EP0872683A2 - Hochdruckgasversorgung - Google Patents

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EP0872683A2
EP0872683A2 EP19980106824 EP98106824A EP0872683A2 EP 0872683 A2 EP0872683 A2 EP 0872683A2 EP 19980106824 EP19980106824 EP 19980106824 EP 98106824 A EP98106824 A EP 98106824A EP 0872683 A2 EP0872683 A2 EP 0872683A2
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EP
European Patent Office
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gas
pressure
storage container
working cylinder
cylinder
Prior art date
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Withdrawn
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EP19980106824
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English (en)
French (fr)
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Robert Adler
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • F17C2250/061—Level of content in the vessel

Definitions

  • the invention relates to a method for providing high pressure gas for a Consumer, where the gas liquefies at low pressure in a storage tank is removed, with liquefied gas from the storage container into a storage container introduced and outside the storage container in an evaporator is evaporated, and a gas supply system for providing high pressure gas for a consumer comprising a storage container for storing liquefied gas, one connected to the storage tank via a line Storage container and an evaporator to evaporate the liquefied gas the storage container.
  • Gas under high pressure is required for numerous industrial processes. For example is used for laser cutting along the laser beam under high pressure supplied inert gas such as nitrogen to blow out the melt when cutting of a metal.
  • inert gas such as nitrogen
  • plastic melt is made into a hollow mold introduced, which then with a gas under high pressure on the inner wall the molded part is pressed where it cools.
  • Gases with pressures between 30 and 500 bar required in the gaseous or in the supercritical status area.
  • the gas is either supplied with gas from cylinder bundles or pressurized gas containers in which the gas is under high pressure, or
  • the liquefied gas is conveyed under high pressure to the place of consumption, where it is used of an evaporator is evaporated.
  • Part of the liquefied gas withdrawn from a storage tank by a separate Evaporator and then introduced into the head space of the storage container, to increase the pressure there until the desired pressure is reached, with which the gas is to be conveyed to the place of consumption.
  • a disadvantage of this method is that the storage container with a capacity of, for example 6000 liters and more must be repeatedly filled with liquefied gas, whereby this refueling takes place against a high pressure in the storage tank, which is considerable Costs.
  • the high pressure gas at the point of use if possible with a pressure specified by the consumer can be put.
  • there should be a deployment for a consumer network can be ensured, but also a fluctuating in demand or even intermittent gas consumption (occasional use of a consumer system) to be possible.
  • This object is achieved for the method according to the invention in that the gas obtained by the evaporation of the liquefied gas at least partially is used to drive a piston of a working cylinder and with the help of the working cylinder a piston of a pump cylinder is driven, which liquefies Pumps gas from the previous day container to the evaporator, and that over the pumping and Evaporation of a gas at a pressure higher than that required by the consumer High pressure is obtained.
  • the pump cylinder is advantageously operated with a suction and pump cycle, where liquefied gas is sucked out of the storage container in the suction cycle and in Pump cycle is pumped to the evaporator.
  • the working cylinder can take two work cycles are operated, with a corresponding cyclical switching of the supply the gas from the evaporation to drive the piston of the working cylinder.
  • excellent results were obtained with a ratio achieved by 1: 3.
  • the object is thereby for the gas supply system according to the invention solved that a pump cylinder with pistons for pumping liquefied gas the previous day container is provided which one with a vaporized via a piston Gas-fed working cylinder is driven.
  • the working cylinder and the pump cylinder are advantageously in one unit arranged, the pistons of the two cylinders, for example, via a piston rod are interconnected.
  • a control device for the exact setting of the pressure to the required working pressure brings additional benefits for the consumer and makes the system flexible.
  • a switch block that is one of the piston movement of the working cylinder dependent regulation includes.
  • Shut-off devices can be attached at various points: In the line from the evaporator to the working cylinder or, if necessary, to the means for clockwise Switching the gas supply for the working cylinder, in the line from the headspace of the storage container to the head space of the storage container or in the line for liquefied gas from the storage tank to the previous day tank.
  • the latter line should be chosen as short as possible.
  • the previous day container can be equipped with a level control.
  • the invention can also be used in the supercritical state for all suitable gases or gas mixtures.
  • the invention can also be used for gases such as CO 2 , however evaporation by means of a heating medium and not with air is then recommended.
  • the storage container or liquid tank T which is filled with liquid nitrogen, for example, is connected via a line to the valve V1 for liquid N 2 and a line with valve V5 for gaseous N 2 from the head space of the storage container T to a pressure booster system DEA .
  • the DEA pressure booster system has a connection for liquid N 2 and a connection for gaseous N 2 .
  • the pressure booster DEA leads a line for liquid N 2 to the evaporator VD. From this evaporator VD, the evaporated and therefore gaseous N 2 is passed under an evaporator pressure into the pressure booster system DEA via the connection returned. Via connection the gas reaches the consumer or a consumer network at the desired high pressure.
