CN106170658B - 排放和重新填充车辆燃料箱低温燃料的工具、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于对低温燃料(33)的车辆燃料箱(15)进行排放和重新填充的工具以及用于对车辆燃料箱(15)进行排放和重新填充的系统和方法，其中，该工具在处于使用位置时具有竖直方向，且包括热交换器(13)和冷却箱(1)，所述冷却箱(1)具有如从该工具的竖直方向上所观察到的上部和下部，且包括具有至少一个出口阀(2)的燃料出口(35)，所述燃料出口(35)经由所述至少一个出口阀(2)连接到第一燃料导管(36)和第二燃料导管(37)，其中，所述第一燃料导管(36)包括用于将所述第一燃料导管(36)连接到所述热交换器(13)上的入口的装置，并且其中，所述第二燃料导管(37)包括用于将所述第二燃料导管(37)连接到车辆燃料箱上的入口的装置，并且所述冷却箱(1)还包括入口(38)，所述入口(38)经由止回阀(4)连接到燃料入口导管(39)，并且所述燃料入口导管(39)包括用于将所述入口(38)连接到所述热交换器(13)的出口(40)或连接到车辆燃料箱的出口的装置，并且热交换器(13)的出口包括用于连接到车辆燃料箱上的入口的装置(28)。

Description

排放和重新填充车辆燃料箱低温燃料的工具、系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对车辆燃料箱中的低温燃料进行排放和重新填充的工具、系统和方法。
本发明能够应用于商用车辆，例如卡车、大客车和工程车辆。虽然针对商用车辆来描述本发明，但本发明不限于这种类型的车辆，而是也能用在诸如工程机械的其它车辆上，例如挖掘机。
背景技术
在本领域中公知的常识是，由于气体可能是高度易燃的，利用低温气体工作可能有火灾隐患。当在商用车辆中使用低温燃料作为动力燃料时，任何车间工作(例如车辆的维修或修理)都会导致增大的安全风险。在修理或维修期间，可能使用潜在地会引发火灾的设备，并且在某些情形中，例如电弧焊，可能会引发燃烧。因此，当在这种商用车辆上工作时，为了使风险最小化，在工作站(workshop)中开始工作之前必须将低温燃料从燃料箱中移除。
由于温度必须非常低以使燃料保持液体形式，至少比周围环境的温度低-160度，所以，排放该低温燃料箱有多种困难。相应地，应该在保持燃料的低温的同时完成燃料箱的排放。如果温度上升，则燃料转换成气态，这意味着体积显著地增加。
在当前的解决方案中，通常在对商用车辆维修之前允许将燃料经由与燃料箱连接的导管转换成气态并使其在该导管的出口处燃尽。由于可能需要几个小时才能燃尽几升处于液体形式的燃料，所以此过程很耗时。此外，由于事故的风险是显而易见的，所以在燃烧的同时，必须对火焰进行监视。因此，这既耗时又耗力。而且，此过程必须在受保护的条件下进行并同时遵循安全规定，这可能有问题的。例如，这可能涉及难以在邻近车间的区域中找出正确的安全距离。
此外，当让燃料燃尽时，由于燃料被完全浪费掉，这代表了资源的浪费。
US20220083719A公开了一种输送箱，该输送箱在维持输送箱中的压力并在泵将流体从输送燃料箱中泵送出去的同时将流体从输送箱输送到消耗箱。此外，还设有将流体输送至消耗箱的管道系统。分流器将用泵送出的流体分流并且热交换器在流体的那部分返回到输送箱之前将流体的那部分加热或冷却。传感器控制热量如何在流体的那部分中分布。
虽然可能需要工作来处理必须移除的燃料，例如通过在维修工作之前将其燃尽，但从前述内容中显而易见的是：仍然存在关于如何在处理过程中处理和复原燃料以及从安全角度出现的缺点和问题。
因此，本发明的目的是提供一种工具、系统和方法，其具有改进的关于对车辆燃料箱中的低温燃料进行排放和重新填充的功能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种工具、系统和方法，其允许对诸如商用车辆的车辆中的低温燃料进行清空和重新填充。通过根据权利要求1所述的工具以及后续权利要求中的系统和方法来实现本发明的目的。
本文所述的用于对低温燃料的车辆燃料箱进行排放和重新填充的工具的特征在于，当处于使用位置时，该工具具有竖直方向并包括热交换器和冷却箱，如从工具的竖直方向上所观察到的，所述冷却箱具有上部和下部，并且包括具有至少一个出口阀的出口，所述出口经由所述至少一个出口阀连接到第一燃料导管和第二燃料导管，其中，第一燃料导管包括用于将第一燃料导管连接到热交换器上的入口的装置，并且其中，第二燃料导管包括用于将第二燃料导管连接到车辆燃料箱上的入口的装置，并且其中，所述冷却箱还包括入口，所述入口经由止回阀连接到燃料入口导管，并且燃料入口导管包括用于将该入口连接到热交换器的出口或连接到车辆燃料箱出口的装置，并且热交换器的出口包括用于连接到车辆燃料箱上的入口的装置。
