SYSTEM ZUR VERSORGUNG EINES VERBRAUCHERS

MIT GASFöRMIGEM BRENNSTOFF UND VERFAHREN

Die Erfindung betrifft ein System zur Versorgung eines Verbrauchers mit gasförmigem Brennstoff, mit mindestens einem Druckgasbehälter der über eine Sammelleitung und Ventile mit dem Verbraucher strömungsverbunden ist. Der Verbraucher ist in den meisten Fällen ein mit Gas betriebener Verbren- nungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Da das Gas mit einem Fülldruck von 200 Bar oder mehr gespeichert ist, und aus Gründen der Unterbringung im Kraftfahrzeug werden oft mehrere und Behälter geringeren Durchmessers eingesetzt, bisweilen Gasflaschen der marktgängigen Bauart.

Ein derartiges System mit zwei Druckgasbehältern ist beispielsweise in der EP 761 951 Bl beschrieben, wobei dort aber vor allem auf die Regelung des Druckes im Verbraucher eingegangen wird, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Wegen des Druckverlustes zwischen den Behältern und den Einspritzdüsen der Verbrennungskraftmaschine können die Druckgasbehälter nie ganz geleert werden. Ihr Speichervermögen wird also nur unvollständig genutzt. Die Druckgasbehälter müssen somit für eine Kapazität dimensioniert werden, die größer als die tatsächlich nutzbare Menge ist. Damit aber ist die Reichweite des Fahrzeuges mit einer Behälterfüllung beschränkt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Kapazität der Druckgasbehälter weitgehend auszunutzen und nebstbei noch das Erreichen der nächsten Tankstelle zu erleichtern.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass ein Reservebehälter über ein erstes Ventil an die Sammelleitung angeschlossen ist und dass eine mit Gas aus dem Reservebehälter betriebene Saugstrahlpumpe vorgesehen ist, welche Gas aus dem mindestens einen Druckgasbehälter in die Sammelleitung fördert, wozu die Saugstrahlpumpe hinsichtlich der Strömung zwischen dem mindestens einen Behälter und dem Verbraucher angeordnet ist. Der Reservebehälter ist nicht nur eine Reserve, um noch die nächste Tankstelle zu erreichen. Sein Inhalt wird zunächst verwendet, um aus den zu gutem Teil entleerten Druckgasbehältern noch eine erhebliche Restmenge herauszusaugen. Dadurch wird die Reserve sozusagen doppelt verwendet, als Brennstoff- Reserve und als Energie-Reserve. So wird in der Saugstrahlpumpe auch ihre Druckenergie genutzt, die bei der Entnahme aus den Druckgasbehältern „verdrosselt" wird. Damit stellt der Reservebehälter letztlich eine Gasmenge zur Verfügung, die rund das Doppelte ihrer Kapazität sein kann. Dazu kommt noch der Saugstrahlpumpen eigene Vorteil, keine beweglichen Teile zu haben und keine systemfremde Energiezufuhr zu benötigen.

Vorzugsweise ist in der Sammelleitung zwischen dem mindestens einem Druckgasbehälter und der Einmündung des vom Reservebehälter kommenden Gases ein Rückschlagventil angeordnet, das eine Strömung vom Reservebe- hälter zu dem mindestens einem Druckgasbehälter unterbindet (Anspruch 2). So kann auch dann keine Rückströmung aus dem Reservebehälter stattfinden, wenn aus irgendwelchen Gründen, zum Beispiel Verstopfung, die Strömung in der Saugstrahlpumpe abreisst. Fig. 1,2,3

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ausführungsformen und Varianten möglich und, je nach dem einzelnen Anwendungsfall, vorteilhaft. In allen besteht die Saugstrahlpumpe aus einem Förderkanal und einer darin angeordneten Treibdüse. In einer ersten Ausführungsform bildet die Sammelleitung in der Saugstrahlpumpe den Förderkanal und der Reservebehälter ist mit der Treibdüse strömungsverbunden (Anspruch 3). Fig. 1,3

In Weiterbildung der ersten Ausführungsform ist die Sammelleitung in einem Punkt stromaufwärts der Saugstrahlpumpe in zwei eine Schleife bildende äste verzweigt, wobei der erste Ast zwischen dem mindestens einen Druckgasbehälter und der Saugstrahlpumpe das Rückschlagventil, und der zweite Ast ein zweites Ventil hat (Anspruch 4).

