DE102019134474A1 - Fuel supply device for cryogenic fuels - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungseinrichtung (1) für kryogene Kraftstoffe zur Versorgung von Fahrzeugen (2), insbesondere Wasserfahrzeugen, mit einer Leitungsverbindung (3) umfassend eine jeweilige stationäre Anschlussleitung (4) des Fahrzeuges (2) und der Kraftstoffversorgungseinrichtung (1) sowie eine diese Anschlussleitungen (4) während eines Fördervorganges mittels eines Anschlusses (5) verbindende flexible Verbindungsleitung (6). Um unerwünschte Rückstände sowie mögliche Umweltbelastungen durch Reststoffe in der Verbindungsleitung (6) nach dem Ende der Kraftstoffförderung zu vermeiden, ist die Verbindungsleitung (6) mittels eines Halteelementes (7) in einem Bogen derart geführt, dass zumindest ein Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung (6) geodätisch oberhalb der beiden Anschlüsse (5)in einer konvexen Anordnung positionierbar ist. Um die Verbindungsleitung zu entleeren, ist eine Einlassöffnung (13) für ein gasförmiges Fluid vorgesehen, welches mit einem geeigneten Überdruck in die Verbindungsleitung (6) eingeblasen wird und sich anschließend in dem höchsten Punkt der Leitungsverbindung (3) sammelt. Infolgedessen wird das in der Verbindungsleitung (6) eingeschlossene Kraftstoffvolumen in zwei Stränge unterteilt. Diese können nun unter dem Einfluss der Schwerkraft bei einem ausreichenden Gasvolumen in die jeweilige Richtung abströmen und gelangen so entweder entgegen der Förderrichtung zurück in das Versorgungsfahrzeug oder die Versorgungseinrichtung oder in Förderrichtung in das zu versorgende Fahrzeug (2).The invention relates to a fuel supply device (1) for cryogenic fuels for supplying vehicles (2), in particular watercraft, with a line connection (3) comprising a respective stationary connection line (4) of the vehicle (2) and the fuel supply device (1) as well as one of these Flexible connection line (6) connecting connecting lines (4) during a conveying process by means of a connection (5). In order to avoid undesirable residues and possible environmental pollution from residues in the connecting line (6) after the end of the fuel delivery, the connecting line (6) is guided in a bend by means of a retaining element (7) in such a way that at least one section of the connecting line (6) geodetically can be positioned in a convex arrangement above the two connections (5). In order to empty the connecting line, an inlet opening (13) is provided for a gaseous fluid which is blown into the connecting line (6) with a suitable excess pressure and then collects at the highest point of the line connection (3). As a result, the volume of fuel enclosed in the connecting line (6) is divided into two lines. Under the influence of gravity, if there is a sufficient gas volume, these can flow off in the respective direction and thus either get back into the supply vehicle or the supply device against the conveying direction or in the conveying direction into the vehicle to be supplied (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungseinrichtung zur Versorgung von Fahrzeugen, insbesondere Wasserfahrzeugen, oder sonstigen mobilen Einrichtungen mit einem kryogenen Kraftstoff, wobei die Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einer Leitungsverbindung umfassend eine jeweilige stationäre Anschlussleitung des Fahrzeuges oder der Einrichtung sowie eine diese Anschlussleitungen während eines Fördervorganges mittels eines lösbaren Anschlusses verbindende, in einem Bogen geführte flexible Verbindungsleitung ausgestattet ist.The invention relates to a fuel supply device for supplying vehicles, in particular watercraft, or other mobile devices with a cryogenic fuel, the fuel supply device having a line connection comprising a respective stationary connecting line of the vehicle or the device and a connecting line connecting these connecting lines during a conveying process by means of a detachable connector , is equipped with a flexible connection line guided in a bend.
