DE4000165A1 - Vorrichtung zur dampfsicherheitsrueckgewinnung, insbesondere fuer kraftstoffabfuellanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dampfrückgewinnung, insbesondere für Kraftstoffabfüllanlagen, die nicht nur eine wirksame, sichere und vollständige Rückgewinnung ohne die Notwendigkeit, faltenbalgartige Dichtungselemente vorzusehen, sicherstellt, sondern die auch unter Berücksichtigung der Explosionsgefahren eine maximale Eigensicherheit hinsichtlich der Bildung explosiver Gemische und bei allen Betriebsverhältnissen erlaubt und gleichfalls in der Lage ist, unter kritischen Bedingungen zu arbeiten, da angemessene Einrichtungen vorgesehen sind, die eine Explosionsausbreitung verhindern.

Dampfrückgewinnungsvorrichtungen für Kraftstoffabfüllanlagen sind bereits bekannt und umfassen im wesentlichen ein faltenbalgartiges Element, dessen Zweck darin besteht, eine Dichtung zwischen der Zapfpistole und dem Kraftstoffeinfüllrohr des zu füllenden Tankes des Kraftfahrzeuges zu liefern zusammen mit einem weiteren Rohr, das von der Kuppel des Unterbodentankes der Kraftstoffabfüllanlage zum Tank des Kraftfahrzeuges führt, um den Dampf von diesem mit oder ohne Hilfe einer Absaugpumpe rückzugewinnen.

Derartige bekannte Anordnungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, von denen der wichtigste in der kritischen Bedeutung der notwendigen hermetischen Abdichtung besteht, die der Faltenbalg liefern muß, was eine genaue und relativ arbeitsaufwendige Anpassung und fortlaufende Wartung erforderlich macht.

Wenn diesbezüglich der Faltenbalg keine vollständige Abdichtung liefert, dann nimmt nicht nur der Wirkungsgrad der Anordnung stark ab, da nicht mehr der gesamte Dampf abgesaugt wird, sondern entstehen auch prekäre Sicherheitsverhältnisse insbesondere dann, wenn eine Dampfabsaugpumpe verwandt wird, da dann ein nicht kontrolliertes Einsaugen von Luft das Dampf-Luft-Gemisch zu sehr verdünnen könnte, so daß es in bekannter Weise in den kritischen Explosionsbereich kommen könnte. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, sind die bekannten Zapfpistolen mit einer Einrichtung versehen worden, die die Abgabe des Kraftstoffes unterbricht, wenn die Abdichtung nicht perfekt ist (keine Dichtung, kein Kraftstofffluß). Derartige Einrichtungen haben jedoch keinen Gefallen bei den Benutzern, insbesondere bei Selbstbedienungsstationen gefunden, da sie dazu neigen, die Verbindung dieser Einrichtungen aufzubrechen, indem sie sie beschädigen, was die Anlage unwirksam und gefährlich macht.

Ein weiterer Nachteil bekannter Anordnungen ist die Schwierigkeit, den Unterbodentank der Anlage, der eine niedrigere Temperatur als der Tank des Kraftfahrzeuges hat, mit der speziellen Luftmenge zu versorgen, die notwendig ist, um die Abnahme im Volumen des rückgewonnenen Dampfes auszugleichen, die durch die niedrigere örtliche Temperatur bestimmt ist und zu einem Unterdruck in der Kuppel des Unterbodentankes führen könnte, was trotz der Tatsache, daß darin normale und ungefährliche Verhältnisse bei Anlagen ohne Dampfrückgewinnung zu sehen sind, sehr gefährlich bei bekannten Anlagen mit Rückgewinnung werden kann, bei denen der Rückgewinnungskreislauf direkt zur Kuppel oder Haube des Unterbodentankes führt, da die mögliche wiederholte und unkontrollierte Absorption von Luft aufgrund von Dichtungsfehlern zu den oben genannten Konsequenzen führt.

Ein weiterer Nachteil ist jedoch in der Tatsache zu sehen, daß bei bekannten Rückgewinnungsanlagen, die Saugpumpen oder Dampfstrahlpumpen verwenden, jeder Ansaugüberschuß nicht nur zu den oben genannten Explosionsgefahren führt, sondern auch einen Druck im Unterbodentank aufbaut, der vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes infolge eines möglichen Auslaufens des Kraftstoffes aus dem Tank schädlich ist.

Durch die Erfindung sollen die oben erwähnten Mängel dadurch beseitigt werden, daß eine Vorrichtung zur Dampfsicherheitsrückgewinnung, insbesondere für Kraftstoffabfüllanlagen, geschaffen wird, die kein faltenbalgartiges Dichtungselement verwendet und eine wirksame und vollständige Dampfrückgewinnung ohne die Gefahr einer Explosion oder eines unerwünschten Druckaufbaus im Unterbodentank sicherstellt.

