DE102011000492A1 - Liquefied gas tank with a power supply device for electrical equipment and method for generating electricity of an electrical device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Flüssiggastank (10) umfassend eine Stromversorgungseinrichtung für wenigstens eine elektrische Einrichtung (20, 28). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Stromversorgungseinrichtung zumindest ein Energiewandler (16) umfasst, der unter Ausnutzung der Temperaturdifferenz zwischen dem Flüssiggastank (10) oder der damit verbundenen Komponenten (24) und der Umgebung elektrische Energie erzeugt, und mit der elektrischen Einrichtung (20, 28) verbunden ist.The invention relates to a liquid gas tank (10) comprising a power supply device for at least one electrical device (20, 28). The invention is characterized in that the power supply device comprises at least one energy converter (16) which generates electrical energy using the temperature difference between the liquid gas tank (10) or the components (24) connected to it and the environment, and with the electrical device ( 20, 28) is connected.
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung für elektrische Einrichtungen an einem Flüssigkeitstank gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Stromversorgung einer elektrischen Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to a power supply device for electrical devices on a liquid tank according to the preamble of claim 1 and a method for powering an electrical device according to the preamble of claim 9.
Flüssiggastanks dienen zur Lagerung verflüssigter Gase wie z. B. Stickstoff, Argon, Sauerstoff, Kohlendioxid oder auch brennbarer Gase. Diese Tanks sind gegen die Umgebung thermisch isoliert, insbesondere durch Vakuumisolation. Typische Betriebsparameter, beispielsweise für Stickstoff, sind 10 bar Druck und –168°C Temperatur. Flüssiggastanks bedürfen in bekannter Weise elektrischer Einrichtungen beispielsweise zur Überwachung des Füllstandes oder der Temperatur oder ähnlichem. Der gewonnene Messwert kann entweder lokal angezeigt werden oder mittels eines Funkmoduls zu einer entsprechenden Verwaltungsstelle fern übertragen werden. Für den Betrieb dieser elektrischen Einrichtungen ist eine Energiezufuhr notwendig. Diese erfolgt durch die Anbindung der elektrischen Einrichtung an ein Stromnetz oder durch das Austauschen von Batterien bzw. Akkumulatoren.Liquefied gas tanks are used for storing liquefied gases such. As nitrogen, argon, oxygen, carbon dioxide or combustible gases. These tanks are thermally insulated from the environment, in particular by vacuum insulation. Typical operating parameters, for example for nitrogen, are 10 bar pressure and -168 ° C temperature. Liquefied gas tanks require in a known manner electrical devices, for example, to monitor the level or the temperature or the like. The measured value obtained can either be displayed locally or be transmitted remotely by means of a radio module to a corresponding administration point. For the operation of these electrical equipment, an energy supply is necessary. This is done by connecting the electrical device to a power grid or by replacing batteries or accumulators.
Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass zum einen lange elektrische Leitungen notwendig sind, da Flüssiggastanks in der Regel auf einem Betriebsgelände in separaten Bereichen aufgestellt sind. Entsprechend teuer ist die Installation einer festen Stromversorgung. Bei der Verwendung von Akkumulatoren bzw. Batterien besteht die Möglichkeit, dass der Austausch vergessen werden kann bzw. eine hohe Temperaturempfindlichkeit bei Batterien bzw. Akkumulatoren vorliegt und somit die Funktionalität der elektrischen Einrichtungen nicht gewährt werden kann.However, these methods have the disadvantage that, on the one hand, long electrical lines are necessary, since liquefied gas tanks are generally installed on a site in separate areas. The installation of a fixed power supply is correspondingly expensive. When using rechargeable batteries or batteries there is the possibility that the replacement can be forgotten or a high temperature sensitivity in batteries or accumulators is present and thus the functionality of the electrical equipment can not be granted.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Flüssiggastank mit einer unabhängigen Stromversorgungsvorrichtung für wenigstens eine elektrische Einrichtung, die an einem Flüssiggastank angebracht ist, anzugeben. Ferner besteht die Aufgabe darin, dass die Stromversorgung derart ausgebildet ist, dass diese auf einfache Weise ohne die Anbindung an ein Stromnetz die elektrischen Einrichtungen zuverlässig und dauerhaft mit elektrischer Energie versorgen kann.It is an object of the invention to provide a liquefied gas tank with an independent power supply device for at least one electrical device which is attached to a liquefied gas tank. Furthermore, the object is that the power supply is designed such that it can supply the electrical devices reliably and permanently with electrical energy in a simple manner without the connection to a power grid.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.The object is solved by the characterizing features of claim 1 in conjunction with its generic features.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims form advantageous developments of the invention.
