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Title:
TANK VENTILATION DEVICE COMPRISING TWO MEMBRANES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/211035
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a tank ventilation device (3) with a first separating device (4) for separating hydrocarbons (9), wherein the first separating device (4) has a first membrane (5). It is essential to the invention that a second separating device (6) is provided which is designed to separate ethanol (9) and has a second membrane (7). Thus, a highly effective and simultaneously compact tank ventilation device (3) can be achieved.

Inventors:
EHLERT, Thomas (Schulstr. 14, Böblingen, 71034, DE)
HEIN, Martin (Landauerstr. 42B, Stuttgart, 70499, DE)
STRENG, Simon (Ulmer Str. 318, Stuttgart, 70327, DE)
Application Number:
EP2019/056596
Publication Date:
November 07, 2019
Filing Date:
March 15, 2019
Export Citation:
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Assignee:
MAHLE INTERNATIONAL GMBH (Pragstraße 26-46, Stuttgart, 70376, DE)
International Classes:
B01D53/22; B60K15/035
Foreign References:
US20170368496A12017-12-28
US20020152889A12002-10-24
US7491258B22009-02-17
US20100024898A12010-02-04
US20090120949A12009-05-14
DE102012213242A12014-01-30
US7491258B22009-02-17
GB2462178A2010-02-03
US20030204993A12003-11-06
Attorney, Agent or Firm:
BRP RENAUD UND PARTNER MBB (Königstraße 28, Stuttgart, 70173, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Tankentlüftungseinrichtung (3) mit einer ersten Abscheideeinrichtung (4) zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen (9), wobei die erste Abscheideeinrichtung (4) eine erste Membran (5) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine zweite Abscheideeinrichtung (6) vorgesehen ist, die zum Abscheiden von Ethanol (9) ausgebildet ist und eine zweite Membran (7) aufweist.

2. Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die erste Membran (5) als PTFE-Membran ausgebildet ist.

3. Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass erste Membran (5) eine poröse Membran ist, die insbesondere Polyimide aufweist.

4. Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die erste Abscheideeinrichtung (4) Aktivkohle (14) aufweist.

5. Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die zweite Membran (7) Silica-Nanopartikel aufweist.

6. Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass zweite Membran (7) eine Lösungs-Diffusionsmembran ist, die insbesondere silikonbasierte Schichten aufweist.

7. Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die erste Abscheideeinrichtung (4) in Strömungsrichtung (15) vor der zwei- ten Abscheideeinrichtung (6) angeordnet ist.

8. Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die zweite Membran (7) für Wasserdampf (10), Stickstoff (12) und/oder Sauerstoff (11 ) durchlässig ist.

9. Kraftfahrzeug (1 ) mit einem Kraftstofftank (2) und einer Tankentlüftungseinrich- tung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche.

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Description:
TANKENTLÜFTUNGSEINRICHTUNG UMFASSEND ZWEI MEMBRANEN

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tankentlüftungseinrichtung mit einer ers- ten Abscheideeinrichtung zur Abscheidung von Kohlenwasserstoffen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahr- zeug mit einem Kraftstofftank und einer solchen Tankentlüftungseinrichtung.

Aus der US 7,491 ,258 B2 ist eine gattungsgemäße Tankentlüftungseinrichtung mit einer ersten Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen bekannt. Diese erste Abscheideeinrichtung weist dabei eine erste Membran auf. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass diese Membran im Wesentlichen nur Kohlen- wasserstoffe abscheiden kann.

Aus der GB 2 462 178 A ist ebenfalls eine Tankentlüftungseinrichtung mit einer Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen bekannt. Die bekannte Abscheideeinrichtung weist dabei eine Membran mit Nanoporen auf. Hierdurch soll ebenfalls ein unerwünschtes Austreten von Kohlenwasserstoff- dämpfen aus einem Tank verhindert werden.

Aus der US 2003/0204993 A1 ist eine weitere Tankentlüftungseinrichtung be- kannt.

Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Tankentlüftungsleitun- gen ist jedoch, dass diese beispielsweise einen Aktivkohlefilter zur Reinigung von Kraftstoffdämpfen aufweisen, wobei ein derartiger Aktivkohlefilter jedoch einen vergleichsweise großen Bauraum erfordert und zudem ab einem gewissen Sätti gungspunkt nicht mehr in der Lage ist, weitere Kohlenwasserstoffe aufzunehmen. Zudem muss dieser rückgespült werden und ist verhältnismäßig teuer. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Tan- kentlüftungseinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumin- dest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen erhöh- ten Abscheidegrad aufweist und bauraumoptimiert ausgebildet ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängi- gen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals eine zweistufige Tankentlüftungseinrichtung mit zwei hintereinander geschalteten Ab- scheideeinrichtungen auszustatten und bei beiden Abscheideeinrichtungen je- weils eine Membran vorzusehen. Die erste Abscheideeinrichtung weist dabei ei- ne erste Membran zum Abscheiden von unpolaren Kohlenwasserstoffen auf, während die zweite Abscheideeinrichtung eine Membran zum Abscheiden von polaren Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Ethanol, aufweist. Unpolare Kohlenwas- serstoffe können beispielsweise an einer PTFE Membran abgeschieden werden. Polare Kohlenwasserstoffe, auch jene mit einem polaren Anteil dagegen können nicht an einer PTFE Membran abgeschieden werden. Im Falle von Ethanol ist zudem die Diffusionsgeschwindigkeit höher und die Größe von Ethanol ist sehr klein. Eher im Bereich von O2 und N 2 anstatt im Bereich der übrigen Kohlenwas- serstoffe. Dies macht die Abscheidung von Ethanol so schwierig. Durch die erfin- dungsgemäße Bauweise kann dabei nicht nur ein besonders hoher Abscheide- grad sowohl von Kohlenwasserstoffen als auch von Ethanol erreicht werden, sondern zugleich auch ein deutlich reduzierter Bauraumbedarf. Die erfindungs- gemäße Tankentlüftungseinrichtung zeichnet sich somit durch einen erhöhten Abscheidegrad und den zuvor beschriebenen geringen Bauraumbedarf aus. Dies ist insbesondere in heutigen Kraftfahrzeugen, in welchen immer weniger freier Bauraum zur Verfügung steht, von großem Vorteil. Zudem können mit der erfin- dungsgemäßen Tankentlüftungseinrichtung besonders hohe Umweltanforderun- gen erreicht werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die erste Membran als Polytetrafluorethylen-Membran (PTFE-Membran) ausgebildet. Poly- tetrafluorethylen ist ein unverzweigtes, linear aufgebautes und teilkristallines Po- lymer aus Fluor und Kohlenstoff. Derartige PTFE-Membranen sind dabei in der Lage, Kohlenwasserstoffe zurückzuhalten, während sie andere Stoffe, wie bei spielsweise Ethanol, Wasserdampf, Sauerstoff oder Stickstoff durchlassen. Ge- genüber Wasser an sich ist eine derartige PTFE-Membran jedoch dicht. Vorteil- haft bei derartigen PTFE-Membranen ist, dass diese vergleichsweise kosten- günstig und in nahezu beliebiger Form und Größe herstellbar sind.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann die erste Abscheideeinrichtung zusätzlich zur ersten Membran auch Aktiv- kohle aufweisen. Mittels derartiger Aktivkohle können Kohlenwasserstoffe zu- rückgehalten werden, wobei durch die erfindungsgemäß vorgesehen erste Membran das Volumen an Aktivkohle deutlich kleiner gestaltet werden kann. Ak- tivkohle bewirkt aufgrund seiner vergleichsweise großen inneren Oberfläche ein hohes Rückhaltevermögen für Kohlenwasserstoffe.

Zweckmäßig weist die zweite Membran Silica-Nanopartikel auf. Derartige Silica- Partikel erhöhen die Stabilität der Membran durch eine Quervernetzung und bil den zusätzlich eine Barriere gegen Ethanol.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die erste Abscheideeinrichtung in Strömungsrichtung vor der zweiten Abschei- deeinrichtung angeordnet. Strömungsrichtung bedeutet in diesem Fall eine Rich- tung von einem Kraftstofftank in die Umgebung, insbesondere über die Tankent- lüftungsleitung. Durch die Anordnung der ersten Abscheideeinrichtung stromauf der zweiten Abscheideeinrichtung ist es möglich, zunächst die Kohlenwasserstof- fe abzuscheiden und anschließend das Ethanol, wodurch ein vergleichsweise hoher Reinigungsgrad und dadurch eine vergleichsweise geringe Umweltbelas- tung erreicht werden können.

Zweckmäßig ist die zweite Membran für Wasserdampf, Stickstoff und/oder Sau- erstoff durchlässig. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Umwelt nicht kontaminie- rende Stoffe, wie beispielsweise Wasserdampf, Stickstoff und/oder Sauerstoff problemlos in die Umgebung abgelassen und dadurch die zum Druckausgleich erforderliche Tankentlüftung bzw. Belüftung erfolgen kann.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank und einer solchen Tankentlüftungseinrich- tung anzugeben. Hierdurch ist es erstmals möglich, ein besonders umweltfreund- liches Kraftfahrzeug in Bezug auf eine Tankentlüftungseinrichtung anzubieten, wobei die erfindungsgemäße Tankentlüftungseinrichtung zusätzlich aufgrund ih- res geringen Bauraumbedarfs an bislang nicht möglichen Positionen eingebaut werden kann.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschrei- bung anhand der Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh- ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge- stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Tankentlüftungseinrichtung.

