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Verfahren und Vorrichtung zur Vernichtung von Kraftstoff-
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dampfemissionen an einer Tankstelle Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Vernichtung von Kraftstoffdampfemissionun an einer Tankstelle
oder an irgendeinem Ort, an dem Kraftstoff von einem Behälter in einen anderen Behälter
übertragen wird. Die Erfindung betrifft insbesondere die Steuerung und Vernichtung
von Kraftstoffdãmpfen, die emittiert werden, wenn Kraftstoff von einem Tankwagen
in einen unterirdischen Lagertank Obertregen und anschließend durch eine Tenketellenpumpe
in einen Kraftfahrzeugtsnk gepumpt wird.
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Kraftstoffdampfverluste an einer Tankstelle rühren heupteächlich von
dem unterirdischen Lagertank her, der sowohl Atmungs- als auch Verdrängungsverlusten
unterworfen ist. Atmungsverluste werden durch abwechselnde Expansion und Kontraktion
des Tankinhalts aufgrund von zwischen Tag und Nacht auftretenden Temperaturunterschieden
verursacht. Solche Temperaturunterschiede werden durch Verwendung veränderlicher
Tanks an den Tankstellen möglichst gering gehalten. Verdrängungsverluste treten
auf, wenn ein teilweise oder vollständig leerer Lagertank wieder gefUllt wird, wodurch
normalerweise ein entsprechendes Volumen an Dampf durch die Entlüftungsleitung des
Lagertanks in die Atmosphäre ausgestoßen wird.
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Es wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, um dieses Problem
zu lösen, beispielsweise ein Dampfausgleichsverfahren, bei dem die Flüssigkeits-
und Dampfraum zwischen zwei Behaltern, zwischen denen Flüssigkeit übertragen wird,
miteinander verbunden werden, Absorption mit Mageröl, Hochdruckkompressionsverfahren,
Adsorption von Wasserstoffdämpfen in aktivierter Holzkohle, Kühlung von gesättigtem
Entlüftungsgas, Kompression und Kühlung der Entlüftungsgase und Verbrennung zur
Vernichtung von Restwasserkohlenstoffen in den entlüfteten Gasen.
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Die vorliegende Erfindung ist auf ein System gerichtet, bei dem die
entlUfteten Gase verbrannt werden und der Verbrennungswirkungsgrad aufrechterhalten
wird, obwohl ein weiter Bereich der veränderlichen Eigenschaften der entlüfteten
Gase vorhanden ist.
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Emission
von merklichen Mengen Kraftstoffdampf an Tankstellen zur Atmosphäre zu steuern und
zu verhindern.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung von Kraftstoffdampbmissionen anzugeben, und zwar bei den
üblichen Druck- und Temperaturänderungen der Umgebung wie auch bei veränderlichem
Dampfdruck und veränderlicher Dampftemperatur des Kraftstoffs,
das
abgegeben und übertragen wird.
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Diese und weitere Ziele werden durch die im Hauptanspruch angegebenen
Merkmale erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden somit ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung und Vernichtung von Kraftstoffemissionen angegeben,
bei denen ein sich normalerweise unterhalb Atmosphärendruck befindlicher Dampfdruck
in einer von dem unterirdischen Lagertank kommenden Entlüftungsleitung gemessen
wird, und wenn der Dampfdruck innerhalb vorgegebener Druckbereiche ansteigt, wird
der überschüssige Dampfdruck in der Entlüftungsleitung einer Verbrennungseinrichtung
zugeführt und, statt zur Atmosphäre entlüftet zu werden, vollständig verbrannt.
Einer der Vorteile, der daher rührt, daß der Dampfdruck ein wenig unterhalb von
Atmosphärendruck gehalten wird, besteht darin, daß der Kraftstoffdampf daran gehindert
wird, aus dem geschlossenen System zu entweichen.
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Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel der
Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Firgur 1 eine schematische
Ansicht einer Tankstelle zur Veranschaulichung der Übertragungswege des flüssigen
Kraftstoffs und der Kraftstoffdämpfe zwischen einem Tankwagen und einem unterirdischen
Lagertank sowie zwischen den Legertank und dem Kraftfahrzeugtank, und den weg der
Kraftatoffdämpfe durch einen unterirdischen Lagertank zu einer Entlüftungsleitung
und zu einer Verbrennungseinrichtung, in der bei vorgegebenen Betriebzuständen überschüssige
entlüftet Gasdämpfe verbrannt werden; Figur 2 eine schematische Leitungsanordnung
zur Veranschaulichung der Steuerung der entlüfteten Gase aus dem unterirdischen
Lagertank; Figur 3 ein schematisches elektrisches Schaltdiagramm, das bei der in
Figur 2 gezeigten Steuerung verwendet wird.
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In Figur 1 ist schematisch eine Kraftstoff-Tankstelle dargestellt,
die mit Einrichtungen tur Lagerung und Abgabe von flüssigem Kraftstoff wie auch
zur Steuerung und Vernichtung von Kraftstoffdämpfen versehen ist, wobei überschüssige
Dämpfe, die üblicherweise an einer Tankstelle in die Atmosphäre ausgestoßen werden,
praktisch vernichtet werden. Eine Kreftstoffpumpe 10 ist mit einem Abgabeschlauch
11 versehen, der eine Düse 12 zum Einführen in den F0llstutzen 14 eines
Kraftfahrzeugtanks
15 besitzt. Die Kraftstoffpumpe 10 ist über eine Kraftstoffleitung 17 mit einem
unterirdischen Lagertank 18 verbunden, der im dargestellten Zustand teilweise -
bis zu einem Pegel 19 - mit flüssigem Kraftstoff gefüllt ist. Der Raum oberhalb
des Kraftstoffpegels 19 enthält Luft und Kraftstoffdämpfe, und das Volumen dieses
Raumes ändert sich, wenn flüssiger Kraftstoff in den Lagertank 18 eintritt bzw.
aus ihm entnommen wird. Der Lagertank 18 ist mit der Pumpeninsel ferner durch eine
Gasdampf-Leitung 22 verbunden, die eine Öffnung 23 an der Oberseite des Lagertanks
18 besitzt und mit den Kraftstoffdämpfen oberhalb des Flüssigkeitspegels in dem
Lagertank 18 in Verbindung steht.