  • FIG. 2 shows the pressure booster DEA with individual details. Their function is described below.
  • liquid connection liquid nitrogen runs into a receiver or cooling container B.
  • gaseous nitrogen is passed via the gas pendulum connection or ball valve 8 via connection V into the head space of the storage tank T (geodetic inlet).
  • This geodetic inflow is interrupted by a level controller 1 when a predetermined maximum fill level in container B is reached.
  • the pump cylinder 2 sucks in liquid nitrogen via the suction valve 10.
  • the liquid nitrogen is connected via the pressure valve 11 directed to the high pressure evaporator VD.
  • the gaseous high-pressure nitrogen passes through the connection back to the DEA pressure booster system.
  • the high-pressure nitrogen is used as the drive gas the cylinder 3 of the unit A needed. After the work cycle, the nitrogen fed into the consumer network via the working pressure regulator 21 (IV).
  • the DEA pressure booster system requires a pressure difference between to function High pressure gas from the evaporator VD and that required by the consumer Working pressure. In the system shown, this ratio is, for example 1.65. This means that the pressure in the evaporator VD is 1.65 times higher than the pressure in the consumer network. With an assumed maximum working pressure for to the consumer of 100 bar, this means an evaporator pressure of 165 bar. Of the The evaporator must therefore correspond to the specification of the maximum required working pressure be designed for the consumer.
  • the switch block 13 switches the high pressure nitrogen between the top of the piston and piston underside and relaxes the opposite cylinder chamber of the working cylinder 3. This creates the up-and-down movement that the piston drives in the pump cylinder 2. The movement is transmitted via the one shown Piston rod, which is sealed to the wall of unit A, so that the working cylinder space is separated from the pump cylinder space. After the switch block 13 the nitrogen reaches the working pressure regulator via a non-return valve 21. This pressure regulator 21 has the task of keeping the high pressure constant for the consumer to keep.
  • the pressure in front of the regulator increases 21 on. This automatically slows down the DEA pressure booster system.
  • the Pressure booster system DEA thus adapts itself to changing load conditions on.
  • the start-up controller 20 monitors the evaporator pressure of the pressure booster system DEA. If it drops too low - for example 5 bar below the setpoint - it will automatically the start controller 20 is open. The starting controller 20 relaxes the line the switching block 13. In this way, the pressure booster system DEA a few quick cycles of unit A quickly build up the evaporator pressure again and the starting controller 20 closes again. The Pressure booster system DEA also against high pressure in the consumer network be started.
  • the supply line from the connection to the evaporator VD as well as the return line from the evaporator VD to the connection have no shut-off device.
  • the DEA pressure booster system is commissioned as follows: A possibly existing (not shown) gas supply valve of the Storage tank is opened. A possibly existing (not shown) Pressure regulator must be set to a pressure - for example 6.5 bar - that he can build up to a maximum.
  • the DEA pressure booster system has one Pressure reduction regulator 15, which is at a certain value - for example 8.5 bar - is set so that it regulates at this 8.5 bar.
  • the pressure for the operating gas - for example 6 bar - set.
  • the gas supply to the consumer should be closed.
  • Valve 26 must be closed.
  • the pressure setpoint is to be set on the adjusting piston regulator 17.
  • the Cooling tank B After slowly opening valve V1 in the liquid supply line, the Cooling tank B is filled and the DEA pressure booster system is automatically brought up to operating temperature cooled down. This process takes about 15 minutes. Now the pressure booster system DEA ready to start.
  • the system After opening the valve 26, the system begins to work.
  • the starting controller 20 is opened and blows nitrogen out through a silencer. this happens until the set operating pressure is reached.
  • the DEA pressure booster system automatically adjusts its working speed the gas consumption by the consumer. Should the form of the pressure booster system If the DEA sinks too low, the starting controller 20 is opened automatically.
  • the pressure booster DEA is switched off by closing the N 2 liquid valve V1 on the storage tank T. Then the valve 25 of the pressure booster DEA is closed. The gas supply valve V5 remains open.
  • the shut-off valve V1 for liquid nitrogen at the storage tank T can be opened.
  • a limit switch 4 for the working cylinder 3 is also shown, the Limit switch 4 in connection with a valve 5, the level controller 1, the operating gas controller 16 and a valve 6 connected to the switch block 13.
  • a seal monitoring in the exemplary embodiment 7 is attached.
  • the template or cooling container B is also with a safety valve 9 and one with a vent valve 12 line to a liquid pressure limiter 18 equipped, the liquid pressure limiter 18 in connection with the line to Liquid connection II to the evaporator is available. Finally, there is a gas pressure limiter 19 provided in the line from the gas connection III by the evaporator. Via an adjustment cylinder 14, the liquid pressure limiter 18, the gas pressure limiter 19, the start-up regulator 20 and the working pressure regulator 21 can be set. In Figure 2 is in Area of the starting controller 20, a pre-pressure indicator 22 and a back pressure indicator 23, as well as a working pressure display 24 for the working pressure regulator 21.
