Derartige Einrichtungen finden ihren Einsatz insbesondere bei Kryo-Kraftstofftanks von Fahrzeugen, die beispielsweise mit verflüssigtem Wasserstoff oder verflüssigtem Erdgas betrieben werden. Die Einrichtungen können aber auch für stationäre Kraftstofftanks von Kryo-Kraftstoffen verwendet werden sowie auch für andere Tanks mit brennbaren oder sonstig gefährlichen oder umweltschädigenden verdampfenden Medien, die sich durch Verbrennen oder andere chemisch- physikalische Umsetzungen entschärfen lassen.

Kryogene Kraftstoffe sind unter anderem tiefkalt flüssiger Wasserstoff oder Erdgas.

Für die Speicherung des tiefkalten Kraftstoffs werden bevorzugt vakuum-isolierte Druckbehälter eingesetzt. Vakuum-isolierte Druckbehälter setzen sich in der Regel aus einem Außen-und einem Innenbehälter zusammen. Der tiefkalte Kraftstoff wird im Innenbehälter gespeichert. Der Innenbehälter wird über eine Aufhängung mit dem Außenbehälter verbunden. Zur Entnahme des Kraftstoffs ist eine Verrohrung vorgesehen, die vom Innenbehälter durch den Außenbehälter zur Umgebung geführt wird. Trotz der Vakuum-Isolation tritt über die Innenbehälter-Aufhängung und die Verrohrung Wärme in den Innenbehälter ein. Durch einen solchen Wärmeeinfall wird der tiefkalt flüssige Kraftstoff erwärmt und teilweise verdampft, wodurch der Innendruck des Kraftstofftanks steigt.

Neben einem als Berstschutz eingesetztem Sicherheitsventil zur Vermeidung von Schäden am Kraftstofftank, die durch Überdruck entstehen, weisen derartige Druckbehälter eine bei niedrigerem Druck ansprechende Überströmeinrichtung auf. Mittels dieser Überströmeinrichtung wird das durch den Wärmeeinfall verdampfende Gas, das im allgemeinen als Boil-Off-Gas bezeichnet wird, in die Umgebung abgeführt, bevor das Sicherheitsventil anspricht.

Da aufgrund der hohen Wirksamkeit der eingesetzten ! so ! ationstechnik die Menge des verdampfenden Gases gering ist, ist ein derartiges Abführen des verdampften Gases erst nach einer längeren Standzeit ohne Entnahme von Kraftstoff aus dem Behälter nötig. Bei regelmäßiger Entnahme von Kraftstoff aus dem Kraftstofflank beispielsweise eines entsprechend ausgerüsteten Kraftfahrzeugs wird ein solcher Zustand, bei dem verdampftes Gas abgeführt werden muß, nicht erreicht. Allerdings ist in Fällen, bei denen dieses Kraftfahrzeug außer Betrieb genommen wurde, ohne daß der Kryo-Kraftstofftank entleert wurde, oder bei stationären Kryo-Kraftstofftanks mit entsprechenden Standzeiten mit einer stetigen, geringen Verdampfung im Innenbehälter zu rechnen, so daß es zu einem steigenden Druck im Kraftstofftank kommt. In diesen Fällen spricht die Überströmeinrichtung an.