Erfindungsgemäß ist zur Versorgung einer elektrischen Einrichtung an einem Flüssiggastank ein Energiegenerator vorgesehen, welcher unter Ausnutzung der Temperaturdifferenz zwischen dem Flüssiggastank oder der damit verbundenen Komponenten Energie erzeugt. Im Sinne der Erfindung werden auch die fluidisch an den Flüssiggastank gekoppelten Komponenten, wie Auslassleitung und eventuell angeschlossene Wärmetauscher, als Teil des Flüssiggastanks gesehen.According to the invention, an energy generator is provided for supplying an electrical device to a liquefied gas tank, which generates energy by utilizing the temperature difference between the liquefied gas tank or the components connected thereto. For the purposes of the invention, the fluidically coupled to the liquid gas tank components, such as outlet and possibly connected heat exchanger, are seen as part of the liquid gas tank.
Da bei der Lagerung von Flüssiggas extrem tiefe Temperaturen auftreten, ergibt sich vom Gasbehälter zur Umgebung eine sehr hohe Temperaturdifferenz, die zur Erzeugung von Energie genutzt wird. Dies hat den Vorteil, dass vor Ort durch die tiefe Temperatur im Gastank vorliegende Ressourcen und die damit eintretende Temperaturdifferenz elektrische Energie erzeugbar ist, was zur Folge hat, dass Akkumulatoren oder Batterien nicht ausgetauscht werden müssen oder andererseits keine Stromleitungen an entlegene Standorte für Flüssiggastanks gelegt werden müssen und dennoch können die Vorteile einer elektrischen Einrichtung im Flüssiggastank genutzt werden.Since extremely low temperatures occur during the storage of liquefied gas, a very high temperature difference results from the gas tank to the environment, which is used to generate energy. This has the advantage that on-site resources due to the low temperature in the gas tank and the resulting temperature difference electrical energy can be generated, with the result that batteries or batteries do not need to be replaced or on the other hand no power lines are placed in remote locations for liquefied gas tanks and yet the benefits of electrical equipment in the LPG tank can be exploited.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Energiewandler als thermoelektrischer Generator, insbesondere als Peltiergenerator ausgebildet. Peltiergeneratoren stellen eine besonders geprüfte und effektive Möglichkeit dar, Temperaturdifferenzen in elektrische Energie zu wandeln. Solche thermoelektrischen Generatoren basieren auf dem „Seebeck”-Effekt, der eine Ladungstrennung basierend auf einer Temperaturdifferenz beschreibt.In a particularly advantageous embodiment, the energy converter is designed as a thermoelectric generator, in particular as a Peltier generator. Peltier generators are a proven and effective way to convert temperature differences into electrical energy. Such thermoelectric generators are based on the "Seebeck" effect, which describes charge separation based on a temperature difference.
Wie bei einem entsprechenden thermoelektrischen Generator kann somit auf einfache und günstige Weise Energie an Ort und Stelle des Flüssiggastanks erzeugt werden.As with a corresponding thermoelectric generator can thus be easily and inexpensively generated energy in place of the liquefied gas tank.
