EP1568653A2 - Lüftungsmast-Überwachungssystem für Kraftstoffzisterne - Google Patents

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EP1568653A2
EP1568653A2 EP05003703A EP05003703A EP1568653A2 EP 1568653 A2 EP1568653 A2 EP 1568653A2 EP 05003703 A EP05003703 A EP 05003703A EP 05003703 A EP05003703 A EP 05003703A EP 1568653 A2 EP1568653 A2 EP 1568653A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
storage tank
measuring
measuring device
flow
gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05003703A
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English (en)
French (fr)
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EP1568653A3 (de
Inventor
Stefan Kunter
Wolfgang Dr. Schrittenlacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fafnir GmbH
Original Assignee
Fafnir GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1568653A2 publication Critical patent/EP1568653A2/de
Publication of EP1568653A3 publication Critical patent/EP1568653A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D7/00—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes
    • B67D7/06—Details or accessories
    • B67D7/32—Arrangements of safety or warning devices; Means for preventing unauthorised delivery of liquid
    • B67D7/3227—Arrangements of safety or warning devices; Means for preventing unauthorised delivery of liquid relating to venting of a container during loading or unloading
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D7/00—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes
    • B67D7/04—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes for transferring fuels, lubricants or mixed fuels and lubricants
    • B67D7/0476—Vapour recovery systems
    • B67D7/0478—Vapour recovery systems constructional features or components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D7/00—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes
    • B67D7/06—Details or accessories
    • B67D7/78—Arrangements of storage tanks, reservoirs or pipe-lines

Definitions

  • the invention relates to a ventilation mast monitoring system for Gas stations.
  • Fuels are usually stored in storage tanks that lie in the ground. Such a storage tank is one with connected to the ground outstanding ventilation mast, above the ever according to the pressure conditions prevailing in the storage tank gas (in particular a fuel / air mixture) emerge from the storage tank or air can enter the storage tank.
  • the pressure in the storage tank may vary, e.g. if after filling the Storage tanks of fuel to the temperature of the soil cools.
  • the fuel delivery rate not with the gas delivery rate of the gas recirculation system matches, it comes to pressure fluctuations in the storage tank.
  • causes can be e.g. Error in the gas recirculation system or refueling operations on motor vehicles involving fuel vapor be held with on-board resources (ORVR).
  • Ventilation masts are often in their upper one End area provided with a throttle or a vapor recovery valve.
  • a throttle has a high flow resistance and reduces therefore the gas flow through the ventilation mast, while a vapor recovery valve as a pressure relief valve in both directions acts, so that gas can only flow through the ventilation mast, when an overpressure in the storage tank is a predetermined value exceeds or a negative pressure falls below a predetermined value.
  • a ventilation mast monitoring system can be used become.
  • Such a system is described in EP 0 985 634 B1.
  • the ventilation mast with a vapor recovery valve, a check valve, a flow meter and a Hydrocarbon sensor serving mass spectrometer provided.
  • the measured data are processed and allowed in a control in particular, to recognize an ORVR vehicle during refueling and adjust the gas recycle to it.
  • the flow meter of the previously known ventilation tower monitoring system is a conventional device in its measuring dynamics is limited and e.g. can no longer capture quantitatively if when filling the storage tank a large amount of gas through the Ventilation mast escapes because the vapor recovery hose accidentally was not connected, for returning the refueling out of the storage tank displaced gas serves in the tanker.
  • the ventilation tower monitoring system for gas stations contains a thermal flow measuring device that a heater and a lying in the flow path, on the temperature of the heater responsive temperature sensor having.
  • This flow measuring device is designed to the over the ventilation mast of a storage tank of a gas station emerging from the storage tank or in the storage tank to capture incoming gas flow.
  • a hydrocarbon measuring device the set up the direction of the over the ventilation mast emerging from the storage tank or entering the storage tank Gas volume flow to capture.
  • suitable thermal flow measuring device is known from DE 199 13 968 A1 known.
  • the measuring principle is based on the fact that the in the influence of the heater lying temperature sensor for a given heat output with a large gas volume flow (ie at higher flow) is better cooled than at low Gas volume flow and consequently a correspondingly lower Temperature displays.
  • the temperature difference between the temperature sensor and the ambient temperature kept constant and the power supplied to the heater is detected; at rising Gas volume flow must also increase the heating power to to keep the temperature difference at the preselected value.
  • the power supplied to the heater is thus a measure of the flow to be measured.
  • Such a thermal flow measuring device has a large measurement dynamics, i. she is capable of a gas flow to quantify, by several orders of magnitude can vary.
  • the flow measuring device a dynamic range of at least 2 l / min to 1200 l / min; the measurement dynamics can be even greater.
  • High gas volume flows in the order of 1000 l / min occur mainly then when, when filling the storage tank, the vapor recovery hose not connected, as explained above.
  • the flow measuring device preferably assigned to at least two measuring ranges. These measuring ranges can be set by specifying a fixed temperature difference between the temperature of the temperature sensor and the Ambient temperature be selectable, with each of the heater supplied power is a measure of the measured Flow is. It is used to measure small gas flow rates a higher temperature difference switched than to measure large Gas volume flows, so that the heater supplied Performance in the two measuring ranges generally not too much is different.
