DE10032564A1 - Device for filling, cleaning and emptying airships comprises a gas storage device divided by a moving piston which moves corresponding to the gas charge, and a gas cleaning unit which is connected to a region of the storage device - Google Patents

Device for filling, cleaning and emptying airships comprises a gas storage device divided by a moving piston which moves corresponding to the gas charge, and a gas cleaning unit which is connected to a region of the storage device

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Abstract

Device for filling large volume gas containers with a process gas, for removing the gas or gas mixture and for cleaning the gas filling comprises a gas storage device (7) divided by a moving piston (16) which moves corresponding to the gas charge, and a gas cleaning unit which is connected to a region of the storage device. One part of the gas storage device is connected to a compressor (13). An Independent claim is also included for a process for cleaning a gas. Preferred Features: The piston is formed as a cylindrical pressure vessel with a curved base and having two return stroke fittings. The piston has a sliding layer made of Teflon. The process gas is a mixture containing helium or hydrogen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen von großvolumigen Gasbehältern mit einem Prozessgas und ein Verfahren zum Abzug eines Gases oder Gasgemischs aus großvolumigen Gasbehältern, sowie ein Verfahren zum Reinigen der Gasfüllung von großvolumigen Gasbehältern, insbesondere für als Luftschiffe ausgebildete großvolumige Gasbehälter.The invention relates to a device and a method for filling large volume gas containers with a process gas and a method of extraction of a gas or gas mixture from large-volume gas containers, and a method for cleaning the gas filling of large-volume gas containers, in particular for as Airships trained large volume gas containers.

In jüngster Zeit werden vermehrt Luftschiffe, vor allem mit Helium gefüllte Luftschiffe, für vielfältige Einsatzmöglichkeiten wie beispielsweise zum Transport von schweren Lasten vorgeschlagen. Solche Luftschiffe müssen zunächst mit dem für den Auftrieb sorgenden Gas, z. B. Helium, gefüllt werden. In der vorliegenden Patentanmeldung wird dieses für die Befüllung des Gasbehälters vorgesehene Gas als Prozessgas bezeichnet. Nach einer gewissen Betriebsdauer treten in dem im Luftschiff vorhandenen Prozessgas Verunreinigungen auf, die eine Verminderung des Auftriebs bewirken. Beispielsweise entspricht eine Verunreinigung der Heliumfüllung mit einem 5%igen Anteil an Luft einen um 5% geringeren Auftrieb gegenüber einer Füllung mit nahezu 100% reinem Helium. Deshalb muß die Prozessgasfüllung des Luftschiffs von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Schließlich ist auch anzunehmen, dass das Luftschiff z. B. zu Wartungsarbeiten entleert werden muss. Bei kleinen und mittelgroßen Luftschiffen mit bis ca. 6.000 m3 Gasfassungsvermögen erfolgt die Füllung oder Wiederbefüllung üblicherweise aus Gasflaschentransportfahrzeugen, sog. Flaschentrailern. Für Großluftschiffe mit einem Gasfassungsvermögen von über 6.000 m3, beispielsweise 400.000 m3, ist es bisher unmöglich, diese Gasmenge in vertretbar kurzer Zeit zur Verfügung zu stellen. Die Verwendung von herkömmlichen Gasspeichern zur Zwischenspeicherung des Füllgases kann nur bedingt Abhilfe schaffen, da bei Großluftschiffen die Anzahl der erforderlichen herkömmlichen Gasspeicher enorm hoch ist. Sehr lange Standzeiten für das Füllen, Reinigen und Wiederbefüllen des Luftschiffs können die Wirtschaftlichkeit dieses Transportsystems ebenso in Frage stellen wie eine hoher Aufwand zur Installation einer Vielzahl von Gasspeichern. Recently, airships, especially helium-filled airships, have been proposed for a variety of uses, such as for transporting heavy loads. Such airships must first with the gas for the buoyancy, z. B. helium. In the present patent application, this gas intended for filling the gas container is referred to as process gas. After a certain period of operation, impurities appear in the process gas in the airship, which reduce the buoyancy. For example, contamination of the helium filling with a 5% proportion of air corresponds to 5% less buoyancy than filling with almost 100% pure helium. Therefore the process gas filling of the airship has to be cleaned from time to time. Finally, it can also be assumed that the airship z. B. must be emptied for maintenance work. In the case of small and medium-sized airships with a gas capacity of up to approx. 6,000 m 3 , the filling or refilling usually takes place from gas bottle transport vehicles, so-called bottle trailers. For large airships with a gas capacity of over 6,000 m 3 , for example 400,000 m 3 , it has so far been impossible to provide this amount of gas in a reasonably short time. The use of conventional gas storage for temporary storage of the filling gas can only remedy the situation to a limited extent, since the number of conventional gas storage required for large airships is extremely high. Very long downtimes for filling, cleaning and refilling the airship can put the economics of this transport system into question as well as the great effort required to install a large number of gas storage tanks.

In der vorliegenden Patentanmeldung wird das eigentlich zur Befüllung des Gasbehälters vorgesehene Gas als Prozessgas bezeichnet. Insbesondere für den Einsatz in Luftschiffen wird als Prozessgas ein Gas oder Gasgemisch mit geringerer Dichte als Luft, vorzugsweise Helium, Wasserstoff oder ein Helium-Wasserstoff- Gemisch verwendet.In the present patent application this is actually used to fill the Provided gas container gas called process gas. Especially for the Use in airships as a process gas is a gas or gas mixture with less Density than air, preferably helium, hydrogen or a helium hydrogen Mixture used.

