DE29516989U1 - Gasbetankungsanlage - Google Patents

Gasbetankungsanlage

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Description

2081GM
Gasbetankungsanlage Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine stationäre Betankungsaniage für erdgasbetriebene Kraftfahrzeuge, welche mit einem Verdichter und einem Druckspeicher sowie einer Zapfsäule ausgestattet ist.
Der Verbrauch an Erdgas als relativ zu anderen Energieträgern umweltverträgliche Primärenergie nimmt in Europa und insbesondere in Deutschland immer mehr zu. Damit verbunden sind Anstrengungen, Erdgas auch als Kraftstoff im Kraftfahrzeugverkehr, insbesondere im personengebundenen
is Nahverkehr, einzusetzen. Dabei wird Erdgas unter hohem Druck als „compressed natural gas (CNG)" in die Tanks der Fahrzeuge eingebracht. Der Übergang aus einer Gaspipeline in den Tank eines Kraftfahrzeuges stellt hohe technische Anforderung an eine derartige Betankungsaniage, insbesondere für die schnelle Betankung von Fahrzeugfiotten im Personennahverkehr, die in der Regel innerhalb kurzer Zeit vollbetankt werden müssen.
Es sind Gasbetankungsanlagen bekannt, die im wesentlichen aus einer Gasanschiußleitung, einer Verdichtereinheit, einem Speicher und einer Zapfstelle bestehen, wobei der oberirdische Speicher als Dreibanksystem mit kleinen Druckflaschen, also insgesamt geringem Volumen und maximal 250 bar Fülldruck, ausgerüstet sind und einer Verdichtereinheit, die aus einem Kompressor besteht, der in einer 1 Stunde eine Leistung abgibt, die in etwa der in 1 Stunde geforderten Spitzenentnahme entspricht.
0 Nachteil dieser Gasbetankungsanlagen sind vor allem die hohen Betriebskosten, da die Kompressoren in Spitzenlastzeiten hohe Volumina aus dem Gasnetz entnehmen, die hohe Leistungspreise für die Gasentnahme nachsichziehen. Ein weiterer Nachteil sind die hohen Investitionskosten für große Kompressoreneinheiten. Des weiteren ist von Nachteil, daß die großen Kompressoren diskontinuierlich betrieben werden müssen, da die kleine Speicherauslegung nicht ausreicht, den Bedarf über einen längeren Zeitraum bzw. größeren Spitzenbedarf zu decken, so daß die Verdichtereinheit
eingeschaltet werden muß. Dieses diskontinuierliche Betreiben des Verdichters führt zu einem höheren Verschleiß und höheren Wartungskosten. Von Nachteil ist auch die Verwendung von oberirdischen Speichern, wie z. B. Flaschenspeichern, da die zulässigen Betriebsdrücke auf 250 bar begrenzt sind und sie gegenüber Unfällen und Gewalteinwirkung nur unzureichend zu schützen sind.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, derartige Probleme zu vermeiden und Gasbetankungsanlagen anzugeben, die kostengünstig zu erstellen und &iacgr;&ogr; zu betreiben sind bei gleichzeitig geringem Platzbedarf und mit hoher Sicherheit.
Die Erfindung wird dadurch gelöst, daß bei einer Gasbetankungsaniage, die im wesentlichen aus einer Gasanschiußleitung, einer Verdichtereinheit, einer
is Speichereinheit und einer Abgabeeinheit besteht, eine Verdichtereinheit angeordnet ist, welche in 1 Stunde eine maximale Leistung abgibt, die dem vierten bis fünfzigsten Teil vom Hundert des Speichervolumens der Speichereinheit beträgt. Dabei ist eine Speichereinheit mit einem zu speichernden Volumen angeordnet, welches mindestens in etwa dem maximal in 1 Stunde zu entnehmenden Volumen ist.
Mit einer derart ausgestalteten Gasbetankungsaniage ist es möglich, einen kontinuierlichen Betrieb der Verdichtereinheit sicherzustellen, um Wartungskosten und Verschleiß zu minimieren und um die Investitionskosten für den Verdichter zu reduzieren. Die Anordnung einer Speichereinheit, die in ihrem Speichervolumen mindestens in etwa dem maximal in 1 Stunde zu entnehmenden Volumen ist, stellt in vorteilhafter Weise sicher, daß immer genügend Erdgas für die Betankung zur Verfügung steht. Die Speichereinheit besteht aus einer oder mehreren Großrohrleitungsabschnitten, wobei der Großrohrleitungsabschnitt für einen Druckbereich von 200 bis 400 bar, insbesondere von 250 bis 350 bar, ausgelegt ist. Damit wird in vorteilhafter Weise kostengünstig ein großes Speichervolumen geschaffen, welches geringer Wartungs- und Überprüfungsarbeiten bedarf. Hierdurch wird auch eine hohe Versorgungssicherheit der Gasbetankungsaniage erreicht, da auch bei Ausfall des Verdichters die Betankung über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten bleiben kann.
