DD282351A7

DD282351A7 - METHOD AND DEVICE FOR FUELING MOTOR VEHICLES WITH NATURAL GAS

Info

Publication number: DD282351A7
Application number: DD31310888A
Authority: DD
Inventors: Johannes Voigtland; Volker Meyer; Michael Nagel; Lutz Gentzsch
Original assignee: Chemieanlagenbaukomb Lpz Grimm
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1988-02-23
Publication date: 1990-09-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der bei der Betankung von Kraftfahrzeugen abgegebenen Gasvolumina und ein Verfahren zur rationellen Durchfuehrung des Betankungsprozesses. Die Aufgabenstellung richtet sich auf ein Verfahren zur schnellen Befuellung der Tankbehaelter der Kraftfahrzeuge und damit auf Erhoehung des Durchsatzes von Gastankstellen. Erfindungsmaeszig wird die Zapfsaeule mit einer Lochscheibe ausgestattet, vor der waehrend des gesamten Fuellvorganges ein Druck im Bereich 23,0 bis 25,0 MPa(UE) ansteht. Diese Lochscheibe verhindert, dasz vor Erreichen des Fuelldruckes in den Tankbehaeltern der Druckschalter zur Beendigung des Betankungsvorganges anspricht. Im Bereich vor der Lochscheibe wird die Meszstrecke installiert, die zur Gewaehrleistung der fuer das Meszprinzip der Karman'schen Wirbelstrasze erforderlichen Reynolds-Zahl Re1 000 bei den anstehenden minimalen Differenzdruecken von 3,0 bis 5,0 MPa in einer Nennweite DN25 ausgefuehrt ist (Zeichnung). Die Erfindung ist in Erdgastankstellen anwendbar.The invention relates to an arrangement for measuring the gas volumes emitted during the refueling of motor vehicles and to a method for the efficient performance of the refueling process. The task is aimed at a method for fast filling of the tank of motor vehicles and thus to increase the throughput of gas stations. Erfindungsmaeszig the dispenser is equipped with a perforated disc, before the pressure during the entire filling process in the range 23.0 to 25.0 MPa (UE) is pending. This perforated disc prevents the pressure switch from responding to the completion of the refueling process before the filling pressure in the tank containers is reached. In the area in front of the perforated disk, the measuring line is installed, which is designed to ensure the Reynolds number Re1000 required for the Mesm principle of the Karman vortex strands at the minimum differential pressures of 3.0 to 5.0 MPa in a nominal diameter DN25 (Fig ). The invention is applicable to natural gas filling stations.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen der bei der Betankung von Kraftfahrzeugen abgegebenen Gasvolumina und Einstellen deren erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit, sowie auf ein Verfahren zur rationellen Durchführung des Betankungsprozesses.The invention relates to an arrangement for measuring the gas volumes discharged during the refueling of motor vehicles and adjusting their required flow rate, as well as to a method for rationally carrying out the refueling process.

Characteristic of the known technical solutions

Für die Betankung von Kraftfahrzeugen mit Erdgas ist es bereits bekannt, das im Speicherbehälter der Betankungsanlage unter einem höheren Druck als der zulässige Fülldruck der Tankbehälter anstehende Erdgas, bevor es den Zapfsäulen der Betankungsanlage zugeführt wird, über ein zentrales Druckregelventil auf den zulässigen Fülldruck zu reduzieren. Diesem Druckregelventil ist ein Sicherheitsventil nachgeordnet, welches bei ungewolltem Überschreiten des zulässigen Fülldruckes anspricht. Die meßtechnische Erfassung des getankten Gasvolumens erfolgt je Zapfsäule mittels einer nach dem Prinzip der Auslenkung eines U-förmigen Meßrohres infolge der Wirkung derCorioliskraft arbeitenden Massendurchflußmeßgerätes, eines weiteren in Reihe geschalteten Dichtemeßgerätes, sowie je eines Temperatur- und Druckmeßgerätes. Die damit erfaßten Daten werden einer Rechnereinrichtung zugeschaltet, die das getankte Gasvolumen und dessen Preis ermittelt und über eine Digitalanzeige ausweist.For the refueling of motor vehicles with natural gas, it is already known that in the storage tank of the refueling system at a higher pressure than the permissible filling pressure of the tank container pending natural gas before it is fed to the dispensers of the refueling system to reduce via a central pressure control valve to the allowable filling pressure. This pressure control valve is followed by a safety valve, which responds to unintentional exceeding the allowable filling pressure. The metrological detection of gas tank volume is carried out per pump by means of a working on the principle of deflection of a U-shaped measuring tube due to the action of Coriolis force mass flowmeter, another series connected density meter, and each of a temperature and pressure gauge. The data thus acquired are connected to a computer device which determines the gas volume filled and its price and identifies it via a digital display.