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Die Gasdampf-Leitung 22 erstreckt sich entlang des Abgabeschlauchs
11 und kann an der Düse 12 in den Füllstutzen 14 und den Kraftfahrzeugtank 15 eingeführt
werden.
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Um zu verhindern, daß überschüssige Kraftstoffdampfe am Kraftfahrzeugtank
in die Atmosphäre gelangen, ist eine Dichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, die für
eine dampfdichte Verbindung zwischen dem Füllstutzen 14 und der mit einem Rückschlagventil
versehenen Düse 12 sorgt. Die Gasdampf-Leitung 22 bildet einen geschlossenen Weg,
der an dem Fallstutzen 14 abgedichtet ist, um eine Verbindung für die Gaadämpfe
zwischen den Räumen oberhalb der Flüssigkeitspegel in dem Kraftfahrzeugtank IS und
dem unterirdischen Lagertank 18 herzustellen. Hierdurch sind ein geschlossenes,
dampfdichtes Umlaufsystem für den flüssigen
Kraftstoff vom Lagertank
18 zum Kraftfahrzeugtank 15 sowie ein Entlüftungssystem für die Dämpfe in den Dampfräumen
oberhalb des Kraftstoffpegals im Kraftfahrzeugtank 15 und oberhalb des Flüssigkeitspegels
19 in dem Lagertank 18 gebildet.
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Die Figur 1 zeigt ferner ein ähnliches geschlossenes und dampfdichtes
Flüssigkeits und Dampfumlaufsystem zwischen dem unterirdischen Lagertank 18 und
einem Tankwagen 25, der mit einem Versorgungstank 26 versehen ist, in dem der Kraftstoffpegel
bei 27 angedeutet ist. Der Versorgungstank 26 ist durch einen Fülischlauch 28 mit
dem unterirdischen Lagertank 18 verbunden. Der Füllschlauch 28 ist über Verbindungen
30 mit Räumen 32 verbunden, die durch Trennwände im Versorgungstank 26 gebildet
werden. Die Enden des Füllachlauchs 28 sind mit Ventilen 29 am Tankwagen und an
einem Tank-Füllrohr 31 verbunde, dessen unteres Ende 32 sich nahe am Boden des Legertanks
8 befindet. Abgedichtete Ventilverbindungen sind vorgesehen, um Flüssigkeits- oder
Kraftstoffdampfverluste an den Enden des Füllschlauches 28 zu vermeiden. Der Fluß
von flüssigem Kraftstoff vom Versorgungstank 26 zum Lagertank 18 erfolgt normalerweise
unter Schwsrkraftwirkung, wenn die Ventile geöffnet sind.
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Der Versorgungstank 26 ist ferner mit einer Kraftstoffdampf-Leitung
33 verbunden, die an der Oberseite des Lagertanks 18 mit einer Einlaßöffnung 34
versehen ist und ein Ruckschl«gventil 34a enthält. Die Leitung 33 besitzt ferner
eine Verbindung
mit einer Tankwagen-Dampfleitung 33' durch ein
Ventil 34b.
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Die Dampfleitung 33' besitzt mehrere Verbindungsöffnungen 35, die
jeweils mit einem der Räume des Versorgungstanks 26 in Verbindung stehen. Auf diese
Weise ist zwischen dem Versorgungstank 26 und dem unterirdischen Lagertank 18 ein
geschlossenes, dampfdichtes Fl&ssigkeits- und Dempfverbindungssystem vorhanden,
durch das flüssiger Kraftstoff und Kraftstoffdämpfe von dem Versorgungstank 26 in
den Lagertank 18 übertragen werden kannen.
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Vorzugsweise treten die Dampfleitungen 22 und 33 angrenzend am einen
Ende des Langertanks in den Lagertank 18 ein.
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Die Ubertragung der Kraftstoffflüssigkeiten und Dämpfe unter den beiden
oben genannten Betriebsbedingungen, d.h. vom Lagertank zum Kraftfahrzeugtank und
vom Versorgungstank des Tankwagens zum Lagertank, erfolgt in einem geschlossenen,
dampfdichten System, das Verluste von Kraftstoffdämpfen in die Atmosphäre verhindert.
Das System muß jedoch unter sehr verschiedenen Temperatur-, Druck- und Volumenzuständen
des flüssigen Kraftstoffs und der Kraftstoffdämpfe sicher betrieben werden, die
die Freigabe von Kraftstoffdämpfen aus dem geschlossenen System beeinflusssn. Zu
diesem Zweck ist der Lagertank 18 mit einer Entlüftungsleitung 40 versehen, die
an der Oberseite des Lagertanks 18, vorzugsweise am Ende des Lagertanks gegenüber
dem EinlaB der Entlüftungsleitungen 22, 33, mit einer Entlüftungsöffnung 41 versehen
ist. An der Oberseite der Entlüftungsleitung 40 ist eine Auslaßöffnung 42
vorgesehen,
um bei gewissen extremen Zuständen Dämpfe in die Atmosphäre ablassen zu können.
