 geführt. Die Verdichtereinheit 4 ist als Kolbenpumpe ausgeführt und umfasst ein
Pumpengehäuse 40 mit einem Arbeitsvolumen 41, das durch einen entlang der Längsachse des Pumpengehäuses 40 verschiebbaren Kolben 42 vergrößerbar und verkleinerbar ist. Die Verschiebung des Kolbens 42 wird durch eine rotatorische Antriebsquelle 43 angetrieben. Wird der Kolben 42 nach rechts bewegt, wird das Arbeitsvolumen 41 vergrößert und flüssiges Gas la durch das Einlassventil 44 angesaugt, wobei sich Blasen lc bilden. Wird der Kolben 42 nach links bewegt, wird das Arbeitsvolumen verkleinert und das flüssige Gas la einschließlich der gebildeten Blasen lc durch das Auslassventil 45 ausgestoßen. Das Gemisch aus flüssigem Gas la und Blasen lc wird mit dem Druck pv dem Pufferbehälter 5 zugeführt. Der Druck pv wird in der Steuereinheit 46, die die rotatorische Antriebsquelle 43 ansteuert, eingestellt.
Im Pufferbehälter 5 sammelt sich die flüssige Phase la des Gases 1 im Bereich 51. In dieser flüssigen Phase la erfahren die Blasen lc einen Auftrieb 53 und steigen daher in den Bereich 52, um dort eine zusammenhängende gasförmige Phase lb zu bilden. Die gasförmige Phase lb des Gases 1 wird aus dem Bereich 52 des
Pufferbehälters 5 durch einen Auslass 55 abgezogen, der mit einer
Ventilanordnung 54 versehen ist. Die Ventilanordnung 54 enthält ein
Schwimmerventil 54a mit einem Schwimmer 54b, der sich mit dem Pegel ld der flüssigen Phase la des Gases 1 im Pufferbehälter 5 bewegt. Erreicht dieser Pegel ld die vorgegebene Höhe 56, schließt das Schwimmerventil 54a.
Vom Auslass 55 führt eine Rückführleitung 57 zurück in den Bereich 32 des Vorratsbehälters 3, in dem sich dort die gasförmige Phase lb des Gases 1 sammelt. Die Rückführleitung 57 ist mit einem Rückführventil 57a versehen, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks PR in Richtung auf den
Vorratsbehälter 3 öffnet. Der Druck PR ist etwas kleiner eingestellt als pv. Das Rückführventil 57a dient hauptsächlich dazu, einen Gasfluss nur vom Bereich 52 des Pufferbehälters 5 in den Bereich 32 des Vorratsbehälters 3 zuzulassen, nicht jedoch in der umgekehrten Richtung.
Aus dem Bereich 51 des Pufferbehälters 5 ist die flüssige Phase la des Gases 1 unter dem Druck pv durch einen Grundablass 59 abziehbar.
Der Pufferbehälter 5 ist zur Vermeidung eines unzulässigen Druckaufbaus zusätzlich noch über eine Sicherheitsleitung 58 mit dem Vorratsbehälter 3 verbunden. Diese Sicherheitsleitung 58 enthält ein Sicherheitsventil 58a, das bei Überschreiten eines Drucks ps öffnet. Dieser Druck ps ist größer eingestellt als der Druck pv, der von der Verdichtereinheit 4 erzeugt wird. Die Sicherheitsleitung 58 mündet in den Bereich 51 des Pufferbehälters 5, in dem sich dort die flüssige Phase la des Gases 1 sammelt, um erforderlichenfalls schnell eine große Stoffmenge an Gas 1 abführen zu können. Auf Seiten des Vorratsbehälters 3 mündet die Sicherheitsleitung 58 wiederum in den Bereich 31, in dem sich die flüssige Phase la des Gases 1 sammelt. Auf diese Weise wird der