热交换器能够设有用于将热交换器的入口连接到车辆燃料箱上的燃料出口的装置。表述“用于连接的装置”指用于建立两个元件之间的功能性连接所必需的所有必要的连接装置、阀、管和软管，例如，两个燃料箱，或者一个燃料箱和一个热交换器。
为了简单起见，如下文所描述的，当在传送系统中设置该工具时，将该工具连接到车辆燃料箱所需的且在操作期间通常未装在车上的诸如阀、连接器、软管等的设备被认为是该工具的一部分。然而这种设备由易于更换的标准部件构成，其不应被认为仅限于该工具。因此，可以使用用于在下文描述的燃料传送系统中建立功能性连接所需的任何适当的连接装置、阀、管道和软管。
该工具的出口阀能够布置在从该工具的冷却箱上的出口伸出的出口导管上。该出口导管分为构成第一燃料导管的一个分支和构成第二燃料导管的一个分支。其分支点位于出口阀的下游，如从冷却箱中的出口方向观察到的。
在连接到冷却箱入口的燃料入口导管上布置的止回阀可适于在冷却箱的12至24bar(例如14到18bar)的预定背压下打开，优选地，在冷却箱的16bar的背压下打开。因此，只要冷却箱中的压力不超过所述预定背压，止回阀就防止燃料通过燃料入口导管被从冷却箱中带出。
可能有利的是，冷却箱的入口在竖直方向上放置在冷却箱的出口上方。这样，促进了将液体燃料从冷却箱的下部移除以及将气态或液体燃料供应至冷却箱的上部。
喷射装置能够在冷却箱内连接到冷却箱的入口。由此，该喷射装置适于将燃料喷射至冷却箱的上部。为此，该喷射装置能够设有一个或多个喷射喷嘴，所述一个或多个喷射喷嘴例如能够沿着延伸到冷却箱中的管布置。该喷射装置能够将低温燃料分配到冷却箱中，由此能够在将燃料重新填充到冷却箱中的初始状态中获得对冷却箱的壁的迅速冷却，在该阶段，冷却箱是空的或仅包含少量的液体燃料。这样，能够使不希望的液体低温燃料的蒸发最小。
此外，气体出口能够布置在冷却箱的上部中。这种气体出口能够经由一个或多个阀连接到一个或多个气体出口导管。例如，一个气体出口导管能够设有安全阀，该安全阀适于自动地打开并随后在预定的最高容许出口压力(例如24bar)下保持打开。
尽管使用了用于将低温燃料箱彼此连接的隔热导管且这些燃料箱被隔热，燃料箱中的气态低温燃料能够在一定程度上转换成气态形式。结果，在车辆燃料箱和所述工具的冷却箱中可能产生非期望的高过压。
因此，可能希望提供具有减压阀的冷却箱，该减压阀响应于燃料箱内的压力而自动打开和关闭。该减压阀能够适当地适于调节燃料箱中的压力，例如，从14到18bar，例如到16bar。
冷却箱的上部中的气体出口能够包括设有出口阀的气体出口导管，该出口阀适合借助于机械或电气控制装置而手动地打开和关闭。利用这种可控阀，能够手动地调节冷却箱中的压力，以消除由于注入到冷却箱中的燃料的蒸发引起的、尤其在重新填充过程的开始时可能发生的冷却箱中的不期望的压力升高的发生。在冷却箱的重新填充期间，如果通过调节出口阀而将冷却箱中的压力维持在预定值附近，例如1bar，则是便利的。
因此，排出过量的气体是调节所述工具的冷却箱中的压力的合适的安全措施。然而，由于珍贵的燃料被浪费，燃料的排出会导致资源的浪费。为了还能够利用所排出的气体，该排放和重新填充系统能够包括用于在适当的时间将所排出的气体返回到冷却箱中的装置。替代地，所排出的气体能够被输送到车辆燃料箱中或输送到这两个燃料箱中。将所排出的气体返回至一个或两个燃料箱意味着燃料不会被浪费，而是作为车辆的燃料被回收使用。然而，燃料的返回必须以受控的方式进行，以便燃料箱中的压力被保持低于预定的上限值，从而防止产生过大的过压。当然，还能够收集所排出的气体并将其用于其它目的。
本文所述的工具能够有利地是便携式的。在此情形下，例如，便携式工具具有允许其通过常规托盘升降机移动的尺寸。例如，便携尺寸的冷却箱例如可具有300L至700L的内部容积。如果该工具的冷却箱容纳至少450L(优选至少550L)，则可能是有利的，因为在此情形下能够将完全装载的通常尺寸的车辆燃料箱的内容物输送到该工具的冷却箱中。此外，该工具能够被设计成使得冷却箱和热交换器是能够彼此独立地分离、储存和移动的单独部件。
此外，提供了一种用于对低温燃料的车辆燃料箱进行排放和重新填充的系统。该系统包括本文所述的工具以及装载在车辆上的低温燃料的车辆燃料箱，其中，当处于使用位置时，燃料箱处于竖直方向并且如在竖直方向上所观察到的，其具有上部和下部，并且其中，车辆燃料箱包括燃料入口和燃料出口。
用于对车辆燃料箱进行排放和重新填充的系统能够包括额外的冷却箱，该冷却箱具有燃料出口和燃料入口以及用于将该出口和入口分别连接到系统中的其它部件的连接装置。如已经描述的该工具的冷却箱的入口和出口，车辆燃料箱的入口和/或包括在该系统中的任何其它冷却箱也在竖直方向上被放置在冷却箱的出口上方。