Alternativ zu einem Peltier-Generator, kann ein thermoelektrischer Generator auch als Stirling-Generator ausgebildet sein, wobei der erhitzte Bereich durch die Umgebungstemperatur gebildet wird und der gekühlte Bereich durch die extrem niedrige Gastemperatur gekühlt wird. Dazu können entsprechende Einrichtungen zwischen der ersten und zweiten Tankwand vorgesehen sein. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Temperaturdifferenz zur Energieerzeugung nutzbar ist, solange sich Flüssiggas im Tank befindet.As an alternative to a Peltier generator, a thermoelectric generator can also be designed as a Stirling generator, wherein the heated area is formed by the ambient temperature and the cooled area is cooled by the extremely low gas temperature. For this purpose, corresponding devices may be provided between the first and second tank wall. This embodiment has the advantage that the temperature difference can be used to generate energy as long as there is LPG in the tank.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Flüssiggastank eine innere Tankwand und eine äußere Tankwand, wobei die innere Tankwand von der äußeren Tankwand vakuumisoliert ist und/oder auch mit einem Perlit-Isolierpulver gefüllt sein kann. In dieser Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, den Energiewandler thermisch zwischen die innere Tankwand und die Umgebung zu koppeln, da die innere Tankwand die größte Temperaturdifferenz zur Umgebung aufweist und entsprechend für die höchste Leistungserzeugung Sorge tragen kann.In an advantageous embodiment, the liquid gas tank comprises an inner tank wall and an outer tank wall, wherein the inner tank wall is vacuum-insulated from the outer tank wall and / or can also be filled with a perlite insulating powder. In this embodiment, it proves to be advantageous thermally between the energy converter the inner tank wall and the environment to couple, since the inner tank wall has the greatest temperature difference to the environment and can provide accordingly for the highest power generation.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann die Kopplung über eine Aufhängung des inneren Tanks im äußeren Tank erfolgen.In a further advantageous embodiment, the coupling can take place via a suspension of the inner tank in the outer tank.
In einer alternativen Ausführungsform, kann die thermische Ankopplung des Energiewandlers über einen separaten Wärmeleiter z. B. einen Kupferstab, umgesetzt sein, indem dieser an dem einen Ende an der inneren Tankwand mit seiner anderen Seite an die äußere Tankwand bzw. die umgebende Atmosphäre gekoppelt ist.In an alternative embodiment, the thermal coupling of the energy converter via a separate heat conductor z. As a copper rod to be implemented by this is coupled at one end to the inner tank wall with its other side to the outer tank wall or the surrounding atmosphere.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Energiewandler an die Entnahmeleitung des Tanks gekoppelt sein. Diese Art der Kopplung hat den Vorteil, dass die Entnahmeleitung leicht zugänglich ist und eine Kälteabgabe in diesem Bereich ohnehin unerlässlich ist. Dies erhöht den Wirkungsgrad des Systems.In a further advantageous embodiment, the energy converter can be coupled to the withdrawal line of the tank. This type of coupling has the advantage that the extraction line is easily accessible and a cooling release in this area is essential anyway. This increases the efficiency of the system.
Die Kopplung des Energiewandlers an die Entnahmeleitung des Tanks bzw. den vorgeschaltenen Wärmetauscher hat den Nachteil, dass zwar bei der Entnahme des Flüssiggases eine Leitung bzw. den Wärmetauscher eine hohe Temperaturdifferenz zur Umgebung auftritt, auf der anderen Seite aber bei Stillstand der Wärmetauscher bzw. die Entnahmeleitung sich dem Umgebungstemperaturniveau anpassen, was eine thermoelektrische Stromerzeugung unterbindet.The coupling of the energy converter to the extraction line of the tank or the upstream heat exchanger has the disadvantage that although a high temperature difference to the environment occurs during the removal of the liquefied gas or the heat exchanger, but on the other hand at standstill of the heat exchanger or Discharge line to the ambient temperature level adapt, which prevents a thermoelectric power generation.
