WO2021026580A1 - System zur entnahme eines fluids aus einem kryobehälter - Google Patents

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WO2021026580A1
WO2021026580A1 PCT/AT2020/060301 AT2020060301W WO2021026580A1 WO 2021026580 A1 WO2021026580 A1 WO 2021026580A1 AT 2020060301 W AT2020060301 W AT 2020060301W WO 2021026580 A1 WO2021026580 A1 WO 2021026580A1
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Matthias Rebernik
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Cryoshelter Gmbh
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a system for withdrawing a fluid from a cryocontainer, comprising a withdrawal line for withdrawing fluid from the cryocontainer and a pressure management system connected to the withdrawal line, which has a branch line for withdrawing the fluid from the withdrawal line and supplying the fluid to a heat exchanger and a Return line for returning the fluid from said heat exchanger to the extraction line.
  • liquefied gases can be stored in containers (“cryogenic containers”) in order to store them as fuel for an engine, for example.
  • Liquefied gases are gases that are in a liquid state at boiling point, the boiling point of this fluid being pressure-dependent. If such a cryogenic liquid is filled into a cryocontainer, then, apart from thermal interactions with the cryocontainer itself, a pressure corresponding to the boiling temperature is established. If, for example, methane is used as fuel, this means that the methane must be at a sufficiently high temperature in order to achieve a sufficiently high tank pressure for engine operation after filling the tank from the petrol station into the vehicle tank. If the pressure applied to the injection valves of the engine falls below the specified minimum, the engine cannot be operated.
  • a truck fills up with 6.5 bar cold LNG (Liquid Natural Gas).
  • LNG Liquid Natural Gas
  • the pressure loss without throttle up to the engine (or its injection valves) is 0.5 bar, which means that the engine is 6.0 bar.
  • This pressure is now the minimum pressure required at the injection valves in order to be able to operate the engine. The engine will not run under this pressure.
  • the tank pressure of a cryogenic system can be influenced by targeted introduction of heat. This can be desired in order to keep the tank pressure and thus the supply pressure for the engine constant at high extraction rates, for example with a high engine load. It can also be desirable if the filling station does not provide cryogenic fluid at the required boiling temperature.
  • Such devices are known as pressure management systems. In the following, a pressure management system according to the prior art is explained with reference to FIG.
  • FIG. 1 shows a pressure management system 1 in which a throttle 3 with an unchangeable cross-section is built into the extraction line 2.
  • a branch line 4 connected to the extraction line 2 upstream of the throttle 3
  • fluid is withdrawn from the extraction line 2 and fed to a heat exchanger (not shown) which usually protrudes into the cryocontainer.
  • the fluid is then returned to the extraction line via a return line 5 downstream of the throttle.
  • This allows the pressure in the cryocontainer to be increased in a targeted manner, since the fluid branched off from the extraction line 2 has a higher temperature than the fluid in the cryocontainer as a result of previous heating (e.g.
  • a manually operated valve 6 is provided in the branch line 4.
  • the cross section of the throttle 3 is dimensioned in such a way that, on the one hand, when the valve 6 is closed (the pressure management system is deactivated), the pressure in the extraction line does not drop too much.
  • the throttle 2 should have a resistance that is large enough so that when the valve 6 is open (the pressure management system is activated) sufficient fluid flows through the branch line 4.
  • the aim of the invention is to reduce throttle losses in extraction lines with pressure management systems so that the engine can be operated with lower tank pressures.
  • a system for withdrawing a fluid from a cryogenic container comprising a withdrawal line for withdrawing fluid from the cryogenic container and a pressure management system connected to the withdrawal line, which has a branch line for withdrawing the fluid from the withdrawal line and supplying the fluid to a Heat exchanger and a return line for returning the fluid from said heat exchanger to the extraction line, the system comprising a throttle with a variable cross-section and the throttle being arranged in the extraction line downstream of the branch line and upstream of the return line.
  • the cross section of the throttle can preferably be changed in such a way that in one position it essentially corresponds to a cross section of the extraction line, whereby the pressure loss in the extraction line can be minimized. In this “100% open” position, the pressure loss through the throttle can essentially be completely eliminated. Furthermore, the cross section of the throttle can preferably be changed in such a way that in a different position it can essentially prevent a fluid flow through the extraction line. This sends the maximum mass flow through the heat exchanger, which means that a maximum pressure build-up rate can be achieved in the cryocontainer.
  • the throttle is particularly preferably designed as an internally drilled 2/2-way valve which, in the closed state, limits the mass flow of the fluid to 5% to 50%, preferably essentially 30%, compared to the open state. It is particularly preferred that the 2/2 Vege valve, which is bored out on the inside, is not activated in the first operating state (“normally open”) and activated under current in the state with a limited mass flow. As a result, the 2/2-way valve only needs to be energized when the pressure management system is switched on, which is particularly advantageous if the pressure management system is switched on less than 50% of the time.
  • the cross section of the throttle can, for example, be changed manually, e.g. when the engine is to be started. This can be done, for example, using a handwheel on the throttle.
  • the cross section can also be controlled electromechanically, for which purpose a control device as described in detail below can be used.
  • a system for withdrawing a fluid from a cryogenic container comprising a withdrawal line for withdrawing fluid from the cryogenic container and a pressure management system connected to the withdrawal line, which has a branch line for withdrawing the fluid from the withdrawal line and supplying the fluid to a Heat exchanger and a return line for returning the fluid from the said heat exchanger to the extraction line, the system comprising means which are designed to allow fluid to flow only via the extraction line between the branch line and the return line and in a first operating state a second operating state to allow fluid to flow only through the pressure management system.
  • the second alternative solution also differs from the prior art in that when the pressure management system is switched off, fluid can flow unhindered through the throttle-free section of the extraction line between the branch line and the return line, whereby the flow resistance is minimized, and when the pressure management system is switched on, no more fluid via the section of the extraction line between Branch line and return line flows.
  • the second alternative solution again comprises two possible alternative design variants.
  • the means comprise a 3/2-way valve which connects to both the branch line and the extraction line, the 3/2-way valve being designed to close the pressure management system from the extraction line in the first operating state couple and in the second operating state to close a flow running from the branch line to the return line through the extraction line.
  • the means comprise a first 2/2-way valve in the extraction line between the branch line and the return line and a second 2/2-way valve in the branch line.
  • the system can furthermore comprise a throttle with an unchangeable cross section between the branch line and the return line, which is connected in parallel to a section of the extraction line between the branch line and the return line.
  • the system according to the invention can have a control device which is designed to receive a pressure in the cryocontainer from a pressure measuring device and a temperature of the fluid downstream of the return line from a temperature measuring unit and the cross-section of the throttle or the operating state in To change depending on the pressure and temperature mentioned.
  • the cross section of the throttle is thus set automatically and in the second alternative solution of the invention, the operating state is selected automatically.
  • the formulation of the conditions, which cross-section the throttle should assume or which operating state is selected can be done by a person skilled in the art.
  • the control device has the effect that, through the measurement and automatic adaptation of the system, the system can be adapted quickly and individually to the prevailing conditions, as a result of which, among other things, the fuel consumption of the engine can be reduced and system errors prevented.