Nachteil dieser bekannten Lösung ist, daß mit der gegen Ende des Befüllvorganges zu Null gehenden Druckdifferenz zwischen dem Druck hinter dem zentralen Hinterdruckregler und dem Fülldruck der Tankbehälter der Kraftfahrzeuge bis zur vollständigen Füllung der Tankbehälter ein relativ hoher Zeitaufwand entsteht. Ein weiterer Nachteil ist in der, durch den geringen Differenzdruck erforderlichen, Meßanordnung auf Mikrosensorbasis zu sehen, die relativ kostenaufwendig ist.Disadvantage of this known solution is that with the towards the end of the filling process going to zero pressure difference between the pressure behind the central back pressure regulator and the filling pressure of the tank of motor vehicles until the complete filling of the tank a relatively high amount of time arises. Another disadvantage is seen in the, required by the low differential pressure, microsensor-based measuring arrangement, which is relatively expensive.

Object of the invention

Zielstellung ist es, den Zeitaufwand bis zur Erreichung des Endfülldruckes im Tankbehälter der Kraftfahrzeuge und damit deren Wartezeiten zu reduzieren sowie die Kosten für Meßtechnik und deren Wartung bei gleicher Fehlertoleranz und Aussage zu senken.The objective is to reduce the time required to reach the final filling pressure in the tank container of motor vehicles and thus their waiting times and to reduce the cost of measuring technology and their maintenance at the same fault tolerance and statement.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabenstellung richtet sich auf ein Verfahren, sowie eine Meßeinrichtung zur Betankung von Kraftfahrzeugen mit Erdgas, welches eine schnellere Befüllung der Tankbehälter der Kraftfahrzeuge gewährleistet und damit den Durchsatz von Gastankstellen erhöht.The task is directed to a method and a measuring device for refueling of vehicles with natural gas, which ensures a faster filling of the tank container of motor vehicles and thus increases the throughput of gas stations.

Erfindungsmäßig wird diese Aufgabe wie folgt gelöst.Erfindungsmäßig this problem is solved as follows.

Verfahrensgemäß erfolgt die Füllung der Tankbehälter der Kfz aus dem Speicherbehälter mit einem um 3,0 bis 5,0MPa höheren Druck als der Fülldruck dieser Tankbehälter, wobei das unter diesem höheren Druck stehende Gas über die Meßstrecke der Zapfsäulen dem Tankbehälter zugeführt und der erhöhte Druck im Bereich der Sicherheits- und Steuerelemente so begrenzt wird, daß dieser unterhalb des Ansprechdruckes derselben, bzw. in Höhe des Fülldruckes der Tankbehälter liegt.According to the method, the filling of the tank container of the vehicle from the storage tank with a 3.0 to 5.0 MPa higher pressure than the filling pressure of these tank, whereby the gas under this higher pressure over the measuring section of the dispensers fed to the tank and the increased pressure in the Area of safety and control is limited so that it is below the set pressure of the same, or at the level of the filling pressure of the tank.

Die Vorrichtung zur Betankung von Kfz besteht zunächst aus einer bekannten, in der Rohrleitung angeordneten Meßeinrichtung, sowie Schnellschlußarmatur, 3-Wege-Hahn, Sicherheitsventil und Druckschalter mit Sicherheitsventil, wobei erfindungsgemäß der Meßstrecke eine Schnellschlußarmatur und dieser eine Lochscheibe nachgeordnet ist.The device for refueling of motor vehicles initially consists of a known, arranged in the pipeline measuring device, and quick-closing valve, 3-way stopcock, safety valve and pressure switch with safety valve, according to the invention the test section is a quick-closing valve and this is followed by a perforated disc.

Die Meßanordnung besteht aus einer an sich bekannten Meßstrecke mi*. Temperatur- und Druckkompensation, die so bemessen ist, daß bei einer Druckdifferenz von 3,0 bis 5,0 MPa, vorzugsweise 5,0 MPa, zwischen dem Speicherdruck der Betankungsanlage und dem gegen Ende des Füllvorganges des Tankbehälters des Kraftfahrzeuges anstehenden Druckes von 20MPa (UE) die Gasströmung eine Reynolds-ZahlThe measuring arrangement consists of a measuring section mi * known per se. Temperature and pressure compensation, which is so dimensioned that at a pressure difference of 3.0 to 5.0 MPa, preferably 5.0 MPa, between the storage pressure of the refueling system and at the end of the filling of the tank of the motor vehicle pending pressure of 20 MPa ( UE) the gas flow is a Reynolds number

Re >1000Re> 1000

aufweist.having.