Entsprechend der Fig. 1 , weist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 einen Kraftstofftank 2 sowie eine Tankentlüftungseinrichtung 3 auf. Die Tankentlüf- tungseinrichtung 3 besitzt eine erste Abscheideeinrichtung 4 zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen 8 mit einer ersten Membran 5. Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine zweite Abscheideeinrichtung 6 zum Abscheiden von Ethanol 9 vorgesehen, die eine zweite Membran 7 aufweist. Derartige Membranen 5 und 7 besitzen im Vergleich zu einem Aktivkohlefilter einen deutlich geringeren Bau- raumbedarf, wobei die zweite Membran 7 zusätzlich den Vorteil aufweist, für Ethanol 9 undurchlässig zu sein, jedoch Wasserdampf 10, Sauerstoff 11 und/oder Stickstoff 12 durchzulassen.

Die erste Abscheideeinrichtung 4 weist somit eine erste Membran 5 zum Ab- scheiden von unpolaren Kohlenwasserstoffen auf, während die zweite Abschei- deeinrichtung 6 eine Membran 7 zum Abscheiden von polaren Kohlenwasserstof- fen, wie z.B. Ethanol, aufweist. Mit der erfindungsgemäßen Tankentlüftungsein- richtung 3 ist es somit erstmals möglich, auf vergleichsweise kleinem Bauraum sowohl Kohlenwasserstoffe 8 als auch Ethanol 9 abzuscheiden und einer Brenn- kraftmaschine 13 zur Verbrennung wieder zuzuführen. Flierdurch kann insbeson- dere auch eine deutliche Reduzierung der Emissionsbelastung erreicht werden.

Die erste Membran 5 kann beispielsweise als PTFE-Membran ausgebildet sein und ist dadurch besonders beständig gegenüber Kohlenwasserstoffen. Eine der- artige erste Membran 5 lässt dabei Ethanol 9 sowie weitere Kraftstoffdampfbe- standteile, wie beispielsweise Wasserdampf 10, Sauerstoff 11 und Stickstoff 12 hindurch, während der Kohlenwasserstoff 8 zurückgehalten wird. Die erste Membran 5 kann beispielsweise auch eine poröse Membran sein, insbesondere Polyimide aufweisen. Die zweite Membran 7 hingegen hält Ethanol 9 zurück und lässt andere Kraftstoffdampfbestandteile, wie beispielsweise Wasserdampf 10, Sauerstoff 11 und Stickstoff 12 hindurch. Sowohl die von der ersten Membran 5 zurückgehaltenen Kohlenwasserstoffe 8 als auch das von der zweiten Membran 7 zurückgehaltene Ethanol 9 können somit abgefangen und beispielsweise der Brennkraftmaschine 13 zur Verbrennung wieder zugeführt werden.

Innerhalb der ersten Abscheideeinrichtung 4 kann selbstverständlich auch noch Aktivkohle 14 vorgesehen sein, die aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche eine Anlagerung von Kohlenwasserstoffen ermöglicht.

Die zweite Membran 7 kann beispielsweise Silica-Nanopartikel aufweisen, die einerseits eine Verstärkung bzw. Aussteifung der zweiten Membran 7 bewirken, andererseits jedoch Ethanol 9 an einem Durchtritt durch die zweite Membran 7 hindern. Die zweite Membran 7 kann beispielsweise auch eine Lösungs- Diffusionsmembran sein und insbesondere silikonbasierte Schichten aufweisen.

Betrachtet man die Fig. 1 weiter, so kann erkennen, dass die erste Abscheideein- richtung 4 zumindest in Bezug auf einen Teil des Ethanols 9 in Strömungsrich- tung 15 vor der zweiten Abscheideeinrichtung 7 angeordnet ist.

Der gemäß der Fig. 1 gezeigte Aufbau der erfindungsgemäßen Tankentlüftungs- einrichtung 3 ist dabei selbstverständlich rein exemplarisch zu verstehen, so dass die Tankentlüftungseinrichtung 3 nicht unbedingt eine zylindrische Form aufwei- sen muss, ebenso wenig wie deren Membranen 5 und 7, sondern selbstverständ- lich auch andere, insbesondere eckige, Formen aufweisen kann.

Generell lässt sich mit der erfindungsgemäßen Tankentlüftungseinrichtung 3 eine deutliche Steigerung der Anteile an zurückgehaltenem Ethanol 9 und zurückge- haltenen Kohlenwasserstoffen 8 erreicht werden, wobei aufgrund der erfindungs- gemäß verwendeten Membranen 5 und 7 zugleich eine deutlich kompakte Bau- weise erreicht werden kann, die zudem kostengünstiger ist als bislang in diesem Bereich eingesetzte Aktivkohlefilter sind und eine höhere Abscheiderate aufwei- sen.

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