Das wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß das Rückleitungsrohr für das rückgewonnene Dampf-Luft-Gemisch dieses Gemisch nicht mehr in die Haube oder die Kuppel des Unterbodentankes der Anlage, sondern zum Boden des Tankes leitet, von dem das Gemisch durch den Kraftstoff und in die Kuppel in Blasen hochsteigt, und für ein kontrolliertes Absaugen des Dampf-Luft-Gemisches durch eine Verdrängerpumpe gesorgt ist, deren Geschwindigkeit fortlaufend auf der Grundlage des abgegebenen volumetrischen Durchsatzes gesteuert wird, um ein Volumen an Dampf-Luft-Gemisch einzusaugen, das gleich dem Volumen des abgegebenen Kraftstoffes zuzüglich eines möglichen Luftüberschusses ist, der von der Temperatur der beiden Tanks abhängt, während fortlaufend die Dichte des eingesaugten Gemisches mit wenigstens einem Grenzwert verglichen wird, der ein sehr verdünntes und somit explosives Gemisch angibt.

Dadurch, daß in dieser Weise das rückgewonnene Dampf-Luft- Gemisch in Blasen durch den Kraftstoff aufsteigt, wird die Gemischtemperatur schnell auf die Temperatur des Unterbodentankes eingestellt, was zu einer schnellen volumetrischen Anpassung führt, so daß ein größeres Volumen als die abgegebene Menge eingesaugt werden kann, was insbesondere im Fall von Unterbodentanks mit einer Temperatur erforderlich ist, die unter der des rückgewonnen Gemisches liegt. Durch eine Verlängerung des Rückleitungsrohres zum Boden des Unterbodentankes ergibt sich, daß der Druck in diesem Rohr immer positiv ist, was jede Möglichkeit eines unerwünschten Eindringens von Luft von der Außenseite und einen Druckaufbau in der Tankkuppel verhindert.

Die Verwendung einer Verdrängerpumpe macht es einfach, das notwendige spezielle Gemischvolumen einzusaugen. Analytisch kann diesbezüglich nachgewiesen werden, daß das Volumen Qm durch die folgende Beziehung ausgedrückt werden kann:

wobei Qc den volumetrischen Durchsatz des abgegebenen Kraftstoffes bezeichnet, Po den gemessenen Außenluftdruck bezeichnet, Δ P den Druckabfall des Dampf-Luft-Gemisches gemessen am Einlaß der Verdrängerpumpe bezeichnet, Tc die gemessene Temperatur des abgegebenen Kraftstoffes bezeichnet, die in der Praxis der Temperatur des Dampf- Luft-Gemisches entspricht, das in der Kuppel des Unterbodentanks der Abfüllanlage enthalten ist, Tm die gemessene Temperatur des Dampf-Luft-Gemisches bezeichnet, das durch die Zapfpistole eingesaugt wird, Pv(Tc) den charakteristischen Dampfdruck des Kraftstoffes bei der Temperatur Tc bezeichnet, Pv(Tm) den charakteristischen Dampfdruck des Kraftstoffes bei der Temperatur Tm bezeichnet, ρ die Dichte des Dampf-Luft-Gemisches ist und ρ1 und ρ2 die temperaturbezogenen Grenzwerte bezeichnen, die den Dichtebereich begrenzen, in dem der volumetrische Durchsatz Qm allmählich auf Null herabgesetzt werden muß, um die Gefahr eine Explosion für ein zu stark mit Luft verdünntes Gemisch zu vermeiden.

In der obigen Gleichung gibt der erste Ausdruck in Klammern die Überschußluftmenge an, die eingesaugt werden muß, um die Abnahme im Volumen als Folge einer Temperatur des Unterbodentankes unter der Temperatur des rückzugewinnenden Gemisches zu kompensieren. Das gilt nur für Tm Tc, wohingegen für Tm < Tc dieser Ausdruck gleich 1 ist. Der zweite Ausdruck in Klammern gibt an, ob das Gemisch aufgrund einer zu starken Verdünnung gefährlich ist, so daß der volumetrische Durchsatz Qm herabgesetzt werden muß. Das gilt nur für ρ2 ρ ρ1, wohingegen für ρ < ρ1 dieser Ausdruck gleich 1 und für ρ < ρ2 dieser Ausdruck gleich Null ist.

Der genannte Ausdruck erlaubt es somit, die Anordnung selbst in dem Fall einer fehlerhaften Handhabung während der Kraftstoffabgabe beispielsweise beim Herausziehen der Zapfpistole vom Kraftstoffüllrohr des Fahrzeuges während der Abgabe oder im Fall von Fehlern oder dann, wenn spezielle Einrichtungen im Aufbau des Kraftfahrzeugtankes vorhanden sind, zu schützen. Aus dem obigen ist gleichfalls ersichtlich, daß die Kraftstoffabgabe leicht in allen nicht normalen Fällen einschließlich einer zu starken Verdünnung des Gemisches unterbrochen werden kann.