  • the DEA pressure booster system does not require any use of air evaporators External energy to increase pressure.
  • the total required drive power is the Environment by evaporation of the liquefied gas against air.
  • the essential The idea of the invention lies in the evaporation of liquefied gas volume increase occurring to drive the unit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Hochdruckgas für einen Verbraucher, wobei das Gas verflüssigt mit niedrigem Druck einem Speicherbehälter entnommen wird, wobei verflüssigtes Gas aus dem Speicherbehälter in einen Vorlagebehälter eingeleitet und außerhalb des Vorlagebehälters in einem Verdampfer verdampft wird, sowie eine Gasversorgungsanlage zur Bereitstellung von Hochdruckgas für einen Verbraucher umfassend einen Speicherbehälter zur Speicherung von verflüssigtem Gas, einen über eine Leitung mit dem Speicherbehälter verbundenen Vorlagebehälter und einen Verdampfer zum Verdampfen des verflüssigten Gases aus dem Vorlagebehälter.
Erfindungsgemäß wird das durch die Verdampfung des verflüssigten Gases erhaltene Gas zumindest teilweise zum Antrieb eines Kolbens eines Arbeitszylinders verwendet und mit Hilfe des Arbeitszylinders ein Kolben eines Pumpzylinder angetrieben, welcher verflüssigtes Gas vom Vorlagebehälter zum Verdampfer pumpt. Über das Pumpen und die Verdampfung wird ein Gas mit einem höheren Druck als dem für den Verbraucher benötigten Hochdruck gewonnen. In der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage ist ein Pumpzylinder mit Kolben zum Pumpen von verflüssigtem Gas aus dem Vorlagebehälter vorgesehen, welcher über einen Kolben eines mit verdampftem Gas beschickten Arbeitszylinders angetrieben ist.
Der Pumpzylinder wird vorteilhafterweise mit einem Saug- und Pumptakt betrieben, wobei im Saugtakt verflüssigtes Gas aus dem Vorlagebehälter angesaugt und im Pumptakt zum Verdampfer gepumpt wird. Der Arbeitszylinder kann mit zwei Arbeitstakten betrieben werden, wobei eine entsprechend taktweise Umschaltung der Zufuhr des Gases aus der Verdampfung zum Antrieb des Kolbens des Arbeitszylinders erfolgt. Bevorzugt wird in diesem Fall ein Volumenverhältnis zwischen dem in einem Saugtakt plus in einem Pumptakt durch den Pumpzylinder geförderten verflüssigten Gas und dem während zweier Arbeitstakte durch den Arbeitszylinder geleiteten verdampften Gas von über 1: 1,5 eingehalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Hochdruckgas für einen Verbraucher, wobei das Gas verflüssigt mit niedrigem Druck einem Speicherbehälter entnommen wird, wobei verflüssigtes Gas aus dem Speicherbehälter in einen Vorlagebehälter eingeleitet und außerhalb des Vorlagebehälters in einem Verdampfer verdampft wird, sowie eine Gasversorgungsanlage zur Bereitstellung von Hochdruckgas für einen Verbraucher umfassend einen Speicherbehälter zur Speicherung von verflüssigtem Gas, einen über eine Leitung mit dem Speicherbehälter verbundenen Vorlagebehälter und einen Verdampfer zum Verdampfen des verflüssigten Gases aus dem Vorlagebehälter.
Für zahlreiche industrielle Verfahren wird Gas unter hohem Druck benötigt. Beispielsweise dient beim Laserschneiden ein entlang des Laserstrahls unter hohem Druck zugeführtes Inertgas wie Stickstoff zum Ausblasen der Schmelze beim Schneiden eines Metalls. Beim Gasinnendruckverfahren wird in eine Hohlform Kunststoffschmelze eingebracht, die anschließend mit einem Gas unter hohem Druck an die Innenwand des Formteils gepreßt wird, wo sie sich abkühlt. Bei derartigen Verfahren werden Gase mit Drücken zwischen 30 und 500 bar benötigt, die im gasförmigen oder im überkritischen Zustandsbereich vorliegen.