此外，车辆燃料箱和/或包括在该系统中的任何额外的冷却箱也能够以与已经描述的该工具的冷却箱相同的方式设有气体出口，该气体出口具有在燃料箱的上部中的一个或多个气体导管或阀。
一些长距离运输车辆装备有超大的燃料箱。例如，当维修这些车辆时，燃料箱容纳如此之多的燃料而使得该工具的冷却箱不能容纳所有的燃料。在此情形中，能够介入超大体积的传送燃料是有利的。而且，在正常尺寸的燃料箱中，可能发生问题的原因在于该工具的冷却箱不能容纳足够量的燃料。为了缓解这一问题，在此情形中，该系统可以包括至少一个额外的临时冷却箱。
提供一种用于在两个低温燃料的燃料箱之间输送低温燃料的方法。由此，该方法包括下述步骤：
A)提供本文所述类型的工具，所述工具包括冷却箱和热交换器；
B)通过将该工具连接到车辆燃料箱来形成本文所述类型的系统，其中，车辆燃料箱和该工具的冷却箱中的一个构成包含被输送至车辆燃料箱和该工具的冷却箱中的另一个的低温加压燃料的供应箱，该另一个因而构成接收箱；
C)通过使液体燃料通过该工具的热交换器而将液体低温燃料转换成气态形式；
D)通过将在热交换器中转换的燃料注入而在供应箱中产生排出压力；和
E)将燃料从所述供应箱输送到所述接收箱，其中，所述供应箱中的升高的压力驱使燃料从供应箱输送到接收箱。
因此，本文所述的工具允许将车辆燃料箱和该工具的燃料箱中的任一个排放到另一个燃料箱，这意味着能够首先排放车辆燃料箱，例如，在维修车辆之前，并且随后能够将用同一个工具将燃料返回到车辆燃料箱中。通过简单改变车辆燃料箱和该工具的燃料箱上的不同入口和出口之间的软管来完成两个排放方向之间的切换。该方法基于下述事实：该系统中存在的液体燃料的一部分被输送到热交换器，其在该交换器中被蒸发，于是，气态燃料穿过待排放的燃料箱，从而升高压力并将燃料排对另一个燃料箱中。
如果车辆燃料箱要排放燃料且因此作为供应箱，则能够将蒸发步骤C)中的液体低温燃料经由车辆燃料箱上的出口从车辆燃料箱中取出。
替代地，在此情形中，接收箱(即，该工具的冷却箱)能够被填充有少量的液体低温燃料，其中，能够将步骤C)中的液体低温燃料经由工具的冷却箱上的出口而从该工具的冷却箱中取出。
在该工具的冷却箱作为供应箱的情形中，能够将步骤C)中的液体低温燃料经由冷却箱上的出口而从该工具的冷却箱中取出。在车辆燃料箱在维修操作之后要被重新填充的情形中，通常在车辆燃料箱中不存在能够在方法步骤C)中使用的液体燃料。然而，如果重新填充如正常的重新填充一样在车辆的使用期间发生，则可能还有一些液体燃料留在车辆燃料箱中。在此情形中，此燃料当然能够在方法步骤C)中使用。
所述供应箱中的工作压力能够为2至7bar，例如3至5bar，或3bar，并且，所述接收箱中的压力应当比供应箱中的压力低至少1bar，例如比供应箱中的压力低至少2bar。
本文所述的工具使得能够快速而有效地排放车辆燃料箱，例如当在工作站中维修商用车辆时，以便维修工作能够在没有任何点燃高度易燃低温燃料的风险的情况下进行。在完成维修工作之后，燃料能够在反转本文所述的软管之后被返回至燃料箱，于是能够终止对工作站的访问。借助于隔热的冷却箱和可能也隔热的导管，气态形式的低温燃料的温度能够保持低于燃料的沸点，例如低于作为主要由甲烷构成的燃料的-163摄氏度。
利用本文所述的工具，能够迅速而流畅且具有高安全性地进行车辆燃料箱的排放以及使低温燃料返回至车辆燃料箱中。排放该燃料箱的整个过程(包括进行设定的时间)需要约30分钟至一个小时。燃料箱的重新填充需要相同量的时间。这应当与下文使用的通过在持续的监视下燃尽燃料来排放低温燃料的燃料箱的方法相比较，如果存在大量燃料留在待排放的燃料箱中，则该过程可能需要几个小时。因此，本文所述的工具使得能够节省大量的时间，这当然大大降低了车辆维修的成本，所述成本既涉及劳动成本也涉及车辆在维修操作期间处于空闲姿态而造成的收入损失。此外，从燃料经济性的角度出发，减少燃料从被储存在车辆外部到其被返回至车辆中继续使用期间的时间也是重要的。即使将冷藏的加压燃料储存在隔热的冷却箱中，燃料箱中的温度将随着时间的推移而上升并且燃料将最终转换成气态形式。出于安全原因，所产生的多余气体被逐渐从燃料箱中排出，如果不采取特殊措施以回收所排出的燃料，这将导致燃料的损失随着时间的增加而增加。
低温燃料是需要在极低的温度下储存和处理以保持液体形式的燃料。低温燃料的一个示例是具有大约-163摄氏度沸点的液化天然气(LNG)。因此，当使用LNG作为商用车辆中的燃料时，燃料系统需要良好的隔热性。燃料箱之间的隔热导管使得能够将LNG从车辆燃料箱输送到冷却箱中。在用于对车俩燃料箱进行排放和重新填充的系统中，冷却箱的阀与车辆燃料箱的阀之间的连接因而能够由隔热的导管构成。所述导管还能够优选是柔性的并且例如由软管构成。为了保持低温，有利地使用了隔热的燃料箱，并且冷却箱也有利地是隔热的。用足够厚的隔热物隔热且放置在燃料箱之间的导管将使得更容易保持极度低温。聚氨酯泡沫是合适的用作隔热物的材料。另一种可能性是将由于极度低温造成的结冰用作充分的隔热物。