Der letzte Ausdruck berücksichtigt schließlich den Druckabfall des Gemisches, das in das Rückleitungsrohr von der Zapfpistole eingesaugt wird, und zwar am Einlaß der Verdrängerpumpe, der auch dazu benutzt wird, die Gemischdichte zu bestimmen.

Diesbezüglich wird die Dichte ρ mittels einer empirischen Gleichung der folgenden Art berechnet:

wobei v die Geschwindigkeit des Gemisches im Rückleitungsrohr, die im wesentlichen proportional zur Drehgeschwindigkeit n der Verdrängerpumpe ist, K(T) eine Variable ist, die eine Funktion der Temperatur und der Art des benutzten Kraftstoffs ist, Δ p der Druckabfall ist und die Exponenten a und b experimentell erhaltene Werte sind, die von der Geometrie und der Rauhigkeit des Rückleitungsrohres vom Ansaugpunkt zur Saugpumpe abhängen, wobei dieses Rohr so ausgebildet sein muß, daß in allen Fällen sichergestellt ist, daß die Bewegung des angesaugten Gemisches turbulent ist, was eine wesentliche Bedingung für die Gültigkeit der Gleichung (2) darstellt.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung das Rohr im Inneren entweder mit einem eingesetzten Spiralelement oder mit kornartigen Zusätzen versehen, die an die Innenwand geklebt sind oder im Inneren maschinell oder chemisch so bearbeitet, daß die Wand aufgerauht ist, um für eine erhebliche Wandrauhigkeit zu sorgen und somit eine stark turbulente Bewegung sicherzustellen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Wandrauhigkeit im starren Metallteil des Rückleitungsrohres an der Zapfpistole vorgesehen und konzentriert, dem ein wesentlich kleinerer Querschnitt als dem Rest des Rohres gegeben ist, der die Form eines Gummischlauches mit daher nicht konstanter Geometrie hat.

In dieser Weise wird der Druckabfall Δ p im Rückleitungsrohr von der Zapfpistole vom Einlaß der Verdrängerpumpe im wesentlichen in diesem Teil konzentriert, der aufgrund der Tatsache, daß er eine stabile und feste Geometrie hat, eine wirksame und wiederholbare Messung des Druckabfalles erlaubt, wobei diese Messung die Sicherheit der Anordnung ermöglicht, indem sie eine genaue, richtige und wiederholbare Ermittlung der Dichte ρ des angesaugten Dampf-Luft- Gemisches erlaubt. Damit die Anordnung sicher arbeitet, können K(T)-Werte verwandt werden, die einmal experimentell erhalten werden, indem entweder ein Sommerkraftstoff, d. h. ein Kraftstoff verwandt wird, der einen berechneten Wert ρ liefert, der immer kleiner oder gleich dem wirklichen Wert ist und somit einen Schutz gegenüber einer zu hohen Gemischverdünnung darstellt, bevor eine wirkliche Gefahr besteht, oder ein Winterkraftstoff benutzt wird, der niedrigere K(T)-Werte liefert, wobei jedoch in diesem Fall die Werte ρ1(T) und ρ2(T) in einem geeigneten Maß insbesondere für Temperaturen über 0°C erhöht werden.

Dieses zweite Verfahren erlaubt eine Arbeit mit größerer Genauigkeit bei niedrigen Temperaturen und mit Winterbenzin, wenn der Spielraum der Änderung der Dichte ρ um die Grenzwerte der möglichen Explosion moderat sind und wenn das erste Verfahren schnell zu einem Unterbrechen des Ansaugens führen würde.

Es ist ersichtlich, daß dann, wenn der Antriebsmotor der Verdrängerpumpe mit einer Drehzahl n gedreht wird, die gegeben ist durch

n = Qm/C (3)

wobei C die Kolbenverdrängung ist, die Pumpe immer das optimale notwendige Volumen einsaugen wird.

Die Vorrichtung zur Dampfsicherheitsrückgewinnung insbesondere für Kraftstoffabfüllanlagen, die ein Rohr zum Rückführen des Dampf-Luft-Gemisches von der Zapfpistole zum Unterbodentank der Anlage, eine Pumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird, um das Gemisch einzusaugen, ein Belüftungsrohr, das den Boden des Unterbodentanks mit der Außenluft verbindet, ein Rohr zum Befördern von Überschußdampf von der Kuppel des Unterbodentanks zu einer Dampfverflüssigungseinheit und ein Rückleitungsrohr für den verflüssigten Dampf von der Einheit zur Kuppel umfaßt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Rückleitungsrohr für das Dampf-Luft-Gemisch mit einem Rückschlagventil stromabwärts von der Pumpe versehen und mit dem Belüftungsrohr verbunden ist, das zum Boden des Unterbodentankes der Anlage verläuft und mit einem Rückschlagventil zur Außenluft versehen ist, die Saugpumpe, die auf das Rückleitungsrohr wirkt, eine Verdrängerpumpe ist, deren Elektromotor über Einrichtungen gesteuert wird, die seine Drehzahl zu jedem Zeitpunkt als Funktion des volumetrischen Durchsatzes des abgegebenen Kraftstoffes unter Berücksichtigung des Druckabfalles mit einem möglichen Luftüberschuß in Abhängigkeit von der Temperatur des Unterbodentankes und des Dampf-Luft-Gemisches regulieren und fortlaufend die effektive Dichte des Gemisches messen und mit einem Grenzwert vergleichen, der ein Gemisch angibt, das stark mit Luft verdünnt und daher explosiv ist, und Einrichtungen vorgesehen sind, die eine Ausbreitung einer Explosion verhindern und/oder begrenzen und sicherstellen, daß das Dampf-Luft-Gemisch im Rückleitungsrohr stromaufwärts von der Verdrängerpumpe turbulent ist.