  • the control device is preferably designed to maximize the cross section of the throttle or to select the first operating state when the pressure in the cryogenic container exceeds a predetermined threshold value. As a result, a minimal pressure drop can be achieved in the system, which is not possible with the prior art explained at the beginning.
  • the so-called hold time of the cryocontainer can be extended by these measures after the vehicle has been parked.
  • a manually or automatically operated valve can be provided in the branch line. An additional safety mechanism can thus be achieved with this valve. Furthermore, a flow through the heat exchanger in the inner tank and the resulting pressure increase can be reliably prevented.
  • the said system preferably already comprises the cryocontainer and the heat exchanger.
  • the heat exchanger can be designed in two alternatives here. Firstly, the heat exchanger can protrude into the interior of the cryocontainer and, secondly, the heat exchanger can be passed through a further heat exchanger arranged between the cryocontainer and the branch line.
  • the Heat exchanger to heat the fluid in the cryocontainer by means of the heated fluid in the pressure management system, as a result of which the pressure in the cryocontainer increases. If the gas temperature is to be reduced, for example with a high engine load, the throttle can be closed, so that all of the gas flows through the internal heat exchanger and the fluid flow to the engine is as cold as possible.
  • the temperature of the fluid in the extraction line upstream of the return line can be regulated, for example to regulate a gas temperature for the consumer such as an engine or to keep it above predefined limits such as minimum temperatures of injection valves or seals.
  • the system is particularly preferably installed in a motor vehicle with an engine, the extraction line connecting to the engine in order to supply fluid from the cryocontainer to this.
  • FIG. 2 shows a system for removing a fluid from a cryocontainer in a schematic representation.
  • FIG. 3 shows a first alternative solution to the system according to the invention.
  • FIG. 4a shows a first operating state and FIG. 4b shows a second operating state of a first embodiment variant of a second alternative solution of the system according to the invention.
  • Figure 5 shows a second embodiment of the second alternative solution of the system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a system 7 for removing a fluid 8 from a cryocontainer 9.
  • the fluid 8 stored in the cryocontainer 9 is, for example, liquefied natural gas, also known to the person skilled in the art as LNG (“Liquid Natural Gas”).
  • LNG Liquid Natural Gas
  • the cryocontainer 9 is usually carried on a motor vehicle, in which case the fluid 8 is used as fuel for an engine of the motor vehicle. In principle, however, the cryocontainer 9 with the associated system 7 could also be used in other areas of application, which is why the motor is generally designated as consumer 10 in FIG.
  • a withdrawal line 11 is arranged between the cryocontainer 9 and the consumer 10.
  • the liquid fluid 8 is converted into the gaseous state.
  • the system 7 comprises a pressure management system 20 can be achieved by two alternative solutions.
  • the first alternative solution is explained with reference to FIG. 3 and the second with reference to FIGS. 4a to 5.
  • the pressure management system 20 comprises a branch line 21 for removing the fluid 8 from the extraction line 11 and supplying the fluid 8 to a heat exchanger 22 and a Return line 23 for returning the fluid 8 from the named heat exchanger 22 to the extraction line 11.
  • FIG. 3 shows the first alternative solution according to the invention, wherein a throttle 24 with a variable cross section is arranged in the extraction line 11 downstream of the branch line 21 and upstream of the return line 23.
  • the cross section of the throttle 24 can be changed, for example, in such a way that it can assume at least two different diameters, at least one of these diameters being less than the diameter of the extraction line 11 or greater than zero, for example.
  • the diameter of the cross section can be set continuously between zero (the throttle 24 is closed) and a diameter that corresponds to the diameter of the extraction line 11.
  • a stepwise, i.e. non-continuous, variability of the cross section of the throttle 24 is also possible, whereby the throttle 24 can enable various predefined operating states.
  • the throttle 24 is designed, for example, as an adapted 2/2-way valve which is completely open in a first operating state and the mass flow of the fluid between in a second operating state 5% and 50%, preferably to essentially 30%, of the mass flow of the fully open state. In all embodiments, but especially in the embodiment just mentioned, it is preferred if the throttle 24 is open in the first operating state without current and is activated under current in the second operating state.
  • FIG. 3 also shows that a control device 25 can be provided which can change the cross section of the throttle 24.
  • the control device 25 is connected to the throttle 24 either by a cable or by a wireless connection.
  • the cross section of the throttle 24 could also be changed manually, for example by means of a handwheel.
  • the control device 25 receives at least a pressure in the cryogenic container 9 from a pressure measuring unit 26 and optionally a temperature of the fluid 8 downstream of the return line 23 from a temperature measuring unit 27.
  • the temperature measurement is not mandatory, for example in embodiments in which the temperature does not fall below the required minimum temperature to the engine or no problems occur during operation.
  • the control device 25 could also have measured values from other sensors such as a pressure sensor 28 and a temperature sensor 29 upstream of the branch line 21, a pressure sensor 30 in the extraction line 11 between the branch line 21 and the throttle 24, a pressure sensor 31 in the extraction line 11 between the throttle 24 and the return line 23 and / or receive a temperature sensor 32 in the return line 23 and adjust the cross section of the throttle 24 as a function of these received measured values.
  • a filling level sensor 33 could also be arranged inside the cryocontainer 9 in order to send measurement data to the control device 25.
  • the control device 25 can also control not only the cross section of the throttle 24, but also a valve 34 in the branch line 21 in order to deactivate the pressure management system 20 at least temporarily.
  • a shut-off valve 35 (see FIG. 2) in the extraction line 11 downstream of the return line 23 could also be controlled, i.e. closed or opened, by the control device 25 as a function of the measured values received.
  • the system comprises means 36 which are designed to flow fluid 8 only via the extraction line 11 between branch line 21 and return line 23 in a first operating state and in a second operating state fluid 8 only via the pressure management system 20 to flow by the section of the extraction line 11 between branch line
  • FIGS. 4a and 4b two design variants are provided, the first of which is shown in FIGS. 4a and 4b.
  • FIG. 4a shows the first operating state
  • FIG. 4b the second operating state of the first variant, in which a 3/2-way valve 37 is provided, which connects both to branch line 21 (or return line 23) and to extraction line 11.
  • the 3/2-way valve 37 decouples the branch line 21 from the extraction line 11 and releases the extraction line 11 in the area of the pressure management system 20 so that the pressure management system 20 is separated from the extraction line 11 in the first operating state.
  • the fluid 8 can therefore flow freely through the extraction line 11 in the first operating state, as a result of which there are extremely low throttle losses in the extraction line 11.
  • the 3/2-way valve can be designed as a coupling between extraction line 11 and branch line 21, but also as a coupling between extraction line 11 and return line 23.
  • the 3/2 Vege valve closes the section of the extraction line 11 between branch line 21 and return line 23, so that fluid 8 only flows through pressure management system 20.
  • the 3/2-way valve 37 thus connects the section of the extraction line 11 upstream of the branch line 21 in the first operating state only with the section of the extraction line 11 downstream of the branch line 21 and in the second operating state only with the branch line 21.
  • the means 36 include a first 2/2-way valve 38 in the extraction line 11 between the branch line 21 and the return line 23 and a second 2/2-way valve 39 in the branch line 21.