本文所述的用于对车辆燃料箱中的低温燃料进行排放和重新填充的工具和方法还能够有利于在工作站以外的情况中使用。例如，该工具可能在商用车辆涉及的、使车辆燃料箱中的燃料存在火灾隐患的交通事故中是有用的。大的非焊接的燃料箱能够造成具有不足空间和狭窄场地的工作站的不便。还可能存在将低温燃料从车辆燃料箱排放以用同一燃料重新填充另一个车辆燃料箱的情况。该工具能够是便携式的以缓解这些情况。还能够使用用于排放该车辆燃料箱以及临时储存所排出的低温燃料直到它能够返回至车辆燃料箱中的、两个或更多个较小的工具。
临时燃料箱为在多种情况中对车辆燃料箱进行排放和重新填充提供了通顺的解决方案。另一种可能性是连续地排放多个商用车辆燃料箱并且在完成商用车辆上的工作之后用来自临时冷却箱的燃料重新填充它们。
例如，能够在驾驶时对车辆燃料箱进行排放和重新填充也是有利的。在这种情况中，可能是有利的是，本文所述的工具具有填充有燃料的冷却箱并且配备于能够在临时停车时重新填充的所述商用车辆。通过具有以这种方式车载在商用车辆上的备用燃料箱，为柔性车辆提供了环境友好的燃料供应。具有便携式冷却箱的该工具还可以包括用于附接到与车辆燃料箱相关的车辆上的装置。
例如，当维修商用车辆时，通过将用于排放和重新填充低温燃料的工具放置在诸如维修技工的使用者附近，促进了工作并节约了时间和资源。因此，另一种可能性是：临时的冷却箱能够放置在适合于在车间作业中使用的工作站中。
如上文所提及的，低温燃料的特征在于其低沸点且能够构成各种能源气体混合物。使用用于推进车辆的低温燃料的前提可能变化。例如，加油站的可用性可能会在不同的地理区域有所不同。此外，不同车辆的燃料装备可能不同，例如，因为车辆连续地发展而使得较老型号的车辆在技术上与较新的车辆不同。此外，满载车辆的燃料消耗量当然更高。
一种常用的低温燃料是甲烷，它能从天然气或沼气中获得。天然气是从陆地上或海洋下的沉积物中获得的，并且可具有在70％和99％之间的甲烷含量。沼气是从分解的可再生有机物中产生的，并且具有95％至99％的非常高的甲烷含量。
甲烷的燃烧主要产生二氧化碳和水。由于沼气或生物液体气(BLG)中的甲烷来源于经由光合作用产生的、已储存在植物中的空气中的二氧化碳，所以没有对大气的温室气体二氧化碳的净贡献。转换为液体形式的天然气通常被称作压缩天然气(CNG)。作为化石燃料的CNG的燃烧与汽油和柴油的燃饶相比肯定是更清洁的燃料替代物，但所产生的二氧化碳对大气中的温室气体做出贡献。自然地，能够使用BLG和CNG的混合物作为车辆的燃料。
当该气体被转换成液体时，体积显著减小，例如，1m3的CNG对应于约1.6dm3的LNG，这使得在其处于液体形式时输送燃料是有利的。因此，一辆输送处于液体形式的燃料的卡车可对应于很多辆具有处于气态形式的燃料的卡车。此外，使商用车辆的燃料箱中的低温燃料处于液体形式是节约空间的。由于这样的燃料箱具有预定体积，这也适用于输送燃料的商业车辆上的储存燃料箱的情况，能够确定车辆中的燃料量。这意味着提前知道了卡车用其燃料箱能够行驶多远并使得能够为及时到达下一个加油站做出计划。此外，因为燃料箱的体积已知，所以能够计划出成本。
本文所述的该工具的冷却箱能够包含预定量的燃料(LNG)。此燃料能够用于转换成气态形式，并随后被输送通过车辆的燃料箱中，在该燃料箱中，气态燃料用于建立将液体燃料从车辆燃料箱中排出到所述工具的冷却箱中的过压。替代地，该工具能够以如下方式连接到车辆燃料箱：液体燃料(至少在最初时如此)被从车辆燃料箱中取出并在该工具的热交换器中被转换成气态形式，于是，当前的气态燃料被返回到车辆燃料箱中，它在车辆燃料箱中产生过压，使得车辆燃料箱中的液体燃料的主要部分能够被排出至所述工具的冷却箱中。在将液体燃料从车辆燃料箱输送到所述工具的冷却箱中期间，所述工具的冷却箱应当具有比车辆燃料箱中的压力低的压力。因而，车辆燃料箱中的合适的工作压力能够为2至7bar，如3至5bar，例如大约3bar。所述接收箱中的压力应该比车辆燃料箱中的压力低至少1bar，例如低至少2bar。
车用燃料箱能够排放所有的液体燃料(LGN)，但气体应当被留在燃料箱中以防止空气进入燃料箱。由于空气包含水，当空气进入冷的车辆燃料箱时，可能会发生问题。在当前燃料箱处于低温时，形成水结晶，这会破坏所述系统。因此，在清空燃料箱或完全排空燃料箱期间，燃料箱被充有惰性的氮气。
当使用和储存用于低温燃料的冷却箱时，应当从安全的角度考虑其位置。应当将与气体在诸如下水道、地下室和管线的低洼区域中的积聚相关的危险铭记在心来放置重于空气的、压缩的低温液态气体。该气体重于空气，直到-107度，在高温下，该气体轻于空气并且上升而与空气混合，这增加了着火的风险。
