DE102005021139A1

DE102005021139A1 - Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung für tiefkalten Kraftstoff

Info

Publication number: DE102005021139A1
Application number: DE102005021139A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Vierbacher; Franz Amaseder
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung für tiefkalten, insbesondere kryogen gespeicherten, Kraftstoff. Diese ist nach der Erfindung wenigstens entlang eines Teiles ihrer Länge und ihres Umfangs von einer Kondensatauffangeinrichtung umgeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung für tiefkalten, insbesondere kryogen gespeicherten, Kraftstoff nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Es ist bereits bekannt, Kraftfahrzeuge zum Beispiel mit Wasserstoff oder Erdgas anzutreiben und diesen Treibstoff als kondensiertes Gas in einem Behälter im Kraftfahrzeug zu speichern. Zu dieser verflüssigten Speicherung sind spezielle druckfeste Behälter notwendig, die aufgrund der tiefen Speichertemperaturen eine sehr gute Isolation besitzen sollten. Dabei ist bekannt, zur Vermeidung von Wärmeeintrag aus der Umgebung, doppelwandige, vakuumisolierte Behälter zu verwenden.
So erfolgt die Speicherung von zum Beispiel Wasserstoff in mobilen Fahrzeugen häufig in Form von tiefkaltem, verflüssigtem Wasserstoff, als kondensiertes Gas. Da in diesem Zustand infolge der hohen Energiedichte (gegenüber einer Speicherung von warmem, komprimiertem Wasserstoff-Gas) eine für Fahrzeuge vorteilhafte hohe Reichweite erzielt werden kann.
Der tiefkalte, flüssige Wasserstoffvorrat wird im Fahrzeug im siedenden Zustand in einem thermisch sehr gut isolierten, druckdichten Behälter gespeichert. Die Energiedichte des Wasserstoffs wird bei flüssiger Lagerung bei einer Temperatur von ca. 20 K und bei Umgebungsdruck maximal. In den heute technisch umgesetzten Vorratsbehältern liegt der Wasserstoff typischerweise bei Temperaturen von ca. 21 K bis ca. 27 K und den damit korrespondierenden Siededrücken von ca. 2 bar (abs.) bis ca. 5 bar (abs.) vor.
Mobile Vorratsbehälter besitzen nach derzeitigem Stand eine Entnahmeeinrichtung für den kryogen gespeicherten Kraftstoff, die mindestens aus einer Entnahmeleitung mit einem tanknah untergebrachten Absperrventil besteht. In den meisten Fällen besitzt die Entnahmeeinrichtung jedoch mindestens zwei Entnahmeleitungen mit mindestens je einem Absperrventil, eine erste Entnahmeleitung für die Entnahme von kondensiertem Gas (LH2) und eine zweite Entnahmeleitung für die Entnahme von Gas (GH2).

Außerdem sind die mobilen Vorratsbehälter nach derzeitigem Stand noch zusätzlich mit einer Sicherheitsventilleitung mit Sicherheitsventilen ausgerüstet, die den Kryobehälter bei Überdrücken gegen Beschädigung absichern. Wie die EP 0 779 468 B1 beschreibt, ist auch bekannt, den Vakuumraum des Vakuumbehälters bis außerhalb des Fahrgastraumes auf die vakuumisolierte Befüll- und Entnahmeleitung und die Sicherheitsventilleitung zu erstrecken. Bei Leckagen an diesen Leitungen stömt dann das kryogene Gas in den Vakuumraum des Vakuumbehälters. Schon bei geringfügigem Überdruck im Vakuumraum des Vakuumbehälters öffnet ein Vakuumsicherheitsventil und das Abgas wird damit gefahrlos aus dem Fahrgastraum geleitet.

Durch das Führen der Leitungen im Vakuumraum des Vakuumbehälters, sind diese von der Umgebungsluft abgeschirmt, was verhindert, dass Umgebungsluft an den tiefkalten Leitungen kondensiert und eventuell abtropft. Allerdings ist eine solche Ausweitung des Vakuumraums des Vakuumbehälters nicht einfach herzustellen und zu montieren und daher teuer.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für die genannten Nachteile Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen und eine Kraftstoffleitung für tiefkalten, insbesondere kryogen gespeicherten, Kraftstoff für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die preiswert herzustellen ist und mit der kondensierende und abtropfende Umgebungsluft einfach handzuhaben ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Nach der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung für tiefkalten, insbesondere kryogen gespeicherten, Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffleitung, wenigstens entlang eines Teiles ihrer Länge und ihres Umfangs, von einer Kondensatauffangeinrichtung umgeben ist.