  • the flowmeter can be calibrated by measurements be calibrated.
  • Ventilation mast monitoring system includes the hydrocarbon meter a thermal conductivity measuring cell.
  • the Thermal conductivity measuring cell preferably has a measuring cell housing, a heater and a temperature of this Heating device responsive temperature sensor.
  • the measuring cell housing is provided with at least one opening to enter of gas from the gas flowing through the ventilation mast in the measuring cell housing is set up.
  • thermal conductivity measuring cell is also known from DE 199 13 968 A1.
  • this is Thermal conductivity measuring cell similar to the flow measuring device built up.
  • the temperature sensor is not in the Flow path of the gas flowing through the ventilation mast, but has only one opening to this flow path, so the gas can slowly enter the measuring cell housing, without while dissipating heat by convection.
  • the temperature sensor is therefore determined by the heat conduction of the gas in the measuring cell housing cooled. This allows the determination of the thermal conductivity of the gas above the temperature of the temperature sensor or the heating power, as in DE 199 13 968 A1 closer explained.
  • hydrocarbons and air Gas mixture can be measured from the measured thermal conductivity to conclude the concentration of hydrocarbons.
  • the preferred hydrocarbon measuring device of the invention Systems thus allows a quantitative determination of Hydrocarbon concentration in the through the ventilation mast flowing gas mixture.
  • those of the hydrocarbon measuring device allow one measurement output Statement about the direction of the flow in the ventilation mast: If the hydrocarbon concentration is high, ie above of a given threshold (threshold), the Gas come from the storage tank and flows accordingly into the environment. If, on the other hand, the hydrocarbon concentration is low, the gas must essentially be air which is sucked by a negative pressure in the storage tank. To the Direction of flow through the ventilation mast as fast as possible To recognize the hydrocarbon measuring device should be close installed at the top of the ventilation tower.
  • the thermal flow measuring device and the preferred Hydrocarbon measuring device of the system according to the invention have a simple basic structure, work accurately and are inexpensive.
  • the system further a pressure measuring device that is adapted to the To detect pressure in the storage tank. If the pressure known is the emission of hydrocarbons from the Storage tank with the aid of the measured values for the gas volume flow and calculate the hydrocarbon concentration (see below).
  • the Measurement of pressure fluctuations in the storage tank can also for the Analysis of refueling operations and control of gas recirculation be beneficial. Such smaller pressure fluctuations occur in particular, when a vapor recovery valve on the ventilation mast not yet responsive and therefore no gas through the ventilation mast flows.
  • the system may include a temperature measuring device, which is adapted to the temperature in the storage tank capture.
  • the temperature in the storage tank determined via the vapor pressure curve the vapor pressure of the fuel and Accordingly, the hydrocarbon concentration in the gas phase over ' the fuel level of the storage tank. If this hydrocarbon concentration is known, may be a suitable limit be specified for the hydrocarbon concentration, the needed to follow the direction of passing through the ventilation mast Gas volume flow to determine, as explained above.
  • the Vapor pressure curves of summer and winter fuel are different, which in an evaluation in a control device can be taken into account.
  • the inventive System a control device which is adapted to supplied by measuring devices of the system measuring signals receive and process.
  • This control device is preferably a separate component that contains a calculator and / or can be connected to a computer.
  • the control electronics of connected measuring devices e.g. the thermal flow measuring device
  • the control device be joined to form a unit. It is but also possible, the respective control electronics near the individual measuring devices or in these measuring devices to integrate.
  • control device Preferably run in the control device or the associated Calculator control, regulation and Ausireprogramme starting to the to operate individual measuring devices and the obtained thereof Evaluate measured data.
  • control device may be configured to receive one of the flow meter detected gas flow as in the storage tank entering to process, if that of the Hydrocarbon measuring device detected hydrocarbon concentration falls below a predetermined limit.
  • This Limit value is preferably determined by means of the temperature in the Storage tank set, as already explained above.
  • the control device can also be adapted to the Hydrocarbon measuring device to activate when the gas volume flow above a predetermined threshold. In this way, dynamic effects can be caused by an unwanted Avoid heating up.
  • emitted measurement signals are evaluated.
  • a build-up in the storage tank pressure recognize it early and it is statements about the behavior when filling the storage tank possible.
  • Another application is the detection of too low pressure in the storage tank due to frequent ORVR refueling where the gas recirculation is switched off.
  • the control device is adapted to from the level measuring device Evaluate or process emitted measurement signals, because they allow conclusions about the causes of Pressure changes. So the level drops with a removal of Fuel, and very slowly. In contrast, he rises at one Filling the storage tank relatively quickly, so it because of a certain delay of pressure equalization over the Gas swing hose of the tanker to a usually stronger Pressure rise in the storage tank comes.
  • the tank content measurement allows a distinction between this pressure increase and the Case that the gas recirculation has too high a flow rate and thereby builds up an additional pressure in the storage tank.
  • California regulations are the allowed Pressure limits in the storage tank differently, depending on whether normal tank operation is present or a filling of the storage tank he follows; also for this is the by a tank content measurement information gained useful.