  • the first 2/2-way valve 38 In the first operating state, the first 2/2-way valve 38 is open and the second 2/2-way valve 39 is closed, so that essentially the same state as in FIG. 4a, but with different valves, is achieved .
  • the second operating state the first 2/2-way valve 38 is closed and the second 2/2-way valve 39 is opened, so that essentially the same state as in FIG. 4b, but with different valves, is achieved.
  • FIGS. 4a to 5 show that optionally a throttle 40 with an unchangeable cross section between branch line 21 and return line 23 is connected in parallel to the section of extraction line 11 between branch line 21 and return line 23.
  • the throttle 40 is part of the pressure management system 20, so that in the first operating state, fluid 8 continues to flow only via the extraction line 11 between branch line 21 and return line 23 and in the second operating state continues to flow only via the pressure management 20.
  • it can be provided in all embodiments not to connect a throttle 40 in parallel, so that in the second operating state fluid 8 only flows through the heat exchanger 22 of the pressure management system 20.
  • the throttle 40 is already connected in parallel upstream of the valve 39 to the section of the extraction line 11 between the branch line 21 and the return line 23.
  • the 2/2-way valve 38 and the rigid throttle 40 can be viewed as a unit, so that they together form a throttle 24 with a variable cross section, as in FIG. 3. Strictly speaking, this is a variation of the first alternative solution.
  • This throttle 40 can, however, also be provided in addition in the embodiment of FIG. 3, in which case the throttle 40 with an unchangeable cross section is connected in parallel to the throttle 24 with a variable cross section.
  • the optional arrangement with a throttle 40 connected in parallel ensures that the throttle 40 is always open parallel to the valve 38, so that part of the flow losses through the valve 38 can be compensated. As long as the valve 39 is closed, there is no flow through the inner heat exchanger. In this arrangement, depending on the opening cross section of the throttle 40, the full efficiency of the pressure management system is not achieved, since the mass flow is reduced by the mass flow flowing through the throttle 40.
  • the throttle 40 can only be connected in parallel after the valve 39, so that the throttle 40 is not effective in reducing flow resistance when the pressure management system is deactivated. This has essentially the same effect as the embodiment of FIGS. 4a and 4b.
  • the control device 25 can also be used in the embodiments of FIGS. 4a and 4b or FIG. 5 as explained above, this being done with the 3/2-way valve 37 or with the 2/2-way valves 38, 39 connected to open it or close.
  • the control device 25 can be connected to the various measuring sensors as described above in order to set the valves 37 or 38 and 39 such that either the first or the second operating state is selected.
  • Each of the named valves 37 or 38 and 39 can thus be controlled automatically via the control device 25, again in a wired or wireless manner, alternatively or additionally, however, also manually, for example by means of a handwheel.
  • shut-off valve 34 shown in FIG. 3 in the branch line 21 can also be implemented in the embodiment variant of FIGS. 4a and 4b, this in turn being able to be closed or opened via the control device 25 or manually.
  • this shut-off valve 34 is already implemented by the 2/2-way valve 29, but a further, manually operated valve 34 can be added in the branch line 21.
  • the above-mentioned heat exchanger 22 arranged between branch line 21 and return line 23 can, as indicated in FIG. 1, protrude into the interior of the cryocontainer 9. Since the fluid 8 withdrawn from the extraction line 11 is vaporized by the heat exchanger 12 and has a higher temperature than the fluid 8 in the heat exchanger, the temperature in the cryocontainer 9 is increased by the heat exchanger 22, so that the pressure in the cryocontainer 9 rises. In this embodiment, the pressure management system 20 thus serves to increase the pressure in the cryogenic container 9.
  • the heat exchanger 22 is passed through the heat exchanger 12 in the removal line 11, which is used for vaporising and heating the fluid 8 removed from the cryogenic container 9.
  • the temperature of the fluid 8 supplied to the consumer 10 can be regulated since the temperature of the fluid 8 in the pressure management system 20 changes in this arrangement.
  • the fluid 8 guided through the return line 23 is reheated in the cryocontainer 9 after the heat has been given off to the heat exchanger 22 by using a separate heat exchanger or by passing it through the heat exchanger 12.
  • the maximum performance of the internal heat exchanger 22 can be used without falling below a possibly required minimum temperature towards the consumer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (7) zur Entnahme eines Fluids (8) aus einem Kryobehälter (9), umfassend eine Entnahmeleitung (11) zur Entnahme von Fluid (8) aus dem Kryobehälter (9) und Druckmanagementsystem (20), welches eine Abzweigleitung (21) zur Entnahme des Fluids (8) aus der Entnahmeleitung (11) und eine Rückführleitung (23) zur Rückführung des Fluids (8) in die Entnahmeleitung (11) umfasst, wobei das System (7) eine Drossel (24) mit veränderbarem Querschnitt umfasst, und wobei die Drossel (24) in der Entnahmeleitung (11) stromabwärts der Abzweigleitung (21) und stromaufwärts der Rückführleitung (23) angeordnet ist. Alternativ kann das System Mittel (36) umfassen, welche dazu ausgebildet sind, in einem ersten Betriebszustand Fluid (8) nur über die Entnahmeleitung (11) zwischen Abzweigleitung (21) und Rückführleitung (23) fließen zu lassen und in einem zweiten Betriebszustand Fluid (8) nur über das Druckmanagementsystem (20) fließen zu lassen.

Description

System zur Entnahme eines Fluids aus einem Kryobehälter
Die Erfindung betrifft ein System zur Entnahme eines Fluids aus einem Kryobehälter, umfassend eine Entnahmeleitung zur Entnahme von Fluid aus dem Kryobehälter und ein an die Entnahmeleitung angeschlossenes Druckmanagementsystem, welches eine Abzweigleitung zur Entnahme des Fluids aus der Entnahmeleitung und Zufuhr des Fluids an einen Wärmetauscher und eine Rückführleitung zur Rückführung des Fluids vom genannten Wärmetauscher in die Entnahmeleitung umfasst.
Gemäß dem Stand der Technik können verflüssigte Gase in Behältern („Kryobehältem“) gespeichert werden, um diese als Kraftstoff für beispielsweise einen Motor zu lagern. Verflüssigte Gase sind Gase, die bei Siedetemperatur im flüssigen Aggregatzustand vorliegen, wobei die Siedetemperatur dieses Fluids druckabhängig ist. Wird eine solche kryogene Flüssigkeit in einen Kryobehälter gefüllt, so stellt sich, abgesehen von thermischen Wechselspielen mit dem Kryobehälter selbst, ein Druck entsprechend der Siedetemperatur ein. Bei Verwendung von z.B. Methan als Kraftstoff bedeutet dies, dass das Methan mit ausreichend hoher Temperatur vorliegen muss, um nach Elmfüllen von der Tankstelle in den Fahrzeugtank in diesem einen für den Motorbetrieb ausreichend hohen Tankdruck zu erreichen. Elnterschreitet der an den Einblaseventilen des Motors anliegende Druck das spezifizierte Minimum, so ist ein Betrieb des Motors nicht möglich.