Gemäß der Erfindung können die Einrichtungen, die eine Ausbreitung einer Explosion verhindern und/oder begrenzen, aus zwei Flammensperren, von denen eine in das Dampfrückleitungsrohr der Zapfpistole eingesetzt und die andere stromabwärts von der Verdrängerpumpe angeordnet ist, und aus einer Verlängerung des Rückleitungsrohres von der Dampfverflüssigungseinheit bis zum Boden des Unterbodentankes der Anlage bestehen, die gleichfalls mit einer Saugpumpe versehen ist.

In dieser Weise kann eine Explosion über der Pumpe sich weder stromabwärts der Pumpe, wo die Rohre unter einem positiven Druck liegen, noch in den zu füllenden Fahrzeugtank ausbreiten, wobei die Tatsache, daß der von der Verflüssigungseinheit rückgewonnene Dampf in Blasen in den Kraftstoff im Unterbodentank auf dessen Temperatur aufsteigt und daher der Dampf nicht gekühlt wird, die Rückgewinnung vor jeder Gefahr einer Explosion bewahrt.

Gemäß der Erfindung besteht die Einrichtung, die zu jedem Zeitpunkt die Drehzahl des Elektromotors der Verdrängerpumpe für das Dampf-Luft-Gemisch reguliert aus einem Speicherregister, in dem die Werte des Dampfdruckes als Funktion der Temperatur Pv(T) für den benutzten Kraftstoff gespeichert sind, an dessen Eingängen die gemessenen Werte der Temperatur Tc des abgegebenen Kraftstoffes und der Temperatur des Dampf-Luft-Gemisches Tm liegen und dessen Ausgänge mit einer Operationseinheit verbunden sind, der die gemessenen Werte des Außenluftdruckes Po und der Temperaturen Tc und Tm zugeführt werden. Der Ausgangswert der Operationseinheit, die die Eingangsdaten nach dem Ausdruck

verarbeitet, liegt dann an einem Komparator, der ihn mit 1 vergleicht, wobei dieser Wert dann, wenn er kleiner als 1 ist, gleich 1 gesetzt wird, während er in den anderen Fällen unverändert bleibt. Der Ausgangswert des Komparators liegt an einer Multipliziereinheit, an der auch das gemessene Volumen des abgegebenen Kraftstoffes Qc und der Ausgangswert einer weiteren Operationseinheit liegen, die den Ausdruck Po/Po-Δ p berechnet, wobei am Eingang dieser Einheit der gemessene Außenluftdruck Po und der Druckabfall Δ p des Dampf-Luft-Gemisches liegen, der am Einlaß der Verdrängerpumpe gemessen wird. An einem weiteren Speicherregister, in dem die temperaturbezogenen Grenzdichtewerte ρ1 und ρ2 gespeichert sind, liegt die gemessene Temperatur Tm, wobei seine Ausgänge mit einer dritten Operationseinheit verbunden sind, mit der der Ausgang einer zweiten Multipliziereinheit verbunden ist, an deren Eingängen der Ausgangswert eines Speicherregisters, in dem die experimentellen Werte K als Funktion der Temperatur gespeichert sind und an dessen Eingang Tm liegt, und der Ausgangswert einer weiteren Operationseinheit liegen, dessen Eingänge mit dem Druckabfall Δ p und mit dem Rückkoppelungsausgangswert des Elektromotors versorgt werden, der die effektive Drehzahl des Motors liefert, wobei diese Operationseinheit die Eingangsdaten nach Maßgabe des Ausdruckes Δ pa/v^b verarbeitet, der Ausgangswert der dritten Operationseinheit, der den Ausdruck

bestimmt, dann an einem Komparator liegt, an dem er unverändert bleibt, wenn er zwischen 0 und 1 liegt, gleich 1 gesetzt wird, wenn er größer als 1 ist, und gleich 0 gesetzt wird, wenn er kleiner als 0 ist, wobei der Komparator auch ein Ausgangssignal zum Abschalten der Kraftstoffabgabe liefert. Das Ausgangssignal dieses Komparators liegt an der Multipliziereinheit, deren Ausgang mit einem Teiler zum Teilen durch die bekannte Zylinderverdrängung der benutzten Verdrängerpumpe verbunden ist, so daß das Ausgangssignal die optimale Pumpendrehgeschwindigkeit wiedergibt, die schließlich zusammen mit dem Rückkoppelungsausgangswert des Elektromotors an einem Eingang eines PID-Reglers liegt, dessen Ausgang über einen Drehmomentstromwandler mit dem Elektromotor verbunden ist.