Ein Druck-Unterdruck-Ventil 44 kann an der AuslaBöffnung 42 vorgesehen werden? das
Ventil 44 öffnet bei Drücken von " mm WS und +145 mm WS sowie bei einem Abblasdruck
von 305 mmWS.
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Wenn auch nur ein einziger unterirdischer Lagertank in Figur 1 dargestellt
ist, so versteht es sich jedoch, daß eine Tankstelle drei oder mehr Lagertanks,
jeweils für eine verschiedene Art von Kraftstoff, besitzen kann. Die Füll- und Auslaßleitungen
für jeden Tank können so angeordnet werden, wie dies für den Lagertank 18 beschrieben
wurde. Die Entlüftungsleitungen für jeden Lagertank sind an einer Entlüftungssammelleitung
46 angeschlossen.
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Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung zur Steuerung und Vernichtung
der Dampfemissionen einer Tankstelle, die wie oben beschrieben ausgerüstet ist,
vorgesehen, durch die überschüssige Kraftstoffdampfemissionen in EntlUftungsleitungen
eines oder mehrerer unterirdischer Lagertanks gesteuert und vernichtet werden, indem
diese untlüfteten Gase unter bestimmten Druckbedingungen einer Verbrennungseinrichtung
zugeführt werden, wo eine im wesentlichen vollständige Verbrennung der in den entlüfteten
Gasen enthaltenen Kohlenwasserstoffe erfolgt.
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Diese Einrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet,
daß sie in zwei verschiedenen, an einer Tankstelle
normalerweise
anzutreffenden Druckstufen arbeitet, und zwar in einer Druckstufu, in der die Abgabedrücke
relativ niedrig sind, etwa 0 - -12t7 mm WS (von einem Tankwagen zu dem unterirdischen
Lagertank), und einer Druckstufe, in der die Abgabedrücke relativ hoch sind, z.O.
412,7 mm WS oder mehr (bei Abgabe relativ kleiner Kraftstoffmengen an einen Krattfahrzeugtank
durch die Pumpen der Tankstelle).In den beiden Druckstufen können der flüssige Kraftstoff
und die Dämpfe unterschiedliche Drücke, Temperaturen und Volumen besitzen. In jeder
Stufe erfordern die entlüfteten Kraftstoffdämpfe bestimmte Mengen von Luft, um diese
vorgegebene Menge von entlüfteten Gasen vollständig zu verbrennen und die unerwünschten
Kohlenwasserstoff-Luftverschmutzungen auf ein Minimum ru reduzieren.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die zweistufige Steuerungs-und
Vernichtungseinrichtung der vorliegenden Erfindung das Druck-Unterdruck-Ventil 44
in der Entlüftungsleitung 40 sowie die Ubertragung der entlüfteten Oase von dem
Lagertank 18 zu einer Vurbrennungseinrichtung 45. Die Sammelleitung 46 ist bei 47
mit der Entlüftungsleitung 40 zwischen den Lagertanks 18 und dem Ventil 44 verbunden.
Je nach den gewählten Drücken, bei denen Druckschalter 73, 95, 51 und 81 (eh. Figur
2) betätigt werden, werden Entlüftungsgase durch die Sammelleitung 46 einer Dampf-Luft-Mischuinrichtung
48 (Figur 1) zugeführt, die in den Diagrammen der Figuren 2 und 3 genauer dargestellt
ist. Die
Damp-Luft-Mischeinrichtung 48 und die Verbrennungseinrichtung
45 sind so ausgebildet, daß sie der Verbrennungseinrichtung 45 gesignete Dampf-Luftgemische
zuführen, damit die Verbrnnungsuinrichtung 45 mindestens 90 Prozent und bis zu 99,9
Prozent der Kohlenwasserstoffe zerstören, die ihr von den Oasdämpfen zugeführt werden.
Bei dem in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuer-
und vernichtungseinrichtung nit jedem von mehreren unterirdischen Lagertanks verbunden,
und je nach der Anzahl der Pumpen, die gleichzeitig in Betrieb sind, oder der Anzahl
der Lagertanks, die gleichzeitig gefüllt werden, arbeitet sie so, daß sie deren
Dampfemissionen steuert und vernicht. Der Einfachheit halber wird die Anordnung
der Steuer-und Vornichtungseinrichtung der vorliegenden Erfindung nur in werbindung
mit einem Lagertank näher beschrieben Des Druck-Unterdruck-Ventil 44 ist normalerweise
geschlossen, so daß die Kraftstoffdämpfe in dem unterirdischen Lagertank 18 normalerweise
nicht durch die Entlßftungsleitung 42 entweichen.
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Des Ventil 44 kann auf einen Druck von +145 min DB eingestellt werden,
so daß, falls der Dampfdruck in dem unterirdischen Lagertank während des Füllens
des Lagertanks zu groß wird, das Ventil 44 öffnet, um diesen Druck zu entlasten.
Wenn der flüssige Kraftstoff aus dem unterirdischen Lagertank abgezogen wird, öffnet
in der gleichen Weise die Unterdruckseite des Ventils 44, die auf -117 mm W8 eingestellt
sein kann, so daß atmosphärische Luft durch die Entlüftungsleitung eindringen
damit
- - -kann, Kavitation oder ein Einbrechen der Wände des Lagertanks 18 verhindert
wird. Das Druck-Unterdruck-Ventil 44 stellt somit eine Sicherungseinrichtung für
den Füll- und Entleerungs vorgang dar, und gleichzeitig verhindert es normalerweise,
daß Kraftstoffdämpfe in die Atmosphäre entweichen.