  • the control device may further comprise the measurement signals of the flow measuring device, the hydrocarbon measuring device and
  • the pressure measuring device process the emission of hydrocarbons from the storage tank. Because from the product of the hydrocarbon concentration, the total pressure and the volume flow can be by means of the current Measured values the instantaneous emission of hydrocarbons per Calculate the time unit from the storage tank. By integration over time the total emission, e.g. the loss on hydrocarbons with unconnected vapor recovery hose during a filling process of the storage tank. Instead of The measured pressure can also be approximated by the atmospheric pressure be used, but the accuracy is reduced.
  • the control device is adapted to a Alarm signal, if at least one of measurement signals of the Flow measuring device, the hydrocarbon measuring device and optionally the pressure-measuring device of particular value lies outside predetermined error limits. Limits, about for permissible emissions, are usually provided by lawmakers specified.
  • the measuring signals can be in the control device or convert an associated computer and convert, if necessary using further quantities or parameters (e.g. Calibration parameters), so that a comparison with a respective Limit value is possible.
  • a storage tank 1 which is located in the soil 2 stores liquid fuel.
  • the fuel level is 3.
  • the storage tank 1 can therefore be subjected to pressure but it can also create a negative pressure in it.
  • One Pressure equalization takes place via a ventilation mast 4.
  • At petrol stations are usually several storage tanks via a connecting line connected together, and this connection line is on connected to the ventilation mast, so that a ventilation mast for sufficient number of storage tanks. For the sake of simplicity, is in Figure 1, however, only the one storage tank 1 with the ventilation mast 4 drawn.
  • the ventilation mast 4 is at its end with its vapor recovery valve 6 provided when exceeding a predetermined overpressure in the storage tank 1 responds, so that gas from the storage tank 1 can escape, but also enter the storage tank 1 air leaves as soon as a specified negative pressure falls below becomes.
  • the pressure in the storage tank 1 can therefore only within vary according to given limits.
  • the ventilation mast 4 also have a throttle or simply with an opening in his Be provided upper end region.
  • a motor vehicle is refueled via a pump 10, wherein a Dispensing valve 12 is inserted into the tank neck of the motor vehicle becomes.
  • the fuel from the storage tank 1 via a Line 14 transported by means of a fuel pump 16.
  • the funded amount of fluid determines a counter 18.
  • the fuel exits at 20 from the nozzle 12 and flows into the Tank of the motor vehicle.
  • the amount of gas delivered is determined by gas flow monitoring 28 monitors, so if necessary e.g. the drive motor 25 is driven can be to the capacity of the gas pump 24 at adjust the amount of liquid delivered per unit time.
  • the pressure in the storage tank 1 during operation The system is not constant, but may be subject to fluctuations.
  • the cause of such fluctuations may be e.g. Changes in the Temperature of the fuel in the storage tank 1, defects in the Gas recirculation or refueling of ORVR vehicles.
  • the gas shuttle valve 6 escapes gas (essentially Hydrocarbons or a hydrocarbon / air mixture) the storage tank 1 or it enters gas (essentially air) in the storage tank 1 a.
  • gas essentially Hydrocarbons or a hydrocarbon / air mixture
  • the ventilation mast 4 with a ventilation mast monitoring 30 provided.
  • the ventilation mast monitoring 30 is located near the upper end of the ventilation tower 4.
  • the ventilation tower monitoring 30 contains in a common housing a thermal flow measuring device, the emerging from the storage tank 1 or entering into the storage tank 1 incoming gas flow, and a hydrocarbon measuring device used in the Location is the hydrocarbon concentration in the by the Ventilation mast 4 to detect flowing gas mixture.
  • a control device which is not shown in FIG. 1, the ventilation tower monitoring 30 forms a ventilation tower monitoring system.
  • the thermal flow measuring device constructed as explained above and in the DE 199 13 968 A1.
  • the hydrocarbon measuring device has in the embodiment a thermal conductivity measuring cell, whose principle was also explained at the beginning.
  • DE 199 13 968 A1 contains also a description of this thermal conductivity measuring cell.

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Abstract

Ein Lüftungsmast-Überwachungssystem für Tankstellen enthält eine thermische Durchfluss-Messvorrichtung (30) und eine Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung (30). Die thermische Durchfluss-Messvorrichtung (30) weist eine Heizeinrichtung und einen im Strömungsweg liegenden, auf die Temperatur der Heizeinrichtung reagierenden Temperatursensor auf und ist dazu eingerichtet, den über einen Lüftungsmast (4) eines Vorratstanks (1) einer Tankstelle aus dem Vorratstank (1) austretenden bzw. in den Vorratstank (1) eintretenden Gasvolumenstrom zu erfassen. Die Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung (30) ist dazu eingerichtet, die Richtung des über den Lüftungsmast (4) aus dem Vorratstank (1) austretenden bzw. in den Vorratstank (1) eintretenden Gasvolumenstroms zu erfassen. Vorzugsweise ist als weitere Systemkomponente eine Steuervorrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, von Messvorrichtungen des Systems abgegebene Messsignale zu empfangen und zu verarbeiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüftungsmast-Überwachungssystem für Tankstellen.