Solche Kraftstoffe aus verflüssigtem Gas, deren Siedepunkt oder kritische Temperatur bei dem in einem Speicherbehälter herrschenden Druck weit unterhalb üblicher Umgebungstemperaturen liegt, gewinnen aufgrund des gestiegenen Energiebedarfes und der Umweltbelastung durch konventionelle Energieträger zunehmend an Bedeutung. Sie neigen infolge von Druck- und Temperaturänderungen leicht zum Verdampfen.Such fuels made from liquefied gas, the boiling point or critical temperature of which is far below normal ambient temperatures at the pressure prevailing in a storage container, are becoming increasingly important due to the increased energy demand and the environmental pollution caused by conventional energy sources. They tend to evaporate easily as a result of pressure and temperature changes.
Da Erdgas bei atmosphärischem Normaldruck im Vergleich zu beispielsweise Dieselkraftstoff eine sehr geringe Speicherdichte und einen niedrigeren volumetrischen Heizwert als Diesel besitzt, wird das Erdgas auf etwa 200 bar verdichtet (CNG = Compressed Natural Gas) oder durch Temperatursenkung auf-162 °C verflüssigt (LNG = Liquefied Natural Gas), damit eine ausreichende Energiemenge im Kraftfahrzeug mitgeführt werden kann.Since natural gas has a very low storage density and a lower volumetric calorific value than diesel at normal atmospheric pressure compared to, for example, diesel fuel, the natural gas is compressed to around 200 bar (CNG = Compressed Natural Gas) or liquefied by lowering the temperature to -162 ° C (LNG = Liquefied Natural Gas) so that a sufficient amount of energy can be carried in the vehicle.
Gemäß der
Aus der
Darüber hinaus sind aus der
Derzeit erfolgt die LNG-Betankung von Wasserfahrzeugen, beispielsweise Passagierschiffen, mittels eines sogenannten Bunkerschiffes oder einer schwimmenden Plattform. Hierzu wird eine flexible Verbindungsleitung angeschlossen und der dauernde Tankvorgang gestartet.At present, LNG refueling of water vehicles, for example passenger ships, is carried out by means of a so-called bunker ship or a floating platform. For this purpose, a flexible connection line is connected and the continuous refueling process is started.
Eine schwimmende LNG-und/ oder LPG-Verladeplattform zur Verladung von LNG oder LPG auf Tankschiffe ist beispielsweise aus der
Als nachteilig bei solchen Verbindungsleitungen, insbesondere zwischen relativ zueinander beweglichen Fahrzeugen und Einrichtungen, hat sich in der Praxis erwiesen, dass der hierbei erforderliche bogenförmige Verlauf der Verbindungsleitung zum Ausgleich des relativen Abstandes zu einer Ansammlung des geförderten Kraftstoffes nach Beendigung der Förderung führt. Insbesondere verbleiben also nach dem Abschalten der Förderpumpe in der Verbindungsleitung stets noch erhebliche Restmengen des Kraftstoffes, die einer Entsorgung zugeführt werden müssen. Hinzu kommt, dass diese Restmenge zu einem Sicherheitsrisiko, insbesondere der mit der Handhabung der Leitungsverbindung befassten Personen, werden kann, wobei zudem ein Sicherheitsbereich einzuhalten ist, welcher der Nutzung der benachbarten Aufenthaltsbereiche durch Personen in unerwünschter Weise einschränkt.A disadvantage of such connecting lines, in particular between vehicles and devices that are movable relative to one another, has proven in practice that the curved course of the connecting line required here to compensate for the relative distance leads to an accumulation of the fuel delivered after the delivery has ended. In particular, after the feed pump has been switched off, considerable residual amounts of the fuel still remain in the connecting line and must be disposed of. In addition, this residual amount can become a security risk, in particular for those involved in handling the line connection, with a security area also having to be maintained which undesirably restricts the use of the neighboring areas by persons.