Beispielsweise tankt ein LKW 6,5 bar kaltes LNG (Liquid Natural Gas). Bei einer Entnahmerate von z.B. 20 kg/h beträgt der Druckverlust ohne Drossel bis hin zum Motor (bzw. dessen Einblaseventilen) 0,5 bar, womit am Motor 6,0 bar anliegen. Dieser Druck ist nun der erforderliche Mindestdruck an den Einblaseventilen, um den Motor betreiben zu können. Elnter diesem Druck läuft der Motor nicht.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass der Tankdruck eines kryogenen Systems durch gezielten Wärmeeintrag beeinflusst werden kann. Dies kann gewollt sein, um bei hohen Entnahmeraten z.B. bei hoher Motorlast, den Tankdruck und damit den Versorgungsdruck für den Motor konstant zu halten. Es kann auch gewünscht sein, wenn kryogenes Fluid von der Tankstelle nicht mit der erforderlichen Siedetemperatur bereitgestellt wird. Derartige Einrichtungen sind als Druckmanagementsysteme bekannt. Im Folgenden wird ein Druckmanagementsystem gemäß dem Stand der Technik anhand von Figur 1 erläutert.
Figur 1 zeigt ein Druckmanagementsystem 1, bei dem in die Entnahmeleitung 2 eine Drossel 3 mit unveränderbarem Querschnitt eingebaut ist. Mittels einer stromaufwärts der Drossel 3 an die Entnahmeleitung 2 angeschlossenen Abzweigleitung 4 wird Fluid aus der Entnahmeleitung 2 entnommen und einem Wärmetauscher (nicht dargestellt) zugeführt, der üblicherweise in den Kryobehälter hineinragt. Danach wird das Fluid über eine Rückführleitung 5 stromabwärts der Drossel in die Entnahmeleitung rückgeführt. Hiermit kann gezielt der Druck im Kryobehälter erhöht werden, da das aus der Entnahmeleitung 2 abgezweigte Fluid durch eine vorangehende Erwärmung eine höhere Temperatur aufweist als das Fluid im Kryobehälter (z.B. wurde das Fluid direkt nach der Entnahme aus dem Kryobehälter durch einen weiteren Wärmetauscher in einen gasförmigen Zustand gebracht, wodurch sich die Temperatur des Fluids erhöht). Um zu steuern, wann Fluid mittels des Druckmanagementsystems aus der Entnahmeleitung 2 rückgeführt werden soll, ist in der Abzweigleitung 4 ein manuell bedienbares Ventil 6 vorgesehen.
Der Querschnitt der Drossel 3 wird im Beispiel von Figur 1 derart dimensioniert, dass einerseits bei geschlossenem Ventil 6 (das Druckmanagementsystem ist deaktiviert) der Druck in der Entnahmeleitung nicht zu stark abfällt. Andererseits soll die Drossel 2 einen Widerstand aufweisen, der groß genug ist, damit bei geöffnetem Ventil 6 (das Druckmanagementsystem ist aktiviert) genügend Fluid über die Abzweigleitung 4 fließt.
Es ist das Ziel der Erfindung, bei Entnahmeleitungen mit Druckmanagementsystemen Drosselverluste zu reduzieren, sodass der Motor mit niedrigeren Tankdrücken betrieben werden kann.
Dieses Ziel wird durch die erfinderische Idee gelöst, die starre Drossel aus der Entnahmeleitung zu entfernen, was mittels zwei Alternativlösungen umgesetzt werden kann. Gemäß der ersten Alternativlösung wird ein System zur Entnahme eines Fluids aus einem Kryobehälter geschaffen, umfassend eine Entnahmeleitung zur Entnahme von Fluid aus dem Kryobehälter und ein an die Entnahmeleitung angeschlossenes Druckmanagementsystem, welches eine Abzweigleitung zur Entnahme des Fluids aus der Entnahmeleitung und Zufuhr des Fluids an einen Wärmetauscher und eine Rückführleitung zur Rückführung des Fluids vom genannten Wärmetauscher in die Entnahmeleitung umfasst, wobei das System eine Drossel mit veränderbarem Querschnitt umfasst und die Drossel in der Entnahmeleitung stromabwärts der Abzweigleitung und stromaufwärts der Rückführleitung angeordnet ist. Mit diesem System kann bei Bedarf, oder in Zeiten niedrigerer Motorlasten, das Druckmanagementsystem gerade so zugeschaltet werden, dass der Motor noch versorgt werden und gleichzeitig der schnellstmögliche Druckaufbau im Tank erfolgen kann.
Bevorzugt ist der Querschnitt der Drossel derart veränderbar, dass er in einer Stellung im Wesentlichen einem Querschnitt der Entnahmeleitung entspricht, wodurch der Druckverlust in der Entnahmeleitung minimiert werden kann. In dieser „100 % offen“ Stellung kann der Druckverlust durch die Drossel im Wesentlichen zur Gänze eliminiert werden. Weiters bevorzugt ist der Querschnitt der Drossel derart veränderbar, dass er in einer anderen Stellung einen Fluidstrom durch die Entnahmeleitung im Wesentlichen unterbinden kann. Damit wird der maximale Massenstrom durch den Wärmetauscher geschickt, wodurch eine maximale Druckaufbaurate im Kryobehälter erreicht werden kann.
Besonders bevorzugt ist die Drossel als innen aufgebohrtes 2/2-Wege-Ventil ausgeführt, welches im geschlossenen Zustand den Massenstrom des Fluids auf 5 % bis 50 %, bevorzugt im Wesentlichen 30 %, gegenüber dem geöffneten Zustand begrenzt. Besonders bevorzugt ist das innen aufgebohrte 2/2-Vege-Ventil im ersten Betriebszustand nicht angesteuert („stromlos offen“) und im Zustand mit begrenztem Massenstrom unter Strom angesteuert. Dadurch muss das 2/2-Wege-Ventil nur dann unter Strom gesetzt werden, wenn das Druckmanagementsystem zugeschalten wird, was besonders dann vorteilhaft ist, wenn das Druckmanagementsystem weniger als 50% der Zeit zugeschalten wird.
Der Querschnitt der Drossel kann beispielsweise manuell verändert werden, z.B. wenn der Motor gestartet werden soll. Dies kann beispielsweise durch ein Handrad an der Drossel erfolgen. Alternativ kann der Querschnitt auch elektromechanisch gesteuert werden, wozu eine Steuereinrichtung wie unten im Detail beschrieben eingesetzt werden kann.
Gemäß der zweiten Alternativlösung wird ein System zur Entnahme eines Fluids aus einem Kryobehälter geschaffen, umfassend eine Entnahmeleitung zur Entnahme von Fluid aus dem Kryobehälter und ein an die Entnahmeleitung angeschlossenes Druckmanagementsystem, welches eine Abzweigleitung zur Entnahme des Fluids aus der Entnahmeleitung und Zufuhr des Fluids an einen Wärmetauscher und eine Rückführleitung zur Rückführung des Fluids vom genannten Wärmetauscher in die Entnahmeleitung umfasst, wobei das System Mittel umfasst, welche dazu ausgebildet sind, in einem ersten Betriebszustand Fluid nur über die Entnahmeleitung zwischen Abzweigleitung und Rückführleitung fließen zu lassen und in einem zweiten Betriebszustand Fluid nur über das Druckmanagementsystem fließen zu lassen.