An Tankstellen werden die zum Betanken von Kraftfahrzeugen bestimmten Kraftstoffe in der Regel in Vorratstanks gelagert, die im Erdreich liegen. Ein solcher Vorratstank ist mit einem aus dem Erdreich herausragenden Lüftungsmast verbunden, über den je nach den im Vorratstank herrschenden Druckbedingungen Gas (insbesondere ein Kraftstoff/Luft-Gemisch) aus dem Vorratstank austreten oder Luft in den Vorratstank eintreten kann. Der Druck in dem Vorratstank kann variieren, z.B. wenn nach dem Befüllen des Vorratstanks der Kraftstoff auf die Temperatur des Erdreichs abkühlt. Auch wenn beim Betanken eines Kraftfahrzeugs die Kraftstoff-Förderrate nicht mit der Gas-Förderrate des Gasrückführ-Systems übereinstimmt, kommt es zu Druckschwankungen im Vorratstank. Ursachen dafür können z.B. Fehler im Gasrückführ-System oder Tankvorgänge an Kraftfahrzeugen sein, bei denen Kraftstoffdämpfe mit Bordmitteln festgehalten werden (ORVR).
Da der Druck in einem Vorratstank zunehmen und abnehmen kann und möglichst wenig Kraftstoffgas oder -dampf an die Umwelt abgelassen werden sollte, sind Lüftungsmaste häufig in ihrem oberen Endbereich mit einer Drossel oder einem Gaspendelventil versehen. Eine Drossel hat einen hohen Strömungswiderstand und reduziert daher den Gasvolumenstrom durch den Lüftungsmast, während ein Gaspendelventil als Überdruckventil in beiden Richtungen wirkt, sodass Gas nur dann durch den Lüftungsmast strömen kann, wenn ein Überdruck in dem Vorratstank einen vorgegebenen Wert überschreitet oder ein Unterdruck einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Um einen Überblick über die Druckverhältnisse in einem Vorratstank einer Tankstelle zu gewinnen und gegebenenfalls den Druck einzuregeln, kann ein Lüftungsmast-Überwachungssystem eingesetzt werden. Ein derartiges System ist in der EP 0 985 634 B1 beschrieben. Darin ist der Lüftungsmast mit einem Gaspendelventil, einem Rückschlagventil, einem Durchflussmesser und einem als Kohlenwasserstoff-Sensor dienenden Massenspektrometer versehen. Die Messdaten werden in einer Steuerung verarbeitet und erlauben es insbesondere, ein ORVR-Fahrzeug beim Betanken zu erkennen und die Gasrückführung darauf einzustellen.
Der Durchflussmesser des vorbekannten Lüftungsmast-Überwachungssystems ist ein herkömmliches Gerät, das in seiner Messdynamik begrenzt ist und z.B. nicht mehr quantitativ erfassen kann, wenn beim Befüllen des Vorratstanks eine große Menge an Gas durch den Lüftungsmast entweicht, weil der Gaspendelschlauch versehentlich nicht angeschlossen wurde, der zum Rückführen des beim Betanken aus dem Vorratstank verdrängten Gases in das Tankfahrzeug dient.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das vorbekannte Lüftungsmast-Überwachungssystem für Tankstellen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lüftungsmast-Überwachungssystem für Tankstellen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Lüftungsmast-Überwachungssystem für Tankstellen enthält eine thermische Durchfluss-Messvorrichtung, die eine Heizeinrichtung und einen im Strömungsweg liegenden, auf die Temperatur der Heizeinrichtung reagierenden Temperatursensor aufweist. Diese Durchfluss-Messvorrichtung ist dazu eingerichtet, den über den Lüftungsmast eines Vorratstanks einer Tankstelle aus dem Vorratstank austretenden bzw. in den Vorratstank eintretenden Gasvolumenstroms zu erfassen. Ferner ist in dem System eine Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die Richtung des über den Lüftungsmast aus dem Vorratstank austretenden bzw. in den Vorratstank eintretenden Gasvolumenstroms zu erfassen.
Eine für das erfindungsgemäße Lüftungsmast-Überwachungssystem geeignete thermische Durchfluss-Messvorrichtung ist aus der DE 199 13 968 A1 bekannt. Das Messprinzip beruht darauf, dass der im Einflussbereich der Heizeinrichtung liegende Temperatursensor bei gegebener Heizleistung mit einem großen Gasvolumenstrom (also bei stärkerer Strömung) besser gekühlt wird als bei geringem Gasvolumenstrom und demzufolge eine entsprechend geringere Temperatur anzeigt. Bei einer anderen Schaltung wird mit Hilfe einer Regelelektronik die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperatursensor und der Umgebungstemperatur konstant gehalten und die der Heizeinrichtung zugeführte Leistung erfasst; bei steigendem Gasvolumenstrom muss auch die Heizleistung steigen, um die Temperaturdifferenz auf dem vorgewählten Wert zu halten. Die der Heizeinrichtung zugeführte Leistung ist somit ein Maß für den zu messenden Durchfluss.