Überraschenderweise ergibt sich jedoch, dass bei Befüllung und Entnahme von. Flüssiggas in den Tank so viel Energie auf diese Weise produziert werden kann und diese in vorgesehenen Akkumulatoren zwischengespeichert werden kann, um eine Stromversorgung der elektrischen Einrichtungen zu gewährleisten, und auch für längere Stillstandszeiten zu überbrücken. So kann in allen Betriebsphasen eine Versorgung der elektrischen Einrichtungen durch den Energiewandler in Verbindung mit zugeschalteten Akkumulatoren gewährleistet werden. Es muss keine weitere Energie von außen zugeführt werden, was das Austauschen von Energiespeichern oder die Anbindung an ein Stromnetz überflüssig macht.Surprisingly, however, it follows that during filling and removal of. Liquefied gas in the tank so much energy can be produced in this way and this can be cached in designated accumulators to ensure a power supply to the electrical equipment, and to bridge for longer downtime. Thus, in all phases of operation, a supply of electrical equipment by the energy converter in conjunction with connected accumulators can be ensured. No external energy needs to be supplied, making it unnecessary to replace energy storage units or connect to a power grid.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Energiegenerator an die äußere Tankwand thermisch gekoppelt sein. Vor allem bei Stützstellen bzw. an den Aufhängungen des inneren Tanks ergibt sich immer noch eine dauerhafte Temperaturdifferenz zwischen den Aufhängungen und der Umgebung. Auf diese Weise können systembedingte Kältebrücken genutzt werden um elektrische Energie zu erzeugen, um die elektrische Energieversorgung von elektrischen Einrichtungen zu gewährleisten.In an alternative embodiment, the energy generator may be thermally coupled to the outer tank wall. Especially at support points or on the suspensions of the inner tank still results in a permanent temperature difference between the suspensions and the environment. In this way, systemic cold bridges can be used to generate electrical energy to ensure the electrical power supply of electrical equipment.
Als elektrische Einrichtung im Sinne der Erfindung werden unter anderem Aktoren, wie z. B. motorisch betätigte Entlastungsventile, Sensoren im Allgemeinen wie z. B. Temperatursensoren, Überdrucksensoren oder Füllstandsensoren, verstanden. Auch messtechnische Auswerteeinheiten und Druckübertragungs- oder Speichermodule sind dabei mitumfasst.As an electrical device according to the invention, among other actuators, such. As motor-operated relief valves, sensors in general such. As temperature sensors, pressure sensors or level sensors, understood. Also metrological evaluation and pressure transfer or memory modules are included.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können eine Steuerung und ein Energiespeicher in eine zu versorgende elektrische Einrichtung integriert sein, wohingegen der Thermogenerator über elektrische Leitungen mit der elektrischen Einrichtung verbunden ist. Die Komponenten der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung können entsprechend verteilt angeordnet sein.In an advantageous embodiment, a controller and an energy store can be integrated into an electrical device to be supplied, whereas the thermal generator is connected via electrical lines to the electrical device. The components of the power supply device according to the invention can be distributed accordingly.
Zur Reduzierung der verbrauchten Energie wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass die elektrischen Einrichtung über ein Art Schlafmodus verfügen, bei dem diese in einen Standby-Zustand versetzt werden und nur in bestimmten Intervallen angeschaltet werden, um eine Messung durchzuführen und dann wieder in den Standby Modus zurücküberführt werden. Dies sorgt für einen erheblich geringeren Energieverbrauch und unterstützt das Versorgungssystem einer lückenlosen Stromversorgung.In order to reduce the energy consumed, moreover, it is proposed that the electrical device have a kind of sleep mode in which they are put into a standby state and are switched on only at certain intervals in order to carry out a measurement and then return it to standby mode become. This ensures significantly lower energy consumption and supports the supply system of a complete power supply.