出于节约空间的目的，并且由于本文所述的工具并非总在使用中，它不应该是尺寸庞大的。如果提供有一个或多个临时的冷却箱，则能够认为这些额外的冷却箱使用频率较低。为此，额外的冷却箱具有小体积且因此在储存期间占据少量空间是合适的。为此，该至少一个额外的冷却箱可以小于所述工具的第一冷却箱。
附图说明
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明。在这些图中，相同或相似的细节由相同的附图标记表示。附图仅是示意性的表示，并非旨在示出本发明的具体细节。这些附图仅旨在示出本发明的典型实施例，因此不应认为限制本发明。
图1示出根据本发明的工具的示意图。
图2示出根据本发明的系统的示意图。在此图中，所述系统被示出为处于排放模式。
图3示出根据本发明的系统的示意图。在此图中，所述系统被示出为处于重新填充模式。
具体实施方式
图1示出了用于对低温燃料33的车辆燃料箱15进行排放和重新填充的工具100，其中，工具100包括热交换器13和冷却箱1，所述冷却箱1具有通向燃料出口导管35'的燃料出口35，该燃料出口导管35'具有至少一个出口阀2，所述燃料出口35能够经由出口阀2和连接装置3连接到第一燃料导管和第二燃料导管。冷却箱1包括经由止回阀4连接到燃料入口导管39的燃料入口38。燃料入口导管39具有连接装置5，用于在所示的排放模式中连接燃料入口38。在此模式中，燃料导管40经由连接装置28连接到热交换器13。燃料导管40还适于经由连接装置5连接到冷却箱1的入口38。
进入燃料箱1、15之一的燃料被注入到该燃料箱的上部，例如借助于具有沿着延伸到该燃料箱中的导管布置的多个喷射孔的喷射装置50，以获得对燃料壁的迅速冷却。因此，这意味着这些燃料箱中存在液体形式33和气态形式的燃料。出口导管41'可经由节流阀16和连接装置5连接到入口导管39，并可经由节流阀32连接到燃料导管45，该燃料导管45经由连接装置27连接到热交换器13的入口。
因此，燃料被适当地注入冷却箱1中，喷射装置50连接到该冷却箱的入口38以实现冷却箱1内的气体燃料，因此该喷射装置适于将燃料喷射到冷却箱1的上部中。
因此，在工具100中，热交换器13设有用于将热交换器13的入口连接到车辆燃料箱15上的液体燃料出口41的装置27。如图所示及下文中所描述的，冷却箱1的气体出口44产生了用于释放过量气体的安全系统并经由合适的阀和连接装置连接到一个或多个气体出口导管44'。
如图所示，工具100中的出口装置2能够布置在来自冷却箱1的液体燃料的燃料出口导管35'上，其中，燃料出口导管35'在出口阀2的下游分为所述第一燃料导管和所述第二燃料导管，如从冷却箱1中的燃料出口35方向所观察到的。
如图所示，所述气体出口导管设有适于在24bar的出口压力下自动打开的安全阀。
所述气体出口导管还设有适于手动地打开和关闭的节流阀32、16。
气体出口44布置在冷却箱1的上部，如图1所示。以相对应的方式，气体燃料的出口42布置在车辆燃料箱15的上部中并产生用于排放过量气体的安全系统。该冷却箱中的气体出口44经由设有节流阀8和减压阀9的导管通向排放开口12。连接到出口44的另一个导管具有连接到阀管10的减压阀11，并且，连接到气体出口44的另一个管接到安全阀6和压力表7。
以相对应的方式，在车辆燃料箱中，可以看到出口42经由导管连接到减压阀24和进入管(admission pipe)23而到达出口开口14，此外，一个导管连接到出口42，然后连接到压力表20以及安全阀29。
在图2中，图1的系统被示出为用于排放低温燃料33的车辆燃料箱15。该系统基于图1中描述的内容。为了排放燃料33的车辆燃料箱15，这些导管被连接以允许排放。基本思路是：车辆燃料箱15中的燃料33被输送至热交换器13，其中，燃料33被转换为气态形式并返回至车辆燃料箱15，其因而被加压。增加的压力使燃料33能够从车辆燃料箱15经由燃料导管37输送到冷却箱1。为了使该系统能够在排放模式中操作，冷却箱1上的燃料出口38经由连接装置5连接到燃料入口导管39、再连接到燃料导管37，燃料导管37则从车辆燃料箱15经由连接装置17连接到出口导管41'。此外，出口导管41'通过经由燃料导管45连接的连接装置27、31连接到热交换器13，并通过止回阀18经由连接装置28、19和燃料导管40连接到入口43。出口导管41'可经由节流阀16连接到入口导管39并经由节流阀32连接到燃料导管45，该燃料导管45经由连接装置27连接到热交换器13的入口。借助于这些连接件，通过热交换器13中的蒸发和通过从车辆燃料箱15经由热交换器13以气态形式返回并经由车辆燃料箱的入口43注入到车辆燃料箱15中的燃料33的一部分引起的压力升高，液体低温燃料33能够从车辆燃料箱15通过燃料导管37输送到冷却箱1。此外，入口43也是车辆的用于正常重新填充燃料的入口。
