DE102011010869A1

DE102011010869A1 - Druckspeichervorrichtung, Druckgas- und Evakuierungsanlage

Info

Publication number: DE102011010869A1
Application number: DE102011010869A
Authority: DE
Inventors: Michael Richter
Original assignee: MR Dienstleistungen GbR
Current assignee: MR Dienstleistungen GbR
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-08-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckspeichervorrichtung (1) mit einem Gehäuse, das über zumindest eine Einlassöffnung (11) für druckbeaufschlagtes Gas, und zumindest eine Auslassöffnung (11) für druckbeaufschlagtes Gas verfügt, wobei erfindungsgemäß in dem Gehäuse (2), ein expansibler Ballon (3), der eine verschließbare Befüllöffnung aufweist, angeordnet ist, der mit einem Gas (8) befüllt ist, das in einem Temperaturbereich von —10°C bis 35°C verflüssigbar ist. Ferner werden eine Druckgasanlage und eine Evakuierungsanlage beansprucht, in denen die Druckspeichervorrichtung angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckspeichervorrichtung, sowie eine Druckgas- und eine Evakuierungsanlage, die die Druckspeichervorrichtung verwenden, um Luft oder sonstiges Gas unter Druck bereitzustellen oder abzuführen.
Bekanntermaßen wird Druckluft für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt, beginnend vom Aufpumpen von Autoreifen und dergleichen, bis hin zum Trockenreinigen von Gegenständen oder anderen Anwendungen, gerade in der Industrie, die die zur Verfügung Stellung erheblicher großer Volumina an Druckluft erfordern. Dazu ist es notwendig, dass die Druckluft, auch als komprimierte Luft bezeichnet, entsprechend mit Kompressoren auf einen höheren Druck gebracht wird. Die hierfür aufzuwendende Kompressionsenergie ist erheblich, da bei der Kompression von Gasen zum Teil bis zu 90% der eingesetzten Energie in Form von Wärme verloren gehen. Üblicherweise werden Kompressoren elektrisch betrieben, so dass die aufgewendete Energie besonders teuer ist.
Um Luft – oder ein anderes Gas – mit einem Zieldruck nutzen zu können, muss ein Kompressor Druckluft erzeugen, diese in einen Druckluftspeicher überführen, so dass sie sukzessive einem Verbraucher zugeführt werden kann.
Bekanntermaßen muss die Druckluft mit einem Speicherdruck gespeichert werden, der erheblich höher ist als der gewünschte Verbraucherdruck. 9 bar sind erforderlich, wenn eine gängige Anwendungen wie das Aufpumpen von Autoreifen ausgeführt werden soll, damit bei dem Druckabfall durch die Überführung letztlich etwa 6 bar an den Verbraucher abgegeben werden können. Somit ist es nötig, zur Verfügung Stellung des verlangten Speicherdrucks erheblich mehr Energie aufzuwenden als eigentlich notwendig wäre, um dem Verbraucher die benötigten 6 bar zuzuführen.
Völlig analog verhält es sich, wenn statt eines Verbrauchers, der Luft aufnimmt, eine Luft- oder Gasquelle von überschüssiger Luft befreit, also evakuiert werden soll: In diesem Fall muss ein hohes Maß an Energie aufgewendet werden, um die Luft, respektive das Gas, von der Quelle abzupumpen, indem eine Pumpe zur Ausführung einer Evakuierung eingesetzt wird. Dabei ist das aufzuwendende Maß an Evakuierungsenergie umso höher, je geringer der aus dem System noch zu entfernende Luft- oder Gasdruck ist: Der Übergang vom Atmosphärendruck (1013 hPa) zu Grobvakuum (~ 300 bis 1 hPa) erfordert daher wesentlich weniger Energie als der weitere Übergang zum Feinvakuum (~ 1 bis 10^–3 hPa).