Das hat den Vorteil, dass wenn es aufgrund des Durchflusses von tiefkaltem Medium durch eine nicht isolierte Leitung, an deren Außenfläche zur Kondensation von Umgebungsluft kommt, dass diese auf die Kondensatauffangeinrichtung abtropft und aufgrund deren höherer Eigentemperatur rasch wieder verdampft. Dazu wird die Kondensatauffangeinrichtung aus nicht brennbarem Werkstoff und nach Bedarf ho her spezifischer Oberfläche vorteilhafterweise so montiert, dass sie an keiner Stelle in direktem Kontakt mit der Kraftstoffleitung steht. Dabei kann die Kondensatauffangeinrichtung so ausgeführt sein, dass für kleine Mengen flüssigen Luft-Kondensats die Verdampfung auf einen lokalen Bereich begrenzt wird und dass größere Mengen in unkritische Bereiche nach außen über eine Einrichtung zur Kondensatentnahme abgeleitet werden. Über eine Einrichtung zur Belüftung der Kondensatauffangeinrichtung kann wärmere Luft, insbesondere Umgebungsluft, zur Beschleunigung der Verdampfung nachströmen, was die Entstehung von Unterdruck durch Kondensation von Luftbestandteilen verhindert.

Durch den physikalischen Siede-Effekt, bei dem die kalte flüssige Luft durch Kontakt mit der wärmeren Oberfläche der Kondensatauffangeinrichtung auf einer gasförmigen Wolke schwebt, wird die Oberfläche der Kondensatauffangeinrichtung durch die gasförmige Grenzschicht isoliert. Dadurch wird eine starke Abkühlung der Kondensatauffangeinrichtung verhindert. Zusätzlich wird durch die außerhalb der Kondensatauffangeinrichtung entstehende Isolations-Grenzschicht eine weitere Luft-Kondensation außerhalb der Kondensatauffangeinrichtung verhindert. Da durch den Abstand von Kondensatauffangeinrichtung und Kraftstoffleitung die Kondensatauffangeinrichtung nie kälter wird als flüssige Luft, was die Kondensation von Luft an der Aussenseite der Kondensatauffangeinrichtung verhindert. Dieser Abstand zwischen Kondensatauffangeinrichtung und Kraftstoffleitung muss mindestens so groß sein, dass das Kondensat in der Kondensatauffangeinrichtung nie mit der Kraftstoffleitung in Berührung kommt.

Bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung dient die Kraftstoffleitung zur Entnahme von tiefkaltem Kraftstoff aus einem Speicherbehälter, insbesondere einem Kryotank, aufgrund des Ansprechens einer Sicherheitseinrichtung. Zum Beispiel über eine Abblasleitung, über die Kraftstoff aus dem Speicherbehälter dann abgegeben wird, wenn dieser im Speicherbehälter einen bestimmten Grenzdruck erreicht hat.

Führt eine solche Leitung zum Beispiel über den Heckfensterbereich in den Dachbereich eines Kraftfahrzeugs, so kann eine Aluminiumwanne um die im Sicherheitsfall Wasserstoff führenden und damit tiefkalten Kraftstoffleitungen im Dachbereich, die an diesen kondensierte flüssige Luft auffangen und in der Wanne verdampfen. Grö ßere Mengen an flüssiger Luft können dann über den Heckfensterrahmen und die C-Säule abgeleitet werden.

Bei dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung führt die Kraftstoffleitung durch den Innenraum des Kraftfahrzeugs, insbesondere durch den Fahrgastraum und die Kondensatauffangeinrichtung ist eine Auffangpfanne.

Des weiteren umgibt bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen die Kondensatauffangeinrichtung die Kraftstoffleitung wenigstens entlang eines Teiles ihrer Länge, um ihren ganzen Umfang, radial beabstandet. Oder die Kondensatauffangeinrichtung ist eine Umhüllung, die die Kraftstoffleitung radial beabstandet ganz umgibt. Hier sind auch Einrichtungen zur Kondensatableitung und Einrichtungen zur Belüftung, insbesondere mit Umgebungsluft, vorgesehen, über die Umgebungsluft in ausreichender Menge nachströmen kann.