Eine Überströmeinrichtung kann so ausgestaltet sein, daß bei ihrem Ansprechen eine geringe, der durch den Wärmeeinfall verdampfenden Menge entsprechende Menge unverbrannten Kryo-Kraftstoffs an die Umgebung abgegeben wird. Eine solche Ausgestaltung ist allerdings mit Nachteilen verbunden. Zunächst kann in der Umgebung des Kryo-Kraftstofftanks durch das Ausströmen des unverbrannten Kraftstoffs Brandgefahr entstehen. Weiter haben verschiedene Kryo-Kraftstoffe, wie zum Beispiel Erdgas, in ihrem unverbrannten Zustand ein erhebliches atmosphärenschädigendes Potential, so daß eine unverbrannte Abgabe an die Umgebung umweltschädigend ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gefahrlosen Umwandiung des Boil-Off-Gases von Kryo- Kraftstofftanks vorzuschlagen, die das Boil-Off-Gas soweit behandelt, daß von dem aus der Überströmeinrichtung ausströmenden Gas weder Brandgefahr noch relevant Atmosphärenschädigungen ausgehen. Darüber hinaus ist es erwünscht, die Vorrichtung und das Verfahren möglichst einfach zu gestalten. Bei mit Kryo- Kraftstofftanks ausgerüsteten Fahrzeugen soll die Vorrichtung von anderen Elementen des Fahrzeugs, insbesondere der Bordbatterie, unabhängig sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Vorrichtung zum Umwandeln des Boil-Off-Gases von Kryo-Kraftstofftanks gelöst, die mindestens ein absperrendes, fremdbetätigtes Ventil und eine Gasumwandlungseinheit aufweist, die beide mit einer Steuereinrichtung verbunden sind. In der Gasumwandlungseinheit wird das Gas chemisch, vorzugsweise katalytisch, umgewandelt oder mit einer Flamme verbrannt. Hierdurch wird die relevant Atmosphärenschädigung sowie eine Gefährdung der Umgebung durch Brandgefahr verhindert.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, daß dem Ventil ein Druckminderer vorgeschaltet ist. Dadurch wird der Druck vor dem Ventil reduziert und somit die zum Schalten des Ventils nötige Betätigungsenergie vermindert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Ventil ein Überströmventil vorgeschaltet. Durch dieses Ventil kann dem Kraftstofftank Boil-Off-Gas entnommen und dessen Druck gleichzeitig reduziert werden.

Um den Energiebedarf für die Zündeinheit und die Ventilbetätigung zu verringern ist es vorteilhaft, die Taktzeiten des Ansprechens der Gasumwandlungseinheit zu verlängern. Dazu kann zwischen dem Überströmventil oder dem Druckminderer ein Pufferbehälter angeordnet sein.

Um zu verhindern, daß der Umgebung unverbranntes Gas zugeführt wird, weist das Ventil der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine große Dichtheit zur Umgebung auf und benötigt eine geringe Betätigungsenergie. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Ventil gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung ein Magnetventil ist.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Magnetventils mit Vorsteuerung.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Gasumwandlungseinheit einen Energiewandler aufweist. So kann die vom Energiewandler zur Verfügung gestellte Energie dazu genutzt werden, den Eigenverbrauch der Vorrichtung zum Umwandeln von Boil-Off-Gas teilweise oder

ganz zu decken. Insbesondere kann die gewonnene Energie dazu genutzt werden, das Ventil geöffnet zu halten.

Für die Energiegewinnung in der Gasumwandlungseinheit ist es besonders vorteilhaft, wenn die Gasumwandlungseinheit eine Brennstoffzelle enthält.

Für ein Umwandeln des Boil-Off-Gases mittels Verbrennung ist nach einer anderen Lehre der Erfindung vorgesehen, daß die Gasumwandlungseinheit eine Zündelektrode und einen Brenner aufweist. Bei der Verbrennung des Boil-Off- Gases kann die Energie dann mittels wenigstens einem Thermoelement umgewandelt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung der Gasumwandlungseinheit mit einem autarken Hilfsenergiespeicher versehen. Ein solcher Hilfsenergiespeicher macht die Gasumwandlungseinheit beim Einsatz in entsprechend ausgerüsteten Fahrzeugen von den anderen Elementen des Fahrzeugs, insbesondere der Bordbatterie, unabhängig. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Grund für die Außerbetriebnahme des Fahrzeugs bei gefülltem Kraftstofftank ein Reparaturaufenthait ist, bei dem die Bordbatterie entfernt werden muß. In einem solchen Fall wäre eine an die Bordbatterie angeschlossene Gasumwandlungseinheit unwirksam. Durch den autarken Hilfsenergiespeicher wird jedoch auch in diesem Fall eine sichere Umwandlung des Boil-Off-Gases gewährleistet.

Der Einsatz eines autarken Hilfsenergiespeichers ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn sein Energieinhalt es erlaubt, mindestens eine vollständige Tankfüllung in der Gasumwandlungseinheit umzusetzen.

Der autarke Hilfsenergiespeicher kann vorteilhaft über einen Energiewandler der Gaswandlungseinheit aufgeladen werden.

Der Hilfsenergiespeicher besteht vorzugsweise aus einem Trockenakkumulator oder einem Hochkapazitätskondensator.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Steuereinheit eine Zündeinrichtung aufweist.

Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Umwandlung des Boil-Off-Gases von Kryo-Kraftstofftanks das Boil-Off-Gas über ein absperrendes, fremdbetätigtes Ventil einer Gasumwandlungseinheit zugeführt, in der das Boil-Off-Gas chemisch umgewandelt und/oder verbrannt wird, wobei die Gasumwandlungseinheit von einer Steuereinheit aktiviert wird. Die chemische Gasumwandlung erfolgt vorzugsweise chemisch-physikalisch mit Hilfe eines Katalysators.

Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung aktiviert die Steuereinheit die Gasumwandlungseinheit, nachdem ein Druckschalter bei einem festgelegten oberen Schaltdruck schaltet. Dieser festgelegte Schaltdruck kann ein bestimmter Behälterdruck oder ein festgelegter Druck hinter dem Überströmventil sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein dem Ventil vorgeschalteter Druckminderer vom Hinterdruck gesteuert. Durch den Druckminderer wird das Boil-Off-Gas auf einen niedrigen Vordruck vor dem Ventil reduziert. Alternativ kann das Boil-Off-Gas auch über ein vom Vordruck gesteuertes Überströmventil dem Ventil zugeführt werden.

Um die Umsetzung des Boil-Off-Gases zu kontrollieren, kann die Umwandlung des Gases in der Gasumwandlungseinheit überwacht werden. Hierfür eignet sich bei einer Verbrennung des Gases das Gasionisationsverfahren. Die Überwachung der Gasumwandlung kann bei der Verbrennung des Gases vorteilhaft dazu verwendet werden, festzustellen, wie lange der Gasumwandlungseinheit Zündenergie zum Zünden der Verbrennung zugeführt werden muß.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung schematischer Darstellung und Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung schematischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt in einer ersten Ausführungsform der Erfindung einen Kraftstofftank 1, einen Druckminderer 2, ein bevorzugt als Magnetventil ausgebildetes Ventil 3 und eine Gasumwandlungseinheit 4. Der vakuum-isoiierte Kraftstofftank 1 ist über eine Leitung mit dem Druckminderer 2 verbunden. Dem Druckminderer 2 über eine weitere Leitung in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist das Ventil 3. Von dem Ventil 3 führt weiterhin in Strömungsrichtung eine Leitung zur Gasumwandlungseinheit 4, die in Fig. 1 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispieie als Brenneinheit dargestellt ist.

Der Gasumwandlungseinheit 4 enthält ein Thermoelement 5 als Energiewandler, eine Zündelektrode 6 und einen Brenner 7. Das Thermoelement 5 und die Zündelektrode 6 sind über Kabel mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Der Brenner 7 ist mit der Leitung, die vom Ventil 3 zur Gasumwandlungseinheit 4 führt, verbunden.

Die Steuereinrichtung 8 besteht aus einer Zündeinrichtung 9 und einem Hilfsenergiespeicher 10. Die Zündelektrode 6 ist an die Zündeinrichtung 9 und das Thermoelement 5 an den Hilfsenergiespeicher 10 der Steuereinrichtung 8 angeschlossen. Der Hilfsenergiespeicher 10 ist elektrisch über einen Druckschalter 11 mit der Zündeinrichtung 9 und dem Ventil 3 verbunden. Der Druckschalter 11 ist mit seiner Druckseite an die Leitung zwischen Kraftstofftank 1 und Druckminderer 2 angeschlossen.

Fig. 2 stellt unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen für übereinstimmende Bauelemente eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung dar. Der vakuum-isolierte Kraftstofftank 1 ist über eine Leitung mit einem Überströmventil 12 verbunden, von dem eine Leitung zum Ventil 3 und zu einem Pufferbehälter 13 führt.

Die Leitung vom Ventil 3 zur Gasumwandlungseinheit 4, sowie die Ausgestaltung der Gasumwandlungseinheit 4, des Thermoelements 5, der Zündelektrode 6 und der Steuereinrichtung 8 entsprechen der Fig. 1.

Der Druckschalter 11 ist mit seiner Druckseite an die Leitung vom Überströmventil 12 zum Ventil 3 angeschlossen.