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Eine der beiden Betriebsstufen der Steuerungs- und Vernichtungseinrichtung
der vorliegenden Erfindung basiert auf dem Zustand, bei dem ein Kraftfahrzeugtank
von dem unterirdischen Lagertank gefüllt wird; hierbsi sei angenommen, daß die oben
beschriebenen Entlüftungsleitungen bezOglich des Kraftfahrseugtanks und auch bezüglich
des unterirdischen Lagertanks abgedichtet sind.
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In der Betriebsstufe 1, d.h., beim Füllen eines Kraftfahrzeugtanks,
sinkt der Kraftstoffpegel in dem unterirdischen Lagertank 18 geringfügig ab, während
die Flüssigkeit in den Kraftfahrzeugtank gepumpt wird. Im Kraftfahrzeugtank hat
die Zufuhr von flüssigem Kraftstoff zur Folge, daß die Kraftstoffdämpfe im Kraftfahrzeugtank
verdrängt werden und durch die EntlOftungeleitung 22 in den Dampfraum innerhalb
des unterirdischen Lagertanks 18 zurückgelangen. Wenn die Temperatur des flüssigen
Kraftstoffs und der Grad der Kohlenwasserstoffsättigung des Dampfes im Lagertank
und des Kraftstoffdampfes im Kraftfahrzeugtank die gleichen waren, bestünde keine
Veranlassung, Dämpfe zur Atmosphäre zu entlüften. Wenn jeddch die Dämpfe vom Kraftfahrzeugtank
kalter oder weniger gesättigt als der Kraftstoff und die Dämpfe im Lagertank sind,
expandieren die kalten Dämpfe,
und sie erfordern eine Entlastung
oder der Druck in dem unterirdischen Lagertank steigt an. Wenn die Dämpfe vom Kraftfahrzeugtank
wärmer sind als der Kraftstoff im Lagertank, werden die Dämpfe, sobald sie den Lagertank
erreichen, komprimiert, und sie rufen einen Unterdruckzustand in dem Lagertank hervor,
wenn nicht zusätzliche Luft vorgesehen wird.
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Während der unterirdische Tank von einem Tankwagen aus gefüllt wird,
werden die Dämpfe in dem unterirdischen Lagertank durch die Leitung 33 verdrängt,
und sie kehren in den Raum im Tankwagen oberhalb des Kraftstoffpegels 27 zurück.
Wenn der Kraftstoff im Tankwagen kälter oder weniger kohlenwasserstoffgesättigt
ist als der Kraftstoff im Lagertank, werden die warmen Kraftstofftäinpfe vom Lagertank,
die in den Tankwagen gelangen, komprimiert, und es wird dadurch zusätliche Luft
in dem Raum oberhalb des Flüssigkeitspegels 27 im Tankwagen erforderlich oder es
tritt eine Druckverringerung im Tankwagen ein. Wenn die Ugebungstemperatur und die
Temperaturen im Tankwagen größer sind als die der Kraftstoffdämpfe, die von dem
unterirdischen Lagertank korken, wird der Druck im Tankwagen großer, da die kühleren
Dämpfe, die aus dem Lagertank kommen, von den wärmere Tankwagenwänden erwärmt und
expandiert werden. Die Ubertragung der Kraftstoffdämpfe vom Lagertank rum Versorgungstank
und zum Kraftfahrzeugtank hat daher, je nach dem, ob der Kraftstoffspeicher wärmer
oder kälter ist, entgegengesetzte Auswirkungen auf die Expansions-Kontraktionsbezlehung
des
Dampfes, die in dem geschlossenen Dampfsystem auftritt, bis
der Versorgungs- oder Kraftfahrzeugtank vom System getrennt ist. Wird der Vorratstank
von einem Tankwagen zur selben Zeit gefüllt, wie Kraftstoff in Kraftfahrzeugtanks
gepumpt wird, so ergibt dies keinen besonders zu behandelnden Betriebszustand.
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Der Pumpdurchsatz beim Füllen von Kreftfahrzeugtenks an einer Tankstelle
dürfte 114 l/min nicht übersteigen. Ein typischer Durchsatz bei Füllen eines Lagertanks
unter Schwerkraftwirkung dürfte bis zu 15000 1 in 10 Minuten bzw. 1500 l/min betragen,
und dies kann derzeit als Durchschnittsfüllgeschwindigkeit für unterirdische Lagertanks
angesehen werden.
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In der Betriebsstufe 1 des beschriebenen Systems, d.h. bei relativ
niedrigem Abgabedruck und kleinem Dampfvolumen, werden die Kraftstoffdämpfe in der
Sammelleitung 46 durch einen Druckschalter 51 gesteuert, der auf den Dampfdruck
anspricht und der so eingestellt sein kann, daß er bei einem möglichst geringen
Druck schließt,in Abhängigkeit von dem negativen Druck, der erforderlich ist, um
die Kraftstoffdämpfe ru sammeln, beispielsweise von etwa -5,8 mm WS bis ru -12,7
mm WS.
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Um die Kraftstoffdämpfe mittels Unterdruck ru der Verbrennungseinrichtung
45 zu saugen, ist eine Druckluftquelle (nicht gezeigt) vorgesehen, die Luft bei
einem bevorzugten Druck in der Größenordnung von 2,1-7 kp/cm² liefert. Diese Druckluft
gelangt bei 65 (Figur 2) in das System und stimmt durch einen handbetätigbaren
Hohnen
66 und eine Leitung B7 zu einem Druckregler 68.
