DE4103115C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Rückführung des Gasvolumens beim Tanken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8 zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Absaugen des gasförmigen Leervolumens, welches auf eine Abdichtung zwischen der Flüssigkeits- bzw. Gasrückführ­ leitung und dem zu befüllenden Tank (vgl. DE-OS 22 18 694) verzichten kann, ist z. B. aus der DE-OS 40 00 165 und dem DE-GM 90 07 190 bekannt, wobei besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, um das rückgesaugte Gasvolumen an das Volumen der übergeleiteten Flüssigkeit anzupassen. Außerdem sind zum Fördern der Gase bzw. der Dämpfe die üblichen Flüssigkeitspumpen nicht geeignet.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein zur übergeleiteten Flüssigkeit volumengleiches Absaugen der Gase bzw. der Dämpfe ohne das Erfordernis spezieller Gasförderpumpen zu ermöglichen, wobei beide Tanks unter atmosphärischem Druck stehen und durch mindestens je eine Öffnung mit der Atmosphäre verbunden sein sollen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2-7 und 9 angegeben.

Es ist zwar aus der DE-PS 4 08 233 (vgl. dort insbesondere auch Seite 2, Zeile 80) und aus der DE-PS 2 21 730 (vgl. dort insbesondere Bezugszeichen "e" und "i") zum Umfüllen von benzinartigen Flüssigkeiten jeweils bekannt, einen zwischen dem Lagertank und dem zu befüllenden Tank eingeschalteten Vorlagebehälter mit Gasrückführleitung zu verwenden; wobei beim Stand der Technik nach der DE-PS 4 08 233 ein (gemäß der anmeldungsgemäßen Definition "volumetrischer") Gasaustausch vom Vorlagebehälter zum Lagertank und beim Stand der Technik nach der DE-PS 2 21 730 ein derartiger Gasaustausch vom zu befüllenden Tank zum Vorlagebehälter stattfindet. Eine gemeinsame Anwendung der daraus jeweils einzeln bekannten Maßnahmen zur Lösung der gestellten Aufgabe war hierdurch jedoch nicht nahegelegt.

Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 4 und Anspruch 5 bedient sich bekannter Methoden der Gasanalyse (vgl. DE-Z.: Chemie-Ingenieur-Technik 56, 1984 Nr. 4, S. 286-291).

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 die Arbeitsweise mit einem einzigen Vorlagebehälter,

Fig. 2 die Arbeitsweise mit zwei wechselweise betriebenen Vorlagebehältern.

In Fig. 1 ist das Schema des Verfahrens zur Gasrückführung bei der Betankung von Pkw dargestellt.

Auf dem Schema sind der zu befüllende Tank mit 1, der Lagertank für Flüssigkeit mit 2 und der Vorlagebehälter mit 3 bezeichnet.

Das Schema zeigt weiter den Prozeßkreislauf I, der beim Betrieb des ersten Prozeßschrittes gebildet wird. Hierbei fließt das Benzin über die Leitung 4, die Pumpe 5 und die Leitung 6 in den zu befüllenden Tank 1 und das Gasvolumen wird über die Leitung 9, das geöffnete Absperrventil 10 und die Leitung 13 in den Vorlagebehälter 3 zurückgesaugt.

Das Schema zeigt weiter den Prozeßkreislauf II, der beim Betrieb des zweiten Prozeßschrittes gebildet wird.

Hierbei wird der Vorlagebehälter 3 mit Flüssigkeit aus dem Lagertank 2 über die Leitung 14, die Pumpe 15 und die Leitung 16 wieder angefüllt und simultan wird das Gasvolumen über die Leitung 13, den geöffneten Absperrschieber 17 und die Leitung 18 als Ausgleich für das abgezogene Benzin in den Lagertank 2 zurückgedrückt.

Beide Prozeßschritte laufen wechselweise zeitlich nacheinander ab.

Am Beginn des ersten Prozeßschrittes (Prozeßkreislauf I) beginnt die Pumpe 5 Benzin zu fördern und der Absperrschieber 10 wird geöffnet. Durch die Benzinentnahme senkt sich der Flüssigkeits­ spiegel im Vorlagebehälter 3, ausgehend vom Niveau 11, ab und es entsteht ein Unterdruck, durch den über die Leitung 9 aus dem zu füllenden Tank 1 das Gasvolumen angesaugt wird. Am Ende des Tankvorgangs ist der Flüssigkeitsspiegel auf das Niveau 12 abgesunken und in dem Vorlagebehälter 3 wurde das gleiche Volumen als Gas angesaugt wie als Benzin in den Tank 1 eingefüllt wurde.