Im folgenden wird die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Durch einen Wärmeeinfall in den Kraftstofftank 1 wird der darin gespeicherte Kraftstoff verdampft. Dieser Verdampfung zufolge steigt der Druck im Kraftstofftank 1. Erreicht der Druck im Kraftstofftank 1 einen vorher festgelegten Schaltdruck, schließt der Druckschalter 11. Durch das Schließen des Druckschalters 11 wird dem Hiifsenergiespeicher 10 Energie entnommen und somit das Ventil 3 geöffnet.

Bei geöffnetem Ventil 3 stellt sich ein Druckgefälle zwischen dem Kraftstofftank 1, der aufgrund des verdampften Kraftstoffs ein hohes Druckniveau hat, und dem Brenner 7 der Gasumwandlungseinheit 4 ein, bei dem im wesentlichen Atmosphärendruck anliegt.

Durch das Druckgefälle strömt das Boil-Off-Gas von dem Kraftstofftank 1 über den Druckminderer 2 durch das Ventil 3 zum Brenner 7 der Gasumwandlungseinheit 4.

Dabei wird der Druck des ausströmenden Boil-Off-Gases im Druckminderer 2 reduziert.

Durch das Schließen des Druckschalters 11 wird nicht nur das Ventil 3 geöffnet, sondern auch die Zündeinrichtung 9 aktiviert. Die Zündeinrichtung 9 entnimmt dem Hilfsenergiespeicher 10 Energie und zündet die Zündelektrode 6. Das aus dem Brenner 7 der Gasumwandlungseinheit 4 strömende Gas wird von der Zündeiektrode 6 entzündet und verbrannt.

Durch das Thermoelement 5 wird während der Verbrennung Energie zur Aufladung des Hilfsenergiespeichers 10 gewonnen.

Durch das aus dem Kryo-Kraftstofftank 1 strömende Boil-Off-Gas sinkt sein innerer Druck. Fällt der Druck im Kryo-Kraftstofftank 1 unter einen festgelegten unteren Schaltdruck öffnet der Druckschalter 11 und unterbricht damit die Energiezufuhr des Ventils 3 und der Zündeinrichtung 9. Das Ventil 3 schließt und unterbricht die Gaszufuhr zu der Gasumwandlungseinheit 4.

Die Funktionsweise des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird im folgenden beschrieben.

Der im Kraftstofftank 1 gespeicherte Kraftstoff wird durch den Wärmeeinfall verdampft und erhöht somit den Druck in dem Kraftstofftank 1.

Sobald der Druck im Kraftstofftank 1 den Ansprechdruck des Überströmventils 12 erreicht, öffnet dieses und das Boil-Off-Gas strömt aus dem Kraftstofftank 1 durch die Leitung zwischen dem Überströmventil 12 und dem Ventil 3 in den Pufferbehälter 13.

Erreicht der Druck in dem Pufferbehälter 13 und in der Leitung zwischen dem Überströmventil 12 und dem Ventil 3 durch das zuströmende Boil-Off-Gas den oberen Schaltdruck des Druckschalters 11, schließt dieser und verbindet den Hilfsenergiespeicher 10 mit dem Ventil 3 und der Zündeinrichtung 9. Hierdurch wird das Ventil 3 geöffnet und das aus dem Brenner 7 der Gasumwandlungseinheit 4

strömende Boil-Off-Gas mittels der Zündelektrode 6 gezündet, so wie dies die Beschreibung zur Fig. 1 erläutert.

Fällt der Druck im Kryo-Kraftstofftank 1 unter den Ansprechdruck des Überströmventils 12 ab, schließt dieses und unterbricht die Gaszufuhr zum Pufferbehälter 13 und der Gasumwandlungseinheit 4.

Die Gasumwandlung des im Pufferbehälter 13 befindlichen Gases wird soweit fortgesetzt, bis der Druck in der Leitung zwischen Überströmventil 12 und Ventil 3 unter den unteren Schaltdruck des Druckschalters 11 sinkt. Dadurch öffnet der Druckschalter 11 und unterbricht die Verbindung zwischen dem Hilfsenergiespeicher 10 und dem Ventil 3 sowie der Zündeinrichtung 9. Das Ventil 3 schließt und unterbricht die Gaszufuhr zur Gasumwandlungseinheit 4.