Vorratsbehälter 3 so wenig wie möglich aus dem Gleichgewicht gebracht, wenn ihm Gas la durch die Sicherheitsleitung 58 zugeführt wird.
Die Verdichtereinheit 4 und der Pufferbehälter 5 bilden gemeinsam mit der Rückführleitung 57 und der Sicherheitsleitung 58 die Niederdruckpumpe 2. Um die Niederdruckpumpe 2 in Betrieb zu nehmen, ist der Eingangsanschluss des Ansaugventils 44 der Verdichtereinheit 4 mit dem Bereich 31 des
Vorratsbehälters 3 zu verbinden, in dem sich die flüssige Phase la des Gases 1 sammelt. Mit diesem Bereich 31 ist in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel auch die Sicherheitsleitung 58 verbunden. Die Rückführleitung 57 ist hingegen in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel mit dem Bereich 32 des Vorratsbehälters 3 verbunden, in dem sich dort die gasförmige Phase lb des Gases 1 sammelt.
Der Grundablass 59 des Pufferbehälters 5 ist mit jedem beliebigen
nachgeschalteten Gerät, das verflüssigtes Gas la unter dem Druck pv benötigt, verbindbar.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Niederdruckpumpe 2. Im Unterschied zu Figur 1 ist die Verdichtereinheit 4 hier innerhalb des
Pufferbehälters 5 angeordnet. Die Zuführung aus dem Bereich 31 des
Vorratsbehälters 3 zum Eingangsanschluss des Einlassventils 44 der
Verdichtereinheit 4 ist also in den Pufferbehälter 5 hinein geführt. Das
Auslassventil 45 der Verdichtereinheit 4 entlässt das auf den Druck pv
verdichtete Gemisch aus flüssiger Phase la des Gases 1 und Gasblasen lc unmittelbar in die im Bereich 51 des Pufferbehälters befindliche flüssige Phase la des Gases 1. Durch den Auftrieb 53 bewegen sich die Gasblasen lc in den Bereich 52 des Pufferbehälters 5 und bilden dort eine zusammenhängende gasförmige Phase lb. Die Steuereinheit 46 für die rotatorische Antriebsquelle 43 der Verdichtereinheit 4 ist außerhalb des Pufferbehälters 5 angeordnet und über ein Kabel mit dieser Antriebsquelle 43 verbunden.
Figur 3 verdeutlicht die Einbettung der Niederdruckpumpe 2 in das System 9, das verflüssigtes Erdgas la aus dem Vorratsbehälter 3 entnimmt und auf den Hochdruck PH bringt. Das aus dem Grundablass 59 des Pufferbehälters 5 mit dem Druck pv entnommene flüssige Gas la wird der Hochdruckpumpe 6 zugeführt und in der Hochdruckpumpe 6 auf den Hochdruck PH gebracht. Im Verdampfer 71 wird das flüssige Gas la in den gasförmigen Zustand überführt, bevor es über den Injektor 7 in den Zylinder 81 des Motors 8 überführt wird. Das System 9 bildet gemeinsam mit dem Verdampfer 71 und dem Injektor 7 das Einspritz- oder Einblassystem 10 für die Kraftstoffversorgung des Motors 8.