Entweder erfolgt die Gasversorgung bei derartigen Verfahren mit Gas aus Flaschenbündeln oder Druckgasbehältem, in denen das Gas unter hohem Druck vorliegt, oder das Gas wird verflüssigt unter hohem Druck zum Verbrauchsort gefördert, wo es mittels eines Verdampfers verdampft wird. Zur Förderung des Gases wird ein Teil des verflüssigten Gases aus einem Speicherbehälter entzogen, durch einen separaten Verdampfer geführt und anschließend in den Kopfraum des Speicherbehälters eingeleitet, um dort den Druck solange zu erhöhen, bis der gewünschte Druck erreicht ist, mit dem das Gas zum Verbrauchsort gefördert werden soll. Ein Nachteil dieser Methode ist, daß die Speicherbehälter mit einem Fassungsvermögen von beispielsweise 6000 Litern und mehr wiederholt mit verflüssigtem Gas befüllt werden müssen, wobei diese Betankung gegen einen hohen Druck im Speicherbehälter erfolgt, was erhebliche Kosten verursacht. Zum anderen findet nach einiger Zeit der Beaufschlagung des Kopfraumes des Speicherbehälters mit verdampftem Gas ein thermischer Ausgleich des verdampften Gases mit dem verflüssigten Gas statt, wodurch eine klare Phasentrennung verschwindet, die zur effektiven Förderung des verflüssigten Gases unter Hochdruck notwendig ist. Bei Stickstoff kann beispielsweise nach einiger Zeit der kritische Punkt (-147°C; 33,9 bar) überschritten werden, so daß der Stickstoff im überkritischen Zustand im Speicherbehälter vorliegt, wodurch die Effektivität der Hochdruckförderung stark beeinträchtigt wird.
Diese Nachteile treten beispielsweise auch bei einem Verfahren gemäß der EP 0 416 630 B1 auf, in der eine Druckerhöhung in einem Speicherbehälter, beispielsweise für verflüssigten Stickstoff, zum einen dadurch vorgesehen ist, daß ein Verdampfer in einer Rückführleitung vom Boden zum Kopf des Speicherbehälters angeordnet ist, zum anderen mittels einer Pumpe verflüssigtes Gas aus dem Speicherbehälter abgezogen, durch einen weiteren Verdampfer geführt und das entstehende Hochdruckgas in Flaschenbündeln gespeichert wird, von denen aus es wieder dem Kopfraum des Speicherbehälters für verflüssigtes Gas zur Druckbeaufschlagung zugeführt werden kann. Neben dem obengenannten Nachteil ist bei einem derartigen Verfahren eine aufwendige Befüllung von Flaschenbündeln vonnöten, die weitere Zu- und Ableitungen mit Ventilen, einer Pumpe und einem Verdampfer erforderlich machen.
Um den Einsatz von Hochdruckgaseinheiten wie Flaschenbündel zu umgehen und die Effektivität der Förderung von verflüssigtem Gas mittels Beaufschlagung mit einem Hochdruckgas zu erhöhen, wird in der DE 196 16 811 A1 vorgeschlagen, verflüssigtes Gas aus einem Speicherbehälter in einen Vorlagebehälter mit einem im Vergleich zum Speicherbehälter erheblich kleineren Volumen einzuleiten, dessen Größe derart gewählt wird, daß die Zeitspanne zu seiner Entleerung kleiner ist als zum Erreichen eines thermischen Gleichgewichts im Vortagebehälter. Anschließend wird der Kopfraum des Vorlagebehälters mit verdampftem Gas aus einem externen Verdampfer beaufschlagt, bis das verflüssigte Gas mit dem benötigten Hochdruck zum Verbrauchsort gefördert werden kann. Jeweils nach Entleerung des Vortagebehälters wird dieser erneut mit verflüssigtem Gas befüllt. Dieser Vorschlag ist apparativ relativ aufwendig und benötigt Fremdenergie.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es folglich, ein Verfahren und eine Anlage zur Bereitstellung von Hochdruckgas für einen Verbraucher zu entwickeln, wobei das Gas verflüssigt mit einem niedrigen Druck einem Speicherbehälter entnommen wird, bei denen die Förderung des Gases mit größerer Effektivität erfolgt und der apparative und energetische Aufwand gesenkt werden kann. Zusätzlich sollte das Hochdruckgas am Verbrauchsort möglichst mit einem vom Verbraucher festgelegten Druck zur Verfügung gestellt werden können. Darüber hinaus sollte eine Bereitstellung für ein Verbrauchemetz sichergestellt werden können, aber auch ein im Bedarf schwankender oder sogar intermittierender Gasverbrauch (zeitweise Benutzung einer Verbraucheranlage) möglich sein.
Diese Aufgabe wird für das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, daß das durch die Verdampfung des verflüssigten Gases erhaltene Gas zumindest teilweise zum Antrieb eines Kolbens eines Arbeitszylinders verwendet wird und mit Hilfe des Arbeitszylinders ein Kolben eines Pumpzylinders angetrieben wird, welcher verflüssigtes Gas vom Vortagebehälter zum Verdampfer pumpt, und daß über das Pumpen und die Verdampfung ein Gas mit einem höheren Druck als dem für den Verbraucher benötigten Hochdruck gewonnen wird.
Der Pumpzylinder wird vorteilhafterweise mit einem Saug- und Pumptakt betrieben, wobei im Saugtakt verflüssigtes Gas aus dem Vorlagebehälter angesaugt und im Pumptakt zum Verdampfer gepumpt wird. Der Arbeitszylinder kann mit zwei Arbeitstakten betrieben werden, wobei eine entsprechend taktweise Umschaltung der Zufuhr des Gases aus der Verdampfung zum Antrieb des Kolbens des Arbeitszylinders erfolgt.