Eine derartige thermische Durchfluss-Messvorrichtung hat eine große Messdynamik, d.h. sie ist in der Lage, einen Gasvolumenstrom quantitativ zu erfassen, der um mehrere Größenordnungen variieren kann. Vorzugsweise weist die Durchfluss-Messvorrichtung eine Messdynamik von mindestens 2 l/min bis 1200 l/min auf; die Messdynamik kann aber auch noch größer sein. Hohe Gasvolumenströme in der Größenordnung von 1000 l/min treten vor allem dann auf, wenn bei der Befüllung des Vorratstanks der Gaspendelschlauch nicht angeschlossen wurde, wie oben erläutert.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit sind der Durchfluss-Messvorrichtung vorzugsweise mindestens zwei Messbereiche zugeordnet. Diese Messbereiche können durch Vorgabe einer festen Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Temperatursensors und der Umgebungstemperatur auswählbar sein, wobei die jeweils der Heizeinrichtung zugeführte Leistung ein Maß für den zu messenden Durchfluss ist. Dabei wird zum Messen kleiner Gasvolumenströme eine höhere Temperaturdifferenz geschaltet als zum Messen großer Gasvolumenströme, sodass die der Heizeinrichtung zugeführte Leistung in den beiden Messbereichen generell nicht zu sehr verschieden ist. Die Durchfluss-Messvorrichtung kann durch Kalibrierungsmessungen geeicht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lüftungsmast-Überwachungssystems weist die Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung eine Wärmeleitfähigkeits-Messzelle auf. Die Wärmeleitfähigkeits-Messzelle hat vorzugsweise ein Messzellengehäuse, eine Heizeinrichtung und einen auf die Temperatur dieser Heizeinrichtung reagierenden Temperaturfühler. Das Messzellengehäuse ist mit mindestens einer Öffnung versehen, die zum Eintreten von Gas aus dem durch den Lüftungsmast strömenden Gas in das Messzellengehäuse eingerichtet ist.
Eine bevorzugte Form der Wärmeleitfähigkeits-Messzelle ist ebenfalls aus der DE 199 13 968 A1 bekannt. Im Prinzip ist diese Wärmeleitfähigkeits-Messzelle ähnlich wie die Durchfluss-Messvorrichtung aufgebaut. Der Temperaturfühler liegt aber nicht im Strömungsweg des durch den Lüftungsmast strömenden Gases, sondern hat zu diesem Strömungsweg lediglich eine Öffnung, sodass das Gas langsam in das Messzellengehäuse eintreten kann, ohne dabei durch Konvektion Wärme abzuführen. Der Temperaturfühler wird daher maßgeblich durch die Wärmeleitung des Gases im Messzellengehäuse gekühlt. Dies erlaubt die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des Gases über die Temperatur des Temperaturfühlers bzw. die Heizleistung, wie in der DE 199 13 968 A1 näher erläutert. Bei einem aus Kohlenwasserstoffen und Luft bestehenden Gasgemisch kann man aus der gemessenen Wärmeleitfähigkeit auf die Konzentration der Kohlenwasserstoffe schließen.
Die bevorzugte Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung des erfindungsgemäßen Systems ermöglicht also eine quantitative Bestimmung der Kohlenwasserstoff-Konzentration in dem durch den Lüftungsmast strömenden Gasgemisch. Darüber hinaus erlauben die von der Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung abgegebenen Messsignale eine Aussage über die Richtung der Strömung in dem Lüftungsmast: Wenn die Kohlenwasserstoff-Konzentration hoch ist, also oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts (Schwellenwerts) liegt, muss das Gas aus dem Vorratstank stammen und strömt demnach in die Umgebung. Ist dagegen die Kohlenwasserstoff-Konzentration niedrig, muss es sich bei dem Gas im Wesentlichen um Luft handeln, die von einem Unterdruck in dem Vorratstank angesaugt wird. Um die Richtung der Strömung durch den Lüftungsmast möglichst schnell zu erkennen, sollte die Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung nahe dem oberen Ende des Lüftungsmasts installiert werden.
Die thermische Durchfluss-Messvorrichtung und die bevorzugte Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung des erfindungsgemäßen Systems haben einen einfachen Grundaufbau, arbeiten genau und sind kostengünstig.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das System ferner eine Druck-Messvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den Druck in dem Vorratstank zu erfassen. Wenn der Druck bekannt ist, lässt sich die Emission von Kohlenwasserstoffen aus dem Vorratstank mit Hilfe der Messwerte für den Gasvolumenstrom und die Kohlenwasserstoff-Konzentration berechnen (siehe unten). Die Messung von Druckschwankungen im Vorratstank kann auch für die Analyse von Tankvorgängen und die Steuerung der Gasrückführung vorteilhaft sein. Derartige kleinere Druckschwankungen treten insbesondere auf, wenn ein Gaspendelventil an dem Lüftungsmast noch nicht anspricht und demnach noch kein Gas durch den Lüftungsmast strömt.