冷却箱1的入口38沿着该工具的竖直方向放置在冷却箱的燃料出口35上方，并且，如先前所提及的，存在将燃料喷射到冷却箱1中的喷射装置50。
该冷却箱能够具有各种形状，如圆柱形或矩形，并且它可以是水平的或竖直的，且可以具有不同的体积。冷却箱能够在例如100至1200升之间的尺寸范围内，其中，450升至498升是优选的尺寸，并且600升是特别优选的尺寸。该燃料箱被适当地隔热，例如用聚氨酯泡沫，以便能够维持低温。
因此，热交换器13适于将液体燃料33转换成气体，当被输送至车辆燃料箱15时，该气体在车辆燃料箱15中产生压力的同时膨胀，从而使液体形式33的燃料通过燃料导管37从车辆燃料箱15被排出到冷却箱1。因此，由于液体在热交换器13中被转换成气态而产生的压力使得液体在所述燃料箱之间传输。已经发现，用于实现燃料的良好排出的压力为大约4-7bar的正常工作压力。
在图3中，示出了处于下述状态中的本文描述的用于对车辆燃料箱15进行排放和重新填充的工具和系统：在该状态中，燃料从工具100返回至车辆燃料箱。在宽泛的描述中，在将燃料返回至燃料箱15的情况中，热交换器13经由燃料导管45连接至冷却箱1并且液体燃料33被从冷却箱1中取出，燃料在热交换器13中被蒸发并且所蒸发的燃料34随后经由燃料导管40返回至冷却箱1，从而升高了冷却箱1中的压力。更具体地，冷却箱1上的燃料出口35连接到出口阀2，该出口阀2用于经由连接装置3连接燃料导管37。燃料导管37按其顺序经由连接装置19和止回阀18连接到车辆燃料箱15的入口43，用于将燃料34注入到车辆燃料箱15中。冷却箱1的燃料出口35进一步经由出口阀2和节流阀25、经由连接装置26连接到燃料导管45。此燃料导管45将液体燃料33经由热交换器13的连接装置27输送至热交换器13，其中，燃料33在通过热交换器13期间被蒸发并经由安装到热交换器13的连接装置28输送到用于当前气体燃料34的导管40。导管40经由连接装置5和止回阀4连接到冷却箱的入口38。因此，热交换器13将气态形式的燃料输送到冷却箱1，其中，在冷却箱1中产生压力，这使得燃料能够从冷却箱1排出而回到车辆燃料箱15。因此，由于冷却箱1中的压力升高了，燃料33被迫从冷却箱1通过在冷却箱1和车辆燃料箱15之间的燃料导管37到达车辆燃料箱15。止回阀4适于在冷却箱1的12至24bar(例如14至18bar)的背压下打开，优选地，在冷却箱1的16bar的背压下打开。
合适地，冷却箱1和车辆燃料箱15被接地以防止火花的形成。
为了进一步解释本发明，提供了用于对车辆燃料箱15中的低温燃料33、34进行排放和重新填充的方法。该方法包括多个步骤，并且能够更具体地描述为用于从低温燃料的车辆燃料箱15中排放低温燃料的方法，其中，该方法包括下述步骤：
A)提供本文所述类型的工具，所述工具包括冷却箱1和热交换器13；
B)通过将该工具连接到车辆燃料箱15来形成本文所述类型的系统，其中，车辆燃料箱15和该工具的冷却箱1二者中的一个构成包含低温加压燃料33的供应箱，该低温加压燃料33被输送至车辆燃料箱15和冷却箱1中的另一个，因此该另一个燃料箱构成接收箱；
C)通过使液体燃料33经过该工具的热交换器13而将液体低温燃料33转换成气态形式；
D)通过注入在热交换器13中转换的燃料33而在供应箱1、15中产生排出压力；和
E)将燃料33从供应箱输送到接收箱，其中，供应箱中升高的压力驱使燃料从供应箱向输送到接收箱。
在上面描述的方法中，车辆燃料箱可以是供应箱，并且，步骤C)中的液体低温燃料经由车辆燃料箱上的出口从车辆燃料箱中取出。
替代地，可存在车辆燃料箱是供应箱并且该工具的冷却箱填充有少量液体低温燃料的情况，其中，步骤C)中的液体低温燃料经由该工具的冷却箱上的出口从该工具的冷却箱中取出。
该工具的冷却箱也可以是供应箱，并且，步骤C)中的液体低温燃料经由车辆燃料箱上的出口从该工具的冷却箱中取出。
所述供应箱中的工作压力能够为2至7bar，如3至5bar，或3bar，并且所述接收箱中的压力至少比供应箱中的压力低1bar，例如比供应箱中的压力低至少2bar。
从排放模式到重新填充模式的切换能够纯机械地被描述为一些燃料导管切换它们各自的连接装置。这可以被描述为：
燃料导管37从连接装置17切换至19。
燃料导管45从连接装置31切换至26。
燃料导管40从连接装置19切换至5。
燃料被喷射到冷却箱1中，因为雾化形式的燃料会冷却该燃料箱。为了维持该系统中的低温燃料33、34的足够低的温度，例如大约-160摄氏度，所述导管由能够承受环境中的相对热量的材料制成。冷却箱1和车辆燃料箱15的入口、出口和阀之间的连接由能被隔热的构件构成。