Ferner wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen ein Verfahren zur Energieversorgung einer elektrischen Einrichtung an einem Flüssiggastank mittels einer Stromversorgungseinrichtung anzugeben, welches sich dadurch auszeichnet, dass an einem Flüssiggastank ein elektrischer Energiegenerator verwendet wird, der die Temperaturdifferenz zwischen Flüssiggas und Umgebung zur Energieerzeugung nutzt. Die Temperaturdifferenz wird vorzugsweise über einen Thermogenerator in elektrische Energie gewandelt. Diese kann dann einem elektrischen Energiespeicher, der von der Stromversorgungseinrichtung umfasst sein kann, zugeführt werden. Von der Stromversorgungseinrichtung wird die elektrische Energie an die elektrische Einrichtung übertragen, wobei diese entweder direkt von der vom Thermogenerator eingespeisten Energie oder von den vorhandenen Energiespeichern abgezweigt wird.Further proposed in the invention is a method for supplying energy to an electrical device to a liquefied gas tank by means of a power supply device, which is characterized in that an electric energy generator is used on a liquefied gas tank, which uses the temperature difference between LPG and environment for energy production. The temperature difference is preferably converted via a thermogenerator into electrical energy. This can then be supplied to an electrical energy store, which can be encompassed by the power supply device. From the power supply device, the electrical energy is transmitted to the electrical device, which is diverted either directly from the energy fed by the thermogenerator or from the existing energy storage.
Vorzugsweise werden die elektrischen Einrichtungen abgeschaltet, sobald der Flüssiggastank leer ist. Da die elektrischen Einrichtungen insbesondere zur Überwachung des Flüssiggastanks dienen, und eine Überwachung eines leeren Tanks nicht notwendig ist, kann auf diese Weise Energie eingespart werden. Sobald der Flüssiggastank wieder befüllt wird, wird die elektrische Einrichtung wieder eingeschaltet.Preferably, the electrical devices are turned off as soon as the LPG tank is empty. Since the electrical devices are used in particular for monitoring the LPG tank, and monitoring of an empty tank is not necessary, energy can be saved in this way. As soon as the liquefied gas tank is refilled, the electrical device is switched on again.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following description in conjunction with the embodiments illustrated in the drawings.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:In the description, the claims, and the drawing, the terms and associated reference numerals used in the list of reference numerals below are used. In the drawing:
In der schematischen Darstellung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Thermogenerator
In der schematischen Darstellung der
Im Folgenden werden die unterschiedlichen, favorisierten thermischen Ankopplungspunkte dargestellt.In the following, the different, favored thermal coupling points are shown.
Schematisch sind verschiedene Ankopplungspunkte
So kann beispielsweise der Thermogenerator
Eine weitere alternative Ausführung ist die Kopplung an einem thermischen Leiter
Eine weitere Möglichkeit ist die Kopplung des Thermogenerators
Alternative Ausführungsformen bilden auch die Ankopplung an die Entnahme- bzw. Zuführleitung
Die thermischen Kopplungen können so kombiniert werden, dass die an den Kältebrücken entstehende Wärmekopplung, die ganze Zeit über genutzt wird. Zusätzlich wird bei Entnahme oder Befüllung auch die an der Entnahmeleitung
Durch die Nutzung, der in der Temperaturdifferenz gespeicherten Energie kann eine autarke Stromversorgung für elektrische Einrichtungen am Flüssiggastank gewährleistet werden.By using the energy stored in the temperature difference, a self-sufficient power supply for electrical equipment on the liquefied gas tank can be ensured.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- FlüssiggastankLPG tank
- 1212
- innere Tankwandinner tank wall
- 1414
- äußere Tankwandouter tank wall
- 1616
- Thermogeneratorthermogenerator
- 1818
- Aufhängungsuspension
- 2020
- Messeinrichtungmeasuring device
- 2222
- Akkumulatoraccumulator
- 2424
- Entnahme-ZuführleitungSampling supply line
- 2626
- Wärmetauscherheat exchangers
- 2828
- Sensorsensor
- 3030
- Ankopplungspunktcoupling point
- 3232
- Ankopplungspunktcoupling point
- 3434
- Ankopplungspunktcoupling point
- 3636
- Ankopplungspunktcoupling point
- 3838
- Ankopplungspunktcoupling point
- 4040
- Ankopplungspunktcoupling point
- 4242
- Ankopplungspunktcoupling point
Claims (11)
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