In einer zweiten Ausführungsform hat die Sammelleitung zwei äste, deren erster in der Saugstrahlpumpe den Förderkanal bildet und deren zweiter in der Treibdüse mündet, wobei der erste Ast zwischen dem mindestens einen Druckgasbehälter und der Saugstrahlpumpe ein Rückschlagventil und ein zweites Ventil hat, wobei die Druckgasbehälter zwischen dem Rückschlagventil und dem zweiten Ventil an die Sammelleitung angebunden sind (Anspruch 5). Ob die erste oder die zweite Ausführungsform vorzuziehen ist, hängt vom Druckbedarf des Verbrauchers und von der Auslegung der Saugstrahlpumpe ab.

In einer dritten Ausführungsform bildet eine Umgehungsleitung den Förder- kanal der Saugstrahlpumpe und der Reservebehälter ist mit der Treibdüse strömungsverbunden, wobei die Umgehungsleitung in einem ersten Punkt der Sammelleitung in zwischen dem mindestens einen Behälter und dem Rückschlagventil abzweigt, sich in einem zweiten Punkt, der zwischen dem Rück-

schlagventil und dem Verbraucher liegt wieder mit der Sammelleitung vereinigt und zwischen dem ersten Punkt und der Saugstrahlpumpe ein weiteres Rückschlagventil angeordnet ist (Anspruch 6). In dieser Ausführungsform ist die Saugstrahlpumpe bei Normalbetrieb nicht durchströmt.

Vorzugsweise sind mehrere Behälter jeweils mit der Sammelleitung strö- mungsverbunden, wobei am Ausgang eines jeden Behälters ein als Taktventil ausgebildetes Regelventil vorhanden ist, welches in einer Reserve-Stellung ganz offenbar ist (Anspruch 7). Damit kann der Druck in der Sammelleitung eingeregelt werden und in der Reservestellung ist bei ganz geöffnetem Ventil der Druckverlust geringer, sodass noch etwas mehr Restgas aus dem Druckgasbehälter gesogen werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Sammelleitung über ein Betankungs- ventil mit einer externen Druckgasquelle verbindbar und enthält stromabwärts der Saugstrahlpumpe (und somit der Einmündung der Reserve) ein Absperrventil (Anspruch 8). Dadurch wird beim Betanken der Reservebehälter gleichzeitig mit dem mindestens einen Druckgasbehälter befüllt, ohne dass eine Rückwirkung auf den Verbraucher besteht.

Weiters liegt es im Rahmen der Erfindung, dass von der Sammelleitung eine Notablassleitung beziehungsweise eine Reparaturablassleitung abzweigt, die jeweils ein eigenes Absperrventil enthalten (Anspruch 9) und dass die Ventile in einem Ventilblock zusammengefasst sind, der auch zumindest teilweise die Sammelleitung und gegebenenfalls auch die Saugstrahlpumpe enthält (An- spruch 10).

Die Erfindung betrifft aber auch ein Verfahren zur Entnahme von gasförmigem Brennstoff aus mindestens einem Druckgasbehälter, der über eine S am-

melleitung und Ventile mit dem Verbraucher strömungsverbunden ist. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei Absinken des Druckes in der Sammelleitung unter einen Schwellenwert gasförmiger Brennstoff einem Reservebehälter entnommen und über eine Saugstrahlpumpe der Sammelleitung zugeführt wird, wobei der mindestens eine Druckgasbehälter weit- gehend entleert wird (Anspruch 11).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 : Schema einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2: Schema einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3: Schema einer dritten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4: eine vierte Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 sind zwei Druckgasbehälter 1, 2 für die Versorgung eines Verbrauchers 5 im Normalbetrieb bestimmt. Es könnten aber auch mehr als zwei Druckgasbehälter oder nur ein einziger sein. Zusätzlich und erfindungsgemäß ist ein Reservebehälter 3 vorgesehen, dessen Volumen kleiner als das der Druckgasbehälter 1, 2 sein kann. Die Druckgasbehälter 1, 2 und der Reserve- behälter 3 geben ihren Inhalt über Ventile 7, 8, 9, die vorzugsweise getaktet gesteuerte Ventile sind, an den Verbraucher 5 ab. Sie werden von einer Steuereinheit 10 aus angesteuert. Zum Befallen des Systems, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug an einer Tankstelle, ist ein Betankungsventil 6 vorgesehen. Zur leichteren Befüllung des Reservebehälters kann eine Umgehungsleitung mit Rückschlagventil 11 vorgesehen sein. Die genannten Komponenten sind in allen vier Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.