如上所述，如果温度上升而使得燃料33被转换成气体燃料34，则过压必须被调节。如果更大量的、超过其能够容纳的液体燃料33被供应到冷却箱1，则冷却箱1中的压力还能够上升。为了能够从车辆燃料箱15引入燃料33，需要从处于稳定速率下的燃料箱减少相对应的量。如果该稳定速率被干扰，则可能在冷却箱1中发生过压。如图所示，冷却箱1还包括连接到气体出口44的减压阀9，用于调节气态燃料34的过压。
通过减压阀9排出的气体34通常被释放到周围环境中，但可替代地，它也能够被燃尽。
在图中，能够看到不同种类的多个阀。这些阀能够被设计为能够接收和输送处于液体形式和气态形式的燃料33、34。也能够将所述阀中的一些阀设计为允许燃料33、34在其两个方向上通过。在另一种变型中，使用了不同类型的阀，一个用于下阀，一个用于上阀。在图中的上阀中，气体将被输送到燃料箱中，并且，通过下阀，液体形式的燃料被输送出这两个燃料箱。节流阀8是具有打开位置/关闭位置的手动型节流阀。此外，阀连接件适于使气体能够注入燃料箱中。
与冷却箱1连接的连接装置5以及与车辆燃料箱15连接的连接装置19由重新填充阀构成，以允许所述燃料箱的重新填充，而阀11由例如在16br下自动打开和关闭的减压阀构成。
阀6、29和30由安全阀构成，它们仅受压力控制并且在该系统使用时打开，而阀11和24是减压阀。
为了便于工作，包括冷却箱1的所述工具可以是便携式的并且可能通过托盘升降机移动。优选地，该冷却箱不大于约500dm3，优选为498dm3，以允许其按照所期望的操作。在一些应用中，将燃料箱分为两个子燃料箱是有利的。为了能够在上述的方法中操作，冷却箱可适当地具有托盘大小的基本尺寸。
为了进一步便于该过程，一种可能性是将这种便携式的冷却箱视为商用车辆的一部分。在此情形中，便携式的冷却箱1能够附接到与车辆燃料箱15相关的车辆上。
通常，在维修车辆之前，鼓励使用冷却箱。从人体工程学的角度，如果冷却箱容易管理并易于操作，则这是简单的。如果冷却箱被储存在合适的位置，则也是有利的。因此，该冷却箱能够设置在适于在车间工作中使用的工作站(workshop)中。
由于压缩天然气(CNG)的重量比空气轻并且通过通风迅速扩散，该气体产生相对少的不期望的烟气并且它也是相对安全的燃料。CNG通常在200至248bar的压力下储存在容器中。由于具有上文提及的属性，CNG适合用作车辆燃料箱15中的燃料。此外，能够将CNG输送到根据本发明的系统中的冷却箱1。因此，在用于对车辆燃料箱15进行排放和重新填充的上述系统中，所述气态形式的燃料可以是CNG。
此外，在图3中，能够看出冷却箱1具有预定的固定形状。因此，还能够确定该燃料箱中的燃料量。此外，冷却箱1能够包含预定量的燃料(LNG)。
如先前所提及的，CNG是变成液化天然气(LNG)的液体形式的气体。
此外，能够使用至少一个额外的冷却箱。在一些情况中，具有两个或更多个冷却箱是有利的，例如，当有非期望的大量要输送到冷却箱中的燃料留在该燃料箱中时。在此情形下，单个冷却箱有时不足以储存燃料，例如在车间作业期间。除了用于车间作业之外，本发明例如还能够用于在加油站或两个车辆之间重新填充燃料。此至少一个额外的冷却箱比冷却箱1小。

Claims (22)

1.一种工具(100)，所述工具(100)用于对低温燃料(33)的车辆燃料箱(15)进行排放和重新填充，其特征在于，所述工具在处于使用位置时具有竖直方向，且包括热交换器(13)和冷却箱(1)，所述冷却箱(1)具有在所述工具的竖直方向上的上部和下部且包括燃料出口(35)，所述燃料出口(35)具有至少一个出口阀(2)，所述燃料出口(35)连接到燃料出口导管(35')，其中，所述燃料出口导管(35')包括用于将所述冷却箱(1)上的所述燃料出口(35)连接到所述热交换器(13)上的入口的装置，并且其中，所述燃料出口导管(35')包括用于将所述冷却箱(1)上的所述燃料出口(35)连接到车辆燃料箱上的燃料入口(43)的装置，并且所述冷却箱(1)还包括入口(38)，所述入口(38)经由止回阀(4)连接到燃料入口导管(39)，并且所述燃料入口导管(39)包括用于将所述入口(38)连接到所述热交换器(13)的出口或连接到车辆燃料箱的出口的装置，并且所述热交换器(13)的出口包括用于连接到车辆燃料箱上的燃料入口(43)的装置(28)。
2.根据权利要求1所述的工具，其中，所述热交换器(13)设有用于将所述热交换器的入口(27)连接到车辆燃料箱上的燃料出口(41)的装置。
3.根据权利要求1或2所述的工具(100)，其中，所述出口阀(2)被布置在燃料出口导管(35')上，并且其中，所述燃料出口导管在所述出口阀(2)的下游分成第一燃料导管(36)和第二燃料导管(37)。
4.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述止回阀(4)适于在所述冷却箱(1)的12到24bar的背压下打开。
