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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Kontrolle des Gehalts an Kohlenwasserstoffen in einem
von einem Ansaugpunkt in einer Anlage zur Verteilung von Kraftstoff
ausgehenden Dampf-Luft/Kohlenwasserstoffgemisch, wobei die Kraftstoffanlage
mit einem System zur Dampfrückgewinnung
oder -ansaugung ausgestattet ist und gattungsgemäß folgende Elemente umfaßt:
- – einen
Lagerbehälter
für zu
verteilenden Kraftstoff,
- – einen
Flüssigkeitsverteilerkreis
mit einer Verteilerpumpe zur Förderung
des Kraftstoffes mit einer Flüssigkeitsmenge
QL vom Lagerbehälter zum Tank eines Fahrzeugs,
- – einen
Dampfrückgewinnungs-
oder -ansaugkreis mit einer Rückgewinnungs-
oder Ansaugpumpe zur Förderung
des bei der Füllung
des Tanks abgegebenen Dampfes vom Tank zum Lagerbehälter mit
einer Dampfmenge QV,
- – eine
Zähleinrichtung
im Flüssigkeitsverteilerkreis
mit einer Flüssigkeitsmeßvorrich tung,
die mit einem Impulserzeuger oder Kodierer zur Bestimmung des auf
einer Anzeige sichtbaren Volumens und Preises des gelieferten Kraftstoffes
verbunden ist,
- – eine
Zapfpistole, die mit dem Flüssigkeitsverteilerkreis
und dem Dampfrückgewinnungskreis
verbunden und mit einem Mundstück
zur Verteilung des Kraftstoffes in den Tank eines Fahrzeugs sowie
mit einer Ringöffnung zum
Ansaugen von Dämpfen
zum Lagerbehälter
hin ausgestattet ist, und
- – eine
mit einem Mikroprozessor ausgestattete Steuerelektronik, die mit
der Zählreinrichtung
in der Weise verbunden ist, daß der
augenblickliche Wert der Flüssigkeitsmenge
QL verfügbar
ist, und mit einer Regeleinrichtung für die Dampfmenge QV zusammenwirkt,
insbesondere mit einem proportionalen Magnetventil, das in den Dampfansaugkreis
integriert ist; derart, daß die
Dampfmenge QV im wesentlichen gleich der
Flüssigkeitsmenge
QL gehalten wird,
wobei
in den Dampfansaugkreis eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts
an Kohlenwasserstoffen der angesaugten Dämpfe einbezogen wird,
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Nach einem weiteren Anwendungsfall
der Erfindung wird der Gehalt an Kohlenwasserstoffen eines Dampfes
kontrolliert, der in einer Entlüftungseinrichtung
des Kraftstofflagerbehälters
einer Anlage zur Verteilung von Kraftstoff zirkuliert, die mit einem
Rückgewinnungssystem
des abgegebenen Dampfes ausgestattet ist.
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Nach der Erfindung (Patentanspruch
2) umfaßt
eine derartige Entlüftungseinrichtung
gattungsgemäß im Wesentlichen
folgende Elemente:
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- – einen
Abzug, der mit der Atmosphäre
durch ein System von Richtungsklappenventilen verbunden ist, das
die Dämpfe
entweichen läßt, wenn
der Druck im Lagerbehälter über einem
vorbestimmten Schwellenwert liegt, und Luft in den Lagerbehälter eintreten
läßt, wenn
der Druck in dessen Innerem kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert,
- – einen
Dampfansaugkreis mit einer Saugpumpe, die es ermöglicht, den Dampf, der über dem
Kraftstoff im Lagerbehälter
liegt, zwischen diesem und der Atmosphäre mit einer Dampfmenge QV strömen
zu lassen,
- – eine
mit einem Mikroprozessor ausgestattete Steuerelektronik, die mit
Mitteln zum Regeln der Dampfmenge QV ausgestattet
ist, und
- – selektive
Luftfilterorgane, um zu gewährleisten,
daß die
von dem Dampfansaugkreis an die Atmosphäre abgegebenen Dämpfe im
wesentlichen frei von Kohlenwasserstoffen sind, wobei in dem Dampfansaugkreis
eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen
der angesaugten Dämpfe
einbezogen wird.
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Es ist bekannt, daß in bestimmten
Sondefällen,
insbesondere, wenn der Benutzer die Zapfpistole nicht richtig in
den Tank einführt,
sich der angesaugte Dampf im Dampfrückgewinnungskreis mit Luft
anreichert, was das Auftreten eines explosiven Gemisches hervorrufen
kann. Eine solche Anlage ist der Explosionsgefahr ausgesetzt, wenn
Luft angesaugt wird, die mit 2 bis 8 % Kohlenwasserstoffen ein zündfähigen Gemisch
bildet. Im übrigen
rüsten
seit einigen Jahren Automobilkonstrukteure bestimmte Modelle ihrer
Fahrzeuge mit Organen zur internen Behandlung der Dämpfe durch
Filtrierung mit Aktivkohle aus. Wenn nun ein in dieser Weise ausgerüstetes Fahrzeug
an einer Kraftstoffverteilerpumpe mit einem Dampfrückgewinnungssystem
anliegt, sieht man sich der Gefahr ausgesetzt, daß Dämpfe mit
einer gefährlichen
Kohlenwasserstoffkonzentration entstehen.
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Verschiedene Unternehmen haben bereits
versucht, diesem Nachteil abzuhelfen, indem zu jedem Augenblick
eine Charakteristik des angesaugten Gemisches gemessen wird, jedoch
sind bislang keine Maßnahmen
vorgeschlagen worden, die dieses Problem völlig zufriedenstellend lösen.