Es ist bereits daran gedacht worden, einen bestimmten Neigungswinkel der Leitungsverbindung gegenüber der Horizontalen zuverlässig einzuhalten und einen bogenförmigen Verlauf dadurch zu vermeiden, dass die Leitungsverbindung biegefest und teleskopierbar ausgeführt wird. Dadurch wird ein Längenausgleich erreicht und dennoch eine ausreichende Formstabilität zur Überbrückung eines Zwischenraumes zwischen dem Fahrzeug bzw. der Einrichtung gewährleistet. Eine solche Gestaltungsform hat sich jedoch als aufwendig und nur eingeschränkt praktikabel erwiesen.It has already been considered to reliably maintain a certain angle of inclination of the line connection with respect to the horizontal and to avoid an arcuate course by making the line connection rigid and telescopic. This achieves length compensation and still ensures sufficient dimensional stability for bridging an intermediate space between the vehicle or the device. However, such a design has proven to be complex and only practicable to a limited extent.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabung der Kraftstofffördereinrichtung wesentlich zu verbessern. Insbesondere sollen dabei erhöhte Anforderungen an den Arbeitsschutz erfüllt sowie die durch Reststoffe entstehende Umweltbelastung wesentlich vermindert werden.The invention is based on the object of significantly improving the handling of the fuel delivery device. In particular, increased requirements for occupational health and safety are to be met and the environmental pollution caused by residues is to be significantly reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kraftstofffördereinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved according to the invention with a fuel delivery device according to the features of
Erfindungsgemäß ist also eine Kraftstofffördereinrichtung vorgesehen, bei der die Verbindungsleitung mittels eines Halteelementes in einem Bogen derart geführt ist, dass zumindest ein Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung geodätisch oberhalb der beiden Anschlüsse in einer konvexen Anordnung positionierbar ist und dass die Leitungsverbindung eine Einlassöffnung zum Einblasen eines gasförmigen Fluides, beispielsweise Stickstoff, oder eines gasfreisetzenden Fluides aufweist. Indem die Verbindungsleitung in einem Bogen in einer konvexen Anordnung geführt ist, können sich in der Verbindungsleitung keine Kraftstoffmengen sammeln. Nach Abschalten einer Kraftstoffförderpumpe oder einer Unterbrechung des Anschlusses an die Anschlussleitung, entleert sich die Verbindungsleitung aufgrund des Heberprinzips nicht etwa selbsttätig, sondern das Kraftstoffvolumen verbleibt zunächst in der Verbindungsleitung, sodass es unter keinen Umständen zu einem unkontrollierten Austreten von Kraftstoff aus der Verbindungsleitung in die Umgebung kommen kann. Hierdurch werden wesentlich erhöhte Sicherheitsanforderungen zum Schutz der beteiligten Personen sowie der Umgebung realisiert. Um die konvex verformte Verbindungsleitung zu entleeren, ist diese Leitungsverbindung erfindungsgemäß mit zumindest einer Einlassöffnung für ein gasförmiges Fluid, beispielsweise Stickstoff, ausgestattet. Dieses wird mit einem geeigneten Überdruck in die Leitungsverbindung eingeblasen und sammelt sich anschließend in dem höchsten Punkt der Verbindungsleitung. Infolgedessen wird das in der Verbindungsleitung eingeschlossene Kraftstoffvolumen durch das Gasvolumen in zwei Stränge unterteilt. Diese können nun unter dem Einfluss der Schwerkraft bei einem ausreichenden Gasvolumen in die jeweilige Richtung abströmen und gelangen so entweder entgegen der Förderrichtung zurück in das Versorgungsfahrzeug oder in Förderrichtung in den Kraftstofftank der Versorgungseinrichtung oder des zu versorgenden Fahrzeuges. Dieser Vorgang erfolgt kontrolliert in Abhängigkeit des zugeführten Gases. Die Verbindungsleitung entleert sich somit restlos selbstständig. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Einlassöffnung auch dazu genutzt werden, die Kraftstoffzuführung kontrolliert zu unterbrechen, wenn sich beispielsweise die Kraftstoffströmung allein aufgrund des Heberprinzips ohne eine Pumpwirkung von selbst einstellt oder aber um das Kraftstoffvolumen gezielt in der Verbindungsleitung zu halten, sodass dieses nach dem Trennen von dem zu versorgenden Fahrzeug oder der Einrichtung beispielsweise zur Spülung einem Kreislaufsystem angeschlossen werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die Zuführung von gasförmigen Fluiden beschränkt. Vielmehr kann durch die Einlassöffnung auch eine Flüssigkeit zugeführt werden, die in der Umgebung des kryogenen Kraftstoffes ein Gas freisetzt.According to the invention, a fuel delivery device is provided in which the connecting line is guided in an arch by means of a holding element in such a way that at least one line section of the connecting line can be geodetically positioned above the two connections in a convex arrangement and that the line connection has an inlet opening for blowing in a gaseous fluid, for example nitrogen, or a gas-releasing fluid. Since the connecting line is guided in a curve in a convex arrangement, no quantities of fuel can collect in the connecting line. After a fuel pump has been switched off or the connection to the connection line is interrupted, the connection line does not drain automatically due to the siphon principle, but the fuel volume initially remains in the connection line, so that under no circumstances can fuel leak out of the connection line into the environment in an uncontrolled manner can come. This means that significantly increased security requirements for protecting the people involved and the environment are implemented. In order to empty the convexly deformed connecting line, this line connection is equipped according to the invention with at least one inlet opening for a gaseous fluid, for example nitrogen. This is blown into the line connection with a suitable excess pressure and then collects in the highest point of the connection line. As a result, the volume of fuel enclosed in the connecting line is divided into two lines by the volume of gas. Under the influence of gravity, if there is a sufficient gas volume, these can flow off in the respective direction and thus either get back into the supply vehicle against the conveying direction or in the conveying direction into the fuel tank of the supply device or the vehicle to be supplied. This process takes place in a controlled manner depending on the gas supplied. The connecting line empties completely automatically. Of course, the inlet opening according to the invention can also be used to interrupt the fuel supply in a controlled manner if, for example, the fuel flow adjusts itself solely on the basis of the siphon principle without a pumping action or to keep the fuel volume in the connecting line in a targeted manner, so that it is after disconnection from the The vehicle to be supplied or the device, for example for flushing, can be connected to a circulatory system. The invention is not limited to the supply of gaseous fluids. Rather, a liquid can also be supplied through the inlet opening, which liquid releases a gas in the vicinity of the cryogenic fuel.
Erfindungsgemäß ist die Einlassöffnung an dem Wellrohr vorgesehen, sodass sich das Gas am höchsten Punkt des Rohrbogens sammelt und den Flüssigkeitsstrom unterbricht. Beispielsweise führt hierzu ein verschließbarer Entlüftungsschlauch von der Umgebung bis in den höchsten Bereich des Wellrohres.According to the invention, the inlet opening is provided on the corrugated pipe so that the gas collects at the highest point of the pipe bend and interrupts the flow of liquid. For example, a closable ventilation hose leads from the surroundings to the highest area of the corrugated pipe.
Die Einlassöffnung ist vorzugsweise in einem nicht flexiblen Abschnitt der Leitungsverbindung, gegebenenfalls auch im Anschlussflansch angeordnet.The inlet opening is preferably arranged in a non-flexible section of the line connection, possibly also in the connection flange.