Von diesem Prozessgas ist das Hilfsgas zu unterscheiden, das lediglich den Befüll- oder Entleervorgang unterstützt. Grundsätzlich wird ein Hilfsgas verwendet, das eine höhere oder niedrigere Dichte als das Prozessgas aufweist. Insbesondere beim Befüllen oder Entleeren von Luftschiffen wird als Hilfsgas ein Gas oder Gasgemisch mit gleicher oder höherer Dichte als Luft verwendet. Im einfachsten Fall besteht das Hilfsgas aus Luft. Zweckmäßigerweise wird der Gasbehälter mit dem Hilfsgas vollständig gefüllt, bevor das Prozessgas eingebracht wird. Das Prozessgas verdrängt beim Füllvorgang das Hilfsgas bis das Luftschiff vollständig mit Prozessgas gefüllt ist. Durch den Einsatz von Hilfsgas werden mechanische Belastungen der Hülle eines Luftschiffs bei allen weiteren Befüll- und Entleervorgängen vermieden.A distinction must be made between this process gas and the auxiliary gas, which only or emptying process supported. Basically, an auxiliary gas is used, the one has higher or lower density than the process gas. Especially when Filling or emptying airships is a gas or gas mixture as auxiliary gas used with the same or higher density than air. In the simplest case this is Auxiliary gas from air. The gas container with the auxiliary gas is expediently completely filled before the process gas is introduced. The process gas displaces during the filling process the auxiliary gas until the airship is completely filled with process gas. Through the use of auxiliary gas, mechanical stresses on the casing are reduced Avoid airships in all further filling and emptying processes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Methode zum Füllen, Reinigen und Entleeren von Gasbehältern zur Verfügung zu stellen, mit der auch sehr große Gasbehälter in wirtschaftlich vertretbarer Zeit und unter Verwendung einer wirtschaftlich vertretbaren Anzahl an Gasspeichern befüllt, gereinigt und entleert werden können.The present invention has for its object to provide a method for filling, To provide cleaning and emptying of gas containers, with which also very large gas containers in an economically reasonable time and using one Economically viable number of gas storage tanks filled, cleaned and emptied can be.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig dadurch gelöst, dass mindestens ein Gasspeicher vorgesehen ist, der in seinem Inneren durch mindestens einen beweglichen Kolben geteilt ist, welcher entsprechend der Gasbeladung der mindestens zwei sich durch die Teilung ergebenden Bereiche verschiebbar ist, sowie eine Gasreinigungseinheit vorgesehen ist, über die der eine Bereich des Gasspeichers mit dem anderen Bereich des Gasspeichers verbindbar ist, sowie der eine Teil des Gasspeichers über eine Entspannungsvorrichtung mit dem großvolumigen Gasbehälter verbindbar ist, sowie der andere Teil des Gasspeichers über einen Verdichter mit dem großvolumigen Gasbehälter verbindbar ist, wobei die genannten Komponenten durch mit Gas beladbare Leitungen verbindbar sind. On the device side, this task is solved in that at least one Gas storage is provided, which is inside by at least one movable piston is divided, which according to the gas load of the least two areas resulting from the division can be moved, and one Gas cleaning unit is provided, via which the one area of the gas reservoir the other area of the gas storage unit can be connected, and part of the Gas storage via a relaxation device with the large-volume gas container is connectable, as well as the other part of the gas storage via a compressor with the large-volume gas container is connectable, said components by lines which can be loaded with gas can be connected.  