In Weiterbildung des erfindungsgemäße Verfahrens wird ein Volumenverhältnis zwischen dem in einem Saugtakt plus in einem Pumptakt durch den Pumpzylinder geförderten verflüssigten Gas und dem während zweier Arbeitstakte durch den Arbeitszylinder geleiteten verdampften Gas von über 1: 1,5 und vorzugsweise von 1:2 bis 1:5 eingehalten. Hervorragende Ergebnisse wurden beispielsweise mit einem Verhältnis von 1:3 erzielt.
Da unter normalen Betriebsbedingungen nur ein Bruchteil des Hochdruckgases vom Verdampfer zum Antrieb der erfindungsgemäßen Druckerhöhungsanlage gebraucht wird, ist es in der Regel ausreichend, wenn nur ein Teilstrom des verdampften Gases aus der Verdampfung zum Verbraucher oder gegebenenfalls in eine Regelvorrichtung zur exakten Einstellung des Druckes auf den benötigten Arbeitsdruck für den Verbraucher geführt wird.
Die gestellte Aufgabe wird für die erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage dadurch gelöst, daß ein Pumpzylinder mit Kolben zum Pumpen von verflüssigtem Gas aus dem Vortagebehälter vorgesehen ist, welcher über einen Kolben eines mit verdampftem Gas beschickten Arbeitszylinders angetrieben ist.
Vorteilhafterweise sind der Arbeitszylinder und der Pumpzylinder in einem Aggregat angeordnet, wobei die Kolben der beiden Zylinder beispielsweise über eine Kolbenstange miteinander verbunden sind.
Eine Regelvorrichtung für die exakte Einstellung des Druckes auf den benötigten Arbeitsdruck für den Verbraucher bringt zusätzliche Vorteile und macht die Anlage flexibel.
Wird der Arbeitszylinder mit zwei Arbeitstakten betrieben, sind Mittel zum entsprechend den Arbeitstakten des Arbeitszylinders taktweisen Umschalten der Zufuhr des Gases aus der Verdampfung zum Antrieb des Kolbens des Arbeitszylinders vorzusehen, beispielsweise ein Umschaltblock, der eine von der Kolbenbewegung des Arbeitszylinders abhängige Regelung umfaßt.
Es können an verschiedenen Stellen Absperrorgane angebracht sein: In der Leitung vom Verdampfer zum Arbeitszylinder oder gegebenenfalls zu den Mitteln zum taktweisen Umschalten der Gaszufuhr für den Arbeitszylinder, in der Leitung vom Kopfraum des Vorlagebehälters zum Kopfraum des Speicherbehälters oder in der Leitung für verflüssigtes Gas vom Speicherbehälter zum Vortagebehälter. Die letztgenannte Leitung sollte möglichst kurz gewählt sein.
Der Vortagebehälter kann mit einer Niveauregulierung ausgestattet sein.
Die Erfindung kann für alle geeigneten Gase oder Gasgemische auch im überkritischen Zustand eingesetzt werden. Dies umfaßt insbesondere die Luftgase wie beispielsweise N2, O2 und Argon. Aber auch für Gase wie CO2 kann die Erfindung verwendet werden, allerdings ist dann eine Verdampfung mittels eines Wämemediums und nicht mit Luft zu empfehlen.
Im folgenden soll in einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Figuren die erfindungsgemäße Hochdruckgasversorgung näher erläutert werden.
Figur 1:
zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage mit Speicherbehälter (T) und einer Druckerhöhungsanlage (DEA) im Überblick.
Figur 2:
zeigt detailiert die Druckerhöhungsanlage (DEA) aus Figur 1.
In Figur 1 ist der Speicherbehälter oder Flüssigtank T, der beispielsweise mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist, über eine Leitung mit dem Ventil V1 für Flüssig-N2 und eine Leitung mit Ventil V5 für gasförmiges N2 vom Kopfraum des Speicherbehälters T mit einer Druckerhöhungsanlage DEA verbunden. Die Druckerhöhungsanlage DEA weist einen Anschluß
Figure 00050002
für Flüssig-N2 und einen Anschluß
Figure 00050001
für gasförmiges N2 auf.
Vom Anschluß der Druckerhöhungsanlage DEA führt eine Leitung für Flüssig-N2 zum Verdampfer VD. Von diesem Verdampfer VD wird der verdampfte und daher gasförmige N2 unter einem Verdampferdruck in die Druckerhöhungsanlage DEA über den Anschluß zurückgeführt. Über Anschluß gelangt das Gas mit dem gewünschten Hochdruck zum Verbraucher bzw. in ein Verbraucherntz.
Figur 2 zeigt die Druckerhöhungsanlage DEA mit einzelnen Details. Diese wird im folgenden zunächst in ihrer Funktion beschrieben.