Im Gegensatz zur ersten Alternativlösung und zum Stand der Technik liegt hier ein binäres System vor, bei dem das Druckmanagementsystem durch die Mittel entweder komplett von der Entnahmeleitung weggeschalten werden oder derart zugeschalten werden kann, dass Fluid nur mehr über das Druckmanagementsystem fließt und nicht mehr durch den Abschnitt der Entnahmeleitung zwischen Abzweigleitung und Rückführleitung.
Die zweite Altemativlösung unterscheidet sich zum Stand der Technik zudem dadurch, dass bei weggeschaltenem Druckmanagementsystem Fluid ungehindert durch den drossellosen Abschnitt der Entnahmeleitung zwischen Abzweigleitung und Rückführleitung fließen kann, wodurch der Strömungswiderstand minimiert wird, und bei zugeschaltenem Druckmanagementsystem kein Fluid mehr über den Abschnitt der Entnahmeleitung zwischen Abzweigleitung und Rückführleitung fließt.
Die zweite Altemativlösung umfasst wiederum zwei mögliche alternative Ausführungsvarianten. Gemäß der ersten Ausführungsvariante umfassen die Mittel ein 3/2- Wege-Ventil, welches sowohl an die Abzweigleitung als auch an die Entnahmeleitung anschließt, wobei das 3/2-Wege-Ventil dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebszustand das Druckmanagementsystem von der Entnahmeleitung zu koppeln und im zweiten Betriebszustand einen von der Abzweigleitung zu der Rückführleitung durch die Entnahmeleitung verlaufenden Durchfluss zu schließen. Dies hat den Vorteil, dass überhaupt nur ein einziges Instrument, das 3/2-Wege-Ventil, vorgesehen werden muss, was die beweglichen Teile im System und damit auch dessen Fehleranfälligkeit reduziert.
Gemäß der zweiten Ausführungsvariante umfassen die Mittel ein erstes 2/2-W ege- Ventil in der Entnahmeleitung zwischen der Abzweigleitung und der Rückführleitung und ein zweites 2/2-Wege-Ventil in der Abzweigleitung. Dies hat den Vorteil, dass einfache 2/2-Wege- Ventile eingesetzt werden können, um das erfindungsgemäße System umzusetzen. Dadurch können die Gesamtkosten des Systems besonders gering gehalten werden.
Das System kann ferner eine Drossel mit unveränderbaren Querschnitt zwischen Abzweigleitung und Rückführleitung umfassen, welche zu einem Abschnitt der Entnahmeleitung zwischen Abzweigleitung und Rückführleitung parallelgeschalten ist. Dadurch kann im zweiten Betriebszustand das standardgemäße Strömungsverhalten des Standes der Technik simuliert werden bzw. kann die Gastemperatur hin zum Motor entsprechend angehoben werden.
Um eine automatische Systemsteuerung einzurichten, kann das erfmdungsgemäße System über eine Steuereinrichtung verfügen, die dazu ausgebildet ist, einen Druck im Kryobehälter von einer Druckmesseinrichtung und eine Temperatur des Fluids stromabwärts der Rückführleitung von einer Temperaturmesseinheit zu empfangen und den Querschnitt der Drossel bzw. den Betriebszustand in Abhängigkeit zu dem genannten Druck und der genannten Temperatur zu verändern. In der ersten Altemativlösung der Erfindung wird somit der Querschnitt der Drossel automatisch eingestellt und in der zweiten Altemativlösung der Erfindung wird der Betriebszustand automatisch gewählt. Die Ausformulierung der Bedingungen, welchen Querschnitt die Drossel einnehmen soll bzw. welcher Betriebszustand gewählt wird, kann durch einen Fachmann erfolgen. Die Steuereinrichtung hat den Effekt, dass durch die Messung und automatische Anpassung des Systems schnell und individuell auf die vorliegenden Zustände angepasst werden kann, wodurch sich in der Folge unter anderem der Kraftstoffverbrauch des Motors reduziert und Systemfehler verhindert werden können.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, den Querschnitt der Drossel zu maximieren bzw. den ersten Betriebszustand auszuwählen, wenn der Druck im Kryobehälter einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Dadurch kann ein minimaler Druckabfall im System erzielt werden, was durch den eingangs erläuterten Stand der Technik nicht möglich ist. Die sogenannte Hold-Time des Kryobehälters kann durch diese Maßnahmen nach Abstellen des Fahrzeuges verlängert werden.
Um das System noch genauer regeln zu können oder um das Druckmanagementsystem im Bedarfsfall unabhängig von der Drossel bzw. von dem genannten Mittel wegzuschalten, kann ein manuell oder automatisch bedienbares Ventil in der Abzweigleitung vorgesehen werden. Durch dieses Ventil kann somit ein zusätzlicher Sicherheitsmechanismus erzielt werden. Weiters kann dadurch eine Durchströmung des Wärmetauschers im Innentank und die damit erzeugte Druckerhöhung verlässlich unterbunden werden.
Bevorzugt umfasst das genannte System bereits den Kryobehälter und den Wärmetauscher. Der Wärmetauscher kann hier in zwei Alternativen ausgeführt werden. Erstens kann der Wärmetauscher in den Innenraum des Kryobehälters hineinragen und zweitens kann der Wärmetauscher durch einen weiteren zwischen dem Kryobehälter und der Abzweigleitung angeordneten Wärmetauscher geführt werden. Im erstgenannten Fall dient der Wärmetauscher dazu, das Fluid im Kryobehälter mittels des erwärmten Fluids im Druckmanagementsystem zu erwärmen, wodurch sich der Druck im Kryobehälter erhöht. Soll die Gastemperatur abgesenkt werden, z.B. bei hoher Motorlast, kann die Drossel geschlossen werden, wodurch das gesamte Gas den inneren Wärmetauscher durchströmt und der Fluidstrom zum Motor so kalt wie möglich wird. Im zweitgenannten Fall kann die Temperatur des Fluids in der Entnahmeleitung stromaufwärts der Rückführleitung geregelt werden, um beispielsweise eine Gastemperatur für den Verbraucher wie einen Motor zu regeln beziehungsweise oberhalb vordefinierter Grenzen zu halten wie z.B. Mindesttemperaturen von Einblaseventilen oder Dichtungen.
Besonders bevorzugt ist das System in einem Kraftfahrzeug mit Motor verbaut, wobei die Entnahmeleitung an den Motor anschließt, um diesem Fluid aus dem Kryobehälter zuzuführen.
Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Figur 2 zeigt ein System zur Entnahme eines Fluids aus einem Kryobehälter in einer schematischen Darstellung.
Figur 3 zeigt eine erste Alternativlösung des erfindungsgemäßen Systems.
Figur 4a zeigt einen ersten Betriebszustand und Figur 4b einen zweiten Betriebszustand einer ersten Ausführungsvariante einer zweiten Alternativlösung des erfmdungsgemäßen Systems. Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der zweiten Altemativlösung des erfmdungsgemäßen Systems.