Bevorzugt ist der bewegliche Kolben als Druckbehälter ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Druckbehälter zylindrisch geformt und weist gewölbte Böden auf. Zweckmäßigerweise sind an diesem Druckbehälter beidseitig Abdichtungen vorgesehen. Vorteilhaft weist der Druckbehälter mindestens zwei Rückschlagarmaturen auf, so dass der Bereich des Gasspeichers mit dem höheren Druck immer mit dem Innenraum des beweglichen Kolbens verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist im Bereich des Mantels im Kolben eine kleine Öffnung vorgesehen, so dass eine kleine Gasmenge über eine Axialabdichtung strömen kann. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für den als Druckbehälter ausgeführten Kolben eine Abstützung gegen den Mantel des Gasspeichers vorgesehen. Vorteilhafterweise kann der Mantel des Druckbehälters dabei mit geringer Wandstärke ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft weist der Mantel des Druckbehälters einen metallischen Werkstoff auf.The movable piston is preferably designed as a pressure vessel. Especially the pressure vessel is preferably cylindrical in shape and has curved bottoms. Appropriately, seals are provided on both sides of this pressure vessel intended. The pressure vessel advantageously has at least two Check valves on, so that the area of the gas storage with the higher Pressure is always connected to the interior of the movable piston. Especially a small opening is advantageously provided in the region of the jacket in the piston, so that a small amount of gas can flow over an axial seal. According to one particularly preferred embodiment of the invention is for as a pressure vessel executed pistons a support against the jacket of the gas storage intended. The jacket of the pressure vessel can advantageously be less Wall thickness. The jacket of the Pressure container on a metallic material.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der bewegliche Kolben mit einer Gleitschicht, insbesondere mit einer Teflonschicht, ausgestattet.According to an expedient embodiment of the invention, the movable piston is equipped with a sliding layer, in particular with a Teflon layer.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der bewegliche Kolben kugelförmig oder annähernd kugelförmig ausgebildet. Bevorzugt ist der kugelförmige oder annähernd kugelförmige Kolben nach Art einer Hohlkugel ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Hohlkugel mit dem Prozessgas gefüllt. Vorteilhaft weist die Füllung der Hohlkugel einen Überdruck gegenüber dem Druck im Gasspeicher auf.According to another embodiment of the invention, the movable piston is spherical or approximately spherical. The spherical one is preferred or formed approximately spherical pistons in the manner of a hollow sphere. Especially the hollow sphere is preferably filled with the process gas. The filling advantageously shows the hollow sphere has an overpressure compared to the pressure in the gas storage.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der bewegliche Kolben als Scheibe ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Scheibe mit Abstützungen gegen den Mantel des Gasspeichers versehen, und zwar insbesondere zur Axialführung in jede Richtung mit mindestens drei Beinen gegen den Mantel des Gasspeichers gleitend abgestützt. Zweckmäßigerweise ist die Scheibe mit einer umlaufenden Dichtung versehen, die die beiden geteilten Bereiche des Gasspeichers gegeneinander abdichtet.Another possibility is that the movable piston as a disc is trained. Preferably, the disc with supports against the jacket of the Provide gas storage, in particular for axial guidance in any direction at least three legs slidably supported against the jacket of the gas storage. The disc is expediently provided with a circumferential seal which seals two divided areas of the gas reservoir against each other.

Zweckmäßigerweise ist der Gasspeicher als Druckbehälter ausgebildet, der besonders bevorzugt in einem Sandbett aufgelagert ist und allen gesetzlichen Anforderungen für Druckbehälter genügt. The gas accumulator is expediently designed as a pressure vessel, which is special is preferably stored in a sand bed and meets all legal requirements for Pressure vessel is sufficient.  

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Gasreinigungseinheit eine Druckwechseladsorptionsanlage und eine Tieftemperaturreinigungsanlage aufweist wobei die Druckwechseladsorptionsanlage über eine mit Gas beladbare Leitung, insbesondere über eine mit einem aus der Druckwechseladsorptionsanlage stammenden Tailgas beladbare Leitung, mit der Tieftemperaturreinigungsanlage verbindbar ist, insbesondere über einen dazwischengeschalteten Verdichter verbindbar ist. Das Tailgas aus der Druckwechseladsorptionsanlage enthält mitunter noch erhebliche Mengen an Prozessgas wie z. B. Helium. Ein Teil dieses Prozessgases wird bevorzugt durch die Tieftemperaturreinigungsanlage zurückgewonnen, indem der Tailgasstrom in eine Helium-reiche und eine Heliumarme Fraktion aufgetrennt wird. Es erweist sich als vorteilhaft die Helium-reiche Fraktion vor der Druckwechseladsorptionsanlage in den Gasstrom zurückzuspeisen.A development of the invention provides that the gas cleaning unit Has pressure swing adsorption system and a low-temperature cleaning system the pressure swing adsorption system via a line which can be loaded with gas, in particular with one from the pressure swing adsorption system originating tailgas loadable line, with the low-temperature cleaning system can be connected, in particular can be connected via an intermediate compressor is. The tail gas from the pressure swing adsorption system sometimes still contains significant amounts of process gas such as B. helium. Part of this process gas will preferably recovered by the low-temperature cleaning system by the Tailgas stream is separated into a helium-rich and a helium-poor fraction. It turns out to be advantageous the helium-rich fraction before Feed the pressure swing adsorption system back into the gas stream.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Gasreinigungseinheit eine Druckwechseladsorptionsanlage und eine Membranreinigungsanlage auf, wobei die Druckwechseladsorptionsanlage über eine mit Gas beladbare Leitung, insbesondere über eine mit dem Tailgas der Druckwechseladsorptionsanlage beladbare Leitung, mit der Membranreinigungsanlage verbindbar ist, insbesondere über einen dazwischengeschalteten Verdichter verbindbar ist. In der He-reichen Fraktion aus der Membrananlage fördert ein Verdichter dieses Gas vor die Druckwechseladsorber in den Gasstrom.According to another preferred embodiment of the invention, the Gas cleaning unit, a pressure swing adsorption system and Membrane cleaning system, the pressure swing adsorption system via a with gas-loadable line, in particular via a with the tail gas Pressure swing adsorption system loadable line, with the membrane cleaning system can be connected, in particular can be connected via an intermediate compressor is. A compressor in the He-rich fraction from the membrane system conveys this Gas in front of the pressure swing adsorbers in the gas stream.

Beiden Ausführungsformen ist der Vorteil zu eigen, dass die der Druckwechseladsorptionsanlage nachgeschaltete Reinigungsanlage nur zur Reinigung des Tailgasstroms vorgesehen ist und daher entsprechend klein und damit kostengünstig gestaltet werden kann.Both embodiments have the advantage that the Pressure swing adsorption system downstream cleaning system for cleaning only of the tail gas flow is provided and therefore correspondingly small and therefore can be designed inexpensively.