Das stellt daher sicher, daß der Ausgangswert der Multipliziereinheit den Ausdruck (1) liefert, in dem die Dichte ρ genau durch den Ausdruck (2) bestimmt ist, so daß im PID-Regler die tatsächliche Drehzahl des Motors mit dem optimalen Wert verglichen wird, der durch den Ausdruck (3) gegeben ist. Es ist auch sichergestellt, daß die Kraftstoffabgabe immer dann unterbrochen wird, wenn das Dampf-Luft-Gemisch zu stark verdünnt ist.

Gemäß der Erfindung besteht weiterhin die Einrichtung, die für eine turbulente Bewegung des Dampf-Luft-Gemisches im Rückleitungsrohr stromaufwärts von der Verdrängerpumpe sorgt, aus einem Spiralelement, das in das Rückleitungsrohr stromaufwärts von der Verdrängerpumpe eingesetzt ist, oder aus granulatförmigem Material, das an die Innenwand des Rohres geklebt ist, oder in einer Aufrauhung der Wand, die durch eine mechanische Bearbeitung oder eine chemische Behandlung erreicht wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Einrichtungen, die eine turbulente Bewegung des Dampf-Luft-Gemisches im Rückleitungsrohr stromaufwärts von der Verdrängerpumpe liefern, an dem Teil des Rückleitungsrohres vorgesehen, der in der Zapfpistole selbst liegt, wobei dieser Teil einen Querschnitt hat, der wesentlich kleiner als der des Restes des Rückleitungsrohres ist.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Kraftstoffabfüllanlage mit dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dampfrückgewinnungsvorrichtung und

Fig. 2 das Blockschaltbild der Schaltung, die zu jedem Zeitpunkt die Drehgeschwindigkeit der Verdrängerpumpe bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rückgewinnungsvorrichtung steuert.

In Fig. 1 sind die Pump- oder Zapfsäule 1 einer Kraftstoffabfüllanlage und der Unterbodentank 2 der Anlage dargestellt, dessen Kraftstoff 3, der über das Förderrohr 4 und die Filterkassette 5 durch die vom Elektromotor 7 angetriebene Förderpumpe 6 angesaugt wird, über den Entgaser 8, das Meßgerät 9 für den volumetrischen Durchsatz und von dort zum Abgaberohr 10 befördert wird, das mit einer Zapfpistole 11 versehen ist.

Das Meßgerät 9, das das Volumen Qc des abgegebenen Kraftstoffes mißt, ist mit einem Zähler 12 und über die Leitung 13 mit einer logischen Einheit 14 verbunden, an der über die Leitung 15 die gemessene Temperatur Tc des abgegebenen Kraftstoffes, die als im wesentlichen gleich der Temperatur des Dampfluftgemisches angesehen wird, das in der Kuppel 16 des Unterbodentankes 2 enthalten ist, und über die Leitung 17 der gemessene Außenluftdruck Po liegen.

Die Zapfpistole 11 ist mit einem zweiten starren Kanal 18 zum Einsaugen des Dampfluftgemisches von dem in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoff-Füllrohr des zu füllenden Kraftfahrzeugtankes versehen, wobei dieser Kanal mit dem Rückleitungsrohr 19 verbunden ist, das das Gemisch über eine Filterkassette 20 zum Boden des Unterbodentankes 2 befördert, von dem es in Form von Blasen in die Kuppel 16 aufsteigt. Die Zwangsförderung wird über eine Verdrängerpumpe 21 und durch eine Verbindung des Verteilers 22, mit dem die Rückleitungsrohre aller Pumpsäulen der Anlage in Verbindung stehen, mit dem Belüftungsrohr 23 der Anlage erreicht, das in bekannter Weise den Boden des Unterbodenbehälters 2 mit der Außenluft verbindet.

Da der Verteiler 22 immer unter Druck steht, um ein Austreten des Dampfluftgemisches zur Außenluft über die Zapfpistole oder über das Belüftungsrohr zu verhindern, sind ein Rückschlagventil 24 stromabwärts von der Verdrängerpumpe 21 und ein weiteres Rückschlagventil 25 am freien Ende des Belüftungsrohres 23 vorgesehen. Um wiederum eine Ausbreitung einer Explosion zu verhindern, sind zwei Flammensperren 26 und 27 am Ende des Kanals 18 der Zapfpistole 11, die mit dem Rückleitungsrohr 19 verbunden ist, und stromabwärts von der Verdrängerpumpe 21 vorgesehen.