Ferner kann das System eine Temperatur-Messvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Temperatur in dem Vorratstank zu erfassen. Die Temperatur in dem Vorratstank bestimmt über die Dampfdruckkurve den Dampfdruck des Kraftstoffs und demnach die Kohlenwasserstoff-Konzentration in der Gasphase über' dem Kraftstoffspiegel des Vorratstanks. Wenn diese Kohlenwasserstoff-Konzentration bekannt ist, kann ein geeigneter Grenzwert für die Kohlenwasserstoff-Konzentration vorgegeben werden, der benötigt wird, um die Richtung des durch den Lüftungsmast tretenden Gasvolumenstroms zu bestimmen, wie oben erläutert. Die Dampfdruckkurven von Sommer- und Winterkraftstoff sind unterschiedlich, was bei einer Auswertung in einer Steuervorrichtung berücksichtigt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße System eine Steuervorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, von Messvorrichtungen des Systems abgegebene Messsignale zu empfangen und zu verarbeiten. Diese Steuervorrichtung ist vorzugsweise eine separate Komponente, die einen Rechner enthält und/oder an einen Rechner angeschlossen werden kann. Ferner kann die Regelelektronik von angeschlossenen Messvorrichtungen (z.B. der thermischen Durchfluss-Messvorrichtung) mit der Steuervorrichtung zu einer Baueinheit zusammengeschlossen sein. Es ist aber auch möglich, die jeweilige Regelelektronik in der Nähe der einzelnen Messvorrichtungen unterzubringen oder in diese Messvorrichtungen zu integrieren.
Vorzugsweise laufen in der Steuervorrichtung bzw. dem zugeordneten Rechner Steuer-, Regel- und Auswerteprogramme ab, um die einzelnen Messvorrichtungen zu betreiben und die davon erhaltenen Messdaten auszuwerten.
So kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, einen von der Durchfluss-Messvorrichtung erfassten Gasvolumenstrom als in den Vorratstank eintretend zu verarbeiten, wenn die von der Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung erfasste Kohlenwasserstoff-Konzentration einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Dieser Grenzwert wird vorzugsweise mittels der Temperatur in dem Vorratstank festgelegt, wie bereits weiter oben erläutert.
Im Regelfall treten keine großen Gasvolumenströme durch den Lüftungsmast, sodass es sinnvoll ist, die Durchfluss-Messvorrichtung in einem Messbereich hoher Empfindlichkeit zu betreiben, um eine gute Messgenauigkeit zu ermöglichen, aber bei einem Anstieg des Gasvolumenstroms über einen vorgegebenen Wert hinaus auf einen Messbereich niedriger Empfindlichkeit umzuschalten. Hohe Gasvolumenströme können insbesondere infolge von Fehlern beim Befüllen des Vorratstanks auftreten, wie weiter oben bereits beschrieben.
Die Steuervorrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, die Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung zu aktivieren, wenn der Gasvolumenstrom oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Auf diese Weise lassen sich Dynamikeffekte durch eine ungewollte Aufheizung vermeiden.
Ferner können mit Hilfe der Steuervorrichtung von der Druck-Messvorrichtung abgegebene Messsignale ausgewertet werden. Dadurch lässt sich z.B. ein sich im Vorratstank aufbauender Überdruck frühzeitig erkennen und es sind Aussagen über das Verhalten beim Befüllen des Vorratstanks möglich. Eine weitere Anwendung ist das Erkennen von einem zu geringen Druck im Vorratstank infolge häufiger ORVR-Betankungen, bei denen die Gasrückführung abgeschaltet ist.
Häufig liegen Messsignale für den Inhalt (Füllstand) des Vorratstanks vor, die von einer unabhängigen Füllstand-Messvorrichtung gewonnen werden. Eine derartige Füllstand-Messvorrichtung kann aber auch einen Komponente des Systems sein. Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, von der Füllstand-Messvorrichtung abgegebene Messsignale auszuwerten bzw. zu verarbeiten, denn sie erlauben Rückschlüsse auf die Ursachen von Druckänderungen. So sinkt der Füllstand bei einer Entnahme von Kraftstoff, und zwar sehr langsam. Dagegen steigt er bei einer Befüllung des Vorratstanks verhältnismäßig schnell an, sodass es wegen einer gewissen Verzögerung des Druckausgleichs über den Gaspendelschlauch des Tankfahrzeugs zu einem in der Regel stärkeren Druckanstieg im Vorratstank kommt. Die Tankinhaltsmessung erlaubt eine Unterscheidung zwischen diesem Druckanstieg und dem Fall, dass die Gasrückführung eine zu hohe Förderleistung hat und sich dadurch ein zusätzlicher Druck in dem Vorratstank aufbaut. In den kalifornischen Vorschriften sind die zulässigen Druckgrenzen im Vorratstank unterschiedlich, je nachdem, ob normaler Tankbetrieb vorliegt oder eine Befüllung des Vorratstanks erfolgt; auch hierfür ist die durch eine Tankinhaltsmessung gewonnene Information nützlich.
Die Steuervorrichtung kann ferner die Messsignale der Durchfluss-Messvorrichtung, der Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung und optional der Druck-Messvorrichtung verarbeiten, um die Emission von Kohlenwasserstoffen aus dem Vorratstank zu bestimmen. Denn aus dem Produkt der Kohlenwasserstoff-Konzentration, des Gesamtdrucks und des Volumenstroms lässt sich mittels der momentanen Messwerte die momentane Emission von Kohlenwasserstoffen pro Zeiteinheit aus dem Vorratstank ausrechnen. Durch Integration über die Zeit ergibt sich die Gesamtemission, z.B. der Verlust an Kohlenwasserstoffen bei nicht angeschlossenem Gaspendelschlauch während eines Füllvorgangs des Vorratstanks. Anstelle des gemessenen Drucks kann als Näherungswert auch der Atmosphärendruck eingesetzt werden, was aber die Genauigkeit verringert.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, ein Alarmsignal abzugeben, wenn mindestens ein aus Messsignalen der Durchfluss-Messvorrichtung, der Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung und optional der Druck-Messvorrichtung bestimmter Wert außerhalb vorgegebener Fehlgrenzen liegt. Grenzwerte, etwa für zulässige Emissionen, werden in der Regel durch den Gesetzgeber vorgegeben. Die Messsignale lassen sich in der Steuervorrichtung oder einem zugeordneten Rechner umwandeln und umrechnen, gegebenenfalls unter Hinzuziehung weiterer Größen oder Parameter (z.B. Kalibrationsparameter), sodass ein Vergleich mit einem jeweiligen Grenzwert möglich wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung weiter veranschaulicht. Es zeigt
Figur 1
eine schematische Darstellung eines Vorratstanks einer Tankstelle mit einem Lüftungsmast sowie einer Zapfsäule mit Gasrückführung.