Mit besonderem Vorteil ist der Druckwechseladsorptionsanlage mindestens ein Verdichter vorgeschaltet. Dieser Verdichter ist für eine bevorzugte Verdichtung des Tailgases auf das Druckniveau des Gasspeichers vorgesehen. Beispielhaft seien hier als Druck im Gasspeicher ca. 20 bar angegeben.The pressure swing adsorption system is particularly advantageous at least one Upstream of the compressor. This compressor is for a preferred compression of the Tail gas provided at the pressure level of the gas storage. Examples are here specified as a pressure in the gas store of approximately 20 bar.

Besonders zweckmäßig ist die Entspannungsvorrichtung als Expansionsturbine ausgebildet. Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Entspannungsvorrichtung und der Verdichter, insbesondere ein Booster-Verdichter, so ausgebildet sind, dass eine gemeinsame Welle vorgesehen ist. Es erweist sich als vorteilhaft dem Verdichter, insbesondere dem Booster-Verdichter, mindestens einen weiteren Verdichter vorzuschalten. Die Erfindung kann dadurch weiter ausgestaltet werden, dass zwischen dem Gasaustritt des vorgeschalteten Verdichters und dem Gaseintritt des Booster-Verdichters ein Wärmetauscher vorgesehen ist, der den vorverdichteten Gasstrom zwischenkühlt. Dadurch wird der zur Verdichtung notwendige Energieeinsatz verringert. Die Kaltseite des beschriebenen Wärmetauschers wird durch den aus der Entspannungseinrichtung austretenden Gasstrom gebildet.The expansion device is particularly useful as an expansion turbine educated. A further development of the device provides that the Relaxation device and the compressor, in particular a booster compressor, so  are formed that a common shaft is provided. It turns out to be advantageously the compressor, in particular the booster compressor, at least one upstream another compressor. The invention can thereby be further developed be that between the gas outlet of the upstream compressor and the Gas inlet of the booster compressor, a heat exchanger is provided, which pre-compressed gas stream cools. This becomes condensation necessary energy consumption is reduced. The cold side of the described Heat exchanger is replaced by the exiting from the expansion device Gas flow formed.

Mit besonderem Vorteil ist als Prozessgas Helium vorgesehen, da dieses Füllgas dem Luftschiff einen guten Auftrieb und absolute Sicherheit vor Explosion verleiht, sowie als in hohem Maße umweltverträglich eingestuft werden muss.Helium is particularly advantageously provided as the process gas, since this fill gas Airship gives a good buoyancy and absolute security against explosion, as well as must be classified as environmentally friendly.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, dass als Prozessgas ein Gasgemisch vorgesehen ist, das Helium enthält. Auch erweist es sich als vorteilhaft, dass als Prozessgas ein Gasgemisch vorgesehen ist, das Wasserstoff enthält. Durch den Einsatz von Wasserstoff im Prozessgas erhöht sich vorteilhaft die Tragkraft des Luftschiffs. In gewissen Grenzen kann der Einsatz eines Helium-Wasserstoff-Gemischs als Prozessgas vorgesehen werden, ohne dass die Sicherheit beeinträchtigt wird. Bezüglich der Gasreinigungseinheit ergeben sich beim Einsatz von Wasserstoff im Prozessgas im wesentlichen die gleichen Anforderungen wie beim Einsatz von Helium. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit für beide Gase und Gasgemische gleichermaßen geeignet.A further development of the inventive concept provides that as a process gas A gas mixture is provided which contains helium. It also proves to be advantageous that a gas mixture containing hydrogen is provided as the process gas. By the use of hydrogen in the process gas advantageously increases the load capacity of the Airship. The use of a helium-hydrogen mixture can be used within certain limits be provided as process gas without compromising safety. Regarding the gas cleaning unit, the use of hydrogen in the Process gas essentially the same requirements as when using helium. The device according to the invention is thus for both gases and gas mixtures equally suitable.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird verfahrensseitig bezüglich des Befüllens von großvolumigen Gasbehältern, insbesondere Luftschiffen, mit einem Prozessgas dadurch gelöst, dass das Prozessgas zumindest zum Teil aus einem Gasspeicher entnommen wird, der in seinem Inneren durch einen beweglichen Kolben geteilt ist.The object of the invention is procedurally related to the filling of large-volume gas containers, in particular airships, with a process gas solved in that the process gas at least partially from a gas storage is removed, which is divided in its interior by a movable piston.

Es empfiehlt sich, dass das Prozessgas, das aus einem der beiden Bereiche des geteilten Gasspeichers entnommen wird, über eine Entspannungsvorrichtung dem großvolumigen Gasbehälter zugeführt wird. It is recommended that the process gas coming from one of the two areas of the shared gas storage is removed via a relaxation device large volume gas container is supplied.  

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird verfahrensseitig bezüglich des Abzugs von Prozessgas aus großvolumigen Gasbehältern, insbesondere Luftschiffen, dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil einer Gasfüllung des großvolumigen Gasbehälters in einen Gasspeicher entleert wird, der in seinem Inneren durch einen beweglichen Kolben geteilt ist.The object of the invention is procedurally related to the deduction of Process gas from large-volume gas containers, in particular airships, thereby solved that at least part of a gas filling of the large-volume gas container in a gas reservoir is emptied, which is moved inside by a movable one Piston is divided.