Über den Flüssiganschluß rinnt flüssiger Stickstoff in einen Vorlage- oder Kühlbehälter B. Im Gegenzug wird gasförmiger Stickstoff über den Gaspendelanschluß oder Kugelhahn 8 via Anschluß V in den Kopfraum des Speichertanks T geleitet (geodätischer Zulauf). Dieser geodätische Zulauf wird von einem Niveauregler 1 bei Erreichen eines vorgegebenen maximalen Füllstands im Behälter B unterbrochen.
Aus dem Kühlbehälter B saugt der Pumpzylinder 2 über das Saugventil 10 Flüssig-Stickstoff an. Beim Druckhub des Kolbens im Druckzylinder 2 wird der flüssige Stickstoff über das Druckventil 11 via Anschluß zum Hochdruckverdampfer VD geleitet.
Nach Verdampfung gelangt der gasförmige Hochdruck-Stickstoff über Anschluß wieder in die Druckerhöhungsanlage DEA.
In der Druckerhöhungsanlage DEA wird der Hochdruck-Stickstoff als Antriebsgas in dem Arbeitszylinder 3 des Aggregats A benötigt. Nach dem Arbeitstakt wird der Stickstoff über den Arbeitsdruckregler 21 in das Verbrauchernetz gespeist (IV).
Die Druckerhöhungsanlage DEA braucht für ihre Funktion eine Druckdifferenz zwischen Hochdruckgas aus dem Verdampfer VD und dem vom Verbraucher benötigten Arbeitsdruck. Bei der dargestellten Anlage beträgt dieses Verhältnis beispielsweise 1,65. Das heißt, der Druck im Verdampfer VD ist 1,65 mal höher als der Druck im Verbrauchemetz. Bei einem beispielsweise angenommenen maximalen Arbeitsdruck für den Verbraucher von 100 bar bedeutet dies einen Verdampferdruck von 165 bar. Der Verdampfer muß also entsprechend der Vorgabe des maximal benötigten Arbeitsdruckes für den Verbraucher ausgelegt sein.
Der Umschaltblock 13 schaltet den Hochdruck-Stickstoff zwischen Kolbenoberseite und Kolbenunterseite und entspannt den jeweils gegenüberliegenden Zylinderraum des Arbeitszylinders 3. Dadurch entsteht die Auf-und-Ab-Bewegung, die den Kolben im Pumpzylinder 2 antreibt. Die Übertragung der Bewegung erfolgt über die dargestellte Kolbenstange, welche zur Wand des Aggregats A hin abgedichtet ist, so daß der Arbeitszylinderraum vom Pumpzylinderraum getrennt ist. Nach dem Umschaltblock 13 gelangt der Stickstoff über eine Rückschlagklappe zum Arbeitsdruckregler 21. Dieser Druckregler 21 hat die Aufgabe, den Hochdruck für den Verbraucher konstant zu halten.
Wird im Verbrauchernetz wenig Stickstoff gebraucht, steigt der Druck vor dem Regler 21 an. Dadurch wird die Druckerhöhungsanlage DEA automatisch langsamer. Die Druckerhöhungsanlage DEA paßt sich somit selbständig an wechselnde Lastverhältnisse an.
Der Anfahrregler 20 überwacht den Verdampferdruck der Druckerhöhungsanlage DEA. Sollte dieser zu tief absinken - beispielsweise 5 bar unter Sollwert - wird automatisch der Anfahrregler 20 geöffnet. Der Anfahrregler 20 entspannt die Leitung nach dem Umschaltblock 13. Auf diese Weise kann die Druckerhöhungsanlage DEA durch ein paar schnelle Takte des Aggregats A den Verdampferdruck rasch wieder aufbauen und der Anfahrregler 20 schließt wieder. Über den Anfahrregler kann die Druckerhöhungsanlage DEA auch gegen einen hohen Druck im Verbrauchernetz gestartet werden.
Die Zuleitung vom Anschluß zum Verdampfer VD darf ebenso wie die Rückleitung vom Verdampfer VD zum Anschluß kein Absperrorgan aufweisen.
Die Inbetriebnahme der Druckerhöhungsanlage DEA geht folgendermaßen vonstatten: Ein eventuell vorhandenes (nicht dargestelltes) Gasversorgungsventil des Speicherbehälters wird geöffnet. Ein gegebenenfalls vorhandener (nicht dargestellter) Druckaufbauregler muß auf einen Druck - beispielsweise 6,5 bar - eingestellt sein, den er maximal aufbauen darf. Die Druckerhöhungsanlage DEA verfügt über einen Druckabbauregler 15, welcher auf einen bestimmten Wert - beispielsweise 8,5 bar - eingestellt ist, so daß er bei diesen 8,5 bar abregelt.