In Figur 1 ist das Gasrückführ-System einer Tankstelle in schematischer Weise veranschaulicht.
In einem Vorratstank 1, der sich im Erdreich 2 befindet, lagert flüssiger Kraftstoff. Der Kraftstoffspiegel liegt bei 3.
Über dem Kraftstoffspiegel 3 befinden sich gasförmige Kohlenwasserstoffe oder ein Gemisch aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Luft. Der Vorratstank 1 kann daher auf Druck beansprucht werden, es kann darin aber auch ein Unterdruck entstehen. Ein Druckausgleich erfolgt über einen Lüftungsmast 4. An Tankstellen sind in der Regel mehrere Vorratstanks über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden, und diese Verbindungsleitung ist an den Lüftungsmast angeschlossen, sodass ein Lüftungsmast für mehrere Vorratstanks ausreicht. Der Einfachheit halber ist in Figur 1 jedoch nur der eine Vorratstank 1 mit dem Lüftungsmast 4 eingezeichnet.
Der Lüftungsmast 4 ist an seinem Ende mit seinem Gaspendelventil 6 versehen, das beim Überschreiten eines vorgegebenen Überdrucks in dem Vorratstank 1 anspricht, sodass Gas aus dem Vorratstank 1 entweichen kann, das aber auch Luft in den Vorratstank 1 eintreten lässt, sobald ein vorgegebener Unterdruck unterschritten wird. Der Druck in dem Vorratstank 1 kann daher nur innerhalb vorgegebener Grenzen varriieren.
Anstelle des Gaspendelventils 6 kann der Lüftungsmast 4 auch eine Drossel aufweisen oder einfach mit einer Öffnung in seinem oberen Endbereich versehen sein.
Ein Kraftfahrzeug wird über eine Zapfsäule 10 betankt, wobei ein Zapfventil 12 in den Tankstutzen des Kraftfahrzeugs eingeschoben wird. Dabei wird der Kraftstoff aus dem Vorratstank 1 über eine Leitung 14 mit Hilfe einer Kraftstoffpumpe 16 transportiert. Die geförderte Flüssigkeitsmenge ermittelt ein Zähler 18. Der Kraftstoff tritt bei 20 aus dem Zapfventil 12 aus und fließt in den Tank des Kraftfahrzeugs.
Über eine Gasansaugöffnung 22 wird das beim Befüllen des Tanks des Kraftfahrzeugs verdrängte Gas angesaugt und mittels einer Gaspumpe 24, die von einem Antriebsmotor 25 angetrieben wird, über eine Leitung 26 in den Vorratstank 1 gefördert.
Die geförderte Gasmenge wird mittels einer Gasfluss-Überwachung 28 überwacht, sodass bei Bedarf z.B. der Antriebsmotor 25 angesteuert werden kann, um die Förderleistung der Gaspumpe 24 an die pro Zeiteinheit geförderte Flüssigkeitsmenge anzupassen.
Wie bereits erwähnt, ist der Druck im Vorratstank 1 beim Betrieb der Anlage nicht konstant, sondern kann Schwankungen unterliegen. Ursache für solche Schwankungen können z.B. Änderungen der Temperatur des Kraftstoffs im Vorratstank 1, Defekte an der Gasrückführung oder Betankungen von ORVR-Fahrzeugen sein. Beim Ansprechen des Gaspendelventils 6 entweicht Gas (im Wesentlichen Kohlenwasserstoffe oder ein Kohlenwasserstoff/Luft-Gemisch) aus dem Vorratstank 1 oder es tritt Gas (im Wesentlichen Luft) in den Vorratstank 1 ein. Um einen Überblick über den Gasfluss durch den Lüftungsmast 4 zu gewinnen und eine Überwachung durchführen zu können, ist der Lüftungsmast 4 mit einer Lüftungsmast-Überwachung 30 versehen.
Die Lüftungsmast-Überwachung 30 befindet sich in der Nähe des oberen Endes des Lüftungsmasts 4. Die Lüftungsmast-Überwachung 30 enthält in einem gemeinsamen Gehäuse eine thermische Durchfluss-Messvorrichtung, die den aus dem Vorratstank 1 austretenden bzw. in den Vorratstank 1 eintretenden Gasvolumenstrom erfasst, und eine Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung, die in der Lage ist, die Kohlenwasserstoff-Konzentration in dem durch den Lüftungsmast 4 strömenden Gasgemisch zu erfassen. Zusammen mit einer Steuervorrichtung, die in Figur 1 nicht eingezeichnet ist, bildet die Lüftungsmast-Überwachung 30 ein Lüftungsmast-Überwachungssystem.