Bevorzugt wird das aus dem großvolumigen Gasbehälter abgezogene Gas über einen Verdichter, insbesondere einen Booster-Verdichter, in einen der beiden Bereiche des geteilten Gasspeichers geleitet.The gas withdrawn from the large-volume gas container is preferred via a Compressor, especially a booster compressor, in one of the two areas of the shared gas storage headed.

Besonders bevorzugt wird das Gas durch mindestens einen weiteren Verdichter komprimiert, der dem Booster-Verdichter vor- oder nachgeschaltet ist.The gas is particularly preferably by at least one further compressor compressed, which is upstream or downstream of the booster compressor.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird verfahrensseitig bezüglich des Reinigens von Gas dadurch gelöst, dass das Gas von einem durch einen beweglichen Kolben von einem anderen Bereich eines Gasspeichers getrennten Bereich über eine Gasreinigungseinheit in den anderen Bereich geleitet wird, wobei das Volumen der beiden Teilbereiche durch den beweglichen Kolben an die variable Gasbeladung der beiden Teilbereiche angepasst wird.The object of the invention is procedurally related to the cleaning of Gas dissolved in that the gas from a through a movable piston another area of a gas storage area separated by a Gas cleaning unit is passed into the other area, the volume of the two sections through the movable piston to the variable gas loading of the is adjusted in both areas.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird ein als Druckbehälter ausgebildeter beweglicher Kolben zur Teilung des Gasspeichers eingesetzt.According to a development of the inventive concept, a pressure vessel is used trained movable piston used to divide the gas storage.

Auch erweist es sich als vorteilhaft, dass ein kugelförmig ausgebildeter beweglicher Kolben zur Teilung des Gasspeichers eingesetzt wird.It also proves to be advantageous that a spherical movable Piston is used to divide the gas storage.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass ein als Scheibe ausgebildeter beweglicher Kolben zur Teilung des Gasspeichers eingesetzt wird.Another possibility is that a movable as a disc Piston is used to divide the gas storage.

Die Erfindung bietet wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik: Der wirtschaftlich bedeutendste Vorteil ist darin zu sehen, dass durch die Erfindung das Volumen der benötigten, installierten Gasspeicher auf ca. 50 Prozent im Vergleich zu dem Volumen, das herkömmliche Gasspeicher für das reine Prozessgas und für das verunreinigte Prozessgas zusammen einnehmen würden, reduziert werden kann.The invention offers significant advantages over the prior art: the The economically most significant advantage can be seen in the fact that the invention Volume of the required gas storage installed to about 50 percent compared to the volume, the conventional gas storage for the pure process gas and for the contaminated process gas would take together, can be reduced.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass der Gasspeicher ohne nennenswerte Druckwechselbelastung betrieben wird. Ausserdem besteht ein deutlich verminderter Platzbedarf für die Gasspeicherung verglichen mit herkömmlichen Gasspeichern. Durch die regelmäßig durchgeführte Reinigung des Prozessgases des Luftschiffs wird die zulässige Nutzlast des Luftschiffs gesteigert. Desweiteren zeichnet sich eine erfindungsgemäße Anlage durch hohe Betriebssicherheit und sehr geringen Fremdenergiebedarf aus. Beispielsweise wird durch den vorgeschlagenen Einsatz der Expansioneinrichtung auf einer Welle mit einem Verdichter der Energiebedarf der Anlage sehr gering gehalten.In addition, it is advantageous that the gas storage without any significant  Pressure swing is operated. There is also a significantly reduced one Space requirement for gas storage compared to conventional gas storage. By regularly cleaning the process gas of the airship the permissible payload of the airship increased. Furthermore, one stands out Plant according to the invention by high operational reliability and very low External energy requirements. For example, the proposed use of Expansion device on a shaft with a compressor the energy needs of the Plant kept very low.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:
Zunächst wird ein Betankungsvorgang der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Als Prozessgas wird in diesem Beispiel Helium eingesetzt, das aus einem Flüssigheliumcontainer 1 und/oder aus einem Flüssiggastransporter 2 stammt. Das flüssige Helium wird durch Pumpen 5, 6 in Verdampfer 3, 4 und gepumpt und dort verdampft. Nach den Verdampfern 3, 4 wird gasförmiges Helium in den einen Bereich 8 des durch einen beweglichen Kolben 16 getrennten Gasspeichers 7 geleitet. Die bisher beschriebenen Verfahrensschritte können vorbereitend durchgeführt werden, ohne dass sich ein zu befüllendes Luftschiff 10 bereits am Ort der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment which is shown schematically in the figure:
First, a refueling process of the device according to the invention is described. In this example, helium is used as the process gas, which originates from a liquid helium container 1 and / or from a liquid gas transporter 2 . The liquid helium is pumped by pumps 5 , 6 into evaporators 3 , 4 and and evaporated there. After the evaporators 3 , 4 , gaseous helium is passed into one area 8 of the gas storage device 7 , which is separated by a movable piston 16 . The previously described method steps can be carried out preparatively without an airship 10 to be filled already being at the location of the device according to the invention.