Beim Abschalten der Pumpe 5 kommt auch auf der Gasseite der Strömungsvorgang in der Leitung 9 und 13 zur Ruhe, so daß sich auch in dem Vorlagebehälter 3 der gleiche Druck wie in dem Tank 1 einstellt. Damit sind die Bedingungen erfüllt, daß das gleiche Volumen aus dem zu füllenden Tank 1 abgesaugt wird, wie Benzin in den Tank 1 eingefüllt wurde.

Die Benzinleitung 6 und die Gasrückführleitung 9 können in der Zapfpistole 7 integriert werden, die in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Beide stecken in dem Einfüllstutzen 8 des zu füllenden Tankes 1 über dem Flüssigkeitsspiegel 19. Die Zapfpistole 7 kann mit einer verschiebbaren Manschette 20 versehen sein, welche die Tanköffnung abdeckt. Die Gasrückführleitung 9 kann auch außerhalb der Zapfpistole 7 geführt werden, sollte aber in den Einfüllstutzen 8 hineinragen, um bereits bei Beginn des Absaugvorganges ein Gas, das nicht durch Falschluft verdünnt ist, zu erfassen.

Der erste Prozeßschritt ist abgeschlossen, wenn der Tank 1 gefüllt ist, die Pumpe 5 abgeschaltet und der Absperrschieber 10 wieder geschlossen ist. Anschließend kann der zweite Prozeßschritt beginnen.

Beim zweiten Prozeßschritt (Prozeßkreislauf II) wird mit Einschalten der Pumpe 15 der Absperrschieber 17 in der Gasleitung 13 und 18 geöffnet. Das Benzin fließt über die Leitung 14 und 16 in den Vorlagebehälter 3. Dadurch steigt der Flüssigkeitsspiegel 12 an und es entsteht dort ein Überdruck.

Durch den Druckausgleich mit dem Lagertank 2 über die offene Gasrückführleitung 13 und 18 wird das ursprüngliche Gasvolumen aus dem Tank 1 von dem Vorlagebehälter 3 in den Lagertank 2 gedrückt. Sobald der Flüssigkeitsspiegel in dem Vorlagebehälter 3 auf das Niveau 11 gestiegen ist, wird die Pumpe 15 abgeschaltet. Anschließend erfolgt der Druckausgleich zwischen dem Vorlagebehälter 3 und dem Lagertank 2 über die Gasrückführleitungen 13 und 18. Anschließend wird auch der Absperrschieber 17 geschlossen. In dem Prozeßkreislauf 11 ist die Strömung bei Druckausgleich zur Ruhe gekommen und im Vorlagebehälter 3 wie im Lagerbehälter 2 herrscht der gleiche Druck. Der zweite Prozeßschritt ist somit beendet.

Auch für den zweiten Prozeßschritt gilt das für den ersten Prozeßschritt gesagte. Dem Lagertank 2 wurde als Benzin das gleiche Volumen entnommen, wie diesem als Gasvolumen über den Vorlagebehälter 3 und die Leitung 13 und 18 zugeführt wurde.

Der Lagertank 2 wird im folgenden beschrieben: Die Flüssigkeitsleitung 14 beginnt unterhalb des Flüssigkeits­ spiegels 21 über dem Tankboden. Die Gasrückführleitung 18 endet oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 21. Über die offene Druckausgleichsleitung 22 ist der Lagertank 2 mit der Umgebung verbunden und es herrscht in seinem Inneren ständig Atmosphärendruck. Die Leitungsdurchführung aus dem Lagertank 2 erfolgt gasdicht durch den Tankdeckel, so daß der Lagertank 2 nur durch die Druckausgleichsleitung 22 mit der Umgebung verbunden ist.

Die wesentlichen Bauelemente der Vorlagebehälteranordnung nach Fig. 1 können in die Zapfsäule einer Kraftfahrzeugtankstelle eingebaut werden.

Es ist aber auch möglich, den Vorlagebehälter 3 oberhalb der vorhandenen Zapfsäulen unter einer möglichen Überdachung anzuordnen. In diesem Fall hat die Flüssigkeit in dem Vorlagebehälter 3 eine höhere statische Energie und die Antriebsleistung für die Förderpumpe 5 kann verringert werden bzw. die Pumpe 5 kann ganz entfallen. Die Flüssigkeitsmenge zum Betanken müßte dann über ein nicht gezeigtes Regelventil in der Leitung 4, 6 dosiert werden.