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine Druckspeichervorrichtung zu schaffen, die günstig ist und flexibel zur Druckspeicherung genutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit der Druckluft- und Evakuierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weiter ist es wünschenswert, eine entsprechende Druckluftanlage zu schaffen, die ökonomisch betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird mit der Druckgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine einfach konstruierte, wartungsfreundliche und ökonomisch arbeitende Evakuierungsanlage zur Verfügung zu stellen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird mit der Evakuierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Druckspeichervorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer Ein- und einer Auslassöffnung für druckbeaufschlagtes Gas. In dem Gehäuse ist ein expansibler Ballon mit einer verschließbaren Befüllöffnung angeordnet, der mit einem in einem Temperaturbereich von –10°C bis 35°C verflüssigbaren Gas als Phasenwechselgas befüllt ist. In dem Gehäuse umgibt das druckbeaufschlagte Gas den Ballon, der eine geeignete Elastizität aufweist, so dass die beiden Gase durch die Membran, die die Ballonhaut bildet, voneinander getrennt sind, aber miteinander hinsichtlich des Druckes in Wechselwirkung stehen. Damit macht sich die Erfindung vorteilhaft den Effekt des Phasenwechsels des Gases, das den Ballon füllt, zu nutze, und erlaubt dessen Expansion bei einer Entnahme von Druckgas, oder umgekehrt dessen Kompression bei Erreichen eines entsprechenden Druckes, das bei der gegebenen Temperatur die Verflüssigung des Phasenwechselgases bewirkt. So wird auf einfachste Weise ein gepufferter Druckspeicher hergestellt, der es vorteilhaft erlaubt, das zu entnehmende Druckgas bei einem niedrigeren Druck zu speichern, als dies bei konventionellen Anlagen der Fall ist.
Der expansible Ballon kann vorteilhaft an dem Gehäuse befestigt sein und weist als verschließbare Befüllöffnung ein Ventil auf. So können unterschiedliche Ballonfüllungen hinsichtlich der Gaszusammensetzung oder des Füllvolumens gewählt werden.
Bei dem Gas, das den expansiblen Ballon füllt, kann es sich um ein Gas, insbesondere ein Alkan oder um eine Alkanmischung, handeln, das bei einem Druck in einem Bereich von 5 bis 10 bar verflüssigbar ist. Statt eines Alkans kommen bevorzugt Gase in Frage, die bei Luftkontakt keine explosiven Gemische bilden und die bevorzugt ebenfalls bei einem Druck in einem Bereich von 5 bis 10 bar verflüssigbar sind.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist eine Druckgasanlage, die die Druckspeichervorrichtung einer Gaskompressionsvorrichtung nachgeschaltet umfasst. Dazu ist die Gaskompressionsvorrichtung mit dem einen oder auch mit mehreren Druckspeichervorrichtungen über eine oder mehrere Leitungen fluidisch verbunden. In den Leitungen – oder auch ausgangsseitig am Kompressor oder eingangsseitig an der Druckspeichervorrichtung können Ventile oder Absperrvorrichtungen vorgesehen sein. Stromabwärts ist die dem Kompressor nachgeschaltete Druckspeichervorrichtung über eine einfache Leitung mit einem Verbraucher gekoppelt; alternativ können auch verschiedene Verbraucher über eine sich verzweigende Leitung mit der Druckspeichervorrichtung verbunden sein.
Dabei können die Verbraucher auch unterschiedliche Verbrauchsanforderungen an die Druckspeichervorrichtung stellen: Diese Aufgabe wird leicht gelöst, indem, je nach Verbraucheranforderung mehrere Verbraucher in der Leitung zwischen dem Verbraucher und dem Kompressor vorliegen. Unterschiedliche Verbraucher können mit einer unterschiedlichen Anzahl an Druckspeichervorrichtungen gekoppelt sein, bei einem höheren Verbrauch kann es geschickt sein, eine Zusatz-Druckspeichervorrichtung, durch Rückschlagventile entsprechend gesichert, unmittelbar vor dem Verbraucher zu platzieren, um insgesamt erforderlichen Speicherdrücke für das Druckgas möglichst niedrig zu halten.