Der Druckschalter steht über eine Leitung mit einem zwischen der Meßstrecke und der Lochscheibe angeordneten Schnellschlußventil in Wirkverbindung. Die Bohrung der Lochscheibe ist in Abhängigkeit von der Durchlaßfähigkeit des Adapters und des Absperrventils an den Tankbehältern so dimensioniert, daß der Druck der Gasströmung infolge des über dem Fülldruck der Tankbehälter liegenden Speicherdruckes der Betankungsanlage soweit abgemindert wird, daß dieser im Bereich des Sicherheitsventiles sowie des Druckschalters unter deren Ansprechdrücken liegt. Die Meßwerte sind in bekanner Weise einer Rechnereinrichtung zugeschaltet, die das getankte Gasvolumen bestimmt und anzeigt.The pressure switch is connected via a line with an arranged between the measuring section and the perforated disc quick-closing valve in operative connection. The bore of the perforated disc is dimensioned depending on the permeability of the adapter and the check valve to the tank containers so that the pressure of the gas flow is reduced as far as due to the filling pressure of the tank container storage pressure of the refueling system that this in the safety valve and the pressure switch is below their response pressures. The measured values are connected in a known manner to a computer device which determines and displays the gas volume which has been tanked.

Die Wirkungsweise der Betankungsanlage ist wie folgt. Das Erdgas wird mit einem Speicherdruck, der 3,0 bis 5,0MPa, vorzugsweise 5,0MPa, höher liegt als der zulässige Fülldruck der Tankbehälter von 20 MPa (UE), der in der Zapfsäule angeordneten Meßstrecke zugeführt, die das Gas mit einer Reynolds-Zahl Re > 1000 durchfließt.The operation of the refueling system is as follows. The natural gas is at a storage pressure which is 3.0 to 5.0 MPa, preferably 5.0 MPa, higher than the allowable filling pressure of the tank container of 20 MPa (UE), supplied to the arranged in the dispenser measuring section, the gas with a Reynolds Number Re> 1000 flows through.

Durch die Bohrung der der Meßstrecke nachgeordneten Lochscheibe wird der Druck des strömenden Gases anfänglich auf einen Bereich kleiner 20MPa(UE) abgemindert, so daß dieser den Ansprechdruck des nachgeschalteten Druckschalters während des Befüllvorganges nicht erreicht. Dabei ist das Verhältnis der Durchlaßfähigkeit der Lochscheibe zu der des Adapters und des Absperrventils an den Tankbehältern kleiner 1, vorzugsweise kleiner 0,9. Erst bei Anstehen des eingestellten beziehungsweise zulässigen Druckes im Tankbehälter baut sich dieser Druck im Bereich des Druckschalters auf und erreicht dessen Ansprechdruck, worauf das Schnellschlußventil den Gasfluß sperrt und damit den Betankungsvorgang beendet.Through the bore of the measuring path downstream perforated disk, the pressure of the flowing gas is initially reduced to a range less than 20 MPa (UE), so that it does not reach the set pressure of the downstream pressure switch during the filling. The ratio of the transmissivity of the perforated disc to that of the adapter and of the shut-off valve on the tank containers is less than 1, preferably less than 0.9. Only when queuing the set or allowable pressure in the tank container, this pressure builds up in the region of the pressure switch and reaches the set pressure, whereupon the quick-closing valve blocks the gas flow and thus ends the refueling process.

Die erfindungsmäßige Lösung gewährleistet die Verkürzung der Betankungszeit pro Kraftfahrzeug und gestattet den Einsatz kosten-und wartungsgünstiger Meßeinrichtungen bei gleichzeitiger Einhaltung des zulässigen Fülldruckes der Tankbehälter der Kraftfahrzeuge, der erforderlichen sicherheitstechnischen Bestimmungen sowie derzulässigen Toleranzen bei der Messung der getankten Gasmengen.The erfindungsmäßige solution ensures the shortening of the refueling time per vehicle and allows the use of cost and low maintenance measuring equipment while maintaining the permissible filling pressure of the tank of motor vehicles, the required safety regulations and permissible tolerances in the measurement of gas quantities.

embodiment

Mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel, unter Zugrundelegung einer Gastankstelle mit einem Speicherdruck von 23 bis 25MPa (UE) bei einem zulässigen Fülldruck der Tankbehälter der Kraftfahrzeuge in Höhe von 20 MPa (UE) soll die Erfindung erläutert werden.With the following embodiment, based on an gas filling station with a storage pressure of 23 to 25 MPa (UE) at a permissible filling pressure of the tank container of motor vehicles in the amount of 20 MPa (UE), the invention will be explained.