Bei der Anpassung von bestehenden Tankeinrichtungen an die Umweltauflagen ist es sinnvoll, möglichst wenige Änderungen an der Tankanlage vorzunehmen. Es ist dann möglich, den Vorlagebehälter 3 mit der Pumpe 15 in der Nähe des Lagertankes 2 zu installieren. Die Leitung 4 führt dann zu einer bestehenden Zapfsäule mit der bereits eingebauten Pumpe 5. In diesem Fall ist nur die Gasrückführleitung 9 unterirdisch neu zu verlegen.

Aus Platzgründen kann der Vorlagebehälter 3 auch in den Lagertank 2 eingebaut werden. Die Leitungen 4, 16 und 13 treten in diesem Fall mit den Leitungen 22, 14 und 18 durch den Tankdeckel des Lagertanks 2.

Die Durchflußventile 10 und 17 in Fig. 1 sind oben mit Schieberfunktionen beschrieben worden. Es können aber auch andere Ventile z. B. Einwege-Ventile mit Rückflußabsicherung oder ein einziges Dreiwegeventil eingesetzt werden.

Die optimale Größe des Vorlagebehälter 3 liegt bei der Betankung von Pkw zwischen 50 und 100 l. Damit kann bei einem Pkw mit üblicher Größe in einem Arbeitsgang ein Tank 1 gefüllt werden. Ist der nutzbare Inhalt des Vorlagebehälters 3 nur 25 l, so arbeitet das anhand der Fig. 1 beschriebene Verfahren bei einem Tankvorgang mit mehr als 25 l, chargenweise.

Die Arbeitsgänge sind dann:

Ansaugen des Gases in den Vorlagebehälter 3,
Verdrängen des Gases aus dem Vorlagebehälter 3,
Ansaugen . . ., Verdrängen . . .

Dieser Prozeß kann kontinuierlich betrieben werden, wenn in das Leitungssystem zwei Vorlagebehälter eingebaut werden, die parallel geschaltet sind.

Dies wird anhand der Fig. 2 im folgenden beschrieben.

Die Leitung 25 ist eine gemeinsame Leitung für Benzin von dem Lagertank 2 zu mehreren Zapfsäulen.

Die Leitung 26 ist eine gemeinsame Gasrückführleitung von mehreren Zapfsäulen in den Lagertank 2.

Ein für den einen Vorlagebehälter 30 geschalteter Prozeßkreis­ lauf I geht über die Gasrückführleitung 37, ein Dreiwegeventil 38 in der Gasrückführleitung 37 zum Vorlagebehälter 30 sowie über die Flüssigkeitsleitung 34, über das Dreiwegeventil 36 und die Flüssigkeitspumpe 35 in den gemeinsamen Schlauch 41 zu dem nicht gezeigten zu füllenden Tank 1.

Ein gleichzeitig für den anderen Vorlagebebehälter 31 geschalte­ ter Prozeßkreislauf II geht über die Flüssigkeitsleitung 27, über die Pumpe 28, das Dreiwegeventil 29 in den Vorlagebehälter 31 sowie über die Gasrückführleitung 32, über das Dreiwege­ ventil 33 in die Leitung 26, die zu dem Lagertank 2 führt.

Durch den Abzug der Flüssigkeit aus dem Vorlagebehälter 30 senkt sich der Flüssigkeitsspiegel 40 ab und es wird das Gas in der Leitung 37 angesaugt. Im Vorlagebehälter 31 steigt durch Flüssigkeitszufuhr der Flüssigkeitsspiegel 39 an, und es wird das Gasvolumen über die Leitung 32 in den nicht gezeigten Lagertank 2 gedrückt.

Bei Absinken des Flüssigkeitsspiegels in dem einen Behälter 30 auf die Niveauhöhe 39 ist in dem anderen Vorlagebehälter 31 der Flüssigkeitsspiegel auf die Höhe 40 angestiegen. Bei diesem Zustand schaltet das Dreiwegeventil 36 in der Flüssigkeits­ leitung 34 auf die Stellung 35-36-31 und es kann weiter kontinuierlich Flüssigkeit aus dem anderen Vorlagebehälter 31 abgezogen werden. Auch die drei anderen Dreiwegeventile 29, 33, 38 schalten in die andere Stellung derart, daß der Vorlage­ behälter 31 jetzt in dem Prozeßkreislauf I arbeitet und Flüssig­ keit liefert und der Vorlagebehälter 30 für einen Prozeßkreis­ lauf II geschaltet ist, d. h. mit Flüssigkeit gefüllt wird.