Figur 2 zeigt ein System 7 zur Entnahme eines Fluids 8 aus einem Kryobehälter 9. Das im Kryobehälter 9 gespeicherte Fluid 8 ist beispielsweise verflüssigtes Erdgas, dem Fachmann auch als LNG („Liquid Natural Gas“) bekannt. Der Kryobehälter 9 wird in der Regel auf einem Kraftfahrzeug mitgeführt, in welchem Fall das Fluid 8 als Treibstoff für einen Motor des Kraftfahrzeugs dient. Grundsätzlich könnte der Kryobehälter 9 mit dem zugehörigen System 7 aber auch in anderen Einsatzgebieten zum Einsatz kommen, weswegen der Motor im Figur 2 allgemein als Verbraucher 10 bezeichnet ist.
Um das im Kryobehälter 9 üblicherweise im flüssigen Zustand gespeicherte Fluid 8 dem Verbraucher 10 im gasförmigen Zustand zukommen zu lassen, ist eine Entnahmeleitung 11 zwischen Kryobehälter 9 und Verbraucher 10 angeordnet. Mittels eines in der Entnahmeleitung 11 angeordneten Wärmetauschers 12, dem Fachmann auch als Vaporizer bekannt, wird das flüssige Fluid 8 in den gasförmigen Zustand überführt.
Aus sicherheitstechnischen Gründen sind in der Entnahmeleitung 11 weitere Komponenten wie ein Rückschlagventil 13, ein Handventil 14, ein Entleeranschluss 15 und ein Überlaufventil 16 angeordnet. Weiters kann ein aus dem Stand der Technik bekannter Economizer 17 und ein primäres Überdruckventil 18 zumindest mittelbar an der Entnahmeleitung 11 angeschlossen sein. Um den Tank 9 zu befüllen, kann eine nicht weiter dargestellte Füllleitung 19 vorgesehen werden. Diese Komponenten sind jedoch für die Erfindung nicht weiter relevant, sofern unten nicht anders erläutert.
Um den Druck im Kryobehälter 9 regulieren zu können bzw. um die Temperatur des an den Verbraucher 10 auszugebenen Fluids 8 zu regulieren, umfasst das System 7 ein Druckmanagementsystem 20. Das erfindungsgemäße Druckmanagementsystem 20 weist erfindungsgemäß in der Entnahmeleitung 11 keine Drossel mit unveränderbarem Querschnitt auf und kann durch zwei Alternativlösungen erzielt werden. Die erste Alternativlösung wird anhand von Figur 3 erläutert und die zweite anhand der Figuren 4a bis 5. In beiden Fällen umfasst das Druckmanagementsystem 20 jedoch eine Abzweigleitung 21 zur Entnahme des Fluids 8 aus der Entnahmeleitung 11 und Zufuhr des Fluids 8 an einen Wärmetauscher 22 und eine Rückführleitung 23 zur Rückführung des Fluids 8 vom genannten Wärmetauscher 22 in die Entnahmeleitung 11.
Figur 3 zeigt die erste Altemativlösung gemäß der Erfindung, wobei eine Drossel 24 mit veränderbarem Querschnitt in der Entnahmeleitung 11 stromabwärts der Abzweigleitung 21 und stromaufwärts der Rückführleitung 23 angeordnet ist. Der Querschnitt der Drossel 24 ist beispielsweise derart veränderbar, dass er zumindest zwei verschiedene Durchmesser einnehmen kann, wobei beispielsweise zumindest einer dieser Durchmesser geringer als der Durchmesser der Entnahmeleitung 11 oder größer als null ist. In einem Beispiel kann der Durchmesser des Querschnitts kontinuierlich zwischen null (die Drossel 24 ist geschlossen) und einem Durchmesser eingestellt werden, der dem Durchmesser der Entnahmeleitung 11 entspricht. Auch eine stufenweise, d.h. nicht-kontinuierliche, Veränderbarkeit des Querschnitts der Drossel 24 ist möglich, wodurch die Drossel 24 verschiedene vordefinierte Betriebszustände ermöglichen kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Drossel 24 beispielsweise als adaptiertes 2/2-Wege Ventil ausgeführt, welches in einem ersten Betriebszustand vollständig geöffnet ist und in einem zweiten Betriebszustand den Massenstrom des Fluids auf zwischen 5 % und 50 %, bevorzugt auf im Wesentlichen 30 %, des Massenstroms des vollständig geöffneten Zustands begrenzt. In allen Ausführungsformen, besonders jedoch in der eben genannten Ausführungsform, ist bevorzugt, wenn die Drossel 24 im ersten Betriebszustand stromlos offen vorliegt und im zweiten Betriebszustand unter Strom angesteuert wird.
Figur 3 zeigt ferner, dass eine Steuereinrichtung 25 vorgesehen werden kann, die den Querschnitt der Drossel 24 verändern kann. Dazu ist die Steuereinrichtung 25 entweder durch ein Kabel oder durch eine kabellose Verbindung mit der Drossel 24 verbunden. Alternativ oder zusätzlich zur Steuereinrichtung 25 könnte der Querschnitt der Drossel 24 auch manuell verändert werden, beispielsweise mittels eines Handrads.
Um den Querschnitt der Drossel 24 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Systems 7 zu verändern, empfängt die Steuereinrichtung 25 zumindest einen Druck im Kryobehälter 9 von einer Druckmesseinheit 26 und optional eine Temperatur des Fluids 8 stromabwärts der Rückführleitung 23 von einer Temperaturmesseinheit 27. Die Messung der Temperatur ist jedoch nicht zwingend, beispielsweise in Ausführungsformen, in denen die erforderliche Mindesttemperatur zum Motor nicht unterschritten wird oder im Betrieb keine Probleme auftreten. Die Steuereinrichtung 25 könnte auch noch Messwerte von anderen Sensoren wie einen Drucksensor 28 und einen Temperatursensor 29 stromaufwärts der Abzweigleitung 21, einen Drucksensor 30 in der Entnahmeleitung 11 zwischen Abzweigleitung 21 und Drossel 24, einen Drucksensor 31 in der Entnahmeleitung 11 zwischen Drossel 24 und Rückführleitung 23 und/oder einen Temperatursensor 32 in der Rückführleitung 23 empfangen und den Querschnitt der Drossel 24 in Abhängigkeit von diesen empfangenen Messwerten anpassen. Auch könnte ein Füllstandssensor 33 im Inneren des Kryobehälters 9 angeordnet werden, um Messdaten an die Steuereinrichtung 25 zu senden.
Die Steuereinrichtung 25 kann zudem nicht nur den Querschnitt der Drossel 24 steuern, sondern auch ein Ventil 34 in der Abzweigleitung 21, um das Druckmanagementsystem 20 zumindest temporär zu deaktivieren. Auch ein Absperrventil 35 (siehe Figur 2) in der Entnahmeleitung 11 stromabwärts der Rückführleitung 23 könnte in Abhängigkeit der empfangenen Messwerte von der Steuereinrichtung 25 gesteuert, d.h. geschlossen oder geöffnet, werden.