Die beigefügte Zeichnung zeigt die Anordnung der Meß- sowie der Betankungseinrichtung in einer Zapfsäule der Betankungsanlage.The attached drawing shows the arrangement of the measuring and the refueling device in a pump of the refueling system.

In der das Gas vom Speicherbehälter der Betankungsanlage der Zapfsäule 1 zuführenden Rohrleitung 2 ist nach einer Absperrarmatur 3 eine nach dem Prinzip der Karmanschen Wirbelstraße arbeitenden Meßstrecke 4 angeordnet. Dieser folgt eine Schnellschlußarmatur 5 und eine Lochscheibe 6. Zwischen dieser und einem am Ausgang der Zapfsäule 1 in der Rohrleitung 2 angeordnetem Druckschalter 7 befinden sich weiterhin ein 3-Wege-Hahn 8 und ein Sicherheitsventil 9. Der auf einen Ansprechdruck von 20MPa(UE) eingestellte Druckschalter 7 steht über eine Leitung 7.1 mit dem Schnellschlußventil 5 in Wirkverbindung. Zum Betanken eines Kraftfahrzeuges wird mittels des Schlauches 10 und Adapters 11 die Verbindung zum Tankbehälter der Kraftfahrzeuge hergestellt und danach der 3-Wege-Hahn 8 in Durchflußrichtung gestellt. Das mit einem Speicherdruck zwischen 23,0 und 25,0 MPa (UE) in der Rohrleitung 2 anstehende Gas passiert die mit einer maximalen Nennweiie DN 25 ausgeführten Meßstrecke 4 und anschließend die mit einer Bohrung 0 1,6 mm versehene Lochscheibe 6, die gewährleistet, daß der Druck im nachgeordneten Teil der Zapfsäule 1 mit dem Druck im Tankbehälter der Kraftfahrzeuge identisch ist.In the gas from the storage tank of the refueling of the pump 1 feeding pipe 2 is arranged according to a shut-off valve 3 a working on the principle of Karman vortex street test section 4. This is followed by a quick-closing fitting 5 and a perforated disc 6. Between this and a arranged at the outlet of the pump 1 in the pipe 2 pressure switch 7 are still a 3-way stopcock 8 and a safety valve 9. The on a set pressure of 20MPa (UE) set pressure switch 7 is connected via a line 7.1 with the quick-closing valve 5 in operative connection. For refueling a motor vehicle, the connection to the tank container of motor vehicles is made by means of the hose 10 and adapters 11 and then the 3-way cock 8 is placed in the flow direction. The pending with a storage pressure between 23.0 and 25.0 MPa (UE) in the pipeline 2 gas passes through the executed with a maximum Nennweiie DN 25 measuring section 4 and then provided with a hole 0 1.6 mm perforated disc 6, which ensures in that the pressure in the downstream part of the fuel dispenser 1 is identical to the pressure in the tank container of the motor vehicles.

Bei Erreichen des Fülldruckes von 20 MPa (UE) im Tankbehälter der Kraftfahrzeuge stellt sich im Bereich bis zur Lochscheibe 6 dsr gleiche Druck ein, bei dem der Druckschalter 7 anspricht und die Schnellschlußarmatur 5 den Gasdurchfluß sperrt, womit der Betankungsvorgang beendet wird.Upon reaching the filling pressure of 20 MPa (UE) in the tank of motor vehicles is in the area up to the perforated disc 6 dsr same pressure at which the pressure switch 7 responds and the quick-closing valve 5 blocks the gas flow, whereby the refueling process is terminated.

Claims

1. A method for refueling of motor vehicles with natural gas, wherein the higher storage pressure of the gas refueling system is limited so that in the field of safety and control of the gas pressure below the set pressure of these elements or the filling pressure of Tankbeha'ter, characterized in that the gas is supplied to the metering section of the dispenser at a pressure 3.0 to 5.0 MPa higher than the filling pressure of the tank container.

2. A device for refueling of motor vehicles with natural gas using known arranged in the pipeline measuring device, and 3-way stopcock, safety valve and pressure switch with lock fitting, characterized in that the measuring section (4) following closing fitting (5) has a perforated disc (6 ) is subordinate.

3. A device according to claim 2, characterized in that the ratio of the transmissivity of the perforated disc (6) to that of the shut-off valve to the tank containers and the adapter (11) is smaller than 1.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the ratio of the transmissivity of the perforated disc (6) to that of the check valve to the tank containers and the adapter (11) is less than 0.9.