Die Dreiwegeventile 38 und 33 in den Gasrückführleitungen 37 und 32 können auch durch jeweils zwei einfache Einwegeventile ersetzt werden.

Die wesentlichen Bauelemente nach Fig. 2 können vorteilhaft in eine Zapfsäule integriert werden. Durch Auswechseln der alten Zapfsäule kann das Verfahren einfach in einer bestehenden Tankstelle eingebaut werden. Als weitere Montagearbeit ist nur die gasführende Leitung 32, 26 unterirdisch zu verlegen.

Eine mögliche Vermischung des abgesaugten Gasvolumens mit Außenluft läßt sich durch eine vergleichende Gasanalytik zwischen dem zu füllenden Tank 1 und dem mit Gas gefüllten Vorlagebehälter 3 am Ende des ersten Prozeßschrittes, d. h. durch einfache Analytik auf Sauerstoff (O₂) oder Stickstoff (N₂) feststellen. Dadurch kann auch die Funktion einer das Verfahren durchführenden Anlage mit einfachen meßtechnischen Mitteln überwacht werden.

Das Verfahren läßt sich auch bei anderen zu befüllenden Tanks 1 einsetzen, welche nicht in einem Pkw eingebaut sind.

Claims (9)

1. Verfahren zur Absaugung des gasförmigen Leervolumens beim Befüllen eines Tankes mit Flüssigkeit aus einem Lagertank über eine Flüssigkeitsleitung und zur Rückführung des abgesaugten Volumens in den Lagertank für die Flüssigkeit über eine Gasrückführleitung, dadurch gekennzeichnet, daß

• - in die Gasrückführleitung und die Flüssigkeitsleitung zwischen dem Lagertank und dem zu füllenden Tank ein gasdichter Vorlagebehälter eingebaut ist,
• - in einem ersten Prozeßschritt, in einem vom Lagertank abgetrennten Prozeßkreislauf I, die Flüssigkeit aus dem Vorlagebehälter in den zu füllenden Tank gefördert wird und simultan durch den im Vorlagebehälter entstehenden Unterdruck das gasförmige Volumen aus dem zu füllenden Tank über die Gasrückführleitung in den Vorlagebehälter gesaugt und dort gepuffert wird und,
• - in einem zweiten Prozeßschritt, in einem von dem zu füllenden Tank abgetrennten Prozeßkreislauf II, Flüssigkeit über die Flüssigkeitsleitung aus dem Lagertank in den Vorlagetank gefördert wird und dadurch das dort gepufferte gasförmige Volumen über die Gasrückführleitung in den Lagertank gedrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung der Flüssigkeit von dem Lagertank in den Verlagebehälter und von dem Vorlagebehälter in den Tank jeweils über eine Pumpe erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlagebehälter höher als der zu füllende Tank angeordnet ist und die Flüssigkeit mittels Schwerkraft über ein Dosierventil in den zu füllenden Tank fließt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Funktionskontrolle der Gasrückführung durch einen Vergleich zwischen der Gaszusammensetzung in dem zu füllenden Tank und der Zusammensetzung des in den Vorlagebehälter zurückgeführten Gasvolumens erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich mit einem der einfach zu messenden Bestandteile der Luft wie Sauerstoff (O₂) oder Stickstoff (N₂) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Flüssigkeit um Ottokraftstoff und bei dem zurückgeführten Gasvolumen um das Leervolumen aus betankten Kraftfahrzeugen handelt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Vorlagebehälter, parallel geschaltet, in die Flüssigkeitsleitung eingebaut werden und die Arbeitstakte Flüssigkeitsabzug und Flüssigkeitszufuhr, aus und in die beiden Vorlagebehälter, gegenläufig wechselweise ausgeführt werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, 6, 7, mit einer von einem Lagertank zu einem zu befüllenden Tank führenden Flüssigkeitsleitung und einer vom zu befüllenden Tank zum Lagertank führenden Gasrückführleitung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Gasrückführleitung (9, 13, 18; 37, 32, 26) und die Flüssigkeitsleitung (14, 16, 4, 6; 25, 27, 34) ein Vorlagebehälter (3; 30, 31) eingebaut ist, welcher zur Schaffung des Prozeßkreislaufes I und Prozeßkreislaufes II über wechselweise arbeitende Absperrventile (10, 17; 33, 38, 29, 36) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlagebehälteranordnung (3, 10, 17; 30, 31, 33, 38, 29, 36) in die Zapfsäule einer Kraftfahrzeugtankstelle eingebaut ist bzw. wird.