Die Speichereinheit ist unterirdisch angeordnet. Dies trägt vorteilhaft zum Schutz vor Unfällen oder äußeren Gewaltanwendungen bei. Darüber hinaus ist ein zusätzlicher Schutz vor Klimaeinwirkungen, wie z. B. Sonneneinstrahlung und Regeneinflüssen, nicht notwendig.
Zwischen der Verdichtereinheit und der Gasanschlußleitung sind eine Gaszähleinrichtung und eine Gasreinigungseinrichtung sowie eine Gastrocknungseinrichtung angeordnet. Diese Einrichtungen dienen der Bereitstellung einer für die Verdichtereinheit benötigten Gasqualität.
Zwischen der Speichereinheit und der Abgabeeinheit ist eine Hochdruckregelungseinrichtung angeordnet, die aus einem Kugelhahn, einem Filter, einem Vorwärmer, einem Gasdruckregler und mindestens einem Sicherheitsabsperrventil besteht. Durch diese Hochdruckregelungseinrichtung wird das
is vormals gespeicherte Gas entspannt und ggf. vorgewärmt, so daß es schnell und sicher über die Abgabeeinheit in den Fahrzeugtank eingespeist werden kann. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß durch die Entspannung von beispielsweise 350 bar komprimiertem Erdgas auf beispielsweise 200 bar mittels des Gadruckreglers die Befüllungstemperatur mittels des Vorwärmers optimal geregelt werden kann.
Die Abgabeeinheit ist in einer bevorzugten Form eine Zapfsäule, die aus hintereinander angeordneter Massenmeßeinrichtung, Mengenregelventil, mindestens einem Magnetventil, Druckmeßumformer sowie einer Abreißkupplung, einer Zapfkupplung und einem Schlauch besteht. Durch das Mengen regelventil wird in vorteilhafter Weise der Betankungsvorgang derart gesteuert, daß keine Stöße auf die Zapfsäule bei Unterbrechung bzw. Beendigung des Betankungsvorganges auftreten. Darüber hinaus reduziert eine derartige Steuerung die Wartungs- und Unterhaltungskosten und sorgt für 0 eine längere Lebensdauer. Durch die Massenmeßeinrichtung, in Verbindung mit dem Mengenregelventil, kann die Tankbefüllungszeit variabel gewählt werden. Über das eine Magnetventil kann die Entspannung der Zapfschläuche gesteuert werden. Auch kann in vorteilhafter Weise der Gasdurchfluß in Kilogramm sowie der Fülifortschritt gemessen werden.
Die Hochdruckregelungseinrichtung zwischen der Speichereinheit und der Abgabeeinheit wird pneumatisch betrieben. Dies hat den Vorteil, daß der
Befüllungsvorgang auch bei Ausfall des Stromnetzes weiter betrieben werden kann.
Die Großrohrleitungsabschnitte weisen eine Nennweite von 800 mm und einen zulässigen Betriebsdruck von 350 bar auf, wobei in besonders vorteilhafter Weise Rohrleitungsabschnitte zwischen 5 und 100 m Länge, insbesondere zwischen 9 und 40 m Länge, eingesetzt werden. Derartige Großrohrleitungsabschnitte können aus Standardelementen zusammengesetzt werden, was sich günstig auf die Investitionskosten auswirkt.
In einem Gebäude sind die Gaszähleinrichtungen, die Gasreinigungseinrichtung, die Gastrocknungseinrichtung, die Verdichtereinheit und die Hochdruckregelungseinrichtung zusammengefaßt. Dies gewährleistet zum einen eine gute Schalldämmung, zum anderen entfällt der Aufwand für das regelmäßige Warten bzw. Konservieren von im Freien stehenden Anlageteilen. Auch wird die Sicherheit der Anlage vor äußeren Gewaltanwendungen erhöht. Des weiteren werden auch die Witterungseinflüsse auf ein Minimum reduziert. Die Verdichtereinheit wird mit einem Gasmotor betrieben, was den Vorteil verschafft, keine aufwendige und teure Trafostation zu benötigen.
Des weiteren kann die Abwärme des Gasmotors für die Heizung und die Vorwärmung der Hochdruckregelungseinrichtung genutzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist anhand des Fließbildes in der Fig. 1 beschrieben. Das Fließbild zeigt ein Ausführungsbeispiel einer kompletten Gasbetankungsanlage mit der Gasanschlußleitung 101, der Gaszähleinrichtung 100, mit der Gastrocknungseinrichtung 200, der Verdichtereinheit 400, der Speichereinheit 500, der Hochdruckregelungseinrichtung 600 sowie der Zapfsäule 700. Dabei sind mit Ausnahme der Zapfsäule.700 und der Speichereinheit 500 alle übrigen Anlageteile in dem Gebäude 45 untergebracht.
Die Gaszähleinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Staubfilter 1, einem dahintergeschalteten Sicherheitsabsperrventil mit Fernauslösung 8 sowie einem Gaszähler mit Rücklaufsperre 23, an dem ein Mengenumwerter und Tarifgerät angeschlossen sind. Vor der nächsten Einheit, der Gastrocknungseinrichtung 200 ist eine Rückschlagklappe 4 angeordnet, falls der Gaszähler nicht mit einer Rücklaufsperre auszurüsten ist. In der Ga-
strocknungseinrichtung 200 wird das feuchte Gas in der Trocknung 3 getrocknet, über Umschaltventile bzw. Vierwegehähne 34 ist eine Regenerationseinrichtung 14 mit Gebläse, Lufterhitzer, Kühler und Wasserabscheider sowie einer Steuerung angeschlossen. In dieser Ausführung arbeitet der Trockner nach dem Prinzip der dynamischen Adsorption. Andere Ausführungen von Gastrocknungseinnchtung 200 sind jedoch ebenfalls möglich. Das trockene Gas verläßt die Gastrocknungseinnchtung 200 und wird in einen Vorspeicher 5 geleitet, der für ein gleichmäßiges Puffervolumen beim Anlauf der Kompressoren der Verdichtereinheit 400 sorgt. Nach Durchlaufen eines
&iacgr;&ogr; Staubfilters 1, strömt das Gas in die Verdichtereinheit 400, die aus einem Verdichter 6, in diesem Fall einem mittels Gasmotor 2 angetriebenen Kompressors, besteht, an den mittels einer Überströmleitung 11 ein Blow Down-Speicher 21 mit einem Abgang für Entspannungsgase 19 angeschlossen ist. In diesem Beispiel ist die Verdichtereinheit 400 doppelt ausgelegt. In diesem
is Verdichter wird das Gas mit einem Druck von < 16bar auf einen Druckbereich bis zu 350 bar komprimiert, um nach Durchströmen einer weiteren Rückschlagklappe (im Verdichter integriert) in zwei Großrohrleitungsabschnitte 7 mit einem Nenndurchmesser von 800 mm und einem Druckbereich von bis zu 350 bar einzutreten. Die Verdichteranlage 6 kann auch als mehrstufiger Kolbenverdichter, der vonElektromotoren angetrieben wird, eingesetzt werden. Dabei kann die Abwärme des Verdichters bzw. des Gasmotors über einen Wärmetauscher einer Heizkesselanlage 40 zugeführt werden, um sie für Heizzwecke oder für die Gasvorwärmung zu nutzen. Der Blow-Down-Speicher dient zum Auffangen des Leckgases aus dem Verdichtergehäuse und der Entspannungsgase aus dem Füllanschluß der Zapfstelle der Abgabeeinheit 700. Die Großrohrleitungsabschnitte 7 sind als erdverlegte Röhrenspeicher kathodisch geschützt, so daß äußere, wiederkehrende Prüfungen nicht erforderlich sind.
Die Hochdruckregelungseinrichtung 600, die das hochkomprimierteGas aus der Speichereinheit öOÖVieht, besteht im wesentlichen aus einem
Staubfilter 1, einem Sicherheitsabblaseventi! 17, einem dahinteriiegenden Vorwärmer 26, einem bzw. zwei dahinteriiegenden Sicherheitsabsperrventilen 25 sowie einem Regier 22. Der Vorwärmer 26 dient dazu, das durch die Entspannung entstehende, unter Umständen zu kalte Gas auf eine optimale Betankungstemperatur ggf. vorzuwärmen.