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Beispielsweise ist gemäß dem Dokument
EP 0 985 634 A1 bereits
vorgeschlagen worden, für
die Analyse der Dämpfe
spezifische Sensoren mit Lichtleitfasern einzusetzen. Die Zuverlässigkeit
dieser optischen Sensoren ist jedoch zweifelhaft angesichts des
Umstands, daß die
angesaugten Dämpfe
häufig
mit Staubanteilen belastet sind, die die Dämpfe verschmutzen und die Messungen
verfälschen.
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Gemäß dem Dokument
US 5 944 067 A1 ist bereits
vorgeschlagen worden, den Kohlenwasserstoffgehalt in der angesaugten
Luft dadurch zu bestimmen, daß Wärmeleitfühler eingesetzt
werden. Derartige Fühler
haben jedoch im allgemeinen eine sehr hohe Ansprechzeit.
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Gemäß dem Dokument
FR 2 790 255 A1 ist bereits
vorgeschlagen worden, den Kohlenwasserstoffgehalt in der angesaugten
Luft mit Hilfe von Dichtesensoren zu messen, wobei ein Verfahren
auf der Grundlage der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in den
Dämpfen
eingesetzt wird, das jedoch den Nachteil hat, sehr aufwendig zu
sein.
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Gemäß dem Dokument
US 5 860 457 A zu dessen
Patentfamilie auch die
DE
196 52 120 A1 gehört, ist
bereits vorgeschlagen worden, die Dichte der angesaugten Dämpfe mit
Hilfe zweier Durchflußmesser
zu messen, nämlich
eines Durchflußmessers
und einer Venturidüse,
ausgerüstet
mit einem Meßwertaufnehmer für den Differenzdruck.
Ein derartiger Meßwertaufnehmer
ist besonders aufwendig aufgrund des schwachen gemessenen Differenzdrucks.
Darüber
hinaus macht der parallele Einsatz zweier Durchflußmesser
die Ermittlung der tatsächlichen
Mengen und folglich der Dichte kompliziert.
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Gemäß dem Dokument
US 5 038 838 A ist bereits
vorgeschlagen worden, die absolute Dichte der angesaugten Dämpfe mit
Hilfe einer empirischen Formel zu berechnen, dies durch Messung
eines Druckes, der an einen spezifischen hydraulischen Widerstand
auf dem Niveau der Zapfpistole gekoppelt ist, und mit Blick darauf,
daß die
Volumenmenge des Fluids (oder seine Geschwindigkeit) durch die Drehgeschwindigkeit
der Dampfansaugpumpe bestimmt wird, die von einer Pumpe mit ver änderlicher
Drehzahl gebildet ist. Ein derartiges Verfahren kann in der Theorie
durchaus funktionieren, nicht jedoch in der Praxis, da alle Pumpen
einen mit der Menge veränderlichen
internen Verlust aufweisen, mit der Folge, daß das Ergebnis in hohem Maße fehlerhaft
ist.
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Dem Patentgegenstand liegt deshalb
die Aufgabe zugrunde, jede Explosionsgefahr als Folge der Ansaugung
eines explosiven Gemisches auf sichere und kostengünstige Art
auszuschalten, das von Luft mit einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen
im Bereich von zwei bis acht Prozent gebildet ist.
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Nach der Erfindung (Patentanspruch
1) ist das Kontrollverfahren im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß die
Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen der
angesaugten Dämpfe aus
einer Kombination eines Durchflußmessers und eines Relativdruckmeßfühlers mit
Bezug auf den atmosphärischen
Druck PA gebildet ist,
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- – die
elektronische Steuervorrichtung in der Weise geschaltet wird, daß die momentanen
Werte einerseits der von dem Durchflußmesser angegebenen Dampfmenge
QVLU und andererseits des von dem Druckmeßfühler angegebenen
Relativdrucks δP
verfügbar
sind, der den Druckverlust in dem Teil des Dampfansaugkreises zwischen
dem Ansaugpunkt einerseits und dem Druckmeßfühler und dem Durchflußmesser
andererseits darstellt,
- – eine
vorherige Eichung der Anlage mit Luft zur Bestimmung einer Charakteristik
durchgeführt
wird, die an den Druckverlust der Luft in dem Teil des Dampfansaugkreises
zwischen dem Ansaugpunkt einerseits und dem Druckmeßfühler und
dem Durchflußmesser
andererseits gekoppelt ist, und diese Charakteristik gespeichert
wird,
- – im
Normaibetrieb mit regelmäßigem Intervall
die Werte der Dampfmenge QVLU und des Relativdrucks δP gemessen
werden,
- – ausgehend
von der Dampfmenge QVLU die momentane reelle
Dampfmengen nach der Formel
errechnet wird,
- – der
Gehalt an Kohlenwasserstoffen des Dampfes im Dampfansaugkreis unter
Berücksichtigung
der Raummasse ρ und
der Viskosität μ des Dampfes
bestimmt wird, der von der Charakteristik abgeleitet wird, die an den
zuvor gespeicherten Druckverlust der Luft gekoppelt ist, und ein
Befehl oder ein Alarm ausgelöst
oder die Anlage angehalten wird, wenn festgestellt wird, daß sich der
Gehalt an Kohlenwasserstoffen in einem vorherbestimmten Bereich,
insbesondere in einem ein Explosionsrisiko darstellenden Bereich,
befindet.
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Ein derartiger Durchflußmesser
und ein derartiger Meßwertaufnehmer
bzw. Druckmeßfühler sind
robuste und preiswerte Apparate.
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Die Regeleinrichtung kann von einem
proportionalen Magnetventil oder auch von einer Pumpe mit variabler
Drehzahl gebildet sein.