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Des Erfassen eines vorgegebenen Druckes durch den Druckschalter 51
bewirkt eine Betätigung eines Elektromagnetventils 69, das Luft bei einem vorgegebenen
Druck durch eine Verlängerung der Leitung 67 zu einem atmosphärischen Mischgerät
62 und einem Ejektor 62a zuführt. Das Mischgerät 62 kann ein BIG 107A Gerät der
Hauck MFG. Co. sein. Ein Luftdruck-Meßgerät 70 ist an der Leitung 67 angeschlossen,
und ein Luftdruckschalter 71 ist dein Luftdruck-Meßgerät 70 zugeordnet und liefert
einen vorgegebenen Druck, z.B. 1,4 kp/cm². Durch Schließen des Druckschalters 41
wird ermöglicht, daß Kraftstoffdampf, der sich in des System und dem Lagertank 18
gesammelt hat, durch das Elektromagnetventil 55 freigegeben wird, das durch den
Druckschalter 71 betitigt wird.
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Die Dämpfe, die durch das Elektromagnetventil 55 hindurchtreten, strömen
durch einen Rohrabschnitt 57 verringerten Durchmessers, um die Beschwindigkeit der
Dämpfe zu erhöhen, und anschließend durch ein Rückschlagventil 58, einen Flammenhalter
59, eine Druckabzapfeinrichtung 60 zu dem Ejektor 82a und dem Mischgerät 62, das
im vorliegenden Beispiel eine Kapazität von ungefähr 26,4 kW besitzt. Das Mischgerät
ist einer flammenhaltenden Brenner düse 63 zugeordnet. Wenn der Druckschalter 71
schließt, wodurch des Elektromagnetventil 55 geöffnet wird, das seinerseits den
richtigen Stroin von Kraftstoffdämpfen liefert, ist eine vollständige Verbrennung
der Kraftstoffdämpfe sichergestellt.
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Der Brenner 63 wird gelöscht, wenn der Dampfdruck auf den Wert sinkt,
auf den der Druckschalter 73 eingestellt ist; dieser Wert kann in der Größenordnung
von -16,1 mm WS liegen. Dieser Druckwert wird bestimmt durch einen vorgegebenen
Druckabfall des Systems, bei dem eine nennenswerte Leckage der Kraftstoffdämpfe
nach außen verhindert wird.
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Wenn der unterirdische Lagertank sehr rasch gefüllt wird, kenn der
Dampfdruck entsprechend rasch ansteigen, so daß der Dampf mit einer größeren Geschwindigkeit
als derjenigen, die der Brenner 63 liefert, verbrannt werden muB. Unter solchen
Umständen betätigt der Druckschalter 81, der auf -2,54 mm WS eingestellt sein kann,
das Elektromagnetventil 92 in der Druckluft-Leitung 87, die bei 93 an der Druckluft-Leitung
67 angeschlossen ist. In der Leitung 87 ist ein Druckregler 94 vorgesehen. Der Druckschalter
81 betätigt das Elektromagnutventil 92 in der Leitung 87, wodurch Druckluft dem
Druckschalter 71a zugeführt wird, der seinerseits das Elektromagnetventil 82 betätigt,
wodurch der Kraftstoffdampf in der Leitung 54 freigegeben wird. Die Leitung 54 kann
einen gröberen Durchmesser als die Leitung 53 haben, um ein gröberes Volumen an
Kraftstoffdampf durchzulassen. Das Elektromagnetventil 82 läßt Kraftstoffdampf zu
einem Rohrabschnitt 83 durch, der einen kleineren Durchmesser als die Leitung 54
besitzt, um die Geschwindigkeit des Dampfes zu erhöhen. Der Kraftstoffdampf vnn
dem Rohrabschnitt :3 gelangt durch ein Rückschlagventil 84,
einen
Flammenhalter 85, eine Druckabzapfeinrichtung 86 zu einer Verbindungsstelle mit
der Leitung 87 an einem Ejektor 88, der eine Kapazität von 293 kW bei etwa 6,3 kp/cm²
Luftdruck besitzt (und der ein Hauck BIG 230A Gerät sein kann), und der Kreftstoffdampf
gelangt dann zu dem Mischgerät 89. Das Mischgerät 89 fördert das Luft-Dampfgemisch
zu einem Brenner 90.
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Wenn der Gasdruck auf denjenigen Wert abfällt, auf den der Druckschalter
95 eingestellt ist (beispielsweise in der GrdBenordnung von -7,6 mm WS), gehen die
Brenner aus.
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Zum Zünden der Brenner 63 und 90 kann Naturges oder ein Propangasbehälter
100 verwendet werden; das Propangas wird einem Zündbrenner 101 durch ein Ein-Aus-Ventil
102, einen Druckregler 103 und ein Thermopilot-Relais mit einem Zündgasventil 104
zugeführt. Der Zündbrenner 101 zündet das Luft-Dampfgemisch entweder in der einen
oder der anderen der beiden Betriebsstufen des Systems. Wenn der Zündbrenner 101
aus irgendeinem Grund, beispielsweise wegen starken Zugs oder wegen Erschöpfung
des Propangasvorrats, ausgeht, wird das System betriebsunfähig, und das Thermopilot-Relais
bewirkt eine Entregung des gesamten Systems, wie weiter unter unter f-3ezuqnahme
auf Figur beschrieben wird.