Am Betriebsgasregler 16 wird der Druck für das Betriebsgas - beispielsweise 6 bar - eingestellt. Die Gasversorgung zum Verbraucher sollte geschlossen sein. Ventil 26 muß geschlossen sein. Am Verstellkolbenregler 17 ist der Drucksollwert einzustellen.
Nach langsamem Öffnen des Ventils V1 in der Flüssigversorgungsleitung wird der Kühlbehälter B befüllt und die Druckerhöhungsanlage DEA wird automatisch auf Betriebstemperatur abgekühlt. Dieser Vorgang dauert etwa 15 min. Nun ist die Druckerhöhungsanlage DEA startbereit.
Nach Öffnen des Ventils 26 beginnt die Anlage zu arbeiten. Der Anfahrregler 20 ist dabei geöffnet und bläst Stickstoff über einen Schalldämpfer ins Freie. Dies geschieht solange, bis der eingestellte Betriebsdruck erreicht ist.
Nun kann die Gasentnahme zum Verbraucher geöffnet werden.
Die Druckerhöhungsanlage DEA regelt ihre Arbeitsgeschwindigkeit automatisch nach dem Gasverbrauch beim Verbraucher. Sollte der Vordruck der Druckerhöhungsanlage DEA zu tief absinken, wird automatisch der Anfahrregler 20 geöffnet.
Das Abstellen der Druckerhöhungsanlage DEA erfolgt über das Schließen des N2-Flüssigventils V1 am Speichertank T. Anschließend wird das Ventil 25 der Druckerhöhungsanlage DEA geschlossen. Das Gasversorgungsventil V5 bleibt geöffnet.
Zum Wiedereinschalten der Druckerhöhungsanlage DEA muß das Absperrventil V1 für Flüssig-Stickstoff am Speichertank T geöffnet werden. Je nach Abschaltdauer kann das Ventil 25 in der Druckerhöhungsanlage DEA - beispielsweise nach 10 bis 15 min. - geöffnet werden.
In Figur 2 ist außerdem ein Endschalter 4 für den Arbeitszylinder 3 gezeigt, wobei der Endschalter 4 in Verbindung mit einem Ventil 5, dem Niveauregler 1, dem Betriebsgasregler 16 und einem mit dem Umschaltblock 13 verbundenen Ventil 6 steht. Am Aggregat A mit dem Arbeitszylinder 3 ist im Ausführungsbeispiel eine Dichtungsüberwachung 7 angebracht.
Der Vorlage- oder Kühlbehälter B ist ferner mit einem Sicherheitsventil 9 und einer mit einem Entlüftungsventil 12 versehene Leitung zu einem Flüssig-Druckbegrenzer 18 ausgestattet, wobei der Flüssig-Druckbegrenzer 18 in Verbindung mit der Leitung zum Flüssig-Anschluß II zum Verdampfer steht. Ein Gas-Druckbegrenzer 19 ist schließlich in der Leitung vom Gas-Anschluß III vom Verdampfer vorgesehen. Über einen Verstellzylinder 14 können der Flüssig-Druckbegrenzer 18, der Gas-Druckbegrenzer 19, der Anfahrregler 20 und der Arbeitsdruckregler 21 eingestellt werden. In Figur 2 ist im Bereich des Anfahrreglers 20 eine Vordruckanzeige 22 und eine Hinterdruckanzeige 23, sowie beim Arbeitsdruckregler 21 eine Arbeitsdruckanzeige 24 dargestellt.
Beim Einsatz von Luftverdampfern braucht die Druckerhöhungsanlage DEA keinerlei Fremdenergie zur Drucksteigerung. Die gesamte benötigte Antriebsleistung wird der Umwelt durch Verdampfung des Flüssiggases gegen Luft entzogen. Der wesentliche Gedanke der Erfindung liegt darin, die durch die Verdampfung von verflüssigtem Gas auftretende Volumenvergrößerung für den Antrieb des Aggregats zu nutzen.
Obwohl die Erfindung an anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles näher erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf die diese konkrete Ausführungsform beschränkt, sondern im Gegenteil offen für Modifikationen und Abwandlungen, die sich für den Fachmann klar ergeben.