Als nächstes wird die Erneuerung einer Gasfüllung des Luftschiffs 10 erläutert. Zur Erneuerung der Gasfüllung wird hierbei im unteren Bereich des Luftschiffs 10 verunreinigtes Prozessgas abgezogen und über Leitung 12 einem Verdichter 13 zugeführt. Das verunreinigte Prozessgas wird dann im Wärmetauscher 14 zwischengekühlt und im Anschluß daran in einem Booster-Verdichter 15 auf den Druck im Gasspeicher komprimiert. In diesem Beispiel liegt der im Gasspeicher herrschende Druck bei ca. 20 bar. Das verdichtete Gas wird in den Bereich 9 des durch den beweglichen Kolben 16 getrennten Gasspeichers 7 geleitet.Next, the renewal of a gas filling of the airship 10 will be explained. To renew the gas filling, contaminated process gas is drawn off in the lower region of the airship 10 and fed to a compressor 13 via line 12 . The contaminated process gas is then intercooled in the heat exchanger 14 and then compressed to the pressure in the gas reservoir in a booster compressor 15 . In this example, the pressure in the gas storage is approximately 20 bar. The compressed gas is conducted into the area 9 of the gas accumulator 7 separated by the movable piston 16 .

Parallel zu diesem Vorgang wird aus dem Bereich 8 des Gasspeichers 7 reines Helium über eine Entspannungseinrichtung 17 dem Luftschiff 10 in seinem oberen Bereich zugeführt. Das reine Helium sammelt sich oben im Luftschiff 10, da es leichter ist, als das z. B. mit Wasserdampf und Luft verunreinigte Helium, das gleichzeitig unten abgezogen werden kann. Der Kolben 16 bewegt sich in diesem Betriebsfall in Richtung des Bereichs 8 und verkleinert kontinuierlich dessen Volumen.In parallel to this process, pure helium is fed from the area 8 of the gas store 7 to the airship 10 in its upper area via a relaxation device 17 . The pure helium collects in the top of the airship 10 , since it is lighter than the z. B. helium contaminated with water vapor and air, which can be removed at the same time below. In this operating case, the piston 16 moves in the direction of the region 8 and continuously reduces its volume.

Desweitern wird das unreine Prozessgas durch die Gasreinigungsvorrichtung gereinigt. Das Reinigungsverfahren kann sowohl zeitgleich mit der Befüllung des Luftschiffs, wie auch zeitlich versetzt durchgeführt werden. Die Wahl der jeweiligen Vorgehensweise hängt von der benötigten Menge an reinem Helium, so wie von dem benötigten Speicherplatz für verunreinigtes Helium ab. Zur Gasreinigung wird verunreinigtes Helium aus dem Bereich 9 des Gasspeichers der Druckwechseladsorptionsanlage 18 über einen Verdichter 20 zugeführt. Das bei der Druckwechseladsorption gewonnene reine Prozessgas wird in den Bereich 8 des Gasspeichers 7 geleitet. Das ebenfalls bei der Druckwechseladsorption entstehende Tailgas enthält noch eine erhebliche Menge an Helium, die in einer Tieftemperaturreinigungsanlage 21 zurückgewonnen wird. Dazu wird das Tailgas im Verdichter 22 komprimiert und der Tieftemperaturreinigungsanlage 21 zugeführt, in der die auskondensierbaren Verunreinigungen, wie beispielsweise Stickstoff, abgetrennt werden. Das gereinigte Gas wird über Leitung 23 nochmal der Druckwechseladsorptionsanlage 18 zugeführt.Furthermore, the impure process gas is cleaned by the gas cleaning device. The cleaning process can be carried out at the same time as the airship is being filled, or at different times. The choice of the respective procedure depends on the required amount of pure helium, as well as on the required storage space for contaminated helium. For gas cleaning, contaminated helium is fed from the area 9 of the gas store to the pressure swing adsorption system 18 via a compressor 20 . The pure process gas obtained during the pressure swing adsorption is passed into the area 8 of the gas storage device 7 . The tail gas also formed during the pressure swing adsorption still contains a considerable amount of helium, which is recovered in a low-temperature cleaning system 21 . For this purpose, the tail gas is compressed in the compressor 22 and fed to the low-temperature cleaning system 21 , in which the contaminants, such as nitrogen, which can be condensed out are separated off. The cleaned gas is again fed via line 23 to the pressure swing adsorption system 18 .

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung werden zur Gasspeicherung mehrere der erfindungsgemäßen Gasspeicher mit bewegbaren Kolben eingesetzt. Die einzelnen Gasspeicher werden dazu einzeln absperrbar, jedoch in Betrieb kommunizierend verbunden. Für die Versorgung eines Luftschiffs mit 400.000 m3 Volumen werden beispielsweise 10 erfindungsgemäße Gasspeicher mit je ca. 600 Meter Länge und ca. 2 Meter Durchmesser eingesetzt.As a further embodiment of the invention, several of the gas stores according to the invention with movable pistons are used for gas storage. For this purpose, the individual gas storage units can be shut off individually, but are communicatively connected during operation. For the supply of an airship with a volume of 400,000 m 3 , for example, 10 gas stores according to the invention, each with a length of approximately 600 meters and a diameter of approximately 2 meters, are used.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, statt der Tieftemperaturreinigungsanlage 21 eine Membranreinigungsanlage zu installieren. Das hieraus gewonnene Helium wird anschließend mit einem Verdichter vor die Druckwechseladsorptionsanlage eingespeist.A further embodiment consists in installing a membrane cleaning system instead of the low-temperature cleaning system 21 . The helium obtained from this is then fed with a compressor upstream of the pressure swing adsorption system.

