CN109563970A - 用于以可校准的方式检测气体量的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于确定气体燃料量的方法和装置，所述气体燃料在加气站处的加注过程期间已经由气泵(3)和与其连接的加注软管(4)被输送到储罐中，其中在加气站的气泵(3)中提供流量计(F)，所述流量计在储罐的加注期间检测所加注的燃料量。一旦加注完成，加注软管(4)就被减压，并且由于减压而未被输送到储罐中的燃料量被检测，以及该量从由流量计(F)检测到的量中减去。
Description
本发明涉及一种用于确定气体燃料量的方法，该气体燃料在加注站的加注过程期间通过燃料加注机和与其连接的加注软管被输送到储罐中，其中流量计被提供在加注站的燃料加注机中并确定在储罐的加注期间加注的燃料量，并且其中一旦加注过程完成，加注软管就减压。
越来越多的汽车制造商提供由诸如天然气、液化石油气或氢气之类的气体燃料驱动的机动车辆。这不仅包括乘用车，还包括公共汽车，卡车和叉车。加注站的数量，特别是加氢站的数量，随着由压缩气体驱动的车辆数量的增加而增加。加氢站更频繁地由私人客户使用。由于与天然气或液化石油气相比氢气的更高压力和更低温度，加注过程和其他装置的新发展是必要的，特别是对于用氢气进行加注而言。氢气的温度和压力必须被精确控制以确保车辆的储存罐以受控且安全的方式来加注。因此，加氢站关于待加注的氢气的温度和压力的测量精度的要求提高。
此外，加氢站包括储存罐，其中氢气可以以液态和/或气态形式储存。液态储存是优选的，因为储存密度更大。然而，在这种情况下，液态氢的低温是不利的。通常还提供一种储气装置，其中氢气在环境温度下被储存，但被压缩至高达1000巴，特别是高达910巴的压力。
现代氢气车辆优选地配备有燃料罐，以用于在350或700巴的压力下储存气态氢。
被加注到燃料罐中的氢气应具有-33到-40℃之间的加注温度。该温度由不同的标准和标准协议规定。
这意味着氢气的液态储存以及其气态储存需要用于调节氢气的复杂的装置。
因此，加氢站通常还包括至少一个泵，特别是在氢气以液态形式储存的情况下的低温泵；多个热交换装置；多个压力控制阀，特别是低温高压节流阀；以及温度、压力和流量控制器。加氢站还包括至少一台燃料加注机，其上的燃料喷嘴和相应的加注软管可供客户使用。燃料加注机通常还包括电子装置，特别是用于控制输出以及用于对加注的氢气进行计费。
特别是可供私人客户使用的加氢站关于所加注的氢气量的测量精度方面受到严格要求。客户以及操作员需要关于所加注的氢气量的精确信息。
现有的加氢站通常作为试验设施被建造，或仅供个别主要客户使用。在加氢过程中加注的氢气的温度和氢气量的不准确性被容忍，温度和压力值通常被估计，并且由于提供高安全因子而使风险最小化。
然而，由于在私人客户领域将氢气用作燃料继续增加，这不再是可接受的。
加注的氢气量的确定的问题主要由用于流量、温度和压力的测量装置被安装在加氢站的燃料加注机中而引起的。目前，加注的氢气量通常通过流量计来确定，例如科里奥利流量计。对此，加注时间段通过控制来确定以便随后确定在该时间段内加注的氢气量。
在这种情况下，所确定的量还包括位于燃料加注机和车辆燃料罐之间的加注软管中并且由于加氢过程的完成而不再被输送到燃料罐中的氢气量。换句话说，这涉及仍位于加注软管中的在加注过程完成后中断氢气供应的截止阀下游的并通过加注耦合器或燃料喷嘴中的闭锁机构被防止逃逸到环境中的氢气量。类似于液体燃料的传统燃料加注站，加注软管是以具有加注耦合器的柔性软管的形式来实现的，其中位于燃料加注机内或燃料加注机上的加注软管的部分也可以以刚性软管或管道的形式来实现。在本申请中，术语“加注软管”被用于代表截止阀或流量计与燃料喷嘴之间的整个容积。
能够承受氢气的高压和低温的流量计的目前可实现的设计不允许这些流量计被集成到软管或加注耦合器中以由此减小车辆燃料罐和流量计之间的距离。
不再能够被输送到车辆燃料罐中的氢气量已经被流量计检测到并被计费为加注量。
在加注过程完成之后，燃料喷嘴中的闭锁机构或密封件以及燃料加注机中的截止阀关闭。因此，在加注过程完成后，加注软管处于高压状态。因此，在加注耦合器可与机动车辆分离之前，软管必须被减压。这一方面出于安全原因是必要的，另一方面也为了恢复加注软管的柔性。出于安全原因，加注耦合器在压力下通常不能被解耦。高压下的软管失去其柔性并且难以操纵。然而，为了使加注过程尽可能简单，必须在加注过程之前和之后确保加注软管的柔性，使得在加注过程之前软管可以根据需要朝向车辆对准并与储罐连接，并且使得在加注过程完成之后软管可以再次返回到预期的保持器中。
在这些情况下，加注的气体量的精确计费是不可能的，因为所测量的和所计算的气体量之间总有偏差。在完全加注过程的假设下，可以通过来自加注标准的预定义温度和压力值来估计减压的燃料量是可能的，但是这种估计也是不准确的。因此，这对客户和操作者造成不利。此外，这些方法不适于以所要求的精度来执行对计费装置的校准。