Solche Kondensatauffangeinrichtungen sind kostengünstig und ohne großen Aufwand zu realisieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die einzige Figur zeigt, in einem Querschnitt, eine Kraftstoffleitung für tiefkalten, kryogen gespeicherten Kraftstoff, mit einer Kondensatauffangeinrichtung gemäß der Erfindung.
In einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug ist ein nicht gezeichneter Kryotank zur Speicherung von Flüssigwasserstoff eingebaut. Dieser dient als Kraftstoff zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden, nicht gezeichneten, Brennkraftmaschine. Der Wasserstoff liegt im Kryotank in zwei Aggregatzuständen vor, im oberen Teil als gasförmiger Wasserstoff und im unteren Teil als kondensiertes Gas in flüssiger Form. Eine Entnahmeeinrichtung für Wasserstoff, sowohl aus der flüssigen Phase LH2 als auch gasförmig GH2 ist in den Kryotank eingebaut. Diese versorgt über zwei nicht gezeichnete Entnahmeleitungen, eine für die Entnahme von kondensiertem Gas LH2 und eine für die Entnahme von Gas GH2, die Brennkraftmaschine mit Wasserstoff.
Zusätzlich wird die Entnahmeeinrichtung über die Entnahmeleitungen auch zum Befüllen des Behälters mit kryogen gespeichertem Kraftstoff benutzt.
Außerdem besitzt der Kryotank noch eine in der Figur gezeichnete Sicherheitsventilleitung mit einem nicht gezeichneten Sicherheitsventil, das den Kryotank bei Überdruck gegen Beschädigung absichert.
Die Sicherheitsventilleitung ist eine Kraftstoffleitung 1 zum Abblasen des tiefkalten, kryogen gespeicherten Kraftstoffs 2 bei Überdruck im Kryotank oder im Falle eines Unfalls. Sie ist durch den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs geführt und dort von einer Kondensatauffangeinrichtung 3 umgeben, die aus einer Umhüllung aus zwei Aluminiumschalen 4, 5 besteht, die die Kraftstoffleitung 1 auf deren ganzer Länge durch den Fahrgastraum, radial beabstandet, über deren ganzen Umfang umgeben.
Die Kondensatauffangeinrichtung 3 besitzt eine Einrichtung zur Kondensatentnahme, den Ablauf 6, durch den dieses, ab einem bestimmten Pegelstand des Kondensats 7 aus flüssiger, an der tiefkalten Kraftstoffleitung 1 kondensierter und danach abgetropfter Luft, austritt. Außerdem besitzt die Kondensatauffangeinrichtung 3 eine Einrichtung zur Belüftung der Umhüllung mit Umgebungsluft, Pfeil 9, ausgebildet als rohrförmiger Stutzen 8.
Die Kondensatauffangeinrichtung 3 umgibt die Kraftstoffleitung 1 in der Weise, dass ausgehend von der Kraftstoffleitung 1 im Querschnitt, der Ablauf 6, in Richtung der Wirkung der Schwerkraft gesehen, an der unteren Aluminiumschale 4 und der Stutzen 8, im wesentlichen gegenüber, an der oberen Aluminiumschale 5 angebracht ist.
Ablauf 6 und Stutzen 8 können die selbe Form haben, sind aber in Umfangsrichtung mindestens neunzig Winkelgrade zueinander versetzt. Sie können auch in Längsrichtung der Kraftstoffleitung 1 zueinander versetzt angebracht sein. Die obere 5 und die untere Schale 4 aus Aluminium können identisch ausgebildet und mit einem nicht gezeichneten Clipmechanismus miteinander verbunden sein.
Die Kondensatauffangeinrichtung 3 ist, wie bereits erwähnt, nicht beschränkt in ihrer Verwendung für die Sicherheitsventilleitung oder ausschließlich im Fahrgastraum. Es ist vorstellbar, jede tiefkalte Leitung im Kraftfahrzeug, zum Beispiel die Entnahmeleitungen des Kryotanks, an den notwendigen Stellen mit Kondensatauffangeinrichtungen gemäß der Erfindung zu versehen. Dabei sollen Kondensatauffangeinrichtung 3 und Kraftstoffleitung 1 mindestens so weit beabstandet zueinander angebracht sein, dass Kondensat 7 in der Kondensatauffangeinrichtung 3 mit der Kraftstoffleitung 1 nicht in Berührung kommt. Der Ablauf 6 muss so angebracht sein, dass das Kondensat 7 abläuft, bevor es die Kraftstoffleitung 1 berührt.

Claims

Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) für tiefkalten, insbesondere kryogen gespeicherten, Kraftstoff (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffleitung (1), wenigstens entlang eines Teiles ihrer Länge und ihres Umfangs, von einer Kondensatauffangeinrichtung (3) umgeben ist.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffleitung (1) zur Entnahme von tiefkaltem Kraftstoff (2) aus einem Speicherbehälter, insbesondere einem Kryotank, dient.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffleitung (1) eine Abblasleitung ist, über die Kraftstoff (2) aus dem Speicherbehälter dann abgegeben wird, wenn dieser im Speicherbehälter einen bestimmten Grenzdruck erreicht hat.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffleitung (1) durch den Innenraum des Kraftfahrzeugs, insbesondere durch den Fahrgastraum, führt.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatauffangeinrichtung (3) eine Auffangpfanne ist.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatauffangeinrichtung (3) die Kraftstoffleitung (1) wenigstens entlang eines Teiles ihrer Länge um ihren ganzen Umfang radial beabstandet umgibt.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatauffangeinrichtung (3) eine Umhüllung ist, die die Kraftstoffleitung (1), radial beabstandet, ganz umgibt.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatauffangeinrichtung eine Einrichtung zur Kondensatentnahme besitzt.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatauffangeinrichtung (3) eine Einrichtung zur Belüftung, insbesondere mit Umgebungsluft (9), besitzt.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftstoffleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Kondensatauffangeinrichtung (3) und Kraftstoffleitung (1) mindestens so weit beabstandet zueinander angebracht sind, dass Kondensat (7) in der Kondensatauffangeinrichtung (3) mit der Kraftstoffleitung (1) nicht in Berührung kommt.