Alternativ zu der ersten Alternativlösung mit Drossel 24 mit veränderbarem Querschnitt kann auch vorgesehen werden, dass das System gemäß einer zweiten Alternativlösung Mittel 36 umfasst, welche dazu ausgebildet sind, in einem ersten Betriebszustand Fluid 8 nur über die Entnahmeleitung 11 zwischen Abzweigleitung 21 und Rückführleitung 23 fließen zu lassen und in einem zweiten Betriebszustand Fluid 8 nur über das Druckmanagementsystem 20 fließen zu lassen, indem der Abschnitt der Entnahmeleitung 11 zwischen Abzweigleitung
21 und Rückführleitung 23 geschlossen wird.
Zur Ausgestaltung der Mittel 36 sind zwei Ausführungsvarianten vorgesehen, von denen die erste in den Figuren 4a und 4b gezeigt ist. Dabei zeigt Figur 4a den ersten Betriebszustand und Figur 4b den zweiten Betriebszustand der ersten Ausführungsvariante, in der ein 3/2- Wege-Ventil 37 vorgesehen ist, welches sowohl an die Abzweigleitung 21 (oder Rückführleitung 23) als auch an die Entnahmeleitung 11 anschließt.
Im ersten Betriebszustand entkoppelt das 3/2-Wege-Ventil 37 die Abzweigleitung 21 von der Entnahmeleitung 11 und gibt die Entnahmeleitung 11 im Bereich des Druckmanagementsystems 20 frei, sodass das Druckmanagementsystem 20 im ersten Betriebszustand von der Entnahmeleitung 11 getrennt ist. Das Fluid 8 kann daher im ersten Betriebszustand frei durch die Entnahmeleitung 11 fließen, wodurch äußerst geringe Drosselverluste in der Entnahmeleitung 11 vorliegen. Das 3/2-Wege-Ventil kann als Kopplung zwischen Entnahmeleitung 11 und Abzweigleitung 21 aber auch als Kopplung zwischen Entnahmeleitung 11 und Rückführleitung 23 ausgebildet sein.
Im zweiten Betriebszustand, der in Figur 4b dargestellt ist, schließt das 3/2-Vege-Ventil den Abschnitt der Entnahmeleitung 11 zwischen Abzweigleitung 21 und Rückführleitung 23, sodass Fluid 8 nur über das Druckmanagementsystem 20 fließt.
Das 3/2-Wege-Ventil 37 verbindet somit den Abschnitt der Entnahmeleitung 11 stromaufwärts der Abzweigleitung 21 im ersten Betriebszustand nur mit dem Abschnitt der Entnahmeleitung 11 stromabwärts der Abzweigleitung 21 und im zweiten Betriebszustand nur mit der Abzweigleitung 21.
Gemäß der zweiten Ausführungsvariante, die in Figur 5 dargestellt ist, umfassen die Mittel 36 ein erstes 2/2-Wege-Ventil 38 in der Entnahmeleitung 11 zwischen der Abzweigleitung 21 und der Rückführleitung 23 und ein zweites 2/2-W ege- Ventil 39 in der Abzweigleitung 21. Im ersten Betriebszustand ist das erste 2/2-Wege-Ventil 38 geöffnet und das zweite 2/2- Wege-Ventil 39 geschlossen, sodass im Wesentlichen derselbe Zustand wie in Figur 4a, jedoch mit anderen Ventilen, erzielt wird. Im zweiten Betriebszustand ist das erste 2/2- Wege-Ventil 38 geschlossen und das zweite 2/2-W ege-Ventil 39 geöffnet, sodass im Wesentlichen derselbe Zustand wie in Figur 4b, jedoch mit anderen Ventilen, erzielt wird. In den Figuren 4a bis 5 ist dargestellt, dass optional eine Drossel 40 mit unveränderbaren Querschnitt zwischen Abzweigleitung 21 und Rückführleitung 23 zu dem Abschnitt der Entnahmeleitung 11 zwischen Abzweigleitung 21 und Rückführleitung 23 parallel geschalten ist. In den Ausführungsformen der Fig. 4a und 4b ist die Drossel 40 ein Teil des Druckmanagementsystems 20, sodass in ersten Betriebszustand weiterhin Fluid 8 nur über die Entnahmeleitung 11 zwischen Abzweigleitung 21 und Rückführleitung 23 fließt und im zweiten Betriebszustand weiterhin nur über das Druckmanagement 20 fließt. Alternativ kann in allen Ausführungsformen vorgesehen werden, keine Drossel 40 parallelzuschalten, sodass im zweiten Betriebszustand Fluid 8 nur über den Wärmetauscher 22 des Druckmanagementsystems 20 fließt.
In der Ausführungsform von Figur 5 ist die Drossel 40 bereits vor dem Ventil 39 zu dem Abschnitt der Entnahmeleitung 11 zwischen Abzweigleitung 21 und Rückführleitung 23 parallelgeschalten. Das 2/2-Wege-Ventil 38 und die starre Drossel 40 können als Einheit angesehen werden, sodass diese zusammen wie in Figur 3 eine Drossel 24 mit veränderbaren Querschnitt bilden. Strenggenommen handelt es sich hierbei somit um eine Variation der ersten Altemativlösung. Diese Drossel 40 kann jedoch auch zusätzlich in der Ausführungsform von Figur 3 vorgesehen werden, wobei hier die Drossel 40 mit unveränderbarem Querschnitt zur Drossel 24 mit veränderbaren Querschnitt parallelgeschalten ist.
Die optionale Anordnung mit parallelgeschalteter Drossel 40 wie in Figur 5 gezeigt erreicht, dass die Drossel 40 immer parallel zu dem Ventil 38 geöffnet ist, womit ein Teil der Strömungsverluste durch das Ventil 38 kompensiert werden kann. Solange das Ventil 39 geschlossen ist, wird der innere Wärmetauscher nicht durchströmt. In dieser Anordnung wird, je nach Öffnungsquerschnitt der Drossel 40, nicht die volle Leistungsfähigkeit des Druckmanagementsystems erreicht, da der Massenstrom um den über die Drossel 40 fließenden Massenstrom verringert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann bei der Ausführungsform von Figur 5 die Drossel 40 erst nach dem Ventil 39 parallel geschalten sein, sodass die Drossel 40 bei deaktiviertem Druckmanagementsystem nicht strömungswiderstand-mindernd wirksam ist. Dies hat im Wesentlichen denselben Effekt wie die Ausführungsform der Figuren 4a bzw. 4b.
Auch in den Ausführungsformen der Figuren 4a und 4b bzw. Figur 5 kann die Steuereinrichtung 25 wie oben erläutert eingesetzt werden, wobei diese hierbei mit dem 3/2- Wege-Ventil 37 bzw. mit den 2/2-Wege-Ventilen 38, 39 verbunden ist, um diese zu öffnen oder zu schließen. Die Steuereinrichtung 25 kann dabei wie oben beschrieben mit den diversen Messsensoren verbunden werden, um die Ventile 37 bzw. 38 und 39 derart einzustellen, dass entweder der erste oder der zweite Betriebszustand ausgewählt wird. Jedes der genannten Ventile 37 bzw. 38 und 39 kann somit automatisch über die Steuereinrichtung 25 gesteuert werden, abermals kabelgebunden oder kabellos, alternativ oder zusätzlich jedoch auch manuell, z.B. mittels Handrad.