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Die Brenner 63 und 69 gehen ihre Verbrennungsprodukte an einen Mehrrohr--Kamin
null, der ein vertikal vorlaufendes äußeres Rohr 106 auf weist, das etwa 2,44 m
hnch sein und einen Durchmesser von 15 cm
besitzen kann; der Kamin
besitzt eine genügend große Höhe und einen ausreichenden Durchmesser, damit ausreichend
Luft zur Verfügung steht, um den gesamten Rauch zu verbrennen. Der Kamin wird in
der Tankstelle mit einem Mindestabstand von 7.51 mm zu den Kraftstoffpumpen bzw.
zur Entlüftungsleitung 42 der Lagertanks angeordnet. Vorzugsweise wird der Kamin
in einer Höhe von 2,44 m oberhalb der Erde eingebaut. Durch diese Sicherheitsmaßnahmen
soll erreicht werden, daß, wenn das Ventil 44 öffnet, Kraftstoffdampf nicht in die
angrenzenden Gebäude oder zu der Zündfiamme in der Verbrennungseinrichtung strömt.
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Der Brenner 63 besitzt eine Achse, die zu der Achse des Rohres 106
ausgerichtet ist, in den Brenner 90 hineinverläuft und die gekrümmte Achse des Brenners
90 schneidet. Die Fläche 63a des Brenners 63 ist zentrisch innerhalb des Brenners
90 und unterhalb der Flache 90a des Brenners 90 angeordnet, wobei die nach oben
gerichteten Abschnitte der Brenner 63 und 90 ko-axial verlaufen. Ko-axial innerhalb
des äußeren Rohres 106 des Kamins befindet sich ein Rohr 107 kleineren Durchmessers,
das ungefähr 1 m lang ist und einen Durchmesser von ungefähr 6,35-9,5 mm besitzt.
Der untere Teil des Rohres befindet sich mit Abstand oberha]b der Fläche 90a des
Brenners 90, wodurch eine Brennkammer fi)r den kleinen Brenner 63 gebildet wird.
Die rurückgesetzte Anordnung der Fläche 63a des kleinen Brenners 63 und das innere
Rohr 107 kleineren Durchmessers sorgen für eine wirkungsvolle Betriebsweise des
kleinen Brenners innerhalb der Anordnung,
die für den graasren
Brenner erforderlich ist. Das Rohr 107 dient zur Aufnahme des Luft-Gasgemisches
des Brenners 63 und verhindert eine vorzeitige Kühlung des Gemischs, ehe die Verbrennung
beendet ist.
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Der Kamin sorgt dafür, daß Luft am Boden des Rohres 106 und an Öffnungen
108 eintritt, so daß genügend Luft dein im Mischgerät und Brenner gebildeten Luft-Gasgemisch
beigemengt wird, damit die Kohlenwasserstoffe in den Gemisch im wesentlichen vollstindig
verbrannt werden.
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Figur 3 zeigt ein Schaltdiagramm, bei dessen schreibund die Betriebsweise
des oben erläuterten Zweistufen-Brennersystems verständlich wird. Zur elektrischen
Versorgung (bei 110) dient ein 115 V 60 Hz-Einphasenstrom, und es sind eine Erdung
111, eine Sicherung 112 und ein Leistungsschalter 113 vorgesehen.
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Zwischen die Leitungen des Kreises 114 ist eine Lampe 115 geschaltet,
die anzeigt, daß die Leistung für das System vorhandeln ist. Das Thermopilot-Relais
104 ist an Klemmen 104a und 104b einer Verbindungsbox angeschlossen. Eine Lampe
116 ist vorgesehen, um anzuzeigen, dafl der Zöndbrenner normal brennt.
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Die Betriebsweise des Brennersystems der Figur 2 läI3t sich besser
verstehen durch eine Betrachtung der Figur 3, die eine schematische elektrische
Schaltung zur Betätigung der verschiedenen Druckschalter und Elektromagnetventile
zeigt. In
Figur 3 stellen die quadratischen Kästen lediglich Klemmen
in einer entfernten Anzeigebox dar, und die sechseckigen Symbols stellen Klemmen
in einer Verbindungsbox dar, die angrenzend an der Verbrennungseinheit angeordnet
sein kann.
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Eine Leitung 120 von der Klemme 121 verbindet den Druckschalter 73
in Reihe mit dem Druckschalter 51 durch die Klemme 122. Der Druckschalter 73 kann
auf einen Wert von -16,5 um Wg und der Druckschalter 51 auf einen Wert von -12,7
mm WS eingestellt sein. Wenn der Verdrängungsdruck in dem unterirdischen Legertank
18 während des Füllvorgangs größer wird, ist der Druckschalter 73 bei Drücken oberhalb
-16,5 mm WS normalerweise geschlossen, und wenn der vorgegebene Abgabedruck von
oberhalb -12,7 mm WS erreicht ist, schließt der Druckschalter 51, und ein Stromkreis
durch die Klemme 123 und die Klemmen 124, 125 des Elektromagnetventils 69 wird geschlossen,
sö daß Druckluft, 2 die auf einen Wert von ungefähr 3,5-7 kp/cm geregelt ist, dem
Mischgerät 62a und dem Brenner 63 zugeführt wird. In einigen Fellen, wenn ungenügend
Druckluft vorhanden ist, um diesen Dampf anzusaugen, kann eine größere Öffnung verwendet
werden.
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Durch dieses Schließen des Druckschalters 51 wird außerdem eine Lampe
126 erleuchtet, die anzeigt, daß der Abgabedruck erreicht ist.