因此，本发明的目的在于公开一种方法，用该方法实现对气体燃料的精确测量以及因此精确的计费。
关于该方法，该目的通过确定由于减压而未被输送到储罐中的燃料量以及从流量计所确定的量中减去该量来达成。
关于用于确定在加注站处的加注过程期间所加注的气体燃料量的、被安装在燃料加注机中且被连接到加注软管的装置，为实现上述目的，该装置包括连接到加注软管的流量计，以及具有减压阀的从加注软管分支出来的管道。
未被输送到储罐中的加注软管中的燃料量优选地通过以下方式来确定：在加注过程完成之后以及在减压之前分别确定加注软管中的温度值和压力以确定加注软管中氢气的密度，加注软管的容积是已知的，以及由此确定在加注过程完成之后留在加注软管中的所加注的燃料量。
减压的气体燃料的密度ρe特别是通过本领域技术人员熟悉的状态方程来计算。所需的参数温度和压力在加注过程完成之后以及在加注软管减压之前被确定。
减压的气体燃料量Me通过下式计算：Me＝ρe·Ve。减压的加注软管的容积Ve是已知的。加注软管的容积，即根据随后的定位而在下游的截止阀或流量计与燃料喷嘴之间的整个可进入区域，优选地介于0.2和1升之间。
仍然位于加注软管中的气体燃料的质量取决于管道的几何形状、压力和温度，并且可介于0.1g和100g之间，特别地介于1g和25g之间。在减压期间，该质量有利地通过烟囱被排放到环境中或被收集在单独的容器中。
在另一优选实施例中，未被输送到储罐中的加注软管中的燃料量优选地通过以下方式来确定：在加注过程完成之后以及在减压之前确定加注软管中的温度值以及使用预设的压力值来确定加注软管中燃料的密度，加注软管的容积是已知的，以及由此确定在加注过程完成之后留在加注软管中的所加注的燃料量。预设的压力值优选地是车辆燃料罐的最大压力。该计算基于储罐始终被加满的假设。因此，偏差可以是较小的并且根据校准方法是可容忍的。
在另一优选实施例中，未被输送到储罐中的加注软管中的燃料量优选地通过以下方式来确定：在加注过程完成之后以及在减压之前确定加注软管中的压力值以及使用预设的温度值来确定加注软管中燃料的密度，加注软管的容积是已知的，以及由此确定在加注过程完成之后留在加注软管中的所加注的燃料量。由于优选地根据标准化的加注方法来执行加注过程，因此燃料具有窄的温度范围。因此，在这样的实施例中，使用位于该温度范围内的温度值作为固定温度值是可能的。取决于需要的校准精度，由此引起的偏差可以是可容忍的。
气体燃料优选为氢气。然而，在本发明的其他实施例中，气体燃料还包括天然气、液化石油气或其他气体。
流量计有利地以科里奥利流量计或差压流量计的形式实现。在这种情况下，取决于所使用的流量计的测量原理，检测质量流量或获取脉冲。
在优选的方法和优选的装置中，传感器被设置在加注软管中或加注软管上并且确定温度值和压力值。
在加注过程期间加注软管中的压力优选地在0至875巴之间，并特别地介于350和810巴之间。减压后，加注软管中的压力介于0和2巴之间。
所有设备组件以及控制和计费单元可特别被设计成使得它们受到保护以免受操纵。由此防止对加注站的控制或计费过程的不期望的外部操纵。
本发明的优点在于可以为顾客计算精确的氢气量。此外，加注站的操作员可以准确地了解关于多少氢气已被加注以及由于减压而损失了多少氢气的信息。
此外，所公开的方法允许与适用规定相符地校准加注站，因为所测量的氢气量对应于所计费的氢气量。本发明的方法还优选地使得能够针对不同的量执行校准。如果接收罐在加注过程之前已被部分加注或者不发生完全加注过程，这一点尤为重要。
在另一个本发明的实施例中，用于使加注软管减压的阀可被放置在流动方向上流量计的上游。当加注软管在加注过程后被减压时，气体回流经过流量计。因此，在该特定实施例中，回流量可被检测并从先前测量的量中减去。截止阀、减压阀和流量计有利地被布置成尽可能彼此靠近，以便尽量减少未被测量的氢气量。
此外，在本发明构思的替换实施例中，将流量计集成到排气管中是可能的。根据该实施例，减压量通过该流量计来确定并从加注软管上游的流量计的量中减去。
然而，由于流量计的高成本和加氢站的低利润率，这至今还不够经济。
下面根据图1和图2中示意性示出的示例性实施例来更详细地描述本发明。
图1示出了具有减压阀的用于气体燃料的燃料加注机的示意性设计。
图2示出了用于气体燃料的燃料加注机的替换示意性设计。
图1示意性地示出了气体燃料的加注站的燃料加注机的最重要组件。燃料经由管道1从未示出的泵和/或从储罐输送到燃料加注机3。管道1设有相应的绝缘体2。绝缘体2用于将燃料保持在期望的温度。温度控制是利用本领域技术人员熟悉的方法来实现的，并且可取决于所使用的方法而在加注站的不同位置处实现。在燃料加注机3中，截止阀5被布置在管道1上。本发明的所示变型中，截止阀5以压力调节器的形式实现。在截止阀5的下游布置流量计F，并且具有减压阀6的结点位于流量计的下游。加注软管4在燃料加注机内以固定管的形式实现，并且在燃料加注机外部以柔性软管的形式实现，并且包括未示出的加注耦合器。截止阀5、流量计F和减压阀6之间的距离应选择得尽可能小。