Die Erfindung schließt auch solchen Ausführungsformen ein, bei welcher die Einlassöffnung mit einer Leitung verbunden ist, durch die das zugeführte gasförmige Fluid dem höchsten Punkt der Verbindungsleitung zugeführt wird. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn die Einlassöffnung in der Verbindungsleitung, Anschlussleitung und/oder dem Anschluss angeordnet ist und als eine Durchbrechung der jeweiligen Leitung ausgeführt ist. Es hat sich gezeigt, dass eine separate Leitungsführung des zugeführten Gases entbehrlich ist, weil sich das Gas selbsttätig am höchsten Punkt der Verbindungsleitung sammelt. Beispielsweise genügt es, wenn eine einzige Einlassöffnung in Strömungsrichtung bei der Kraftstoffversorgung vor der Verbindungsleitung angeordnet ist, weil das zugeführt Gas von dem Kraftstoff mitgeführt wird. Wenn die Einlassöffnung in den Anschluss, insbesondere den Anschlussflansch, integriert ist, kann diese mit vergleichsweise geringem Aufwand auch bei bereits vorhandenen Kraftstoffversorgungseinrichtungen nachgerüstet werden.The invention also includes such embodiments in which the inlet opening is connected to a line through which the supplied gaseous fluid is supplied to the highest point of the connecting line. In contrast, it is particularly practical if the inlet opening is arranged in the connecting line, connecting line and / or the connection and is designed as an opening in the respective line. It has been shown that a separate line routing of the supplied gas is unnecessary because the gas collects automatically at the highest point of the connecting line. For example, it is sufficient if a single inlet opening is arranged in the direction of flow in the fuel supply upstream of the connecting line, because the gas supplied is carried along by the fuel. If the inlet opening is integrated into the connection, in particular the connection flange, it can also be retrofitted to existing fuel supply devices with comparatively little effort.
Bei einer anderen, ebenfalls besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist jeweils eine Einlassöffnung beiderseits des höchsten Leitungsabschnittes der Verbindungsleitung in der Leitungsverbindung angeordnet, sodass die Verbindungsleitung beispielsweise auch dann zuverlässig durch die Gaszuführung entleert werden kann, wenn diese zwei durch eine Zwischensenke verbundene Leitungsabschnitte aufweist. Mittels der beiden Einlassöffnungen können so auch voneinander getrennte konvexe Bereiche mit dem erforderlichen Gasvolumen versorgt werden.In another, also particularly advantageous embodiment of the invention, an inlet opening is arranged on both sides of the highest line section of the connection line in the line connection, so that the connection line can also be reliably emptied through the gas supply, for example, if it has two line sections connected by an intermediate sink. By means of the two inlet openings, convex areas separated from one another can also be supplied with the required gas volume.
Eine weitere, ebenfalls besonders zweckmäßige Ausgestaltungsform der Erfindung wird auch dadurch realisiert, dass die Einlassöffnung ein Ventil aufweist, um so die gewünschte Gasmenge problemlos zuführen zu können. Dabei kann das Ventil auch mit einer Drucksteuerung ausgestattet sein, sodass das Fluid zuverlässig mit dem jeweils erforderlichen Überdruck zugeführt wird.A further, likewise particularly expedient embodiment of the invention is also implemented in that the inlet opening has a valve in order to be able to supply the desired amount of gas without problems. The valve can also be equipped with a pressure control so that the fluid is reliably supplied with the overpressure required in each case.
Hierbei hat es sich bereits als besonders sinnvoll erwiesen, wenn das gasförmige Fluid mit einem Überdruck von mehreren bar zugeführt wird, sodass sich die erforderliche Menge des Gases schnell im Bereich des höchsten Leitungsabschnittes der Verbindungsleitung sammelt.It has already proven to be particularly useful here if the gaseous fluid is supplied with an overpressure of several bar so that the required amount of gas quickly collects in the area of the highest line section of the connecting line.
Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltungsform wird zudem auch dadurch realisiert, dass die Verbindungsleitung doppelwandig ausgeführt ist mit einem Medienrohr und mit einem Mantelrohr, die zwischen sich einen Ringspalt einschließen. Hierdurch wird einerseits die erforderliche Flexibilität der Verbindungsleitung sichergestellt, andererseits auch eine hochgradig wirksame thermische Isolierung der Verbindungsleitung erreicht, wobei zwischen dem Medienrohr und dem Mantelrohr bevorzugt eine Vakuumisolierung des Ringspaltes vorgesehen sein kann. Weiterhin kann der Ringspalt auch ein thermisches Isoliermaterial einschließen.Another embodiment, which is also particularly promising, is also implemented in that the connecting line is double-walled with a media pipe and a casing pipe which enclose an annular gap between them. This ensures, on the one hand, the required flexibility of the connecting line and, on the other hand, a highly effective thermal insulation of the connecting line, with vacuum insulation of the annular gap preferably being provided between the media pipe and the jacket pipe. Furthermore, the annular gap can also include a thermal insulating material.