Um eine Beschädigung über eine mögliche Explosion in der Dampfverflüssigungseinheit 28 zu vermeiden und/oder zu begrenzen, die einen üblichen Aufbau hat und über ein Vier- Wege-Zwei-Stellungsventil 29 und ein Rohr 30 mit der Kuppel 16 des Unterbodentankes 2 verbunden ist, ist das Rückleitungsrohr 31 von dieser Einheit weiterhin mit einer Saugpumpe 32 versehen und zum Boden des Unterbodentankes 2 verlängert, so daß der rückgewonnene Dampf ohne vorher abgekühlt zu werden zwangsweise die Kuppel 16 über eine Blasenbildung erreicht und somit durch den Kraftstoff 3 im Unterbodentank 2 abgekühlt wird.

Die Temperatur Tm des eingesaugten Dampfluftgemisches wird stromaufwärts von der Verdrängerpumpe 21 gemessen, wobei dieses Meßergebnis an der logischen Einheit 14 über die Leitung 33 liegt. Der Druckabfall Δ p des Gemisches im Rückleitungsrohr zwischen der Zapfpistole und der Verdrängerpumpe wird gleichfalls gemessen und über die Leitung 34 der logischen Einheit 14 zugeführt.

Da die Genauigkeit der Messung des Druckabfalls Δ p von der Genauigkeit abhängt, mit der der effektive Wert der Dichte ρ des angesaugten Gemisches berechnet wird, und da davon die Sicherheit der Anlage abhängt, ist darüber hinaus die Innenwand des starren Kanals 18 in der Zapfpistole 11 zum Ansaugen des Dampfluftgemisches künstlich aufgerauht, indem bspw. granulatförmiges Material 35 durch Kleben angebracht ist, so daß neben der Erzeugung einer turbulenten Bewegung des Gemisches, was für die Gültigkeit der Gleichung 2 notwendig ist, ein fester künstlicher Hochdruckabfall erzeugt wird, der jeden anderen Druckabfall, der entlang des Rückleitungsrohres 19 zwischen der Pistole 11 und der Pumpe 21 zufällig auftritt, praktisch vernachlässigbar macht. Dieser künstliche Druckabfall ist daher der Druckabfall, der als Wert Δ p ermittelt wird.

Die Verdrängerpumpe 21 wird schließlich von einem Elektromotor 36 angetrieben, der über die Leitungen 37 und 38 mit der logischen Einheit 14 verbunden ist und unter einer Momentansteuerung dieser Einheit mit einer Drehzahl n betrieben wird, die durch die Gleichung 3 ausgedrückt wird. Zu diesem Zweck umfaßt die logische Einheit 14 (s. Fig. 2) ein Speicherregister 39, das an seinem Eingang mit den Meßwerten der Temperaturen Tc und Tm über die Leitungen 15 und 33 versorgt wird und an seinen Ausgängen 40 und 41 die Dampfdruckwerte Pv(Tc) zu und Pv(Tm) bei den genannten beiden Temperaturen jeweils liefert. Die beiden Ausgangswerte an den Ausgängen 40 und 41 liegen dann zusammen mit dem gemessenen Außenluftdruckwert Po, der vom Rohr 17 über die Leitung 42 abgeleitet wird, und den Werten Cc und Tm, die von den Rohren 15 und 33 abgeleitet werden, über die Leitungen 43 und 44 jeweils am Eingang einer Operationseinheit 45, die den Ausdruck

berechnet.

Der Ausgangswert am Ausgang 46 der Operationseinheit 45 liegt dann an einem Komparator 47, der ihn mit dem Wert 1 vergleicht und ihn gleich 1 setzt, wenn er kleiner als 1 ist, sowie im übrigen unverändert läßt. Der Ausgangswert am Ausgang 48 des Komparators 47 liegt zusammen mit dem Meßwert des Volumens Qc des abgegebenen Kraftstoffes über die Leitung 13 und zusammen mit dem Ausgangswert des Ausgangs 50 einer weiteren Operationseinheit 51, die den Ausdruck Po/Po-Δ p berechnet und an ihren Eingängen über die Leitungen 10 und 34 mit den Meßwerten Po und dem Druckabfall Δ p versorgt wird, an einer Multipliziereinheit 49. Ein weiteres Speicherregister 52, das mit dem Wert Tm vom Rohr 33 über die Leitung 53 versorgt wird, liefert an seinen Ausgängen 54 und 55 die Grenzwertdichten ρ1 und ρ2, die einer dritten Operationseinheit 56 zugeführt werden, an der auch der Ausgangswert am Ausgang 57 einer zweiten Multipliziereinheit 58 liegt, die im wesentlichen den Wert der effektiven Dichte ρ nach Maßgabe des Ausdrucks (2) berechnet. Die Multipliziereinheit 58 wird diesbezüglich mit den Ausgangswerten am Ausgang 59 eines Speicherregisters 60, an dem der Wert Tm über die Leitung 53 liegt und das den Wert K(T) liefert, und mit dem Ausgangswert am Ausgang 61 einer weiteren Operationseinheit 62 versorgt, die den Ausdruck Δ p ^a /v ^p oder, was das gleiche ist, den Ausdruck Δ p ^a /n ^b berechnet, indem sie mit dem Wert Δ p vom Rohr 34 über die Leitung 63 versorgt wird und an der Rückkopplungsleitung 38 des Elektromotors 36 liegt (s. Fig. 1), die die Drehzahl n des Motors liefert.