5.根据权利要求4所述的工具，其中，所述止回阀(4)适于在所述冷却箱(1)的14到18bar的背压下打开。
6.根据权利要求5所述的工具，其中，所述止回阀(4)适于在所述冷却箱(1)的16bar的背压下打开。
7.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述冷却箱(1)的所述入口(38)在所述工具的竖直方向上被放置在所述冷却箱的所述燃料出口(35)上方。
8.根据权利要求4所述的工具，其中，喷射装置(50)在所述冷却箱(1)内连接到所述冷却箱(1)的入口(38)，所述喷射装置适于将燃料喷射到所述冷却箱(1)的所述上部中。
9.根据权利要求1或2所述的工具，其中，在所述冷却箱(1)的所述上部中布置有气体出口(44)。
10.根据权利要求9所述的工具，其中，所述气体出口(44)经由一个或多个阀(8、6)连接到一个或多个气体出口导管。
11.根据权利要求9所述的工具，其中，一个气体出口导管设有安全阀，所述安全阀适于在24bar的出口压力下自动打开。
12.根据权利要求10所述的工具，其中，一个气体出口导管(44')设有出口阀(9)，所述出口阀(9)适于被手动地打开和关闭。
13.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述工具是便携式的。
14.一种用于对低温燃料(33)的车辆燃料箱(15)进行排放和重新填充的系统，其特征在于，所述系统包括根据权利要求1至11中的任一项所述的工具以及放置在车辆上的用于低温燃料的车辆燃料箱(15)，其中，所述车辆燃料箱(15)在处于使用位置时具有竖直方向，且所述车辆燃料箱(15)具有在竖直方向上的上部和下部，并且其中，所述车辆燃料箱(15)包括燃料出口(41)和燃料入口(43)。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述系统包括额外的冷却箱，该冷却箱具有燃料入口和燃料出口以及用于将该冷却箱的该燃料出口和该燃料入口分别连接到所述系统中的其它部件的连接装置。
16.一种用于从低温燃料的车辆燃料箱(15)中排放低温燃料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A)提供如权利要求1-13中的任一项所述的工具，所述工具包括冷却箱和热交换器；
B)通过将所述工具连接到车辆燃料箱来形成如权利要求14-15中的任一项所述的系统，其中，所述车辆燃料箱和所述工具的所述冷却箱二者中的一个构成包含低温燃料的供应箱，所述低温燃料被输送至所述车辆燃料箱和所述工具的所述冷却箱二者中的另一个，因此该另一个构成接收箱；
C)通过使液体的所述低温燃料经过所述工具的所述热交换器而将液体的所述低温燃料转换成气态形式；
D)通过将在所述热交换器中转换的所述低温燃料注入而在所述供应箱中产生排出压力；和
E)将所述低温燃料从所述供应箱输送到所述接收箱，其中，所述供应箱中的升高的压力驱使所述低温燃料从所述供应箱输送到所述接收箱。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述车辆燃料箱是所述供应箱，并且，步骤C)中的液体的所述低温燃料经由所述车辆燃料箱上的出口被从所述车辆燃料箱中取出。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述车辆燃料箱是所述供应箱，并且所述工具的所述冷却箱填充有少量液体的所述低温燃料，其中，步骤C)中的液体的所述低温燃料经由所述工具的所述冷却箱上的出口被从所述工具的所述冷却箱中取出。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述工具的所述冷却箱是所述供应箱，并且，步骤C)中的液体的所述低温燃料经由所述车辆燃料箱上的出口被从所述工具的所述冷却箱中取出。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的方法，其中，所述供应箱中的工作压力为2到7bar，并且所述接收箱中的压力比所述供应箱中的压力低至少1bar。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述供应箱中的工作压力为3到5bar，并且所述接收箱中的压力比所述供应箱中的压力低至少1bar。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述供应箱中的工作压力为3bar，并且所述接收箱中的压力比所述供应箱中的压力低至少2bar。
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