DE202015009958U1 - Device for refueling motor vehicles with liquefied gas - Google Patents
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Abstract
Einrichtung (1) zum Betanken von Kraftfahrzeugen (2) mit einem als Treibstoff dienenden Fluid aus verflüssigtem Gas, insbesondere verflüssigtem Erdgas, umfassend zumindest einen Speicherbehälter (3), eine Kühleinrichtung, zumindest eine Fördereinrichtung, durch die das Fluid aus dem Speicherbehälter (3) zumindest einer Betankungseinrichtung (4) für Kraftfahrzeuge (2) zuführbar ist, und zumindest eine der Zuführung des Fluids zu der Betankungseinrichtung (4) dienende Leitung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5) eine medienführende zentrale Rohrleitung (6) als Mediumrohr sowie zumindest eine weitere medienführende, zu der zentralen Rohrleitung (6) konzentrisch angeordnete, mit der eingeschlossenen Rohrleitung (6) einen Ringraum (9, 10) begrenzende Rohrleitung (7, 8) hat, wobei die zentrale Rohrleitung (6) sowie der zumindest eine Ringraum (9, 10) der Zu- bzw. Rückführung des Fluids oder eines Gasstromes dient, und dass die äußere Rohrleitung (7) von einem Mantelrohr (11) umgeben ist, wobei das Mantelrohr (11) gegenüber der äußeren Rohrleitung (7) thermisch isoliert und die zentrale Rohrleitung (6) als metallisches Wellrohr derart ausgeführt ist, dass die zentrale Rohrleitung (6) und zumindest ein medienführender Ringraum (9, 10) gegeneinander nicht thermisch isoliert sind. Device (1) for refueling motor vehicles (2) with a fluid that is used as fuel and consists of liquefied gas, in particular liquefied natural gas, comprising at least one storage container (3), a cooling device, at least one delivery device, through which the fluid from the storage container (3) can be fed to at least one fueling device (4) for motor vehicles (2), and at least one line (5) serving to supply the fluid to the fueling device (4), characterized in that the line (5) has a media-carrying central pipeline (6) as a medium pipe and at least one further medium-carrying pipe (7, 8) arranged concentrically to the central pipe (6) and delimiting an annular space (9, 10) with the enclosed pipe (6), wherein the central pipe (6) and the at least an annular space (9, 10) of the supply or return of the fluid or a gas stream is used, and that the outer pipe (7) of a jacket pipe (11) vice is flat, with the jacket pipe (11) being thermally insulated from the outer pipe (7) and the central pipe (6) being designed as a metal corrugated pipe in such a way that the central pipe (6) and at least one media-carrying annular space (9, 10) are opposed to one another are not thermally insulated.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit einem als Treibstoff dienenden Fluid aus verflüssigtem Gas, insbesondere verflüssigtem Erdgas, umfassend zumindest einen Speicherbehälter, eine Kühleinrichtung, zumindest eine Fördereinrichtung, durch die das Fluid aus dem Speicherbehälter zumindest einer Betankungseinrichtung zuführbar ist, mittels der Kraftfahrzeuge mit dem Fluid betankt werden können, und zumindest eine der Zuführung des Fluids zu der Betankungseinrichtung dienende Leitung.The invention relates to a device for refueling motor vehicles with a fuel fluid made from liquefied gas, in particular liquefied natural gas, comprising at least one storage container, a cooling device, at least one delivery device, through which the fluid from the storage container can be fed to at least one refueling device, by means of which Motor vehicles can be refueled with the fluid, and at least one line serving to supply the fluid to the refueling device.
Solche auch als Kryokraftstoffe bezeichnete Treibstoffe, deren Siedepunkt oder kritische Temperatur bei dem im Speicherbehälter herrschenden Druck weit unterhalb üblicher Umgebungstemperaturen liegt, gewinnen aufgrund des gestiegenen Energiebedarfs und der steigenden Umweltbelastung durch konventionelle Energieträger zunehmend an Bedeutung. Sie neigen infolge von Druck- und Temperaturänderungen leicht zum Verdampfen.Such fuels, also referred to as cryogenic fuels, whose boiling point or critical temperature at the pressure prevailing in the storage tank is far below normal ambient temperatures, are becoming increasingly important due to the increased energy requirement and the increasing environmental pollution caused by conventional energy sources. They tend to evaporate easily as a result of pressure and temperature changes.