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Ein Steuerrelais 125 mit Relaiskontakten 129, die zwischen den Klemmen
122 und 123 vorgesehen sind, umgeht den Druck schalter 51.
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Die Relaiskontakte des Steuerrelais 128 sind normalerwelse offen
und
werden geschlossen, wenn die Druckschalter 73 und 51 geschlossen werden. Das Steuerrelais
128 wird dazu verwendet, ein Ein- und Ausschalten des Elektromagnetventils 69 zu
verhindern, wenn sich der Druck im Bereich zwischen -16,5 mm WS und -12,7 mm WS
befindet. Das Steuerrelais zieht das Elektromagnetventil in seine Öffnungsstellung,
bis der Druckschalter 73 öffnet, und dient dazu, den Unterschied in den Druckbereichen
zwischen den beiden Druckschaltern zu überdecken. Dies kann auch durch Verwendung
eines einzigen Schalters mit einer gröBeren Druckdifferenz erreicht werden.
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Wenn der Abgabeluftdruck, wie oben beschrieben, erreicht worden ist,
schließt die Luft, die dem Brenner zugeführt wird, den Druckschalter 71. Die Leitung
130 ist em einen Ende mit der Klemme 123 und an ihrem anderen Ende mit der Klemme
131 durch den Druckschalter 71 verbunden, der, wenn er schließt, ein Öffnen des
Elektromagnetventils 45 bewirkt, das zwischen die Klemmen 132 und 133 geschaltet
ist. Gleichzeitig wird die Lampe 134 eingeschaltet, um anzuzeigen, daß Darnpfgase
mit einem Druck oberhalb des Abgabedrucks, auf den das System eingestellt worden
ist, dem kleinen Brenner 63 zugeführt werden.
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Wenn sich das Thermopilot-Reiais in der "Ein"-Stellung befindet, erzeugt
das Vorhandensein eines Gemisches von Dampf und Luft im Brenner 63 die Zündung des
Luft-Dampfgemischs für eine theoretisch vollständige Verbrennung der Gasdämpfe.
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Bei einigen Füllzuständen, wenn der Abgabedruck rasch ansteigt, derart,
daß der kleine Brenner und Ejektor nicht ausreichen, um den Druck abzusenken, ist
eine Brennereinheit größerer Kapazität erforderlich. Befindet sich das Thermopilot-Relais
in der "Ein"-Stellung ist eine Leitung 140 mit der Klemme 121 und der einen Seite
des Druckschalters 95 verbunden, der an der Klemme 141 und dem Druckschalter 81
angeschlossen ist.
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Wenn der zweite vorgegebene Abgabedruck der Dampfgase erreicht ist,
werden der Druckschalter 95, der auf einen Wert von -12,7 mm WS eingestellt sein
kenn, und der Druckschalter 81, der auf einen Wert von -2,54 mm WS eingestellt sein
kann, beide geschlossen, und sie schließen einen Kreis durch die Klemme 142 zu dem
Elektromegnetventil 92, um den Ejektor 88 mit Druckluft zu versorgen.
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Wie in der obigen Beschreibung ist ein Steuerrelais 143 mit zwei normalerweise
offenen Relaiskontakten 194 versehen, die an der Klemme 141 angeschlossen sind,
so daS in dem Druckbereich zwischen -12,7 mm WS und -2,54 mm WS ein Ein- und Ausschalten
des Elektromagnetventils verhindert wird. Von der Kleie 142 führt eine Leitung 147
zu dem Druckschalter 65, der, wenn geschlossen, durch die Klemme 146 mit den Klemmen
149 und 150 verbunden ist, um das Elektromagnetventil 82 zu betetlgen, damit Dampf
zu dem Brenner 89 strömen kann. Eine Lampe 142 wird unter diesen Unstinden eingeschaltet
und zeigt an, daß der Brenner 90 eingeschaltet ist.
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Der Brenner 63 innerhalb des Brenners 69 brennt gewöhnlich zur selben
Zeit wie der Brenner 90 in das Rohr 106 und brennt so lange weiter, wie der Dampfdruck
größer ist als der Wert, auf den Druckschalter 51 und 81 eingestellt sind. Wenn
der Dampfdruck in dem Entlüftungasystem auf die Druckwerte abfällt, auf die die
Druckschalter 73 und 95 eingestellt sind, hat ein Öffnen der Druckschalter 73 und/oder
95 zur Folge, daß die Kreise der Elektromagnetventils 69 und 92 wie auch der Dampfgas-Elektromagnetventils
55 und 82 geöffnet werden, so daß die Brenner 63 und 90 ausgehen.
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Die Druckschalter und Elektromagnetventile sind betriebsunfähig, wenn
nicht das Thermopilot-Relais 104 geschlossen und die Zündeinrichtung in Betrieb
ist. Ein Öffnen des Thermopilot Relais 104 entregt das gesamte elektrische System.
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Es sei darauf hingewiesen, daß im Betrieb des oben beschriebenen Systems
und durch die Verwendung der Steuerrelais, die eine "Ein-Aus"-Betriebsweise verhindern
und einen "Ein"-Zustand aufrechterhalten, bis die Druckschalter 73 und 95 ihren
eingestellten Druckwert erreichen, kein EntlOftungsgas zur Atmosphire entweicht,
und daß das System unmittelbar auf Änderungen des Dampfdrucks in den Entlüftungsleitungen
anspricht, die von Änderungen des Zustands des Dampfes in dem unterirdischen Lagertank
18 herrühren.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde den Brenner 63 und
90 eine Brennkapazität von 26,3 kW bzw. 293 kW zugeschrieben. Die gewählte Kapazität
der Brenner und die Druckwerteinstellung der Druckschalter kann etwas geändert werden
je nach der geographischen Lage der Tankstelle, insbesondere im Hinblick auf die
Höhe, auf die Art des Kraftstoffs (Xthyl oder normal), der in dem Tanklager gespeichert
wird, und die Umgebungstemperatur der Tankstelle, insbesondere jahreszeitbedingte
Xnderungen. Der Reid-Dampfdruck des Kraftstoffs, der an eine Tankstelle abgegeben
werden soll, kann sich ändern und ist im Winter höher, im Sommer niedriger und in
großen Höhen niedriger.