Es ist auch denkbar, unmittelbar vor einen Verbraucher mit höherem Bedarf in einer großen Anlage, wie sie industrielle eingesetzt werden, einen weiteren Kompressor vor die Zusatz-Druckspeichervorrichtung eines Verbrauchers mit höherem Bedarf zu schalten.
Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Druckspeichervorrichtung auch invers betrieben werden, um als Puffer bei Evakuierungsvorgängen zu dienen. Die Druckspeichervorrichtung ist dabei im wesentlichen gleich aufgebaut, es wird aber der Ballon entsprechend dem Bedarf evakuiert.
Wird die erfindungsgemäße Druckspeichervorrichtung in eine Evakuierungsvorrichtung verbaut, so ist statt eines Kompressors eine oder mehrere Pumpen, respektive Vakuumpumpen zum Abpumpen von Gas die mit dem zumindest einen Druckspeicherbehälter fluidisch verbunden ist, verbaut. Die Evakuierungsvorrichtung weist ferner entsprechende Leitungen zwischen der Druckspeichervorrichtung in diesem Fall – bezogen auf die Fließrichtung des zu fördernden Gases – stromabwärts mit einer oder mehrerer Vakuumpumpen und stromaufwärts mit einem zu evakuierenden System verbunden.
Die Leitungen können auch in diesem Fall verzweigt sein, so dass ein oder mehrere zu evakuierenden Systeme mit gleichem oder unterschiedlichem Evakuierungsbedarf mit der Druckspeichervorrichtung gekoppelt sind.
Damit stellt die Erfindung eine einfache und wartungsfreie Druckspeichervorrichtung bereit, die es ermöglicht, unter reduziertem Energieaufwand Gas mit einem ausreichenden Speicherdruck zur Versorgung eines oder mehrerer Verbraucher bereitzustellen, oder in einer weiteren Anwendungsform, bei verringertem Energieaufwand ein gewünschtes Vakuum in einem System herzustellen.
Diese und weitere Vorteile werden nun durch die nachfolgenden Beschreibung und die begleitenden Figuren verdeutlicht, wobei der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dem verbesserten Verständnis des Gegenstands dient. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigt:
1a eine schematische Ansicht einer Reifenbefüllanlage aus dem Stand der Technik,
1b die Anlage aus 1a nach Umbau als erfindungsgemäße Druckluftanlage,
2 eine schematische Ansicht einer neu gebauten Druckluftanlage,
3 eine schematische Ansicht einer umgebauten Druckluftanlage für Gewerbe für zwei Verbraucher mit gleichem Verbrauch,
4a eine schematische Ansicht einer Gewerbe-Druckluftanlage für zwei Verbraucher mit gleichem Verbrauch nach dem Stand der Technik,
4b eine schematische Ansicht der Anlage aus 4a, umgebaut zur erfindungsgemäßen Druckluftanlage,
5 eine schematische Ansicht einer Druckluftanlage mit zwei Verbrauchern mit unterschiedlichem Verbrauch.
Die erfindungsgemäßen Druckluft- und Evakuierungsanlagen können, je nachdem, in welche Richtung sie betrieben werden, zum einen dazu dienen, Druckluft bereitzustellen, oder zum anderen dazu dienen, Gas beziehungsweise Luft aus Systemen abzuführen. Dazu umfassen die erfindungsgemäßen Druckgas- und Evakuierungsanlagen einen Kompressor, der mit einem Druckspeicherbehälter fluidisch verbunden ist. Dieser Druckspeicherbehälter weist ein Gehäuse auf, in dem ein dehnbarer Ballon aus einem dem Fachmann bekannten elastischen Material angeordnet ist.