Es ist bekannt, Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen mit Erdgas zu betreiben. Da Erdgas bei atmosphärischem Normaldruck im Vergleich zu beispielsweise Dieselkraftstoff eine sehr geringe Speicherdichte und einen niedrigeren volumetrischen Heizwert als Diesel besitzt, wird das Erdgas auf etwa 200 bar verdichtet (CNG = Compressed Natural Gas) oder durch Temperatursenkung auf -162 °C verflüssigt (LNG = Liquefied Natural Gas), damit eine ausreichende Energiemenge im Kraftfahrzeug mitgeführt werden kann.It is known to operate internal combustion engines in motor vehicles with natural gas. Since natural gas has a very low storage density at normal atmospheric pressure compared to diesel fuel and a lower volumetric calorific value than diesel, the natural gas is compressed to around 200 bar (CNG = Compressed Natural Gas) or liquefied by lowering the temperature to -162 °C (LNG = Liquefied Natural Gas) so that a sufficient amount of energy can be carried in the vehicle.
Im Fall des LNG verdampft aufgrund der von der Umgebung zugeführten Wärme ständig ein Teil des Erdgases. In dem gasförmigen Teil des Erdgases befinden sich hauptsächlich die flüchtigeren Bestandteile des Gases, die einen höheren Dampfdruck bzw. eine niedrigere Siedetemperatur aufweisen. Die Entnahme eines Teiles des im Vorratsbehälter gasförmig vorliegenden Erdgases führt auf lange Sicht zu einer Anreicherung höherer Kohlenwasserstoffe, insbesondere Propan, in dem tiefkalt verflüssigten Teil des Erdgases. Der hohe Propangasanteil kann schädlich für die Verbrennungskraftmaschinen sein. Außerdem ändert sich die Gemischzusammensetzung mit der Zeit, was unerwünscht ist.In the case of LNG, part of the natural gas is constantly evaporating due to the heat supplied by the environment. The gaseous part of the natural gas mainly contains the more volatile components of the gas, which have a higher vapor pressure or a lower boiling point. The withdrawal of part of the gaseous gas in the storage tank leads to an accumulation of higher hydrocarbons, in particular propane, in the cryogenic liquefied part of the natural gas over the long term. The high propane content can be harmful to internal combustion engines. In addition, the mixture composition changes over time, which is undesirable.
Unter Kraftfahrzeugen werden neben Landfahrzeugen, wie beispielsweise Busse, Lastkraftwagen und Personenkraftwagen, auch Wasser- und Luftfahrzeuge verstanden.In addition to land vehicles, such as buses, trucks and passenger cars, motor vehicles are also understood to mean water vehicles and aircraft.
Die
Gemäß der
Die
Aus der
Die
Ferner sind aus der
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung zum Betanken von Kraftfahrzeugen wesentlich zu verbessern. Insbesondere sollen auftretende thermische Verluste minimiert werden.Proceeding from this state of the art, the object of the invention is to significantly improve the device for refueling motor vehicles. In particular, thermal losses that occur should be minimized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Einrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention, this object is achieved with a device according to the features of
Erfindungsgemäß ist also eine Einrichtung vorgesehen, bei der die Leitung eine medienführende zentrale Rohrleitung als Mediumrohr sowie zumindest eine weitere medienführende, zu der zentralen Rohrleitung konzentrisch oder koaxial angeordnete, mit der eingeschlossenen Rohrleitung einen Ringraum begrenzende Rohrleitung hat, wobei die zentrale Rohrleitung sowie der zumindest eine Ringraum der Zu- bzw. Rückführung des Fluids aus dem verflüssigten Gas oder eines Gasstromes dient und die äußere Rohrleitung von einem beispielsweise konzentrischen Mantelrohr als Außenrohr umgeben ist, wobei das Mantelrohr gegenüber der äußeren Rohrleitung thermisch isoliert ist, die zentrale Rohrleitung als metallisches Wellrohr ausgeführt ist und wobei die zentrale Rohrleitung und zumindest ein medienführender Ringraum gegeneinander nicht thermisch isoliert sind. Dabei dienen die zentrale Rohrleitung sowie der zumindest eine Ringraum der Zu- bzw. Rückführung des Treibstoffes. Die äußere Rohrleitung ist von einem ebenfalls konzentrischen Mantelrohr umgeben, welches ein thermisches Isoliermaterial einschließt. Die Rohrleitungen und das Mantelrohr sind jeweils als thermisch selbstkompensierende metallische Wellrohre ausgeführt, wobei die zentrale Rohrleitung und der medienführende Ringraum gegeneinander nicht thermisch isoliert sind. Erfindungsgemäß wird also durch die so realisierte konzentrische Bauart der Leitungen dem rückgeführten Gas von dem zugeführten Treibstoff Wärme entzogen, um das Gas zu kühlen bzw. zu verflüssigen. Dabei bildet die koaxiale Trennwand zwischen den Rohrleitungen aufgrund der Ausführung als Wellrohr und der dadurch vergrößerten Oberfläche eine optimale Tauscherfläche.According to the invention, a device is therefore provided in which the line has a media-carrying central pipeline as the medium pipe and at least one other media-carrying pipeline which is arranged concentrically or coaxially with the central pipeline and delimits an annular space