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Die Erfindung ermöglicht es, die Nachteile der
oben genannten Verfahren zu beseitigen, durch den Vorschlag eines
Kontrollverfahrens für
den Kohlenwasserstoffgehalt des Dampfes in einem Rückgewinnungssystem
für den
in einer Kraftstoffverteileranlage abgegebenen Dampf, das vollkommen
zuverlässig
ist, sich durch einen niedrigen Gestehungspreis auszeichnet, über eine
kurze Ansprechzeit verfügt,
und praktisch unempfindlich ist gegenüber den Problemen der Verschmutzung
bzw. aufgenommener Staubanteile bei der Dampfansaugung.
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Die Erfindung wird nun anhand von
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
eine Anlage zur Kraftstoffverteilung bekannter Art,
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2:
eine patentgemäß abgewandelte
Anlage zur Kraftstoffverteilung,
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3:
eine vereinfachte Ausführungsform
einer Anlage, und
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4:
eine Abwandlung der in den 2 und 3 gezeigten Anlagen.
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Gemäß 1 ist die Anlage mit einer Zapfpistole 10 ausgestattet,
die die Verteilung des Flüssigkraftstoffs
durch ein Ansatzstück 11 und
die Ansaugung der abgegebenen Dämpfe
durch eine Ringöffnung 12 ermöglicht.
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Der Kraftstoff wird in einem unterirdischen
Behälter 20 gelagert
und von einer Saug/Druckpumpe 30 angesaugt, die in einen Flüssigkeitsverteilerkreis
eingebaut ist, der eine in den Behälter 20 eintauchende
Verteilerleitung 31 umfaßt. Am dem Behälter 20 gegenüberliegenden
Ende der Leitung 31 ist ein Flüssigkeits/Dampfabscheider 35
vorgesehen, stromabwärts
von welchem der Kraftstoffstrom in den äußeren Teil einer flexiblen
Koaxialleitung 36 geleitet und dann durch die Zapfpistole 10 mit
einer Flüssigkeitsmenge
QL verteilt wird.
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Die verteilte Menge wird mit Hilfe
einer in die Leitung 31 einbezogenen Zähleinrichtung bestimmt, die eine
mit einem Kodieren 41 verbundene Meßvorrichtung 40, einen
Rechner 42 und eine Anzeige 43 umfaßt, die
das Volumen und den Preis des verteilten Kraftstoffs angibt.
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Während
der Verteilung ermöglicht
es eine in eine Leitung 51 eingebaute Pumpe 50,
die aus dem Tank im Laufe der Füllung
von der Ringöffnung 12 der
Zapfpistole ausgetretenen Dämpfe
in einen Rückgewinnungskreis
der abgegebenen Dämpfe anzusaugen.
Diese Dämpfe
werden dabei über
den mittleren Teil der flexiblen Koaxialleitung 36 zum
Flüssigkeits-/Dampfabscheider 35 geleitet
und sodann in die Dampfrückgewinnungsleitung 51,
die den Abscheider 35 mit dem Lagerbehälter 20 verbindet.
Somit speist die Pumpe 50 in den Behälter 20 die angesaugten
Dämpfe
ein, die das exakte vom verteilten Kraftstoff freigemachte Volumen
einnehmen, so daß der
Druck im Lagerbehälter 20 nahe
dem atmosphärischen
Druck PA bleibt. Um eine Dampfrückgewinnungsleistung
nahe 100 % zu gewährleisten,
ist es erforderlich, daß in
jedem Augenblick der Verteilung die Flüssigkeitsmenge QL gleich
der Dampfmenge QV ist.
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Diese Gleichheit erhält man dank
eines proportionalen Magnetventils 52, das in die Dampfrückgewinnungsleitung 51 stromaufwärts der
Pumpe 50 eingebaut ist und von einer Steuerelektronik 53 gesteuert
wird, die mit einem Mikroprozessor zum Regulieren der Menge QV ausgestattet ist. Die Steuerelektronik 53 ist
mit dem Kodieren 41 bzw. dem Rechner 42 verbunden,
um über
den Augenblickswert der Flüssigkeitsmenge
QL zu verfügen, und überträgt als Antwort an das Magnetventil 52 ein Öffnungssteuersignal,
das eine Funktion dieser Menge ist. Das Steuersignal, das an das
Magnetventil 52 als Funktion der Flüssigkeitsmenge QL anzulegen
ist, ist in einer vorherigen Eichphase bestimmt und in den Speicher
des Mikroprozessors insbesondere in Form einer Tabelle eingegeben
worden.
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Die Rückgewinnungsleistung E %, die
durch das Verhältnis
100 (QV/QL) definiert
wird, ist praktisch nie vollkommen gleich 100 %. Demgemäß ist der
Lagerbehälter 20 mit
einem Abzug 21 versehen und mit der Atmosphäre über ein
bidirektionales Ventilklappensystem 22 verbunden. Dieses
System läßt die Dämpfe entweichen,
wenn der Druck im Lagerbehälter 20 höher ist
als ein vorherbestimmter Schwellenwert, z. B. 20 mbar gegenüber dem
Atmosphärendruck
PA, oder umgekehrt Luft in den Lagerbehälter eintreten,
wenn der Druck im Behälter
unterhalb eines vorherbestimmten Schwellenwerts liegt und beispielsweise
10 mbar weniger als der Atmosphärendruck
beträgt.
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Zu bemerken ist, daß mit einer
solchen Anlage die Verteilung verschiedener Arten von Kraftstoff
möglich
sein kann, in welchem Fall mehrere Zapfpistolen 10 vorgesehen
sind, die sämtlich
an dasselbe Magnetventil 52 angeschlossen sind.