In der ersten Ausführungsform (Fig.l) geben die Druckgasbehälter I ₅ 2 ihren Inhalt in eine Sammelleitung 12 ab, die in Strömungsrichtung erst ein Rückschlagventil 13 und dann eine Saugstrahlpumpe 14 enthält. Die Saugstrahlpumpe 14 besteht im wesentlichen aus einem Förderkanal 14a und einer Treibdüse 14b. Die Sammelleitung 12 bildet in der Saugstrahlpumpe 14 den Förderkanal 14a und führt weiter über ein Abschließventil 15 zum Verbraucher 5. Im Normalbetrieb ist das Ventil 9 des Reservebehälters 3 geschlossen und das von den Druckgasbehältern 1, 2 abgegebene Druckgas strömt durch das Rückschlagventil 13, die Saugstrahlpumpe 14 und ein Abschließventil 15 zum Verbraucher 5.

Wenn die Druckgasbehälter 1,2 so weit entleert sind, dass ihr Druck zur überwindung der Strömungswiderstände in der Sammelleitung 12 nicht mehr ausreicht, wird das Ventil 9 geöffnet und Druckgas aus dem Reservebehälter 3 strömt in die Treibdüse 14b der Saugstrahlpumpe 14. Dadurch wird in der Sammelleitung 12 stromaufwärts der Saugstrahlpumpe 14 ein Unterdruck erzeugt, der das Rückschlagventil 13 öffnet und den Drackgasbehältern 1, 2 noch eine dem erzeugten Unterdruck entsprechende Restmenge entnimmt.

Die Ausführungsform der Fig.2 unterscheidet sich von den vorhergehenden dadurch, dass die Sammelleitung 22 eine Umgehungsleitung 21 aufweist. Diese zweigt in einen ersten Punkt 26 zwischen den Druckgasbehältern 1 , 2 und dem Rückschlagventil 23 von der Sammelleitung 22 ab und mündet in einem zweiten Punkt 27 wieder in der Sammelleitung 22. Die Umgehungsleitung 21 enthält in Strömungsrichtung zuerst ein weiteres Rückschlagventil 25 und die Saugstrahlpumpe 24. Die Umgehungsleitung 21 bildet in der Saugstrahlpumpe 24 wieder deren Förderkanal 24a. Im Normalbetrieb ist das Rückschlagventil 23 geöffnet, im Reservebetrieb ist das weitere Rückschlagventil 25 geöffnet und das Rückschlagventil 23 geschlossen.

In der Ausführungsform der Fig. 3 ist die Sammelleitung 32 stromaufwärts der Saugstrahlpumpe 34 in einen ersten Ast 32a und einen zweiten Ast 32b verzweigt, wobei die beiden äste eine Schleife bilden, die auch mit dem Be- tankungsventil 6 in Verbindung steht. Der erste Ast 32a steht mit den Druck- gasbehältern 1, 2 in Verbindung und führt über ein Rückschlagventil 33 zu einem Verzweigungspunkt 36. Der zweite Ast 32b führt von den Druckgasbehältern 1,2 über ein Umschaltventil 35 zum Verzweigungspunkt 36. Im Normalbetrieb strömt das Druckgas durch das Rückschlagventil 33 durch die nicht arbeitende Saugstrahlpumpe 34 hindurch, in der Sammelleitung 32 durch ein Abschließ ventil 28 hindurch zum Verbraucher 5. Im Reservebetrieb ist das Umschaltventil 35 geöffnet. In dieser Stellung saugt die Saugstrahlpumpe 34 durch den zweiten Ast 32b der Sammelleitung Gas aus den Druckgasbehältern 1, 2. Weil im ersten Zweig 32a ein kleinerer Druck herrscht, bleibt das Rückschlagventil 33 geschlossen.