Bei der Nutzung als Druckgas- oder Druckluftspeicher wird der Ballon über eine entsprechend verschließbare Befüllöffnung mit einem Gas befüllt, das in einem Temperaturbereich von –10°C bis 35°C bei einem Druck in einem Bereich verflüssigbar ist, der etwas höher als der Verbraucherdruck, etwa um 0,3 bis 0,6 bar ist. Das Gehäuse verfügt über eine Einlassöffnung, durch die das unter Druck stehende Gas in das Gehäuse einströmen gelassen werden kann, wobei es den expansiblen Ballon umgibt, und eine Auslassöffnung, damit das unter Druck stehende Gas bei Bedarf entnommen werden kann. Vorteilhaft ist der expansible Ballon an dem Gehäuse so befestigt, dass seine verschließbare Befüllöffnung, die geeigneter Weise als Ventil ausgebildet ist, außerhalb des Gehäuses betätigbar ist, so dass der Ballon, ganz nach Bedarf, mit entsprechendem Gas nachbefüllt werden kann. Bei derartigen Gasen kann es sich etwa um Erdgase wie Propan oder Butan handeln. Vorteilhaft solle es sich aber um ein Gas handeln, das bei Luftkontakt kein explosives Gemisch bildet, wenn es etwa wegen Ballonbeschädigung austritt. Dieses Gas sollte ebenfalls bevorzugt bei einem Druck im Bereich von 5 bis 10 bar verflüssigbar sein.
Die erfindungsgemäßen Anlagen dienen dazu, die Druckluft unter erheblich geringerem Energieaufwand mit einem gewünschten Kompressionsdruck zur Verfügung zu stellen. Dabei soll vermieden werden, Energie für die Aufwendung eines Zusatzdrucks aufzubringen, der lediglich dazu dient, den Druck des Gases im Speicherbehälter aufrecht zu halten und eine benötigte Druckdifferenz zur Überführung zum Verbraucher aufrecht zu halten.
Dies wird erreicht, indem grundsätzlich folgendes Prinzip verfolgt wird: Die Erfindung macht sich die Eigenschaft von Gasen zu nutze, dass diese bei definierten Drücken flüssig werden und in diesem Zustand nur noch einen Bruchteil des zuvor benötigten Volumens einnehmen. Lässt der Druck nach, bei gleich bleibender Temperatur, so expandiert das Gas und verbraucht entsprechend ein größeres Volumen.
Die erfindungsgemäße Druckspeichervorrichtung umfasst ein Druckgehäuse, in dem ein dehnbarer Ballon angeordnet ist, in den ein solches geeignetes Gas eingefüllt ist. Das Einfüllen kann über ein von außen zugängliches Ventil geschehen. Die Menge eines Gases, das in den Ballon einzufüllen ist, lässt sich auf leichte Weise dadurch berechnen, indem bei der Nutzung der Druckspeichervorrichtung in einer Druckgasanlage zunächst der Entnahmedruck des zur Verfügung zu stellenden Druckgases festgelegt wird. Abhängig davon wird ein entsprechendes Gas gewählt, das sich bei einem Druck verflüssigt, der über dem Entnahmedruck des Druckgases, respektive der Druckluft, die dem Verbraucher zugeführt werden soll, liegt.
In Kenntnis eines Drucks, der einem Verbraucher zugeführt werden soll (Zieldruck) wird nun ein Gas gewählt, das oberhalb dieses Zieldrucks bei den am Einsatzort herrschenden Temperaturen – falls idealerweise energiesparend keine Temperier- bzw. Kühlvorkehrungen getroffen werden sollen – flüssig ist, so dass das Druckgas nur auf einen Druck gebracht werden muss, der wenig oberhalb des Zieldrucks und oberhalb des Drucks liegt, bei dem das Phasenwechselgas expandiert, liegt, da der durch die Entnahme auftretende Druckabfall in dem Gasraum, der den Ballon mit dem Phasenwechselgas umgibt, die durch den Phasenwechsel verursachte Volumenzunahme von der flüssigen in die Gasform ausgleicht.