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Nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist die Charakteristik, die an den Druckverlust der Luft
in dem Teil des Dampfansaugkreises zwischen dem Ansaugpunkt einerseits
und dem Druckmeßfühler und dem
Durchflußmesser
andererseits gekoppelt ist, der Widerstand R, der nach der Gleichung
bestimmt wird, wobei
δP den Druckverlust,
ausgedrückt
in Pascal,
Q
V die Dampfmenge, ausgedrückt in m
3/s, und
x einen Parameter gleich 7/4
in der Theorie und etwa 1,8 in der Praxis darstellt.
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Der Widerstand R ist nur von der
Geometrie der Anlage und der Beschaffenheit des in dieser strömenden Dampfes
abhängig,
nicht jedoch von der Dampfmenge. Folglich ermöglicht es der Vergleich der
Werte des Widerstands R in der Stufe der Voreichung mit Luft einerseits
und im Normalbetrieb andererseits, den Gehalt an Kohlenwasserstoffen
des angesaugten Dampfes zu bestimmen.
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Zu diesem Zweck wird in der ersten
Ausführungsform
durch Berechnung eine Tabelle T[Q
v, Q
v
x] erstellt, in
der ein Wert Q
v
x mit
unterschiedlichen Dampfmengen Q
v zwischen
0 und Q
VMAX assoziiert wird, wobei diese
Tabelle gespeichert wird. Dabei wird in der Stufe der Voreichung
der Anlage mit Luft die Saugpumpe betätigt und die Regeleinrichtung
in der Weise betrieben, daß mehrere
unterschiedliche Dampfmengen Q
v erhalten
werden. Der Relativdruck
δP entsprechend
diesen Dampfmengen wird gemessen, und für jeden wird, ausgehend von
der Tabelle T [Q
v, Q
v
x] ein Widerstandswert der Luft R des Teils
des Dampfansaugkreises zwischen dem Ansaugpunkt einerseits und dem
Druckmeßfühler und
dem Durchflußmesser
andererseits abgenommen. Sodann wird der Mittelwert R
o der
so erhaltenen verschiedenen Werte R ermittelt und gespeichert. Im
Normalbetrieb werden im regelmäßigen Intervall,
insbesondere alle ½ Sekunden,
die Werte der Dampfmenge Q
VLU und des Relativdruckes
δP gemessen.
Ausgehend von der Dampfmenge Q
VLU wird die
reelle Dampfmenge Qv nach der Formel
errechnet. Davon wird der
Wert Q
v
x ausgehend
von der Tabelle T [Q
v, Q
v
x] abgeleitet. Der Wert des Dampfwiderstands
R1 des Teils des Dampfansaugungskreises zwischen dem Ansaugpunkt
einerseits und dem Druckmeßfühler und
dem Durchflußmesser
andererseits wird errechnet, und der Dampfwiderstand R1 wird mit
dem Luftwiderstand R
o verglichen.
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Es ist festzustellen, daß die Genauigkeit
des erhaltenen Resultats eine Funktion der Anzahl der errechneten
Werte von Qv
x zwischen
0 und QVMAX ist, die die Teilung der Tabelle
T [Qv, Qv
x] definiert.
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Nach der Erfindung wird ein Befehl
oder ein Alarm ausgelöst
oder die Anlage angehalten, wenn festgestellt wird, daß das Verhältnis R1/Ro in einem vorbestimmten Bereich liegt, insbesondere
wenn festgestellt wird, daß
R1 ≤ kRo ist.
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Der Parameter k ist ein Parameter,
der es ermöglicht,
die obere Explosionsgrenze zu berücksichtigen, die einem Dampf
Vexp mit einem Gehalt von 8% an Kohlenwasserstoffen
entspricht.
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Nach den oben erwähnten Gleichungen ist dieser
Parameter k gleich
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Nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, die den Vorteil bietet, daß die Berechnung des Widerstands
der Luft und des Dampfes des Teils des Dampfansaugkreises zwischen
dem Ansaugpunkt einerseits und dem Druckmeßfühler und dem Durchflußmesser
andererseits nicht notwendig ist, umfaßt das Verfahren die nachfolgenden
Schritte:
In der Stufe der Voreichung der Anlage mit Luft wird
die Saugpumpe und Schritt für
Schritt die Regeleinrichtung betätigt,
derart, daß die
im Dampfansaugkreis geförderte
Luftmenge verändert
wird. Bei jedem Schritt werden die Werte der Dampfmenge Q
VLU und des Relativdruckes
δP gemessen.
Ausgehend von der Dampfmenge Q
VLU wird die
Dampfmenge Qv nach der Formel
errechnet.
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Sodann wird eine Tabelle TO [δP, Qv] erstellt,
die eine Charakteristik darstellt, welche an den Druckverlust der
Luft in dem Teil des Dampfansaugkreises zwischen dem Ansaugpunkt
einerseits und dem Druckmeßfühler und
dem Durchflußmesser andererseits
gekoppelt ist, wobei die Tablelle TO [δP, Qv] gespeichert wird. Im
Normalbetrieb werden im regelmäßigen Intervall,
z. B. alle ½ Sekunden,
die Werte der Dampfmenge Q
VLU und des Relativdruckes
δP gemessen.
Ausgehend von der Dampfmenge Q
VLU wird die
reelle Dampfmenge Qv nach der Formel
errechnet. Für jede Dampfmenge
Qv wird in der Tabelle TO [δP,
Qv] der Relativdruck
δP
Luft entsprechend der gleichen Luftmenge
aufgesucht, und die Relativdrücke
δP und δP
Luft werden verglichen, indem ein Faktor λ errechnet
wird, der durch die Gleichung
bestimmt wird.