Der Ausgangswert am Ausgang 64 der dritten Operationseinheit 56, der im wesentlichen der Wert des Ausdrucks

ist, liegt an einem Komparator 65, der den unverändert läßt, wenn er zwischen 0 und 1 liegt, ihn gleich 1 setzt, wenn er größer als 1 ist, und ihn gleich 0 setzt, wenn er kleiner als 0 ist, und gleichzeitig ein Signal zum Unterbrechen der Kraftstoffabgabe über die Leitung 66 liefert. Der Ausgangswert am Ausgang 67 des Komparators 65 liegt dann auch an der Multipliziereinheit 49, deren Ausgangswert am Ausgang 68, der im wesentlichen der Wert des Volumens Qm ist, der durch die Gleichung (1) ausgedrückt wird, durch die bekannte Zylinderverdrängung C der Verdrängerpumpe 21 im Teiler 69 geteilt wird, der somit an seinem Ausgang 70 die optimale Drehzahl n für die Verdrängerpumpe liefert. Der Ausgangswert am Ausgang 70 liegt schließlich zusammen mit dem Wert auf der Rückkopplungsleitung 38 vom Elektromotor 36 an einem PID- Regler 71, dessen Ausgangssignal über den Drehmomentstromwandler 72 zur Energieversorgung des Elektromotors 36 über die Leitung 37 dient.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Dampfsicherheitsrückgewinnung, i. b. für eine Kraftstoffabfüllanlage mit einem Rohr zum Rückführen des Dampfluftgemisches von der Zapfpistole zu einem Unterbodentank der Anlage, einer Pumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird, um das Gemisch anzusaugen, einem Belüftungsrohr, das den Boden des Unter­ bodentanks mit der Außenluft verbindet, einem Rohr zum Befördern von Überschußdampf von der Kuppel des Unterbodentankes zu einer Dampfver­ flüssigungseinheit und einem Rückleitungsrohr für den verflüssigten Dampf von der Einheit zur Kuppe dadurch gekennzeichnet, daß das Rückleitungsrohr (19) für das Dampfluftgemisch mit einem Rückschlagventil (24) stromabwärts von der Pumpe (21) versehen und mit dem Belüftungsrohr (23) verbunden ist, das sich zum Boden des Unterbodentanks (3) der Anlage erstreckt und mit einem Rückschlagventil (25) zur Außenluft versehen ist, die Pumpe (21), die auf das Rückleitungsrohr (19) wirkt, eine Verdrängerpumpe ist, deren Elektromotor (36) über Einrichtungen besteuert wird, die seine Drehzahl zu jenem Zeitpunkt als Funktion des volumetrischen Durchsatzes des abgegebenen Kraftstoffes unter Berücksichtigung eines Druckabfalls mit einem möglichen Luftüberschuß in Abhängigkeit von den Temperaturen des Unterbodentankes (3) und des Dampfluftgemisches und über eine fortlaufende Berechnung der effektiven Dichte des Gemisches und einen Vergleich mit wenigstens einem Grenzwert regulieren, der ein Gemisch angibt, das sehr stark mit Luft verdünnt und daher explosiv ist, und Einrichtungen vorgesehen sind, die eine Ausbreitung einer Explosion verhindern und/oder begrenzen und sicherstellen, daß das Dampfluftgemisch im Rückleitungsrohr (19) stromaufwärts von der Verdrängerpumpe (21) eine turbulente Strömung hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die eine Ausbreitung einer Explosion verhindert und/oder begrenzen, aus zwei Flammensperren (26, 27), von denen eine in das Dampfrückleitungsrohr (19) der Zapfpistole ein­ gesetzt ist und von denen die andere stromabwärts von der Verdrängerpumpe (21) angeordnet ist, und aus einer Verlängerung des Rückleitungsrohres (19) von der Dampfverflüssigungseinheit (28) bis zum Boden des Unterbodentankes (3) der Anlage bestehen, wobei diese Verlängerung mit einer Saugpumpe (32) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die zu jenem Zeitpunkt die Drehzahl des Elektromotors (36) der Verdrängerpumpe (21) für das Dampfluftgemisch regulieren, aus einem Speicherregister (39), in dem die Werte des Dampf­ druckes Pv(T) als Funktion der Temperatur des benutzten Kraftstoffes gespeichert sind, an dessen Eingängen die Meßwerte der Temperatur Tc des abge­ gebenen Kraftstoffes und der Temperatur Tm des Dampfluftgemisches jeweils liegen, dessen Ausgänge mit einer Operationseinheit (45) verbunden