Liste der Bezugszeichen
  • T Speicherbehälter (Tank)
  • DEA Druckerhöhungsanlage
  • VD Verdampfer
  • Figure 00100001
    Flüssig-Anschluß zum Speicherbehälter
  • Flüssig-Anschluß zum Verdampfer
  • Gas-Anschluß vom Verdampfer
  • Figure 00100002
    Gas-Anschluß zum Verbraucher
  • Gas-Anschluß zum Speicherbehälter
  • B Vorlagebehälter (Kühlbehälter)
  • A Aggregat
  • V1 Absperrventil
  • V5 Absperrventil
  • 1 Niveauregler
  • 2 Pumpzylinder
  • 3 Arbeitszylinder
  • 4 Endschalter
  • 5 Ventil (5 x 2 Wege)
  • 6 Ventil (5 x 2 Wege)
  • 7 Dichtungsüberwachung
  • 8 Gaspendelanschluß
  • 9 Sicherheitsventil
  • 10 Saugventil
  • 11 Druckventil
  • 12 Entlüftungsventil
  • 13 Umschaltblock
  • 14 Verstellzylinder
  • 15 Druckabbauregler
  • 16 Betriebsgasregler
  • 17 Verstellkolbenregler
  • 18 Flüssig-Druckbegrenzer
  • 19 Gas-Druckbegrenzer
  • 20 Anfahrregler
  • 21 Arbeitsdruckregler (Entspannung)
  • 22 Vordruckanzeige
  • 23 Hinterdruckanzeige
  • 24 Arbeitsdruckanzeige
  • 25 Niveauüberprüfungsanzeige (z.B. optisch)
  • 26 Ventil

    • Claims (13)

    1. Verfahren zur Bereitstellung von Hochdruckgas für einen Verbraucher, wobei das Gas verflüssigt mit niedrigem Druck einem Speicherbehälter (T) entnommen wird (
      Figure 00110001
      ), wobei verflüssigtes Gas aus dem Speicherbehälter (T) in einen Vorlagebehälter (B) eingeleitet und außerhalb des Vorlagebehälters (B) in einem Verdampfer (VD) verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Verdampfung des verflüssigten Gases erhaltene Gas zumindest teilweise zum Antrieb eines Kolbens eines Arbeitszylinders (3) verwendet wird und mit Hilfe des Arbeitszylinders (3) ein Kolben eines Pumpzylinder (2) angetrieben wird, welcher verflüssigtes Gas vom Vorlagebehälter (B) zum Verdampfer (VD) pumpt, und daß über das Pumpen und die Verdampfung ein Gas mit einem höheren Druck als dem für den Verbraucher benötigten Hochdruck gewonnen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpzylinder (2) mit einem Saug- und Pumptakt betrieben wird, wobei im Saugtakt verflüssigtes Gas aus dem Vorlagebehälter (B) angesaugt und im Pumptakt zum Verdampfer (VD) gepumpt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (3) mit zwei Arbeitstakten betrieben wird, wobei eine entsprechend taktweise Umschaltung der Zufuhr des Gases aus der Verdampfung zum Antrieb des Kolbens des Arbeitszylinders (3) erfolgt (4, 6, 13).
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumenverhältnis über 1:1.5, vorzugsweise von 1:2 bis 1:5 zwischen dem in einem Saugtakt plus in einem Pumptakt durch den Pumpzylinder (2) geförderten verflüssigten Gas und dem während zweier Arbeitstakte durch den Arbeitszylinder (3) geleiteten verdampften Gas eingehalten wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des verdampften Gases aus der Verdampfung zum Verbraucher oder gegebenenfalls in eine Regelvorrichtung (21) zur exakten Einstellung des Druckes auf den benötigten Arbeitsdruck für den Verbraucher geführt wird.
    6. Gasversorgungsanlage zur Bereitstellung von Hochdruckgas für einen Verbraucher umfassend einen Speicherbehälter (T) zur Speicherung von verflüssigtem Gas, einen über eine Leitung mit dem Speicherbehälter (T) verbundenen Vorlagebehälter (B) und einen Verdampfer (VD) zum Verdampfen des verflüssigten Gases aus dem Vorlagebehälter (B), dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpzylinder (2) mit Kolben zum Pumpen von verflüssigtem Gas aus dem Vorlagebehälter (B) vorgesehen ist, welcher über einen Kolben eines mit verdampftem Gas beschickten Arbeitszylinders (3) angetrieben ist.
    7. Gasversorgungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (3) und der Pumpzylinder (2) in einem Aggregat (A) angeordnet sind.
    8. Gasversorgungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung (21) für die exakte Einstellung des Druckes auf den benötigten Arbeitsdruck für den Verbraucher vorgesehen ist.
    9. Gasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (13) zum entsprechend den Arbeitstakten des Arbeitszylinders (3) taktweisen Umschalten der Zufuhr des Gases aus der Verdampfung zum Antrieb des Kolbens des Arbeitszylinders (3) vorgesehen sind.
    10. Gasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absperrorgan (26) in der Leitung vom Verdampfer (VD) zum Arbeitszylinder (3) oder gegebenenfalls zu den Mitteln (13) zum taktweisen Umschalten der Gaszufuhr für den Arbeitszylinder (3) vorgesehen ist.
    11. Gasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Absperrorgan (V5) versehene Leitung vom Kopfraum des Vorlagebehälters (B) zum Kopfraum des Speicherbehälters (T) vorgesehen ist.
    12. Gasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Absperrorgan (V1) versehene Leitung für verflüssigtes Gas vom Speicherbehälter (T) zum Vorlagebehälter (B) vorgesehen ist.
    13. Gasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlagebehälter (B) eine Niveauregulierung (1, 16) enthält.
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