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Bei einer Leitung, deren Länge sehr
viel größer ist
als der Durchmesser – wie
im vorliegenden Fall -, wird der Relativdruck
δP, der
dem Druckverlust in dem Teil des Dampfansaugkreises zwischen dem
Ansaugpunkt einerseits und dem Druckmeßfühler und dem Durchflußmesser
andererseits entspricht, im übrigen
nach der Gleichung
bestimmt, in der, wenn δP in Pascal
ausgedrückt
wird,
L die Länge
des betrachteten Teils des Ansaugkreises, ausgedrückt in m,
d
den betrachteten Durchmesser als Konstante dieses Teils des Ansaugkreises,
ausgedrückt
in m,
μ die
Viskosität
des Dampfes, ausgedrück
in Pa·s,
ρ die Raummasse
des Dampfes, ausgedrückt
in g/l,
C einen Parameter gleich 0,2414,
Qv die Dampfmenge,
ausgedrückt
in m
3/s, und
x einen Parameter gleich
714 in der Theorie und etwa 1,8 in der Praxis darstellt.
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Der Faktor λ wird in der Folge seinerseits
bestimmt durch die Gleichung:
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In der Folge, und in Kenntnis der
Werte von ρLuft und μLuft [ρLuft = 1,29 g/l und μLuft =
180 Mikropoise (1 Mikropoise = 10–7Pa·s)] sowie
der entsprechenden Werte im Falle eines Gemisches Vexp,
das von 8 % Kohlenwasserstoffe enthaltender Luft gebildet ist, welches
der oberen Explosionsgrenze entspricht, kann bestimmt werden, daß λexp =
0,063 ist.
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In der Folge wird gemäß dieser
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ein Befehl oder ein Alarm ausgelöst oder die Anlage angehalten,
wenn festgestellt wird, daß sich λ in einem
vorbestimmten Bereich befindet, insbesondere wenn festgestellt wird,
daß λ ≤ λexp ≈ 0,063
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Gemäß diesen beiden Ausführungsführungsformen
der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, eine periodische Selbsteichung
der Anlage mit Luft vorzunehmen, um die Charakteristik zu aktualisieren,
die an den Druckverlust der Luft in dem Teil des Dampfansaugkreises
zwischen dem Ansaugpunkt einerseits und dem Druckmeßfühler und
dem Durchflußmesser
andererseits gekoppelt ist. Es kann damit möglichen Veränderungen der Anlage (Alterung
und Abnutzung der Pumpen, fortschreitende Verschmutzung der Rohrleitungen
usw.) Rechnung getragen tende Verschmutzung der Rohrleitungen usw.)
Rechnung getragen werden.
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Nach weiteren Ausgestaltungen der
Erfindung wird eine Korrektur der Auswirkungen der Temperatur vorgenommen,
oder es werden wiederholte Selbsteichungen mit Luft mit einer solchen
Häufigkeit
durchgeführt,
daß eine
Korrektur der Temperatur und der zugehörige Meßwertaufnehmer entbehrlich
wird.
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Gemäß 2 ist eine Meßvorrichtung 60 zur
Bestimmung des Kohlenwasserstoffgehalts der angesaugten Dämpfe in
die Dampfrückgewinnungsleitung 51 zwischen
dem Flüssigkeits-/Dampfabscheider
35 und dem proportionalen Magnetventil 52 eingegliedert.
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Die Steuerelektronik 53 ist
mit der Meßvorrichtung 60 verbunden
und kann so über
die momentanen Werte einerseits der Dampfmenge QVLU,
angezeigt durch den Durchflußmesser,
und andererseits des Relativdrucks δP, angezeigt durch den
Relativdruckfühler,
verfügen.
Nach der Erfindung hat der Druckfühler als allgemeine Regel durch
seine Konstruktion Bezug auf den Atmosphärendruck PA;
er liefert somit eine relative Information δP, die der Differenz zwischen
dem absoluten Druck am Meßpunkt
und dem Atmosphärendruck entspricht.
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Bei der in 2 wiedergegebenen Anlage stellt aufgrund
des Umstands, daß die
Ansaugung der Dämpfe
auf dem Niveau der Ringöffnung
der Zapfpistole 10 bei Atmosphärendruck PA erfolgt, δP den Druckverlust
dar in dem Bereich des Dampfrückgewinngskreises
zwischen dem Ansaugpunkt, d. h. der Zapfpistole 10 einerseits,
und der Meßvorrichtung
60 andererseits.
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Es versteht sich, daß δP negativ
in der Ansaugung ist, nämlich δP
= P – PA und P < PA.
PA:
Absoluter Atmosphärendruck
P:
Absoluter Druck, gemessen am Eingang der Meßvorrichtung 60.
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Zu bemerken ist, daß die Zapfpistolen
herkömmlicher
Anlagen zur Kraftstoffverteilung in der Regel mit einem Klappenventil
ausgerüstet
sind, das in den Dampfrückgewinnungskreis
einbezogen ist und nur bei einer Verteilung von Kraftstoff öffnet. Dabei
verhindert das Vorhandensein dieses Klappenventils jede Neueichung mit
Luft der Anlage nach der Inbetriebnahme zu einem späteren Zeitpunkt
als zum vorherigen Eichungsvorgang mit Luft.
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Um dennoch eine spätere Selbsteichung
durchführen
zu können,
ist es nach der Erfindung vorteilhaft, die Anlage mit zwei Dreiwegemagnetventilen
auszustatten, die von der Steuerelektronik gesteuert werden.
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Eine in dieser Weise ausgestattete
Anlage ist als Beispiel in 3 dargestellt,
die teilweise der 2 entspricht.
Gemäß 3 ist die Dampfrückgewinnungsleitung 51 mit
zwei Dreiwegemagnetventilen 54, 56 ausgestattet,
die von der Steuerelektronik 53 gesteuert werden. Das erste
Magnetventil 54 ermöglicht
die Ansaugung entweder von Dämpfen
durch die Ringöffnung 12 der
Zapfpistole 10 oder von Luft durch seinen Einlaß 55.