Das in Figur 3 gezeigte Absperrventil 34 in der Abzweigleitung 21 kann zudem auch in der Ausführungsvariante der Figuren 4a und 4b umgesetzt werden, wobei dieses wiederum über die Steuereinrichtung 25 oder manuell schließbar bzw. öffenbar ist. In der Ausführungsvariante von Figur 4b ist dieses Absperrventil 34 bereits durch das 2/2-Wege- Ventil 29 umgesetzt, jedoch kann ein weiteres, manuell bedienbares Ventil 34 in der Abzweigleitung 21 hinzutreten.
Der oben erwähnte, zwischen Abzweigleitung 21 und Rückführleitung 23 angeordnete Wärmetauscher 22 kann wie in Figur 1 angedeutet in den Innenraum des Kryobehälters 9 hineinragen. Da das aus der Entnahmeleitung 11 entnommene Fluid 8 durch den Wärmetauscher 12 vaporisiert ist und eine höhere Temperatur als das Fluid 8 im Wärmetauscher aufweist, wird durch den Wärmetauscher 22 die Temperatur im Kryobehälter 9 erhöht, sodass der Druck im Kryobehälter 9 steigt. Das Druckmanagementsystem 20 dient in dieser Ausführungsform somit der Erhöhung des Drucks im Kryobehälter 9.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird der Wärmetauscher 22 durch den Wärmetauscher 12 in der Entnahmeleitung 11 geführt, der zur Vaporisierung und Erwärmung des aus dem Kryobehälter 9 entnommenen Fluids 8 dient. In dieser Ausführungsform kann die Temperatur des dem Verbraucher 10 zugeführten Fluids 8 geregelt werden, da sich in dieser Anordnung die Temperatur des Fluids 8 im Druckmanagementsystem 20 ändert.
Ferner kann vorgesehen werden, dass das durch die Rückleitung 23 geführte Fluid 8 nach der Wärmeabgabe an den Wärmetauscher 22 im Kryobehälter 9 durch Verwendung eines gesonderten Wärmetauschers oder durch Hindurchführen durch den Wärmetauscher 12 wieder erwärmt wird. Auf diese Weise kann die maximale Leistungsfähigkeit des inneren Wärmetauschers 22 ohne Unterschreitung einer gegebenenfalls geforderten Mindesttemperatur hin zum Verbraucher genutzt werden.

Claims

Ansprüche:
1. System (7) zur Entnahme eines Fluids (8) aus einem Kryobehälter (9), umfassend eine Entnahmeleitung (11) zur Entnahme von Fluid (8) aus dem Kryobehälter (9) und ein an die Entnahmeleitung (11) angeschlossenes Druckmanagementsystem (20), welches eine Abzweigleitung (21) zur Entnahme des Fluids (8) aus der Entnahmeleitung (11) und Zufuhr des Fluids (8) an einen Wärmetauscher (22) und eine Rückführleitung (23) zur Rückführung des Fluids (8) vom genannten Wärmetauscher (22) in die Entnahmeleitung (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das System (7) eine Drossel (24) mit veränderbarem Querschnitt umfasst, wobei die Drossel (24) in der Entnahmeleitung (11) stromabwärts der Abzweigleitung (21) und stromaufwärts der Rückführleitung (23) angeordnet ist.
2. System (7) zur Entnahme eines Fluids (8) aus einem Kryobehälter (9), umfassend eine Entnahmeleitung (11) zur Entnahme von Fluid (8) aus dem Kryobehälter (9) und ein an die Entnahmeleitung (11) angeschlossenes Druckmanagementsystem (20), welches eine Abzweigleitung (21) zur Entnahme des Fluids (8) aus der Entnahmeleitung (11) und Zufuhr des Fluids (8) an einen Wärmetauscher (22) und eine Rückführleitung (23) zur Rückführung des Fluids (8) vom genannten Wärmetauscher (22) in die Entnahmeleitung (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das System (7) Mittel (36) umfasst, welche dazu ausgebildet sind, in einem ersten Betriebszustand Fluid (8) nur über die Entnahmeleitung (11) zwischen Abzweigleitung (21) und Rückführleitung (23) fließen zu lassen und in einem zweiten Betriebszustand Fluid (8) nur über das Druckmanagementsystem (20) fließen zu lassen.
3. System (7) nach Anspruch 2, wobei die Mittel (36) ein 3/2-Wege-Ventil (37) umfassen, welches sowohl an die Abzweigleitung (21) oder Rückführleitung (23) als auch an die Entnahmeleitung (11) anschließt, wobei das 3/2-Wege-Ventil (37) dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebszustand das Druckmanagementsystem (20) von der Entnahmeleitung (11) zu koppeln und im zweiten Betriebszustand einen von der Abzweigleitung (21) zu der Rückführleitung (23) durch die Entnahmeleitung (11) verlaufenden Durchfluss zu schließen.
4. System (7) nach Anspruch 2, wobei die Mittel ein erstes 2/2-Wege-Ventil (38) in der Entnahmeleitung (11) zwischen der Abzweigleitung (21) und der Rückführleitung (23) und ein zweites 2/2-Wege-Ventil (39) in der Abzweigleitung (21) umfassen.
5. System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Druckmanagementsystem (20) eine Drossel (40) mit unveränderbaren Querschnitt zwischen Abzweigleitung (21) und Rückführleitung (23) umfasst, welche zu einem Abschnitt der Entnahmeleitung (11) zwischen Abzweigleitung (21) und Rückführleitung (23) parallelgeschalten ist.
6. System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine Steuereinrichtung
(25), die dazu ausgebildet ist, einen Druck im Kryobehälter (9) von einer Druckmesseinheit
(26) und eine Temperatur des Fluids (8) stromabwärts der Rückführleitung (23) von einer Temperaturmesseinheit (27) zu empfangen und den Querschnitt der Drossel (24) bzw. den Betriebszustand in Abhängigkeit zu dem genannten Druck und der genannten Temperatur zu verändern.
7. System (7) nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgebildet ist, den Querschnitt der Drossel (24) zu maximieren bzw. die Mittel (36) in den ersten Betriebszustand zu versetzen, wenn der Druck im Kryobehälter (9) einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
8. System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend ein manuell oder über die Steuereinrichtung (25) bedienbares Ventil (34) in der Abzweigleitung (21).
9. System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend den Kryobehälter (9) und den Wärmetauscher (22).
10. System (7) nach Anspruch 9, wobei der Wärmetauscher (22) in den Innenraum des Kryobehälters (9) hineinragt.
11. System (7) nach Anspruch 9, wobei der Wärmetauscher (22) durch einen weiteren zwischen dem Kryobehälter (9) und der Abzweigleitung (21) angeordneten Wärmetauscher (22) geführt wird.
12. System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Drossel (24) als bevorzugt innen aufgebohrtes 2/2-Wege-Ventil ausgeführt ist, welches im geschlossenen Zustand den Massenstrom des Fluids auf 5 % bis 50 %, bevorzugt im Wesentlichen 30 %, gegenüber dem geöffneten Zustand begrenzt.
13. Kraftfahrzeug umfassend einen Motor und das System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Entnahmeleitung (21) an den Motor anschließt, um diesem Fluid (8) aus dem Kryobehälter (9) zuzuführen.
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