Die Ausfuhrungsform der Fig .4 ist etwas genauer als nur schematisch dargestellt. Die Druckgasbehälter 1, 2 (und noch ein weiterer) sind mit sogenannten überströmventilen 40, 41 versehen, welche bei zu hohem Druckabfall in der Leitung (etwa bei Bruch einer Leitung) als Sicherheitsmaßnahme schließen. Die Druckbehälter 1, 2 und der Reservebehälter 3 sind weiters über die gesteuert getakteten Ventile 7, 8, 9 an die Sammelleitung 42 angeschlossen. Diese besteht wieder aus einem ersten Ast 42a und einem zweiten Ast 42b. Der erste Ast 42a verbindet die Druckgasbehälter 1, 2 über ein zweites Ventil 45 mit der Saugstrahlpumpe 44, in deren Förderkanal 44a er mündet. Der zweite Ast 42b ist über ein Rückschlagventil 43 an den ersten Ast 42a angeschlossen und enthält von diesem ausgehend die Verbindung mit dem Reservebehälter 3, gegebenenfalls ein drittes Ventil 46 und fuhrt zur Treibdüse 44b der Saugstrahlpumpe 44. Im Normalbetrieb ist das zweite Ventil 45 geschlossen und

der erste Ast 42a der Sammelleitung ist über das geöffnete Rückschlagventil 43 mit dem zweiten Ast 42b in Verbindung. Von diesem gelangt das Druckgas durch die Saugstrahlpumpe 44 hindurch zum Verbraucher 5. Im Reservebetrieb ist das zweite Ventil 45 geöffnet, wegen des höheren Druckes im zweiten Ast 42b bleibt das Rückschlagventil 43 geschlossen, sodass der Inhalt des Re- servebehälters 3 durch den zweiten Ast 42d in die Saugstrahlpumpe 44 strömt und so Gas aus dem ersten Ast 42a und somit aus den Druckgasbehältem 1, 2 ansaugt.

An den zweiten Ast 42b ist weiters ein Notablassventil 50 und ein Reparatur- ablassventil 51 angeschlossen, durch die das System zum entsprechenden Zweck entleerbar ist. An der Sammelleitung 42 ist stromabwärts der Saugstrahlpumpe 44 ein Sensor 52 angebracht, der den dort herrschenden Druck und die Temperatur misst und über eine Leitung 53 der Steuereinheit 10 meldet. Weiters sind an den Druckgasbehältern 1, 2 und am Reservebehälter 3 ebensolche Sensoren für Druck und Temperatur 54, 55, 56 angebracht, welche Messdaten über die zusammengefasst mit 57 bezeichneten Leitungen der Steuereinheit 10 zur Verfügung stellen. Mit 58 ist strichliert noch eine weitere Signalleitung 58 angedeutet, welche gegebenenfalls der Steuereinheit 10 weitere Betriebsdaten beziehungsweise Messgrößen vom Verbraucher 5 liefert.

Durch geeignete Ansteuerung der getakteten Ventile 7, 8 kann mittels der Steuereinheit 10, ausgehend von den dort zusammenlaufenden Daten, auch die Umschaltung der Entnahme bei Normalbetrieb von einem Behälter 1 auf den anderen Behälter 2, und die Umschaltung auf Reservebetrieb veranlasst wer- den.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Ventile (7,8,9,45,46,50, 51) zu einem Ventilblock 63 zusammengefasst, welcher auch die äste 42a, 42b

der Sammelleitung, das Rückschlagventil 43 und gegebenenfalls auch die Saugstrahlpumpe 44 enthält. Diesem Ventilblock 63 werden auf kurzem Wege die Ansteuersignale für die steuerbaren Ventile zugeführt, was durch nur einen Pfeil 64 angedeutet ist. Schließlich kann die Steuereinheit 10 noch mit einer Anzeige 65 verbunden sein, welche dem Maschinisten beziehungsweise Len- ker des Kraftfahrzeuges Auskunft über den Füllstand der Druckgasbehälter und weitere Informationen gibt.

Im Rahmen der Erfindung sind weitere Ausfuhrungsformen denkbar, auch Kombinationen der Merkmale der vier beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele. Der Verbraucher 5 wurde nicht beschrieben, da das erfindungsgemäße System für alle denkbaren Verbraucher, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, mit allen denkbaren Gemischbildungsverfahren, einsetzbar ist. Sie sind bei entsprechender Auslegung der Ventile und der Saugstrahlpumpe realisierbar.