Das zweite Magnetventil 56 ermöglicht es, die Dämpfe oder
angesaugte Luft entweder zum Lagerbehälter 20 oder zur Atmosphäre über den
Ausgang 57 zu leiten.
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Im Normalbetrieb, bei einer Tankfüllung, steuert
die Steuerelektronik 53 die Magnetventile 54 und 56 derart,
daß der
angesaugte Dampf zum Lagerbehälter 20 geführt wird.
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Der Durchgang von Luft zwischen dem
Eingang 55 des Magnetventils 54 und dem Ausgang 57 des Magnetventils 56 wird
von der Steuerelektronik 53 nur während Perioden der Selbsteichung
ermöglicht,
d. h. außerhalb
der Verteilungsperiode.
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Die Vorgänge periodischer Selbsteichung
einer Anlage gemäß der ersten
und der zweiten Ausführungsform
der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung läßt man bei
der vorherigen. Eichungsstufe mit Luft der Anlage nach Bestimmung
des Luftwiderstandswerts RO des Dampfrückgewinnungskreises zwischen der
Zapfpistole 10 einerseits und der Vorrichtung 60 zur
Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoff der angesaugten Dämpfe, d.
h. dem Druckfühler
und dem Durchflußmesser,
andererseits, die Luft zwischen dem Eingang 55 des ersten
Magnetventils 54 und dem Ausgang 57 des zweiten
Magnetventils 56 strömen.
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Man bestimmt danach in gleicher Weise
den Luftwiderstand r'O des Teils des Dampfrückgewinnungskreises zwischen
dem ersten Magnetventil 54 einerseits und der Vorrichtung 60 zur
Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoff der angesaugten Dämpfe andererseits.
Dieser Wert r'O wird ebenfalls gespeichert.
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Bei einer periodischen Selbsteichung
steuert die Steuerelektronik 53 die Durchschaltung der
Magnetventile 54 und 56 in der Weise, daß die Luft
zwischen dem Einlaß 55 des
ersten Magnetventils 54 und dem Ausgang 57 des
zweiten Magnetventils 56 strömt.
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Es wird somit, immer in gleicher
Weise, ein neuer Wert r'O des Luftwiderstands des Teils des Dampfrückgewinnungskreises
zwischen dem ersten Magnetventil 54 und der Vorrichtung 60 zur
Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstdffen der angesaugten Dämpfe bestimmt.
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Ausgehend von dem Wert r'O wird ein
neu aktualisierter Wert R'O des Luftwider stands des Teils des Dampfrückgewinnungskreises
zwischen der Zapfpistole
10 und der Vorrichtung
60 zur
Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen der angesaugten Dämpfe nach
der Formel bestimmt:
Nach dieser Selbsteichung
werden im Normalbetrieb, bei einer Tankfüllung, die gleichen Vorgänge wiederholt, um
den Wert des Widerstands R1 des Teils des Dampfrückgewinnungskreises zwischen
der Zapfpistole
10 und der Vorrichtung
60 zur
Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen der angesaugten Dämpfe zu
berechnen, und es wird ein Befehl oder ein Alarm ausgelöst, oder
die Anlage wird stillgesetzt, wenn festgestellt wird, daß:
R1 ≤ kRo oder R1 ≤ k × r'o/ro × Ro -
Desgleichen läßt man gemäß denn zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung bei der vorherigen Stufe der Eichung der Anlage mit
Luft nach Erstellung und Einschreibung der Tabelle TO [δP, QV), die eine an den Druckverlust der Luft
im Bereich des Dampfrückgewinnungskreises
zwischen der Zapfpistole 10 und der Vorrichtung 60 zur
Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen der angesaugten Dämpfe gekoppelte
Charakteristik darstellt, die Luft zwischen dem Einlaß 55 des
ersten Magnetventils 54 und dem Ausgang 57 des zweiten
Magnetventils 56 strömen.
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Es wird sodann in gleicher Weise
eine zweite Tabelle TO [δP,
QV] erstellt, die die gleiche an den Druckverlust
der Luft in dem Teil des Dampfrückgewinnungskreises
zwischen dem ersten Magnetventil 50 und der Vorrichtung
zur Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen der angesaugten
Dämpfe
gekoppelte Charakteristik darstellt, und diese zweite Tabelle wird
ebenfalls gespeichert.
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Bei der ersten Selbsteichung steuert
die Steuerelektronik 53 die Schaltung der Magnetventile 54 und 56 in
der Weise, daß die
Luft zwischen dem Einlaß 55 des
ersten Magnetventils 54 und dem Ausgang 57 des zweiten
Magnetventils 56 strömt.
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Es werden sodann die Werte der Luftmenge
q'v und des relativen Drucks δp' gemessen
und in der Tabelle TO [δp,
qv] die Menge qv sowie qv = q'v aufgesucht, um ein Verhältnis α = δp'/δp zu
bestimmen.
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Sodann wird die Tabelle tO [δp, qv] aktualisiert,
indem sämtliche
Druckwerte mit dem Koeffizienten α multipliziert
werden, um eine neue Tabelle T1 [αP,
QV] zu erhalten.
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Sodann werden im Normalbetrieb, bei
einer Tankfüllung,
die gleichen Operationen wiederholt, d. h. es werden in regelmäßigem Intervall
die Werte der Dampfmenge QVLU und des Relativdrucks δP gemessen,
die reelle Dampfmenge QV ausgehend von der
Dampfmenge QVLU berechnet und dann für jeden
Dampfwert QV in der Tabelle T1 [αδP, QV] der Relativdruck αδPLuft,
der der gleichen Luftmenge entspricht, aufgesucht.