Claims

Ansprüche
1. Niederdruckpumpe (2) zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas (1), umfassend eine mit einem Vorratsbehälter (3) für das Gas (1) verbindbare Verdichtereinheit (4) zur Druckerhöhung des Gases (1), dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig der Verdichtereinheit (4) ein druckdichter
Pufferbehälter (5) angeordnet ist, wobei der Pufferbehälter (5) in dem Bereich (52), den in der flüssigen Phase (la) des Gases (1) enthaltene Gasblasen (lc) auf Grund ihres Auftriebs (53) in dieser flüssigen Phase (la) anstreben, einen mit einer Ventilanordnung (54) verschließbaren Auslass (55) aufweist, wobei die Ventilanordnung (54) dazu ausgebildet ist, mindestens dann automatisch zu schließen, wenn der Pegel (ld) der flüssigen Phase (la) des Gases (1) in dem Pufferbehälter (5) eine vorgegebene Höhe (56) überschreitet.
2. Niederdruckpumpe (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit ein veränderbares Arbeitsvolumen (41) aufweist, wobei die flüssige Phase (la) des Gases (1) durch Vergrößerung des
Arbeitsvolumens (41) in das Arbeitsvolumen (41) einsaugbar und durch
Verkleinerung des Arbeitsvolumens (41) aus dem Arbeitsvolumen (41) ausstoßbar ist.
3. Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (55) mit einer Rückführleitung (57) gekoppelt ist, die mit einem Bereich (32) des Vorratsbehälters (3), der die gasförmige Phase (lb) des Gases (1) enthält, verbindbar ist, wobei die Rückführleitung (57) ein Rückführventil (57a) enthält, welches als Überdruckventil oder als
Rückschlagventil ausgebildet ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks PR in Richtung auf den Vorratsbehälter (3) öffnet.
4. Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (5) mit einer Sicherheitsleitung (58) gekoppelt ist, die mit dem Vorratsbehälter (3) verbindbar ist, wobei die
Sicherheitsleitung (58) die Ventilanordnung (54) am Auslass (55) umgeht und ein Sicherheitsventil (58a) enthält, welches als Überdruckventil ausgebildet ist und bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks ps in Richtung auf den
Vorratsbehälter (3) öffnet.
5. Niederdruckpumpe (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsleitung (58) in den Bereich (51) des Pufferbehälters (5) mündet, in dem sich die flüssige Phase (la) des Gases (1) sammelt.
6. Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung und/oder Regelung (46) für die
Verdichtereinheit (4) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den Druck pv im Pufferbehälter (5) unterhalb des Drucks ps zu halten.
7. Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (54) ein Schwimmerventil (54a) mit einem durch die flüssige Phase des Gases betätigbaren Schwimmer (54b) umfasst.
8. Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (4) außerhalb des Pufferbehälters (5) angeordnet ist.
9. Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (4) innerhalb des Pufferbehälters (5) angeordnet ist.
10. Niederdruckpumpe (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsquelle (43) der Verdichtereinheit (4) zumindest teilweise außerhalb des Pufferbehälters (5) angeordnet ist.
11. Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferbehälter (5), und/oder die Verdichtereinheit (4), dazu ausgebildet sind, innerhalb des Vorratsbehälters (3) betrieben zu werden.
12. Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (4) zur Erzeugung eines Drucks pv von 5 bar oder weniger, bevorzugt von 3 bar oder weniger, ausgebildet ist.
13. System (9) zur Bereitstellung von blasenfreiem verflüssigtem Gas (1) unter Hochdruck PH, umfassend eine Hochdruckpumpe (6), die zur Erzeugung des Drucks PH ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Hochdruckpumpe (6) eine Niederdruckpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 vorgeschaltet ist, wobei die Hochdruckpumpe (6) eingangsseitig mit dem Bereich (51) des Pufferbehälters (5) verbunden ist, in dem sich die flüssige Phase (la) des Gases (1) sammelt.
14. System (9) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hochdruckpumpe (6) zur Erzeugung eines Drucks PH von 300 bar oder mehr, bevorzugt von 500 bar oder mehr, ausgebildet ist.
15. Einspritz- oder Einblassystem (10) für einen mit verflüssigtem Erdgas (1) betriebenen Verbrennungsmotor (8), umfassend mindestens einen Injektor (7), dem eingangsseitig das Erdgas im gasförmigen Zustand unter einem Hochdruck PH zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein System (9) nach einem der Ansprüche 13 bis 14 zur Erzeugung des Hochdrucks PH vorgesehen ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113874617A (zh) * 2019-05-26 2021-12-31 罗伯特·博世有限公司 用于运行燃料系统的方法、预输送泵和燃料系统
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3097614B1 (fr) * 2019-06-21 2021-05-28 Gaztransport Et Technigaz Dispositif de transfert d’un fluide d’une cuve d’alimentation à une cuve réceptrice