with the enclosed pipeline, the central pipeline and the at least one The annular space serves to supply or return the fluid from the liquefied gas or a gas flow and the outer pipeline is surrounded by a concentric jacket tube, for example, as the outer tube, the jacket tube being thermally insulated from the outer pipeline, the central pipeline being designed as a metallic corrugated pipe and wherein the central pipeline and at least one media-carrying annulus are not thermally insulated from one another. The central pipeline and the at least one annular space serve to supply and return the fuel. The outer pipe is surrounded by a jacket pipe, also concentric, which encloses a thermal insulating material. The pipelines and the casing pipe are each designed as thermally self-compensating metallic corrugated pipes, with the central pipeline and the media-carrying annular space not being thermally insulated from one another. According to the invention, heat is thus extracted from the supplied fuel by the concentric design of the lines that is realized in this way, in order to cool or liquefy the gas. The coaxial dividing wall between the pipes forms an optimal exchange surface due to the design as a corrugated pipe and the resulting increased surface.
Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die Rohrleitungen und das Mantelrohr jeweils als thermisch selbstkompensierende metallische Wellrohre ausgeführt sind, um so eine besonders flexible Leitung zu schaffen, welche auch in vergleichsweise kleinen Radien verlegt werden kann.In addition, it is particularly advantageous if the pipelines and the jacket pipe are each designed as thermally self-compensating metallic corrugated pipes in order to create a particularly flexible line that can also be laid in comparatively small radii.
Zudem erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn dabei alle Rohrleitungen und das Mantelrohr koaxial zueinander angeordnet sind.In addition, it has proven to be particularly practical if all the pipelines and the jacket pipe are arranged coaxially with one another.
Bei einer weiteren, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Abwandlung der Erfindung ist in dem Ringraum zwischen der zentralen Rohrleitung als Mediumrohr und der Rohrleitung eine weitere, den Ringraum in einen inneren Ringraum und einen äußeren Ringraum unterteilende Rohrleitung angeordnet. Hierdurch wird es möglich, einen „Stand-by-Betrieb“ einzurichten, in dem kontinuierlich aus dem Speicherbehälter Treibstoff entnommen und durch die zentrale Rohrleitung bis zu einem Strömungsumkehrbereich in einem dem Speicherbehälter abgewandten Leitungsabschnitt der Leitung gefördert wird. Der Treibstoff wird dann durch den inneren Ringraum zurück in den Speicherbehälter gefördert. Hierdurch ergibt sich eine kontinuierliche Strömung in der Leitung, durch die eine unerwünschte Erwärmung vermieden werden kann. Zudem steht zum Betanken jederzeit eine gewünschte Treibstoffzufuhr zur Verfügung, sodass mit dem Betankungsvorgang unverzüglich begonnen werden kann, sobald die Leitung mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist.In a further, also particularly promising modification of the invention, another pipeline dividing the annular space into an inner annular space and an outer annular space is arranged in the annular space between the central pipeline as medium pipe and the pipeline. This makes it possible to set up a "standby mode" in which fuel is continuously removed from the storage tank and conveyed through the central pipeline to a flow reversal area in a line section of the line facing away from the storage tank. The fuel is then pumped back into the storage tank through the inner annulus. This results in a continuous flow in the line, which can prevent undesired heating. In addition, a desired supply of fuel is available at all times for refueling, so that the refueling process can be started immediately as soon as the line is connected to the motor vehicle.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der äußere Ringraum zur Ableitung der beim Betanken aus dem Kraftfahrzeugtank verdrängten Gasvolumina ausgeführt ist. Die verdrängten, auch als „Boil-Off-Gase“ bezeichneten gasförmigen Volumina können dadurch zuverlässig durch den äußeren Ringraum ohne einen Austausch mit dem dem Kraftfahrzeug zugeführten Treibstoff in den Speicherbehälter geleitet werden, um diese dort erneut zu verflüssigen. Ein Austreten der gasförmigen Bestandteile aus dem Kraftfahrzeugtank in die Umgebung kann dadurch vermieden und unerwünschte Umweltbelastungen verhindert werden.It is particularly advantageous if the outer annular space is designed to discharge the gas volumes displaced from the motor vehicle tank during refueling. The displaced gaseous volumes, also referred to as "boil-off gases", can thus be reliably routed through the outer annular space into the storage container without exchange with the fuel supplied to the motor vehicle, in order to liquefy them there again. An escape of the gaseous components from the motor vehicle tank into the environment can be avoided and undesirable environmental pollution can be prevented.