Besonders bevorzugt ist die Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einer Sensoreinrichtung zur Überwachung des Vakuums in dem Ringspalt ausgestattet, sodass mögliche Leckagen, die gegebenenfalls auch zum Austreten von Kraftstoff in die Umgebungen führen könnten, unverzüglich erfasst werden können.The fuel supply device is particularly preferably equipped with a sensor device for monitoring the vacuum in the annular gap, so that possible leaks, which could possibly also lead to fuel escaping into the surroundings, can be detected immediately.
Eine weitere, ebenfalls besonders praxisgerechte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Verbindungsleitung als Wellrohr mit einem Medienrohr und/oder einem gewellten Mantelrohr als ausgeführt ist, sodass die so geschaffene Verbindungsleitung neben den hervorragenden Isolationseigenschaften auch eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit bei zugleich hochgradiger Flexibilität aufweist.Another, also particularly practical embodiment of the invention is also achieved in that the connecting line is designed as a corrugated pipe with a media pipe and / or a corrugated jacket pipe, so that the connecting line created in this way, in addition to the excellent insulation properties, also has a particularly high mechanical load capacity with a high degree of resistance Has flexibility.
Die Verbindungsleitung könnte beispielsweise durch ein Zugmittel, insbesondere im Bereich der geometrischen Mitte der Verbindungsleitung angehoben werden. Besonders zweckmäßig hat sich eine Weiterbildung erwiesen, bei welcher das Halteelement eine insbesondere bogenförmige Aufnahme, beispielsweise eine Traverse für die Verbindungsleitung aufweist, welche ihrerseits beispielsweise mittels eines Hebemittels auf die gewünschte Höhe angehoben werden kann. Auf dieser Aufnahme liegt die Verbindungsleitung auf, sodass ein unerwünschtes Abknicken der Verbindungsleitung oder sonstige Unstetigkeitsstellen weitgehend ausgeschlossen sind.The connecting line could be raised, for example, by a pulling means, in particular in the area of the geometric center of the connecting line. A further development has proven to be particularly useful in which the holding element has a particularly curved receptacle, for example a cross member for the connecting line, which in turn can be raised to the desired height, for example by means of a lifting means. The connection line rests on this receptacle so that undesired kinking of the connection line or other points of discontinuity are largely excluded.
Eine andere, ebenfalls besonders zweckmäßige Ausgestaltungsform der Erfindung wird auch dadurch realisiert, dass die Aufnahme mehrere gegen eine Umfangsfläche der Verbindungsleitung anliegende, antreibbare Räder und/oder Rollen aufweist. Auf den Rädern oder Rollen liegt die Verbindungsleitung auf, sodass durch einen Antrieb eine Vorschubbewegung der Verbindungleitung in beide Richtungen vorgenommen und dadurch zugleich die Aufnahme zwischen dem Versorgungsfahrzeug und dem zu versorgenden Fahrzeug zentriert werden kann. Zudem kann so ein Ausgleich der Änderung der relativen Höhe der beiden Fahrzeuge während der Versorgung vorgenommen werden. Hierzu wird die Verbindungsleitung nachgeführt. Hierzu dienen antreibbare Räder, zwischen denen das Wellrohr kraftschlüssig eingeschlossen ist, um so eine geregelte Vorschubbewegung des Wellrohres einzustellen.Another, likewise particularly expedient, embodiment of the invention is also realized in that the receptacle has several drivable wheels and / or rollers resting against a circumferential surface of the connecting line. The connecting line rests on the wheels or rollers so that a drive can move the connecting line in both directions and thereby center the receptacle between the supply vehicle and the vehicle to be supplied. In addition, the change in the relative height of the two vehicles can be compensated for during the supply. The connection line is tracked for this purpose. Drivable wheels are used for this, between which the corrugated pipe is frictionally enclosed, in order to set a regulated feed movement of the corrugated pipe.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipskizze eine Kraftstoffversorgungseinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R230 | Request for early publication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |