DE2648633A1

DE2648633A1 - Verfahren und vorrichtung oder anlage zur minderung des druckes eines gasfoermigen oder fluessigen druckmittels

Info

Publication number: DE2648633A1
Application number: DE19762648633
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1976-10-27
Publication date: 1978-05-03

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE 46

__ ZFZT86

Yvonne Wenzel, Stuttgart

Verfahren und Vorrichtung oder Anlage zur Minderung des Druckes eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Minderung des Druckes eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels. Bisher hat man zur Druckminderung verschiedene Konstruktionen von Druckminderventilen verwendet. Wenn der zu mindernde Druck sehr hoch lag, z.B. im Bereich von 15o bar, dann hat man die Druckminderung durch derartige Ventile mehrstufig vorgenommen. Zur Entnahme von Dampf gibt es ähnliche Dampfentnahmeregler, durch die ebenfalls der Druck des Dampfkessels gemindert wird, um z.B. einer Dampfmaschine zugeführt zu werden.

Auch das Gas von in großen Untertagespeichern gasförmig und unter hohem Druck gelagerte Erdgas wird gemäß dem Stand der Technik durch solche Druckminderventile auf den für die Gasleitung zulässigen Druck reduziert Darüber hinaus gibt es auch die Speicherung von verflüssigtem Erdgas nahezu drucklos bei sehr niedrigen Temperaturen. Obschon der Aufwand für die Verflüssigung sehr groß ist, wird dieses Verfahren angewendet, weil dann nur etwa 1/6oo des Ausgangsvolumens des Gases benötigt wird. Zur Entnahme muß das Flüssigerdgas zunächst unter hohem Druck in einen Verdampfer gepumpt werden, durch den es in den gasförmigen Zustand überführt wird« Hierzu verwendet man z.B. Tauch«-ß*lammver dampf er. Danach wird das Erdgas in einer Mischstelle auf normale Qualität eingestellt. Auch hier ist stromabwärts hinter dem Flüssiggasverdampfer die Anordnung von Druckminderven-

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tilen erforderlich wie in den zuvor erwähnten Fällen. Das liegt daran, daß bei der Verdampfung für die Leitungen unzulässig hohe Drücke entstehen.

Es ist weiter eine Kraftanlage mit einer mittels Dampf niedrigerVerdampfungstemperatur getriebenen Turbine bekann, wobei als leicht verdampfbare Flüssigkeit z.B. Methylchlorid verwendet wird. Hierbei wird der Dampf in einer Strahldüse in den Schaufeln des Turbinenrades expandiert und neben einer äußeren Erhitzung der Düse einer Sondererwärmung unterworfen, die darin besteht, daß unmittelbar in den Dampf erwärmte Flüssigkeit wie OeI, Glycerin oder dgl. mit dem Dampf vermischt und mitgerissen wird (DT-PS 691549)« Solche Kraftanlagen hat man offenbar an Stelle von Wasser-Dampfkraftanlagen verwenden wollen.

Der fernere Stand der Technik zeigt schließlich eine mit flüssiger Luft angetriebene Turbine, bei der zahlreiche kleine Flüssig-Luft-Verdampfer unmittelbar in den Düsen der Turbine eingebaut sind, die mit erwärmter Luft beheizt werden (USA-PS 2499772)_β

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der Eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß die Druckminderung zur Energiegewinnung ausgenutzt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin β daß das Druckmittel durch eine ein Drehmoment abgebende Expansionsmaschine wie eine Turbine expandiert wird. Dadurch entsteht die überraschende Wirkung, daß zusätzlich Leistung an die Welle der Expansionsmaschine abgegeben wird, die in jedem Falle nutzbringend verwendet werden kann, wie im nachfolgenden noch erläutert wird«,

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Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bei einer Anlage zur Entnahme von Flüssiggas aus einem Flüssiggasbehälter, in dessen Entnahmeleitung ein Flüssiggasverdampfer angeordnet ist, durch den das Flüssiggas unter Wärmezufuhr in den gasförmigen Zustand überführt wird, kann darin bestehen, daß am Ausgang des Flüssiggasverdampfers zur Druckminderung des Gases eine Gasturbine angeordnet ist. Es kann sich um eine handelsübliche Turbine handeln, zumal die Anforderungen niedriger liegen, weil eine besondere Wärmebeanspruchung wie bei den herkömmlichen Gasturbinen nicht vorhanden ist. Der Fachmann kann die Stufenzahl so wählen, daß das Gas im Abdampf den Leitungsdruck nicht überschreitet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch die Verwendung einer Turbine vorgesehen sein, die einen Flüssiggasverdämpfer enthält, durch den das Flüssiggas unter Wärmezufuhr in den gasförmigen Zustand überführt wird. Wie erwähnt, sind derartige Turbinen grundsätzlich bekannt und zeigen natürlich den Vorteil, daß ein gesonderter Flüssiggasverdampfer entfällt.

Weiter ist vorteilhaft, daß die Luftzumischung stromabwärts hinter der Turbine angeordnet ist. Diese Maßnahme ist hier aus Sicherheitsgründen sehr erwünscht, da eine vorzeitige Beimischung der Luft gewisse Sicherheits-Risiken in sich birgt. Dies gilt ganz besonders von Wasserstoff.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Verwendung der erwähnten Vorrichtung als Flüssiggasverdampfer bei Brennkraftmaschinen vorgeschlagen.

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Hierbei ist besonders vorteilhaft, daß die Turbine mit einem Lader für die Brennkraftmaschine mechanisch gekuppelt ist. Auf diese Weise wird die zusätzlich gewonnene Energie zur Aufladung des Motors verwendet, ähnlich wie dies bei den bekannten Abgas-Turboladern der Fall ist. Derart kleine Lader-Turbinen sind dem Fachmann somit schon geläufig.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In 'dieser zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit einem unter Druck stehenden Gasbehälter;

Fig. 2 eine weitere Ausftihrungsform mit einem Flüssiggasbehälter und

Fig. 3 eine Ausführungsform ebenfalls mit einem Flüssiggasbehälter, jedoch mit getrenntem Verdampfer.

Fig. 1 zeigt einen unter hohem Druck stehenden Gasbehälter 6, wobei es sich um einen Untertagesspeicher für Erdgas handeln kann. Gemäß der Erfindung führt die Entnahmeleitung 7 zu einer nur schematisch dargestellten bekannten Turbine 3, die hier die Funktion eines Druckminderventils übernimmt. Durch die verschiedenen Druckstufen der Turbine 3 wird der Gasdruck so weit abgebaut, daß er in die Erdgasleitung 9 in Richtung des Pfeiles 1o eingespeist werden kann.

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Nicht dargestellt ist der Abtrieb der Turbine 3. Es kann z.B. ein herkömmlicher Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom angetrieben werden. Der Antrieb kann aber auch für beliebig andere Zv/ecke dienen.

Der Behälter 6 kann aber auch sehr klein sein, z.B. lediglich aus ein.er Gasflasche bestehen. Auch in diesem Falle übernimmt dann eine entsprechend kleine Turbine 3 die Funktion des Druckminderventils, und es besteht in jedem Falle die Möglichkeit, die Antriebsenergie der Turbine 3 für beliebige Zwecke zu nutzen, insbesondere zur Erzeugung von elektrischem Strom.

In dem Behälter 6 nach Fig. 2 ist s.B. Flüssigerdgas nahezu drucklos gespeichert und zwar bei sehr niedrigen Temperaturen. Die Turbine 4 ist hier von anderer Bauart als die Turbine 3 nach Fig. 1, da sie einen Flüssiggasverdampfer enthält, dem über die Leitung 11 ein Wänuemittel wie erwärmtes OeI zugeführt wird» Dies kann auch, wie gemäB dem Stand der Technik bekannt, in das Flüssiggas eingeführt werden, äa$ mittels der Pumpe 12 in Richtung des dort angebrachten Pfeiles in die Turbine gefördert wird. Die Pumpe 12 muß in der Lage sein, verhältnismäßig hohe Drücke aufzubringen, damit kein Rückschlag durch die bei der Vergasung entstehenden hohen Drücke entsteht. Dem Fachmann ist dies ohne weiteres verständlich ebenso wie die Bauart im einzelnen, weil derartige Turbinen für andere Zwecke bereits bekannt sind. Auch hier verläßt das Gas die Turbine 4 mit dem für die Erdgasleitung 9. bestimmten nicht zu hohen Druck,