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jede Tankstelle kann Jeweils eine etwas andere Einstellung der Dampfvernichtungsanlage
erfordern. Ein Beispiel des Lsistungsinhalts eines Kraftstoffs mit einem Reid-Dampfdruck
von 0,77 kp/cm2 bei 16° C wird in der folgenden Tabelle angeben.
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Volumen % kWh/m3 Basis r 2,83 m3 (Btu/ft°) (100 ft³) Ethan 0,06 18,3
(1 775) 107 Propan 1,05 26, 1 (2 526) 2 650 isopropan 5,75 33,75 (3 268) 18 800
N-Butan 12,95 33,85 (3 276) 42 500 Butin 0,54 32,1 (3 124) 1 690 Isopentan 8,05
41,4 (4 012) 32 400 N-Pentan 4,02 41,6 (4 025) 16 200 Schweres Hexan 4,78 49,3 (4
773) 22 800 Luft 62,8 137 147 = 14,15 kWh/m³
Der Wärmeinhalt des
Kraftstoffdampfes auf einer luftfreien Basis beträgt ungsfähr 37,2 kWh/m³.
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Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß an verschiedenen Tankstellen
unterschiedliche Bedingungen in Betracht gezogen werden müssen, um die geeigneten
Drucksinstellungen für die Druckschalter und die Brennkapazität der beiden Brenner
festzulegen, so daß der überschüssige Dampfdruck richtig verarbeitet werden kann.
Solche unterschiedlichen Bedingungen umfassen die Kraftstoffmenge, die an den unterirdischen
Lagertank abgegeben wird, die Anzahl der Füllungen zur gleichen Zeit, die Temperatur
des Kraftstoffs im Tankwagen, die Zeitdauer, die die Ubertragung des flüssigen Kraftstoffs
von dem einen Tank zum anderen Tank erfordert, die maximale Menge des überechOseigen
Dampfvolumens, die erwartet werden kann, beispielsweise 1 bis 10 % des abgegebenen
Kraftstoffvolumens, und den Wärmeinhalt des Gases. Das Dampf-Luftgemisch, das an
die Brenner abgegeben wird, kann beispielsweise 40 % Gasdampf enthalten. Die atmosphärische
Luft, die im Kamin eintritt betragt 60 % was bei dem Wärmeinhalt des luft freien
Kraftstoffdampfes ein geeignetes Gemisch liefert, um die Kraftstoffdämpfe theoretisch
vollständig zu verbrennen, wobei die Brennkammern fürdiesen Zweck entsprechend ausgelegt
sind.
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Bei der Festlegung der Druckwerteinstellungun muß beachtet werden,
daß ein Betrieb bei niedrigerem Druck mehr Rauch verbraucht und größere Betriebskosten
mit sich bringt. Wenn
ein ungenügender Unterdruck vorhanden ist,
tritt an der Abgabedüse 12 eine zu große Leckage ein, und das gewählte System der
Druckunterschiede arbeitet nicht wie gewünscht. Wenn der Druckunterschiedsbereich
zu eng gewählt ist (was unerwünscht ist) arbeiten die Brenner zu häufig, wodurch
die Abnutzung und Beanspruchung des Systems und damit die Aufrechterhaltungskosten
erhöht werden. Für jede Anlage sollten daher die Druckschalter je nach den dort
herrschenden unterschiedlichen Bedingungen auf einen unterschiedlichen Druckdifferenzbereich
eingestellt werden, um eine optimale Betriebsweise für diese Anlage zu erzielen.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
können ohne Schwierigkeiten an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepaßt werden,
sind äußerst wirksam bei der Verringerung der Luftverschmutzung, die von dieser
Quelle herrührt, sind relativ kostengünstig einzubauen und aufrechtzuerhalten und
arbeiten automatisch. Die Rohrleitungsanordnung der Entlüftungsleitungen stellt
sicher, daß die Gasdämpfe, die von einem Übertragungsvorgang herrühren, durch den
Dampfraum von dem einen Ende des Lagertanks zu dessen anderem Ende strömen, ehe
die Dämpfe entlüftet und verbrannt werden.
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Aus der obigen Beschreibung dürfte deutlich sein, daß ein Verfahren
und eine Einrichtung geschaffen wurden, mit denen
unerwünschte
Kohlenwasserstoffe in den Kraftstoffdämpfen, die an einer Tankstelle emittiert werden,
theoretisch vollständig vernichtet werden können. Wenn sich auch das beschriebene
Ausführungabeispiel der Erfindung auf Kraftstoffdämpfe bezieht, lllBt sich das erfindungsgemäße
Verfahren auch bei anderen flüchtigen Flüssigkeiten einsetzen, um Gase zu vernichten,
die Ober die obere Explosivgrenze dieses Gases hinausgehen. Die Verwendung des Begriffs
Kraftstoff" schlieBt diese anderen Flüssigkeiten ein.
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