Claims (33)

1. Vorrichtung zum Befüllen von großvolumigen Gasbehältern mit einem Prozessgas und zum Abzug eines Gases oder Gasgemischs aus großvolumigen Gasbehältern, sowie zum Reinigen der Gasfüllung von großvolumigen Gasbehältern, insbesondere für als Luftschiffe ausgebildete großvolumige Gasbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gasspeicher vorgesehen ist, der in seinem Inneren durch mindestens einen beweglichen Kolben geteilt ist, welcher entsprechend der Gasbeladung der mindestens zwei sich durch die Teilung ergebenden Bereiche verschiebbar ist, sowie eine Gasreinigungseinheit vorgesehen ist, über die der eine Bereich des Gasspeichers mit dem anderen Bereich des Gasspeichers verbindbar ist, sowie der eine Teil des Gasspeichers über eine Entspannungsvorrichtung mit dem großvolumigen Gasbehälter verbindbar ist, sowie der andere Teil des Gasspeichers über einen Verdichter mit dem großvolumigen Gasbehälter verbindbar ist, wobei die genannten Komponenten durch mit Gas beladbare Leitungen verbindbar sind.1.Device for filling large-volume gas containers with a process gas and for withdrawing a gas or gas mixture from large-volume gas containers, as well as for cleaning the gas filling of large-volume gas containers, in particular for large-volume gas containers designed as airships, characterized in that at least one gas store is provided which is divided in its interior by at least one movable piston, which is displaceable in accordance with the gas loading of the at least two areas resulting from the division, and a gas cleaning unit is provided, via which one area of the gas storage device can be connected to the other area of the gas storage device, and one part of the gas storage device can be connected to the large-volume gas container via an expansion device, and the other part of the gas storage device can be connected to the large-volume gas container via a compressor, the components mentioned being connected by Gas-loadable lines can be connected. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kolben als Druckbehälter ausgebildet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the movable Piston is designed as a pressure vessel. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter zylindrisch geformt ist und gewölbte Böden aufweist.3. Device according to claim 2, characterized in that the pressure vessel is cylindrical in shape and has curved bottoms. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter mindestens zwei Rückschlagarmaturen aufweist.4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that the Pressure vessel has at least two check valves. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kolben mit einer Gleitschicht, insbesondere mit einer Teflonschicht, ausgestattet ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the movable pistons with a sliding layer, in particular with a Teflon layer, Is provided. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kolben kugelförmig oder annähernd kugelförmig ausgebildet ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the movable piston is spherical or approximately spherical. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der kugelförmige oder annähernd kugelförmige Kolben nach Art einer Hohlkugel ausgebildet ist. 7. The device according to claim 6, characterized in that the spherical or approximately spherical piston is designed in the manner of a hollow sphere.   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugel mit dem Prozessgas gefüllt ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the hollow ball with the process gas is filled. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung der Hohlkugel einen Überdruck gegenüber dem Druck im Gasspeicher aufweist.9. The device according to claim 8, characterized in that the filling of the Hollow ball has an overpressure compared to the pressure in the gas storage. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kolben als Scheibe ausgebildet ist.10. The device according to claim 1, characterized in that the movable Piston is designed as a disc. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Druckbehälter eine Abstützung/Führung gegen den Mantel des Gasspeichers vorgesehen ist.11. The device according to one of claims 2 to 4, characterized in that for the pressure vessel a support / guide against the jacket of the gas storage is provided. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der als Druckbehälter, Kugel oder Scheibe ausgebildete, bewegliche Kolben mit Abstützungen gegen den Mantel des Gasspeichers und einer umlaufenden Dichtung versehen ist.12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the Movable pistons designed as pressure vessels, balls or disks Outriggers against the jacket of the gas storage and a circumferential Seal is provided. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasspeicher als Druckbehälter ausgebildet ist.13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the gas reservoir is designed as a pressure vessel. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigungseinheit eine Druckwechseladsorptionsanlage und eine Tieftemperaturreinigungsanlage aufweist wobei die Druckwechseladsorptionsanlage über eine mit Gas beladbare Leitung, insbesondere über eine mit einem aus der Druckwechseladsorptionsanlage stammenden Tailgas beladbare Leitung, mit der Tieftemperaturreinigungsanlage verbindbar ist, insbesondere über einen dazwischengeschalteten Verdichter verbindbar ist.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the gas cleaning unit a pressure swing adsorption and a Low-temperature cleaning system has the Pressure swing adsorption system via a gas-laden line, in particular with one from the pressure swing adsorption system originating tailgas loadable line, with the low-temperature cleaning system can be connected, in particular via an intermediate compressor is connectable. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigungseinheit eine Druckwechseladsorptionsanlage und eine Membranreinigungsanlage aufweist, wobei die Druckwechseladsorptionsanlage über eine mit Gas beladbare Leitung, insbesondere über eine mit dem Tailgas der Druckwechseladsorptionsanlage beladbare Leitung, mit der Membranreinigungsanlage verbindbar ist, insbesondere über einen dazwischengeschalteten Verdichter verbindbar ist.15. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the gas cleaning unit a pressure swing adsorption and a Has membrane cleaning system, the pressure swing adsorption system via a line which can be loaded with gas, in particular via a line with the tail gas  Pressure swing adsorption system loadable line with which Membrane cleaning system can be connected, in particular via a intermediate compressor is connectable. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die He-reiche Fraktion nach der Membrananlage über einen Verdichter vor die Druckwechseladsorptionsanlage gefördert wird.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the He-rich Fraction after the membrane system via a compressor in front of the Pressure swing adsorption system is promoted. 17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwechseladsorptionsanlage mindestens ein Verdichter vorgeschaltet ist.17. The apparatus according to claim 14 or 15, characterized in that the Pressure swing adsorption system is preceded by at least one compressor. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsvorrichtung als Expansionsturbine ausgebildet ist.18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the expansion device is designed as an expansion turbine. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsvorrichtung und der Verdichter, insbesondere ein Booster- Verdichter, so ausgebildet sind, dass eine gemeinsame Welle vorgesehen ist.19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the expansion device and the compressor, in particular a booster Compressors are designed so that a common shaft is provided. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdichter, insbesondere dem Booster-Verdichter, mindestens ein weiterer Verdichter vor- oder nachgeschaltet ist.20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the compressor, in particular the booster compressor, at least one more Compressor is connected upstream or downstream. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gasaustritt des vorgeschalteten Verdichters und dem Gaseintritt des Booster- Verdichters ein Wärmetauscher vorgesehen ist, der den vorverdichteten Gasstrom zwischenkühlt.21. The apparatus according to claim 20, characterized in that between the Gas outlet from the upstream compressor and gas inlet from the booster Compressor a heat exchanger is provided, the pre-compressed gas flow between cools. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas Helium vorgesehen ist.22. The device according to one of claims 1 to 21, characterized in that helium is provided as the process gas. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas ein Gasgemisch vorgesehen ist, das Helium enthält.23. The device according to one of claims 1 to 22, characterized in that a gas mixture containing helium is provided as the process gas. 24. Vorrichtung nach einem der 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas ein Gasgemisch vorgesehen ist, das Wasserstoff enthält. 24. Device according to one of the 1 to 23, characterized in that as Process gas a gas mixture is provided which contains hydrogen.   25. Verfahren zum Befüllen von großvolumigen Gasbehältern, insbesondere Luftschiffen, mit einem Prozessgas, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas zumindest zum Teil aus einem Gasspeicher entnommen wird, der in seinem Inneren durch einen beweglichen Kolben geteilt ist.25. Method for filling large volume gas containers, in particular Airships, with a process gas, characterized in that the Process gas is at least partially withdrawn from a gas storage facility which is located in its interior is divided by a movable piston. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas, das aus einem der beiden Bereiche des geteilten Gasspeichers entnommen wird, über eine Entspannungsvorrichtung dem großvolumigen Gasbehälter zugeführt wird.26. The method according to claim 25, characterized in that the process gas, the is removed from one of the two areas of the divided gas storage via a relaxation device is supplied to the large-volume gas container. 27. Verfahren zum Abzug von Prozessgas aus großvolumigen Gasbehältern, insbesondere Luftschiffen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil einer Gasfüllung des großvolumigen Gasbehälters in einen Gasspeicher entleert wird, der in seinem Inneren durch einen beweglichen Kolben geteilt ist.27. Process for withdrawing process gas from large-volume gas containers, in particular airships, characterized in that at least part of a Gas filling of the large-volume gas container is emptied into a gas storage, which is divided by a movable piston inside. 28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem großvolumigen Gasbehälter abgezogenen Gas über einen Verdichter, insbesondere einen Booster-Verdichter, in einen der beiden Bereiche des geteilten Gasspeichers geleitet wird.28. The method according to claim 27, characterized in that the from large volume gas container withdrawn gas via a compressor, in particular a booster compressor, in one of the two areas of the divided Gas storage is directed. 29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch mindestens einen weiteren Verdichter komprimiert wird, der dem Booster- Verdichter vor- oder nachgeschaltet ist.29. The method according to claim 28, characterized in that the gas through at least one further compressor is compressed, which the booster Compressor is connected upstream or downstream. 30. Verfahren zum Reinigen von Gas, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas von einem durch einen beweglichen Kolben von einem anderen Bereich eines Gasspeichers getrennten Bereich über eine Gasreinigungseinheit in den anderen Bereich geleitet wird, wobei das Volumen der beiden Teilbereiche durch den beweglichen Kolben an die variable Gasbeladung der beiden Teilbereiche angepasst wird.30. A method of purifying gas, characterized in that the gas from one by a movable piston from another area of a Gas storage separate area via a gas cleaning unit in the other Area is directed, the volume of the two sections through the movable piston to the variable gas loading of the two sections is adjusted. 31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Druckbehälter ausgebildeter beweglicher Kolben zur Teilung des Gasspeichers eingesetzt wird. 31. The method according to any one of claims 25 to 30, characterized in that a Movable piston designed as a pressure vessel for dividing the gas reservoir is used.   32. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein kugelförmig ausgebildeter beweglicher Kolben zur Teilung des Gasspeichers eingesetzt wird.32. The method according to any one of claims 25 to 30, characterized in that a spherical movable piston for dividing the gas storage is used. 33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Scheibe ausgebildeter beweglicher Kolben zur Teilung des Gasspeichers eingesetzt wird.33. The method according to any one of claims 25 to 30, characterized in that a Movable piston designed as a disk for dividing the gas storage is used.
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