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Es werden sodann die relativen Drücke
δP und αδ
Luft durch
Errechnung des Faktors λ,
definiert durch die Gleichung
verglichen, und es wird
ein Befehl oder ein Alarm ausgelöst,
oder die Anlage wird stillgesetzt, wenn festgestellt wird, daß
λ < λexp ≈ 0,063. -
Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung wird eine Korrektur der Temperatur durchgeführt. Es ist
dabei festzustellen, daß die
Temperatur auf die Volumenmasse ρ und
auf die Viskosität μ der angesaugten Dämpfe wirkt.
Wenn daher im Laufe der Verteilung die Umgebungstemperatur sehr
unterschiedlich von derjenigen ist, die bei der Eichung herrschte,
ist es notwendig, die Bezugsparameter für die Luft zu korrigieren,
um eine große
Genauigkeit bei den Werten des Widerstands R und des Verhältnisses λ zu haben.
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Der Vorgang der Selbsteichung ermöglicht es,
diese Parameter zu aktualisieren. Demgemäß ermöglicht es eine häufige Selbsteichung,
sich von den Veränderungen
der Umgebungstemperatur freizumachen. Es kann jedoch auch nach der
Erfindung vorgesehen sein, die Umgebungstemperatur zur messen und
Korrekturen in Abhängigkeit
hiervon vorzunehmen.
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Eine derartige Einrichtung hat die
Aufgabe, die Gefahr einer Verschmutzung auf dem Niveau des Abzugs
des Lagerbehälters
zu beseitigen, wenn der Druck PC in diesem über den
Atmosphärendruck
PA ansteigt.
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Das Verfahren nach der Erfindung
ermöglicht
es, den ordnungsgemäßen Betrieb
einer solchen Einrichtung zu kontrollieren.
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Zu diesem Zweck wird nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des
Gehalts an Kohlenvuasserstoffen der angesaugten Dämpfe stromabwärts der
selektiven Luftfilterorgane eingebaut und ein Befehl oder ein Alarm
ausgelöst
oder die Anlage stillgesetzt, wenn festgestellt wird, daß der Gehalt
an Kohlenwasserstoffen des an die Atmosphäre von dem Dampfansaugkreis
abgegebenen Dampfes oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes
liegt.
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Das Verfahren nach der Erfindung
ermöglicht
es ferner zu verifizieren, ob der Gehalt an Kohlenwasserstoffen
im Lagerbehälter über dem
Kraftstoff in einem solchen Bereich liegt, daß die Explosivitätsgrenze nicht
erreicht wird.
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Es ist in der Tat vorstellbar, daß diese
Explosivitätsgrenze
erreicht werden könnte,
wenn der Dampfrückgewinnungskreis
nicht mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen
der angesaugten Dämpfe
direkt stromabwärts
der Zapfpistole ausgestattet ist.
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Zu diesem Zweck wird nach einem weiteren
Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des
Gehalts an Kohlenwasserstoffen der angesaugten Dämpfe stromaufwärts der
selektiven Luftfilterorgane angeordnet, und es wird ein Befehl oder
ein Alarm ausgelöst
oder die Anlage stillgesetzt, wenn festgestellt wird, daß der Gehalt
an Kohlenwasserstoffen des angesaugten Dampfes entsprechend dem
Gehalt an Kohlenwasserstoffen des Dampfes, der über dem Kraftstoff im Lagerbehälter liegt,
sich in einem Bereich befindet, der ein Explosionsrisiko darstellt.
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Es versteht sich, daß in den
beiden oben erwähnten
Fällen
der Gehalt an Kohlenwasserstoffen der angesaugten Dämpfen nach
den beiden oben erwähnten
Varianten des Verfahrens nach der Erfindung errechnet werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung wird die Anlage mit einem Druckwächter oder Druckfühler ausgestattet,
der auf den im Lagerbehälter
herrschenden Dampfdruck anspricht, um einen Alarm auszulösen, wenn
sich dieser Druck außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs befindet, um, im Zusammenwirken mit
der Saugpumpe, das Anhalten oder Anlaufen dieser Pumpe zu steuern,
wenn dieser Druck vorherbestimmte Schwellenwerte erreicht.
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Beispielsweise schafft ein solcher
Druckwächter
oder Druckfühler
die Möglichkeit,
einen
ersten Alarm auszulösen,
wenn Pc ≥ PA,
einen zweiten Alarm auszulösen, wenn ≤ PA – c1,
wobei
C1 ein erster Vorgabewert insbesondere gleich etwa 10 mb ist, der
anzeigt, daß die
Luft beginnt, in den Behälter
durch das bidirektionale Klappenventilsystem einzutreten,
das
Anhalten der Ansaugpumpe zu bewirken, wenn PC ≤ PA – c2
ist, wobei c2 ein zweiter Vorgabewert insbesondere etwa 8 mb ist,
das
erneute Anlaufen der Saugpumpe zu befehlen, wenn PC ≥ PA – c2
ist, wobei c3 ein dritter Vorgabewert insbesondere in der Größenordnung
von 2 mb ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung wird die Anlage mit einem Druckfühler ausgestattet, der auf
den im Lagerbehälter
herrschenden Dampfdruck PC anspricht und
mit der Steuerelektronik zusammenwirkt, um eine Korrektur des Wertes
durchzuführen,
der von dem Gehalt an Kohlenwasserstoffen des von dem Dampfansaugkreis
an die Atmosphäre
abgegebenen Dampfes und/oder dem Dampf bestimmt wird, der über dem
Kraftstoff im Lagerbehälter
liegt, als Funktion des Unterschieds zwischen dem im Lagerbehälter herrschenden
Druck PC und dem Atmosphärendruck PA.
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Diese Korrektur hat zum Ziel, der
Tatsache Rechnung zu tragen, daß der
Dampfansaugkreis den Dampf nicht mit dem atmosphärischen Druck PA,
sondern mit dem Druck PC des Lagerbehälters abliefert.