Zu diesem Zweck ist gemäß einer besonders sinnvollen Ausgestaltung der Leitung der äußere Ringraum mit einer separaten Einlassöffnung und einer separaten Auslassöffnung ausgestattet, sodass die Rückführung des Boil-Off-Gases getrennt von dem Treibstoff, jedoch durch dieselbe Leitung realisiert werden kann.For this purpose, according to a particularly useful embodiment of the line, the outer annular space is equipped with a separate inlet opening and a separate outlet opening, so that the boil-off gas can be returned separately from the fuel, but through the same line.
Weiterhin ist es besonders Erfolg versprechend, wenn die Einrichtung einen Speicherbehälter für LNG aufweist und die Leitung den Speicherbehälter mit einer Betankungseinrichtung verbindet. Hierdurch können vergleichsweise große Entfernungen zwischen der Betankungseinrichtung und einem zentralen, beispielsweise unterirdischen Speicherbehälter mittels der Leitung problemlos überwunden werden. Der Speicherbehälter kann zudem auf diese Weise mit mehreren Betankungseinrichtungen an gegebenenfalls unterschiedlichen Orten verbunden sein.Furthermore, it is particularly promising if the device has a storage container for LNG and the line connects the storage container to a refueling device. As a result, comparatively large distances between the refueling device and a central, for example underground, storage container can be overcome without any problems by means of the line will. In this way, the storage container can also be connected to a number of refueling devices at possibly different locations.
Bei einer anderen, ebenfalls besonders sinnvollen Ausführungsform der Erfindung ist in dem äußeren Ringraum zwischen dem Mantelrohr und der äußeren Rohrleitung eine Leckageüberwachungseinrichtung angeordnet. Hierdurch können auftretende Undichtigkeiten infolge von Beschädigungen oder durch Verschleiß schnell und zuverlässig erkannt und die Zuführung des Treibstoffes unterbunden werden. Hierzu eignen sich beispielsweise Verfahren zur faseroptischen Temperaturmessung, wobei beispielsweise Glasfasern als Sensoren zur Detektion auftretender Leckagen genutzt werden. Alternativ kann auch eine auftretende Druckdifferenz in dem äußeren Ringraum als Indikator für eine Leckage genutzt werden.In another embodiment of the invention, which is also particularly useful, a leakage monitoring device is arranged in the outer annular space between the casing pipe and the outer pipeline. As a result, any leaks that occur as a result of damage or wear and tear can be detected quickly and reliably and the supply of fuel can be stopped. Methods for fiber-optic temperature measurement are suitable for this purpose, for example glass fibers being used as sensors for detecting leaks that occur. Alternatively, a pressure difference that occurs in the outer annular space can also be used as an indicator of a leak.
Der Ringraum zwischen dem Mantelrohr und der äußeren Rohrleitung könnte durch ein Vakuum thermisch isoliert sein. Besonders praxisgerecht ist es auch, wenn in dem Ringraum zwischen dem Mantelrohr und der äußeren Rohrleitung ein thermisches Isoliermaterial vorgesehen ist, das als einen wesentlichen Bestandteil einen Schaum, insbesondere einen Polyurethan-Schaumstoff (PUR) aufweist. Das Isoliermaterial verleiht der Leitung zugleich eine hohe mechanische Stabilität und Belastbarkeit, sodass die Gefahr einer Beschädigung deutlich vermindert ist. Zudem verhindert die Mehrwandigkeit das Entweichen flüssiger oder gasförmiger Bestandteile in die Umgebung. Vorzugsweise ist die Leitung hinsichtlich ihrer thermischen Dehnung selbstkompensierend als Wellrohr ausgeführt.The annulus between the mandrel and the outer tubing could be thermally isolated by a vacuum. It is also particularly practical if a thermal insulating material is provided in the annular space between the jacket pipe and the outer pipeline, which has a foam, in particular a polyurethane foam (PUR) as an essential component. At the same time, the insulating material gives the cable high mechanical stability and resilience, so that the risk of damage is significantly reduced. In addition, the multiple walls prevent the escape of liquid or gaseous components into the environment. The line is preferably designed as a corrugated tube in a self-compensating manner with regard to its thermal expansion.