»et · ·
Der letzte Teil der Gasbetankungsanlage ist die Abgabeeinheit 700, im wesentlichen bestehend aus einem Staubfilter 1, einer Massenmeßeinnchtung 30, einem Mengenregelventii 24, danach einem Magnetventil 16, einem Druckmeßumformer 9, einer dahinter angeordneten Abreißkupplung 20 sowie einer Zapfkupplung 10 und einem daran anschließenden Schlauch 41. Vor dem Druckmeßumformer 9 und an die Zapfkuppiung 10 ist eine Leitung 42 zum Blow-Down-Behälter 21 vorgesehen, die die nach jeder Tankung verbliebene Menge in dem Schlauch in den Blow-Down-Behälter zurückführt und somit den Schlauch entspannt. Das Mengenregelventil 24 dient in Verbindung mit einem Prozeßrechner der Steuerung des Betankungsvorganges derart, daß keine Stöße auf die Zapfsäule 43, wie bei einem Scheibenventil, auftreten. Auch wird durch das Mengenregelventil 24 automatisch bei einer 100%igen Füllung der Betankungsvorgang abgeschlossen. Mit Hilfe der Massenmeßeinnchtung 30, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet und des
is Prozeßrechners, ist die Tankbefüllungszeit variabel einstellbar. Durch das Mengenregelventil 24 kann die Durchflußmenge kontrolliert gesteuert werden, so daß eine Sicherheitsabschaltung zwecks Vermeidung eines zu hohen Durchflusses nicht erforderlich ist. In der Tanksäule ist mit den Anzeigen Durchfluß (z. B. in &ldquor;kg"), Preis (z. B. in &ldquor;DM"), Preis/Menge (z. B. in &ldquor;DM/kg") und der Tankfüllfortschritt (z. B. in &ldquor;%") angezeigt. Dabei ist die Anzeigeeinheit sowie ein evtl. angebrachter Notschalter sowie ein Start- bzw. Stoppschalter in einer üblichen Zapfsteile angeordnet, wobei zwischen den genannten Einrichtungselementen und der Aufnahmeeinrichtung für die Zapfkupplung bzw. den übrigen Einheiten der Abgabeeinheit 700 ein Abstand von mindestens 200 mm mittels einer Blende bzw. eines Lochgitters voneinander gehalten wird.

Claims (11)

Schutzansprüche
1. Gasbetankungsanlage, einer Gasanschlußleitung, einer Verdichtereinheit, einer Speichereinheit und einer Abgabeeinheit,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Verdichtereinheit angeordnet ist, welche in einer Stunde eine maximale Leistung abgibt, die dem vierten bis fünfzigsten Teil vom Hundert des Speichervolumens der Speichereinheit beträgt und daß eine &iacgr;&ogr; Speichereinheit mit einem zu speichernden Volumen angeordnet ist,
weiches mindestens in etwa dem maximal in einer Stunde zu entnehmenden Volumen ist.
2. Gasbetankungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit aus einer oder mehreren Großrohrleitungsabschnitten besteht, wobei der Großrohrleitungsabschnitt für einen Druckbereich von 200 bis 400 bar, insbesondere von 250 bis 350 bar, ausgelegt ist.
3. Gasbetankungsanlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Speichereinheit unterirdisch angeordnet ist.
4. Gasbetankungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Verdichtereinheit und der Gasanschlußleitung eine Gaszähleinrichtung und eine Gasreinigungseinrichtung und eine Gastrocknungseinrichtung angeordnet sind.
5. Gasbetankungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Speichereinheit und der Abgabeeinheit eine Hochdruckregelungseinrichtung, bestehend aus einem Kugeihahn, einem Filter, einem Vorwärmer, einem Gasdruckregler und mindestens einem Si-
cherheitsabsperrventil, angeordnet ist.
6. Gasbetankungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Abgabeeinheit eine Zapfsäule, bestehend aus hintereinander angeordneter Massen-Meßeinrichtung (30), Mengelregeiventil (24), Magnetventil (16), Druckmeßumformer (9), einer Abreißkupplung (20), einer Zapfkupplung (10) und einem Zapfschlauch (41) angeordnet ist.
7. Gasbetankungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß &iacgr;&ogr; die Hochdruckregelungseinrichtung, insbesondere der Gasdruckregler, pneumatisch betrieben wird.
8. Gasbetankungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Großrohrleitungsabschnitte eine Nennweite von 800 mm und einen
is zulässigen Betriebsdruck von 350 bar aufweisen.
9. Gasbetankungsanlage nach Anspruch 2 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Rohrieitungsabschnitte zwischen 5 und 100 m Länge, insbesondere zwischen 9 und 40 m, aufweisen.
10. Gasbetankungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
Gaszähleinrichtung, Gasreinigungseinrichtung, Gastrocknungseinrichtung, Verdichtereinheit und Hochdruckregelungseinrichtung in einem Gebäude angeordnet sind.
11. Gasbetankungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verdichtereinheit mit einem Gasmotor angetrieben wird.
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