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Der Meßwertaufnehmer liefert somit
eine Relativdruckinformation Pm = PC – PA.
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Im Falle der ersten Variante der
Erfindung ergibt sich der auf den atmosphärischen Druck bezogene Widerstand
R zu:
wobei P1 dem absoluten Druck
am Meßpunkt
entspricht.
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Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Korrektur
wird der Widerstandswert:
Ferner wird der gemäß der zweiten
Variante der Erfindung, nach Korrektur, der Parameter λ definiert
durch die Gleichung:
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung umfassen die selektiven Luftfilterorgane zwei Filterstufen.
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Die erste Filterstufe umfaßt einen
ersten selektiven Luftfilter, der mit einem Klappenventil zusammenwirkt,
das so geeicht ist, daß der
mit Luft angereicherte Dampfstrom zur zweiten Filterstufe überführt und
ein Teil des mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Stromes zum
Lagerbehälter
geleitet wird.
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Die zweite Filterstufe umfaßt ihrerseits
zum einen einen zweiten selektiven Luftfilter vorzugsweise gleich
dem ersten selektiven Luftfilter im Zusammenwirken mit einem Rückschlagklappenventil,
derart, daß der mit
Luft angereicherte Dampfstrom in die Atmosphäre überführt wird, und zum anderen einen
selektiven Kohlenwasserstoffilter, der es ermöglicht, die mit Kohlenwasserstoffen
angereicherte Strömung
zum Lagerbehälter zu
führen.
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Der in 4 dargestellte
Lagerbehälter 20 ist
mit einem Abzug 21 versehen und durch ein bidirektionales
Ventilklappensystem 22 mit der Atmosphäre verbunden.
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Diese Anlage ist mit einem Dampfansaugkreis
mit einer Ansaugpumpe 50b ausgestattet, die eine Strömung des
Dampfes über
dem Kraftstoff im Lagerbehälter 20 zwischen
diesem und der Atmosphäre
mit einer Dampfmenge QV ermöglicht.
Die Saugpumpe 50b kann eine Pumpe mit fester Drehzahl sein,
ist jedoch vorzugsweise eine drehzahlveränderliche Pumpe, die von einer
Steuerelektronik 53b mit einem Mikroprozessor derart gesteuert
wird, daß die
Menge QV verändert werden kann, und dies,
um sie an die Bedarfsverhältnisse
der Anlage anzupassen. Die variable Menge kann auch mit Hilfe eines
Proportionalventils, wie des Ventils 52, erreicht werden.
Die Pumpe 50b saugt den Dampf im Behälter 20 über eine
Leitung 71a an, in die eine Vorrichtung 60b zur
Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen der angesaugten Dämpfe einbezogen ist,
die von einer Kombination eines Durchflußmessers und eines Meßwertaufnehmers
für den
Relativdruck gebildet ist. Die Pumpe 50b versorgt die selektiven
Luftfilterorgane der beiden Filterstufen.
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Die erste Filterstufe umfaßt einen
ersten selektiven Luftfilter 70a, dessen Membrane M im
wesentlichen Luft (99 % und 1 % Kohlenwasserstoffe zum Beispiel)
passieren läßt. Die
mit Luft angereicherte Strömung
wird zur zweiten Filterstufe über
eine Leitung 71b geführt.
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Ein Teil der mit Kohlenwasserstoffen
angereicherten Strömung
wird zum Lagerbehälter 20 über eine Leitung 72 geführt, die
mit einem geeichten Klappenventil 80 versehen ist. Das
Klappenventil 80 hält
einen Überdruck
unterhalb der Membran M des Filters 70a aufrecht, um die Überführung der
gefilterten Strömung zur
Leitung 71b zu begünstigen.
Jenseits des Eichungsdrucks öffnet
sich das Klappenventil 80 derart, daß ein Teil der mit Kohlenwasserstoffen
angereicherten Strömung
zur Leitung 72 gelangt.
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Die zweite Filterstufe ist von zwei
parallel geschalteten Filtern gebildet, nämlich einerseits einem zweiten
selektiven Luftfilter 70b gleich dem ersten Filter 70a und
andererseits einem Filter 75, der nur die Kohlenwasserstoffe
durchläßt. Am Ausgang
des zweiten Filters 70b liegt der Anteil an Luft in der
Strömung,
die in die Atmosphäre
entweicht, in der Größenordnung
von 99,99 %.
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Diese Luft wird über eine Leitung 73 ausgestoßen, die
mit einem Rückschlagklappenventil 81 sowie mit
einer Vorrichtung 60c zur Bestimmung des Gehalts an Kohlenwasserstoffen
der angesaugten Dämpfe
versehen ist, die ihrerseits ebenfalls von einer Kombination eines
Durchflußmessers
und eines Druckmeßfühlers gebildet
ist. Der selektive Kohlenwasserstoffilter 75 ist mit einer
selektiven Membran M' ausgerüstet,
die nur den Durchgang von Kohlenwasserstoffen zuläßt, die
zum Lagerbehälter 20 durch
die Leitung 72 zurückgelangen
können.
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Wie in 4 dargestellt,
ist diese Anlage ebenfalls mit einem Druckwächter bzw. Druckfühler 85 ausgestattet,
der auf den im Lagerbehälter 20 herrschenden
Dampfdruck anspricht.
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In hier nicht näher dargestellter Weise kann
die Anlage ferner mit zwei Sätzen
von Magnetventilen ausgestattet sein, die eine periodische Selbsteichung
der Anlage ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die selektiven Luftfilterorgane zwei Filterstufen.
bestimmt wird, – und ein Befehl oder ein Alarm ausgelöst oder die Anlage angehalten wird, wenn festgestellt wird, daß sich λ in einem vorbestimmten Bereich befindet, insbesondere wenn festgestellt wird, daß