Dabei ist zu beachten, dass nach grober Näherung ein Mol eines ausgewählten Phasenwechselgases etwa 22,4 l in der Gasform einnimmt, wohingegen es in der flüssigen Form (etwa Propan, C₃H₈) nur wenige ml beansprucht. Exakte Werte in Bezug auf die Phasenumwandlungsdrücke bei gegebenen Temperaturen lassen sich aus gängigen, dem Fachmann bekannten Tabellenwerken entnehmen.
So kann beispielsweise bei obiger Anwendung eine Menge eines Gases, das sich etwa bei 6,2 bar verflüssigt, in den Ballon der Druckspeichervorrichtung eingefüllt werden und der Druckspeicherbehälter kann mit 6,5 bar druckbeaufschlagt werden, so dass die Differenz des Drucks, also 0,3 bar equilibriert wird, wobei die Equilibrierung durch die Entnahme des Gases aus dem Druckspeichergehäuse zunächst nicht zu einem Abfall des Entnahme-Gas-Innendrucks im Behälter führt, weil sich der Ballon mit dem expandierenden Phasenumwandlungsgas ausdehnt und damit den Druckausgleich bewirkt. Somit steht ein immer noch hinreichender Druck der Druckluft- oder des Druckgases zur Verfügung, um einen Verbraucher zu versorgen.
Damit stellt das Phasenumwandlungsgas ein Energiespeichermedium zur Verfügung: Obwohl der Inhalt an Druckgas im Behälter abnimmt, ist ohne weiteres Druckgas ohne Druckabfall weiter entnehmbar, da das zuvor flüssig in dem Ballon vorliegende Phasenumwandlungsgas sich auszudehnen beginnt, wenn der auf dieses Gas wirkende Druck bis zum Erreichen des Phasenumwandlungsdruckes – hier unter 6,2 bar – verringert wird. Entsprechend beginnt damit die Ballonausdehnung. Erst, wenn Ballon und das darauf wirkende Druckgas im Druckgleichgewicht stehen, sind, beginnt ein Kompressor wieder mit der Arbeit, wobei lediglich die Energie aufgewendet werden muss, die erforderlich ist, um das Phasenumwandlungsgas zu verflüssigen. Somit ist erheblich weniger Energie durch den Kompressor aufzuwenden, als wenn von vornherein ein wesentlich höherer Überdruck im Druckgehäuse bereitgestellt werden muss, um einen gewünschten Zieldruck beim Verbraucher bereit zu stellen.
Die in eine erfindungsgemäße Druckgasanlage integrierte Druckspeichervorrichtung weist daher eine Verbindungsleitung zwischen einem Zielsystem, hier einem Druckgasverbraucher, und dem Druckspeicherbehälter ausgangsseitig auf, in der – oder unmittelbar am Verbraucher – ein Ventil oder ein Absperrhahn vorgesehen sein wird, um das Rückfließen des zugeführten Druckgases zu unterbinden. Eine weitere Leitung, in diesem Falle eingangsseitig in Bezug auf die Zufuhr von Druckgas, führt von dem Druckspeicherbehälter zu einem Kompressor, der das benötigte Druckgas bereitstellt.
Der Einschaltpunkt des Kompressors ist mit dem Erreichen des Gleichgewichtsdruckes zwischen Phasenumwandlungsgas und Druckgas erreicht, wenn das Phasenumwandlungsgas vollständig gasförmig ist, und der Druckbehälter muss weiter mit von dem Kompressor kommendem Druckgas befüllt werden. Dieser muss lediglich mit der Energie betrieben werden, die erforderlich ist, um den Speicherdruck zum Verflüssigen des Phasenumwandlungsgas zu erreichen.