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1590321A (en) * 1926-06-29 Liqirid-feecotg appabatus
US20040011323A1 (en) 2000-10-22 2004-01-22 Ulrich Hilger Internal combustion engine with injection of gaseous fuel
WO2007031848A2 (en) * 2005-09-15 2007-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine using hydrogen
EP1546548B1 (de) 2002-10-02 2007-12-12 Westport Power Inc. Glühring als zündhilfe bei einem verbrennungsmotor
US20080047502A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Michael Russo Hybrid Cycle Electrolysis Power System with Hydrogen & Oxygen Energy Storage
WO2014037068A1 (de) 2012-09-04 2014-03-13 Gvh Gesellschaft Für Verbrennungsmotoren Und Hybridantriebe Mbh Ventileinrichtung, system und verwendung zur einblasung von gasförmigem kraftstoff
US20140230458A1 (en) 2013-02-19 2014-08-21 Hyundai Heavy Industries Co., Ltd. System for supplying liquefied natural gas fuel
US20140290280A1 (en) 2013-03-28 2014-10-02 Hyundai Heavy Industries Co., Ltd. System for supplying liquefied natural gas fuel and method of operating the same
WO2015122408A1 (ja) * 2014-02-12 2015-08-20 株式会社ニフコ 弁装置
WO2016112462A1 (en) 2015-01-14 2016-07-21 Westport Power Inc. Pump system for delivering liquefied gaseous fluid

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO812328L (no) * 1981-07-08 1983-01-10 Moss Rosenberg Verft As Fremgangsmaate ved utnyttelse av avkok fra kryogene vaesker som brennstoff i en tostoffs-dieselmotor, og system for utnyttelse av fremgangsmaaten
US5868122A (en) * 1997-12-30 1999-02-09 Westport Research Inc. Compressed natural gas cylinder pump and reverse cascade fuel supply system
JP2002364396A (ja) * 2001-06-05 2002-12-18 Tokico Ltd 燃料混合充填システム
JP4329748B2 (ja) * 2005-09-15 2009-09-09 トヨタ自動車株式会社 水素利用内燃機関

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1590321A (en) * 1926-06-29 Liqirid-feecotg appabatus
US20040011323A1 (en) 2000-10-22 2004-01-22 Ulrich Hilger Internal combustion engine with injection of gaseous fuel
EP1546548B1 (de) 2002-10-02 2007-12-12 Westport Power Inc. Glühring als zündhilfe bei einem verbrennungsmotor
WO2007031848A2 (en) * 2005-09-15 2007-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine using hydrogen
US20080047502A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Michael Russo Hybrid Cycle Electrolysis Power System with Hydrogen & Oxygen Energy Storage
WO2014037068A1 (de) 2012-09-04 2014-03-13 Gvh Gesellschaft Für Verbrennungsmotoren Und Hybridantriebe Mbh Ventileinrichtung, system und verwendung zur einblasung von gasförmigem kraftstoff
US20140230458A1 (en) 2013-02-19 2014-08-21 Hyundai Heavy Industries Co., Ltd. System for supplying liquefied natural gas fuel
US20140290280A1 (en) 2013-03-28 2014-10-02 Hyundai Heavy Industries Co., Ltd. System for supplying liquefied natural gas fuel and method of operating the same
WO2015122408A1 (ja) * 2014-02-12 2015-08-20 株式会社ニフコ 弁装置
WO2016112462A1 (en) 2015-01-14 2016-07-21 Westport Power Inc. Pump system for delivering liquefied gaseous fluid

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113874617A (zh) * 2019-05-26 2021-12-31 罗伯特·博世有限公司 用于运行燃料系统的方法、预输送泵和燃料系统
CN114087538A (zh) * 2020-08-24 2022-02-25 安瑞科(廊坊)能源装备集成有限公司 Lng燃气输送加注系统及其控制方法

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