Im Ausführungsbeispiel ist die thermische Durchfluss-Messvorrichtung so aufgebaut, wie eingangs erläutert und in der DE 199 13 968 A1 beschrieben.
Die Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung weist im Ausführungsbeispiel eine Wärmeleitfähigkeits-Messzelle auf, deren Prinzip ebenfalls eingangs erläutert wurde. Die DE 199 13 968 A1 enthält auch eine Beschreibung dieser Wärmeleitfähigkeits-Messzelle.
Die Funktionsweise des Lüftungsmast-Überwachungssystems mit der Lüftungsmast-Überwachung 30 und der zugehörigen Steuervorrichtung sowie die zahlreichen Möglichkeiten für Überwachungsverfahren, die sich damit ausführen lassen, sind bereits weiter oben erläutert. Dabei können auch Messsignale einer Druck-Messvorrichtung zum Erfassen des Drucks in dem Vorratstank 1, einer Temperatur-Messvorrichtung zum Erfassen der Temperatur in dem Vorratstank 1 sowie einer Füllstand-Messvorrichtung zum Erfassen des Füllstands in dem Vorratstank 1 (alle in Figur 1 nicht eingezeichnet) verarbeitet werden, wie oben beschrieben.

Claims (16)

  1. Lüftungsmast-Überwachungssystem für Tankstellen,
    mit einer thermischen Durchfluss-Messvorrichtung (30), die eine Heizeinrichtung und einen im Strömungsweg liegenden, auf die Temperatur der Heizeinrichtung reagierenden Temperatursensor aufweist und die dazu eingerichtet ist, den über einen Lüftungsmast (4) eines Vorratstanks (1) einer Tankstelle aus dem Vorratstank (1) austretenden bzw. in den Vorratstank (1) eintretenden Gasvolumenstrom zu erfassen, und
    mit einer Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung (30), die dazu eingerichtet ist, die Richtung des über den Lüftungsmast (4) aus dem Vorratstank (1) austretenden bzw. in den Vorratstank (1) eintretenden Gasvolumenstroms zu erfassen.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchfluss-Messvorrichtung (30) eine Messdynamik von mindestens 2 l/min bis 1200 l/min aufweist.
  3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss-Messvorrichtung (30) mindestens zwei Messbereiche zugeordnet sind, die vorzugsweise durch Vorgabe einer festen Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Temperatursensors und der Umgebungstemperatur auswählbar sind, wobei die jeweils der Heizeinrichtung zugeführte Leistung ein Maß für den zu messenden Durchfluss ist.
  4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung (30) eine Wärmeleitfähigkeits-Messzelle aufweist.
  5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeits-Messzelle ein Messzellengehäuse, eine Heizeinrichtung und einen auf die Temperatur dieser Heizeinrichtung reagierenden Temperaturfühler aufweist, wobei das Messzellengehäuse mindestens eine Öffnung hat, die zum Eintreten von Gas aus dem durch den Lüftungsmast (4) strömenden Gas in das Messzellengehäuse eingerichtet ist.
  6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Druck-Messvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Druck in dem Vorratstank (1) zu erfassen.
  7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Füllstand-Messvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Füllstand in dem Vorratstank (1) zu erfassen.
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis, 7, gekennzeichnet durch eine Temperatur-Messvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Temperatur in dem Vorratstank (1) zu erfassen.
  9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, von Messvorrichtungen des Systems abgegebene Messsignale zu empfangen und zu verarbeiten.
  10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, einen von der Durchfluss-Messvorrichtung (30) erfassten Gasvolumenstrom als in den Vorratstank (1) eintretend zu verarbeiten, wenn die von der Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung (30) erfasste Kohlenwasserstoff-Konzentration einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, wobei die Steuervorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, den Grenzwert mittels der Temperatur in dem Vorratstank (1) festzulegen.
  11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Durchfluss-Messvorrichtung (30) in einem Messbereich hoher Empfindlichkeit zu betreiben und bei einem Anstieg des Gasvolumenstroms über einen vorgegebenen Wert auf einen Messbereich niedriger Empfindlichkeit umzuschalten.
  12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung (30) zu aktivieren, wenn der Gasvolumenstrom oberhalb eines Schwellenwertes liegt.
  13. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, von der Druck-Messvorrichtung abgegebene Messsignale auszuwerten.
  14. System nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, von der Füllstand-Messvorrichtung abgegebene Messsignale auszuwerten.
  15. System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Alarmsignal abzugeben, wenn mindestens ein aus Messsignalen der Durchfluss-Messvorrichtung (30), der Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung (30) und optional der Druck-Messvorrichtung bestimmter Wert außerhalb vorgegebener Fehlergrenzen liegt.
  16. System nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, mittels von der Durchfluss-Messvorrichtung (30), der Kohlenwasserstoff-Messvorrichtung (30) und optional der Druck-Messvorrichtung abgegebener Messsignale die Emission von Kohlenwasserstoffen aus dem Vorratstank (1) zu bestimmen.
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