Soll die erfindungsgemäße Druckspeichervorrichtung umgekehrt betrieben werden, also zur Evakuierung, so wird der Ballon entsprechend dem Bedarf bis evakuiert, so dass spontan durch das Verflüssigen ein zusätzlicher „Saugeffekt” erzeugt wird, der das Absaugen eines Volumens an Luft oder Gas aus dem zu evakuierenden Zielsystem fördert, das in das durch die Verflüssigung des Phasenumwandlungsgases frei gewordene Volumen strömt, bis der Zielunterdruck erreicht ist.
Die in eine erfindungsgemäße Evakuierungsanlage integrierte Druckspeichervorrichtung weist daher eine Verbindungsleitung zwischen einem Zielsystem und dem Druckspeicherbehälter auf, in der ein Ventil oder ein Absperrhahn vorgesehen ist um den im Zielsystem erhaltenen Unterdruck zu bewahren. Eine weitere Leitung führt zu einer Pumpe, die den benötigten, unter dem Atmosphärendruck liegenden „Unterdruck” erzeugt.
Der Einschaltpunkt der Pumpe ist mit dem Überschreiten des Zielunterdrucks erreicht, und das in dem Druckbehälter angesammelte Gas kann abgepumpt werden, wobei die Pumpe nicht mit der Energie betrieben werden muss, die erforderlich ist, um den Zielunterdruck zu erreichen, sondern die Pumpe muss nur die Leistung erbringen, die erforderlich ist, um das Phasenumwandlungsgas in den gasförmigen Zustand zu überführen.
Generell lässt sich sagen, dass die erfindungsgemäßen Anlagen hinsichtlich der Druckspeicherbehälter, der Leitungen, die diese mit einer oder mehreren Pumpen oder alternativ Kompressoren und abnehmerseitig mit Gas verbrauchenden oder abnehmenden Systemen verbinden, samt sämtlicher Ventile für niedrigere Drücke und damit günstiger ausgelegt werden können, als dies bei einer konventionellen entsprechenden Anlage, die den gleichen Verbrauch, respektive die gleiche Evakuierungsleistung bereitstellt, der Fall ist. Es können etwa auch kleinere Kompressoren oder Pumpen mit kleinerer Leistung eingesetzt werden, um ein Ergebnis zu erzielen, das dem einer Anlage entspricht, die nicht über die erfindungsgemäße Druckspeichervorrichtung verfügt.
Selbstverständlich können Anordnungen sowohl in der Verwendung der Druckspeichervorrichtung in einer Druckgasanlage als auch in einer Evakuierungsanlage vorsehen, dass mehrere der erfindungsgemäßen Druckspeichervorrichtungen in Reihe geschaltet sind, etwa zwischen einem Kompressor und einer Hauptleitung, die zu mehreren Verbrauchern führt, oder sie können parallel geschaltet unmittelbar vor mehreren Verbrauchern in den zu diesen mündenden Abzweigleitungen angeordnet sein; auch eine Kombination der vorgenannten Anordnung, die sowohl in Reihe als auch parallel angeordnete Druckspeichervorrichtungen umfasst, ist möglich.
Auch die Verwendung mehrerer Kompressoren kommt in Frage, um die Anlage etwa bei verschiedenen Verbrauchererfordernissen mit dem jeweils geringst nötigen Energiebedarf zu betreiben.
Diese Anordnungsoption gilt auch für Evakuierungsanlagen, die ebenfalls verschiedene, von Gas zu befreiende, in Reihe oder parallel geschaltete Druckspeichervorrichtungen und Pumpen zum Bedienen mehrerer von Gas zu befreienden Systemen oder eines sehr großen Systems aufweisen können.
Ferner können unmittelbar an den Kompressoren und Pumpen, an den Verbrauchern oder den zu evakuierenden Zielsystemen und zusätzlich oder alternativ an den Leitungen Absperrvorrichtungen oder Ventile, auch Manometer zur Druckanzeige und Druckminderer vorgesehen sein.
Der in der Druckspeichervorrichtung angeordnete Ballon wird vorteilhaft über ein Ventil, das in der Gehäusewandung, an der der Ballon befestigt sein kann, befüllbar sein, was allerdings nicht zwingend gegeben sein muss, da das Gas in dem Ballon nicht verbraucht wird. Es kann sich jedoch als günstig erweisen, die Befüllung variabel handhaben zu können.
1a zeigt als ein Beispiel für eine Druckgasanlage eine Reifenbefüllanlage gemäß dem Stand der Technik.
Ein Kompressor 6 mündet über eine Leitung 4 und über ein Ventil 10 in einen Druckspeicherbehälter. In diesem ist ein Innengehäuse 5 vorgesehen, in das die komprimierte Luft 8 eingefüllt wird. Eine Entnahmeleitung 4 führt zu einem Verbraucher 7.
Der Kompressor 6, der beispielsweise mit einem 200 Liter Druckgefäß ausgestattet sein kann, muss beispielsweise für eine Reifenbefüllung die Luft mit etwa 8 bar über die Leitung 4 in den Druckspeicherbehälter 2, resp. In das Innengehäuse 5 führen. Fällt der Druck im Druckgefäß des Kompressors, der über die Leitung 4 mit dem Druckspeicherbehälter 2 in fluidischer Verbindung steht, unter 7,0 bar, so ist der Einschaltpunkt des Kompressors 6 erreicht und dieser beginnt erneut zu arbeiten. In dem Verbraucher 7 kommen jedoch lediglich die benötigten 3,0 bar zum Befüllen der Reifen an.
Ein solcher tragbarer Druckbehälter kann mit einem Manometer und einer entsprechenden Fülltaste ausgestattet sein.
Die Anlage kann in eine erfindungsgemäße, in 1b gezeigte, umgebaut werden: So kann der Kompressor 6 Gas, das mit 6,0 bar druckbeaufschlagt ist, in das Innengehäuse des Druckbehälter 1 überführen. Auch in diesem Fall erfordert der Verbraucher 3,0 bar, aber durch den nunmehr in dem Innengehäuse 5 mit Phasenumwandlungsgas 8 gefüllten Ballon 3, der leicht im Nachgang eingebaut werden kann, wird der oben beschriebene Effekt wirksam. Das flüssig vorliegende Gas 8 im Ballon 3 dehnt sich mit der Entnahme von Druckluft entsprechend aus, so dass gleichmäßig weiteres Druckgas entnommen werden kann. Damit ist es ausreichend, wenn der Kompressor 6 erst bei einem Einschaltpunkt von 5,5 bar wieder zu arbeiten beginnt. Eine Einsparung an Kompressionsenergie wird erreicht, da nicht mehr die zuvor benötigten 8,0 bar Ausgangsdruck am Kompressor 6 erreicht werden müssen, sondern da 6,0 bar Ausgangsdruck genügen.
2 zeigt eine unmittelbar neu gebaute Druckluftanlage, die über einen Kompressor 6 verfügen kann, der deutlich kleiner als der in umgebauten Altanlagen ist. So wird auch hier zugleich eine Raumersparnis ermöglicht. Der Kleinkompressor 6 ist durch eine Leitung 4 mit einer ersten erfindungsgemäßen ersten Druckspeichervorrichtung 1 gekoppelt, die etwa über 100 Liter Füllvolumen verfügen kann.
Die Druckspeichervorrichtung 1 ist auf die erfindungsgemäße Weise mit einem mit Flüssiggas 8 gefüllten Ballon 3 ausgestattet, angeordnet in dem Gehäuse 2, wobei ein Nachfüllventil 9 in einen Befestigungsstutzen mündet, der in der Wandung des Gehäuses 2 festgelegt ist.