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Schließlich zeigt die Fig. 3 ebenfalls einen Flüssiggasbehälter 6, dem das Flüssiggas mittels der Pumpe 12 entnommen wird, die in den Flüssiggasverdampfer 2 fördert. Es kann sich hierbei um einen herkömmlichen Flüssiggasverdampfer handeln, dem das Wärmemittel durch die Leitung 13 zu - und Leitung 14 abgeführt wird. Es können auch Tauchflammenverdampfer Verwendung finden. Das hierin ent- ■ stehende hochgespannte Gas wird durch die Leitung 1 der Turbine 3 zugeführt, in der das Gas, wie zuvor beschrieben, entspannt wird. Stromabwärts hinter der Turbine 3 wird Luft durch eine Leitung 5 in Richtung des Pfeiles 15 in die Erdgasleitung 9 zugemischt. Natürlich muß die Luft auch mit einem gewissen Druck in die Leitung 9 gefördert v/erden, wozu eine Pumpe erforderlich ist. Es besteht die Möglichkeit, diese nicht dargestellte Pumpe sowie die Pumpe 12 durch die Turbine 3 anzutreiben. Damit ist die Turbine aber noch nicht ausgelastet. Zum Betrieb der gesamten Anlage sind indessen noch weitere Hilfsaggregate nötig, die ebenfalls von der Turbine 3 angetrieben werden können. Auf diese Weise wird nicht nur ein Antriebsmotor für die Hilfsaggregate,, Kältekompressoren und dgl« eingespart, sondern auch die Energie sum Betrieb dieser Motoren.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs» formen beschränkt. Insbesondere ist sie nicht auf Erdgasanlagen und auch nicht auf Flüssiggasvergaser an Bord von Kraftfahrzeugen und Schiffen beschränkt, sondern die Technik kennt eine sehr große Anzahl von Fällen, bei denen die Druckminderung erforderlich ist. In der Regel wird die Turbine 3 vermutlich etwas aufwendiger sein als ein herkömmliches Druckminderventil, Diese Mehrkosten tirerden aber dadurch sicher bald ausgeglichen sein, daß kein© Energie» ICostea für de» Betrieb der Turbine anfallen_o

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Unter anderem ist bekanntlich geplant,die Antriebsaggregate von Düsenflgzeugen mit flüssigem Wasserstoffgas zu betreiben. Auch in diesem Falle kann die Erfindung angewendet werden. Auf der Welle der Flugzeugturbine kann die Verdamßfungstur= bine angeordnet sein oder auch getrennt hievon. Bei Kraftfahrzeugen u, drgl. steht die Verwendung derVer= dampfungsturbine der des bekannten Abgasturboladers nicht entgegen. Vielmehr bestehet die Möglichkeit, Verdampfungsund Abgasturbine auf der gleichen Welle anzuordnen·,, so daß die gesonderte Anordnu'ng eines Verdampfungs-Laders entfällt.

Schließlich ist vorteilhaft, im Falle der Brennkraftmaschine, worunter nicht nur Brennkrftmotoren, sodern auch Trbinen ver= standen werden sollen, die Abgase u./oder das Kühlwasser dem Gasverdampfer zuzuführen,um die erförderliche Verdampfungswärme zur Verfügung zu stellen.Der Anlauf muß dann mit einem anderen Brennstoff vorgenommen werden, wie das dem Fachmann bekannt ist und daher nicht näher erläutert werden muß.Da die Kühlwirkung bei der Verdampfung sehr intensiv ist, kann ein herkömmlicher Kühler ganz eingespart werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1·) Verfahren zur Minderung des Druckes eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel durch eine ein Drehmoment abgebende Expansionsmaschine wie eine Turbine expandiert wird.

2« Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei einer Anlage zur Entnahme von Gas aus einem Flüssiggasbehälter, in dessen Entnahmeleitung ein Plussiggasverdampfer angeordnet ist, durch den das Flüssiggas unter Wärmezufuhr in den gasförmigen Zustand überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (1) des Flüssiggasverdampfers (2) zur Druckminderung des Gases eine Gasturbine (3) angeordnet ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Turbine (4), die einen Flüssiggasverdampfer enthält, durch den das Flüssiggas unter Wärmezufuhr in den gasförmigen Zustand überführbar ist.

4« Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzumischung (5) stromabwärts hinter der Turbine (3) angeordnet ist»

5, Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Flüssiggas-Vergaser bei Brennkraftmaschinen*

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (4) mit einem Lader für die Brennkraft**

maschine mechanisch gekuppelt ist. 7# Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (4) und der Lader auf der gleichen Welle angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine für sich bekannte Abgasturbine auf der gleichen

Welle angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß die Abgase und/oder das Kühlwasser der Brennkraftmaschine in entsprechenden Kanälen dem Verdampfer und/oder der Turbine (4) zur Behei«= zung zugeleitet werden. .

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