sind, an der die Meßwerte des Außenluftdruckes Po und der Temperaturen Tc und Tm liegen, wobei der Ausgangs­ wert der Operationseinheit (45), die die Eingangs­ daten nach dem Ausdruck verarbeitet, anschließend an einem Komparator (47) liegt, der diesen Wert mit 1 vergleicht, und gleich 1 setzt, wenn er kleiner als 1 ist, sowie i. ü. unverändert läßt, der Ausgangswert des Komparators (47) an einer Multipliziereinheit (49) liegt, an der auch das gemessene Volumen des abgegebenen Kraftstoffes C und der Ausgangswert einer weiteren Operations­ einheit (51) liegen, die den Ausdruck Po/(Po-Δ p) berechnet, und wobei diese Einheit (51) an ihrem Eingang mit den Meßwerten des Außenluftdruckes Po und des Druckabfalls Δ p des Dampfluftgemisches versorgt wird, der am Einlaß der Verdrängerpumpe (21) gemessen wird, und einem weiteren Speicherregister (52) bestehen, in dem die temperaturbezogenen Grenzwerte p 1 und p 2 gespeichert sind, die mit der gemessenen Temperatur Tm versorgt wird und an ihren Ausgängen mit einer dritten Operationseinheit (56) verbunden ist, an der der Ausgang einer zweiten Multiplizier­ einheit (58), deren Eingänge mit dem Ausgang eines Speicherregisters (60) versorgt werden, in dem die experimentellen Werte von K als Funktion der Temperatur gespeichert sind und dessen Eingang mit Tm versorgt wird, und der Ausgangswert einer weiteren Operationseinheit (62) liegen, deren Eingänge mit dem Druckabfall Δ p und mit dem Rückkopplungsausgangswert des Elektromotors (36) versorgt werden, der die tatsächliche Drehzahl des Motors (36) angibt, wobei die Operationseinheit (62) die Eingangsdaten nach Maßgabe des Ausdruckes Δ p ^a /v ^b verarbeitet, der Ausgangswert der dritten Operationseinheit (56), der den Ausdruck darstellt, anschließend an einem Komparator (65) liegt, der diesen Wert unver­ ändert läßt, wenn er zwischen 0 und 1 liegt, ihn gleich 1 setzt, wenn er größer als 1 ist, und ihn gleich 0 setzt, wenn er kleiner als 0 ist, wobei der Komparator (65) ein gleichzeitiges Ausgangssignal zum Abschalten der Kraftstoffabgabe liefert und wobei der Ausgangswert des Komparators (65) an der Multipliziereinheit (49) liegt, deren Ausgang mit einem Teiler (69) zum Teilen durch die bekannte Zylinderverdrängung C der benutzten Verdrängerpumpe (21) liegt, so daß dessen Ausgangswert die optimale Pumpendrehzahl wiedergibt, die schließlich zusammen mit dem Rückkopplungsausgangswert des Elektromotors (36) am Eingang eines PID-Reglers (71) liegt, dessen Ausgangssignal den Elektromotor (36) über einen Drehmomentstromwandler (72) mit Energie versorgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die für eine turbulente Bewegung des Dampfluftgemisches im Rückleitungsrohr (19) strom­ aufwärts von der Verdrängerpumpe (21) sorgt, aus einem Spiralelement besteht, das in das Rückleitungsrohr (19) stromaufwärts von der Pumpe (21) eingesetzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die für eine turbulente Bewegung des Dampfluftgemisches im Rückleitungsrohr (19) strom­ aufwärts von der Verdrängerpumpe (21) sorgt, aus einem granulatförmigen Material (35) besteht, das über einen Klebstoff an die Innenwand des Rückleitungsrohres (19) stromaufwärts von der Pumpe (21) geklebt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die für eine turbulente Bewegung des Dampfluftgemisches im Rückleitungsrohr (19) strom­ aufwärts von der Verdrängerpumpe (21) sorgt, aus einer Aufrauhung der Innenwand des Rohres (19) besteht, die über eine mechanische Bearbeitung oder eine chemische Behandlung erzielt wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die für eine turbulente Bewegung des Dampfluftgemisches im Rückleitungsrohr (19) strom­ aufwärts von der Verdrängerpumpe (21) sorgt, an dem Teil des Rückleitungsrohres (19) vorgesehen ist, der sich in der Zapfpistole (11) selbst befindet, wobei dieser Teil einen Querschnitt hat, der wesentlich kleiner als der des Restes des Rückleitungsrohres (19) ist.