为了执行加注过程，加注软管4通过加注耦合器被连接到接收罐(即，通常为车辆燃料罐)。截止阀5被打开，并且气体燃料通过流量计F被输送到接收罐中。在该过程中，流量计F检测所加注的燃料量。减压阀6被关闭。在加注过程完成后，截止阀5被关闭。接收罐上的截止阀也被关闭，以防止已经加注的气体从罐中逸出。
随后，加注软管中的温度和压力被确定，以便由此计算密度，基于该密度来计算燃料量。在温度和压力测量之后打开减压阀6。所计算的量从流量计所确定的量中减去。经更正的量被计费。以这种方式，为客户以及操作员计算出所加注的燃料的更准确价格。
图2示出了替换实施例。这些组件基本相同，因此不再被重新描述。该实施例与图1所示的示例性实施例的不同之处在于，具有减压阀6的结点直接位于截止阀5的下游并且流量计F布置在所述结点的下游。因此，当在加注过程之后打开减压阀6时，还留在加注软管中的燃料回流经过流量计F.根据所使用的流量计的类型，回流量直接从先前检测到的量中减去，或单独被检测并在数学上减去。该示例性实施例同样确保仅实际加注的燃料量被计费。
附图标记列表：
1 燃料管道
2 绝缘体
3 燃料加注机
4 加注软管
5 截止阀
6 减压阀
F 流量计
Claims (10)
1.一种用于确定气体燃料量的方法，所述气体燃料在加注站处的加注过程期间通过燃料加注机(3)和与所述燃料加注机(3)连接的加注软管(4)被输送到储罐中，其中：
-流量计(F)被提供在所述加注站的所述燃料加注机(3)中并在所述储罐的加注期间确定所加注的燃料量，并且其中
-一旦所述加注过程完成，所述加注软管(4)就被减压，
-其特征在于，
-由于减压而未被输送到所述储罐中的燃料量被确定，并且该量从由所述流量计(F)确定的量中减去。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，未被输送到所述储罐中的所述加注软管(4)中的燃料量通过以下方式来确定：
-在所述加注过程完成之后以及在所述减压之前分别确定所述加注软管(4)中的温度值(T)和压力(p)以确定所述加注软管(4)中的燃料的密度(ρ)，
-所述加注软管(4)的容积(V)是已知的，并且
-由此确定在所述加注过程完成之后还留在所述加注软管(4)中的所加注的燃料量(M)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，未被输送到所述储罐中的所述加注软管(4)中的所述燃料量通过以下方式来确定：
-在所述加注过程完成之后以及在所述减压之前确定所述加注软管(4)中的温度值(T)，并且使用预设的压力值来确定所述加注软管(4)中的燃料的密度(ρ)，
-所述加注软管(4)的容积(V)是已知的，并且
-由此确定在所述加注过程完成之后还留在所述加注软管(4)中的所加注的燃料量(M)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，未被输送到所述储罐中的所述加注软管(4)中的所述燃料量通过以下方式来确定：
-在所述加注过程完成之后以及在所述减压之前确定所述加注软管(4)中的压力值(D)，并且使用预设的温度值(T)来确定所述加注软管(4)中的燃料的密度(ρ)，
-所述加注软管(4)的容积(V)是已知的，并且
-由此确定在所述加注过程完成之后还留在所述加注软管(4)中的所加注的燃料量(M)。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述气体燃料优选为氢气。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述流量计(F)是科里奥利流量计或差压流量计。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在所述加注过程期间，所述加注软管(4)中的压力介于0巴和710巴之间，并且特别地介于350巴和700巴之间。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述加注软管(4)中的压力在所述减压之后介于0巴和2巴之间。
9.一种用于确定在加注站处的加注过程期间所加注的气体燃料量的装置，所述装置被安装在燃料加注机(3)中并且连接至加注软管(4)，其特征在于，所述装置包括连接至所述加注软管(4)的流量计，并且具有减压阀(6)的管道从所述加注软管(4)分支出来。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述加注软管中或在所述加注软管上提供用于压力和温度测量的传感器。
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