Ferner ist es auch von Vorteil, wenn die Leitung zumindest abschnittsweise mit einer umfangsseitigen Verstärkung aus einem Geflecht versehen ist. Eine solche Armierung umfasst beispielsweise ein gewebtes Geflecht und/oder ein nichtgewebtes Geflecht, wobei das Material der Armierung beliebig gewählt sein kann. Auf diese Weise werden die mechanischen Eigenschaften weiter verbessert.Furthermore, it is also advantageous if the line is provided at least in sections with a peripheral reinforcement made of a braid. Such a reinforcement comprises, for example, a woven mesh and/or a non-woven mesh, with the material of the reinforcement being able to be chosen at will. In this way, the mechanical properties are further improved.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
-
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer Leitung für Treibstoff; -
2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung eines Leitungsabschnittes der in1 gezeigten Leitung; -
3 einen Stand-By-Betrieb der Einrichtung; -
4 einen Entnahme-Betrieb der Einrichtung: -
5 einen Stand-By-Betrieb einer Variante der Einrichtung; -
6 einen Entnahme -Betrieb der in5 gezeigten Einrichtung.
-
1 a schematic representation of a device according to the invention with a line for fuel; -
2 a perspective, partially sectioned representation of a line section in1 shown line; -
3 a stand-by operation of the device; -
4 a withdrawal operation of the facility: -
5 a stand-by mode of a variant of the device; -
6 a withdrawal operation of the in5 shown facility.
Eine erfindungsgemäße, zum Betanken von verschiedenen Fahrzeugen und Wasserfahrzeugen bestimmte Einrichtung 1 wird nachstehend anhand der
Der konstruktive Aufbau der Leitung 5 wird anhand der
Zusätzlich zu der dem Transport des Treibstoffes dienenden zentralen Rohrleitung 6 ermöglichen die beiden separaten Ringräume 9, 10 zwischen den konzentrischen Leitungen 7, 8 zwei verschiedene Betriebszustände, die nachstehend mit Bezug auf die
Zum anderen wird der äußere Ringraum 10 beim Betanken des Kraftfahrzeuges 2 zur Ableitung der aus einem Kraftfahrzeugtank verdrängten, auch als „Boil-Off-Gase“ bezeichneten gasförmigen Volumina genutzt. Diese werden aus dem Kraftfahrzeugtank durch eine separate Einlassöffnung 18, den äußeren Ringraum 10 und eine Auslassöffnung 19 ohne eine Verbindung zu der zentralen Rohrleitung 6 in Pfeilrichtung 17 in den Speicherbehälter 3 geleitet, um diese dort erneut zu verflüssigen. Ein Austreten der gasförmigen Bestandteile aus dem Kraftfahrzeugtank in die Umgebung kann dadurch vermieden und unerwünschte Umweltbelastungen und Gefahren verhindert werden. In diesem Betriebsmodus erfolgt die Zuführung des Treibstoffes zugleich durch die zentrale Rohrleitung 6 als auch durch die Leitungsanschlüsse 15 und den ersten, inneren Ringraum 9. Auf diese Weise wird der Volumenstrom erhöht und der Tankvorgang dementsprechend verkürzt.On the other hand, the outer
Ergänzend wird in den
Wie durch Richtungspfeile verdeutlicht, ist sowohl in dem in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- EinrichtungFacility
- 22
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 33
- Speicherbehälterstorage tank
- 44
- Betankungseinrichtungrefueling facility
- 55
- Leitung management
- 66
- zentrale Rohrleitungcentral pipeline
- 77
- Rohrleitungpipeline
- 88th
- Rohrleitungpipeline
- 99
- Ringraumannulus
- 1010
- Ringraum annulus
- 1111
- Mantelrohrcasing pipe
- 1212
- Isoliermaterialinsulating material
- 1313
- Leckageüberwachungseinrichtungleakage monitoring device
- 1414
- Strömungsumkehrbereichreverse flow area
- 1515
- Leitungsanschlussline connection
- 1616
- Pfeilrichtungarrow direction
- 1717
- Pfeilrichtungarrow direction
- 1818
- Einlassöffnungintake port
- 1919
- Auslassöffnungexhaust port
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BRUGG ROHRSYSTEM AG, CH Free format text: FORMER OWNER: BRUGG ROHR AG HOLDING, BRUGG, CH |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R207 | Utility model specification | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWALTSKANZLEI DIPL.-ING. TOM CREUTZBURG, DE Representative=s name: PATENTANWALTSKANZLEI DR.-ING. TOM CREUTZBURG, DE |