Die Vor-Druckspeichervorrichtung kann beispielhaft etwa mit 6,0 bar Druckgas beaufschlagt werden, das Volumen des Gases 8 in dem Ballon 3 nimmt 50 Liter ein, wenn der Druck bei 5,5 bar liegt, wohingegen es etwa 5 Liter einnimmt, wenn der Druck bei 6,0 bar liegt. Der Einschaltpunkt kann für den Kleinkompressor bei 5,4 bar liegen, so dass hier eine vergleichsweise hohe Energieeinsparung im Vergleich zu Geräten aus dem Stand der Technik erreicht werden kann, wenn der Verbraucher mit 5,0 bar Druckluft versorgt werden soll.
Über die Leitung 4 wird das Druckgas aus der Vor-Druckspeichervorrichtung 1 in eine zweite Druckspeichervorrichtung 1 überführt, bei der es sich um eine vorher beschriebene Reifenbefüllanlage, also um einen tragbaren Druckbehälter 1 handeln kann, an den nunmehr auf einfache Weise über den Einlass 11 die Anlage aus Kleinkompressor 6 und das Vordruckgefäß 6 angeschlossen ist. Die zweite Druckspeichervorrichtung 1 ist ausgeführt wie in 1b dargelegt.
3 zeigt eine Anlage für die Nutzung im gewerblichen Bereich: Hier können zwei Verbraucher 7 mit einem gleich hohen Zieldruck, etwa 6,0 bar, versorgt werden. Eine entsprechend großer Druckspeichervorrichtung 1, deren Gehäuse im vorliegenden Beispiel etwa ein Volumen von 2.000 Litern haben und mit 6,8 bar Druckluft beaufschlagt werden kann, wird mit dem Ballon 3 erfindungsgemäß bestückt am Einlass 11 über die Leitung 4 an den Kompressor 6 angeschlossen. Die Auslassleitung 4 verzweigt sich und jeder Abzweig weist ein entsprechendes Reduzierventil 10 auf, das vor den Verbraucher 7 geschaltet ist.
4a zeigt eine gewerblich nutzbare Druckluftanlage gemäß dem Stand der Technik, deren Druckspeicher 1 auf etwa 9 bar aufgeladen werden muss um die zwei Verbraucher mit 6 bar zu versorgen.
Der in 4a gezeigte Druckluftbehälter 1 ist ein konventioneller, wohingegen 4b eine umgebaute erfindungsgemäße Variante zeigt: Dort ist der erfindungsgemäße Druckspeicherbehälter 1 mit dem Ballon 3 bestückt, in dem sich, wie oben beschrieben, das flüssige Phasenumwandlungsgas 8 befindet. Die von dem Kompressor 6 erzeugte Druckluft fließt über die Leitung 4 zunächst in die vorgeschaltete Druckspeichervorrichtung 1 und weiter nach Aufteilung in Abzweigleitungen über in jeweils eine weitere erfindungsgemäße Druckspeichervorrichtung 1 und über Rückschlagventile 10 zu den zwei jeweils in Reihe geschalteten Verbrauchern 7. Durch diese Gestaltung ist es möglich, die Verbraucher effektiv und ökonomisch mit unterschiedlichen Enddrücken, etwa mit 4 und mit 6 bar zu beaufschlagen, indem die gewünschten Enddrücke erst in den unmittelbar vor den Verbrauchern 7 liegenden Druckspeichervorrichtung 1 eingestellt werden.
5 zeigt eine gewerblich nutzbare Druckluftanlage, die zwei Verbraucher 7 mit unterschiedlichen Drücken, etwa mit 4,0 und mit 6,0 bar versorgt: Eine erste erfindungsgemäße Druckspeichervorrichtung 1 mit dem Ballon 3, in dem sich, wie oben beschrieben, das flüssige Phasenumwandlungsgas 8 befindet, ist unmittelbar nach einem Hauptkompressor 6, der die ganze Anlage bedient, vorgesehen, ein Nebenkompressor 6 ist vor einem zweiten erfindungsgemäße Druckspeicherbehälter angeordnet, der in dem Abzweig sitzt, der zu dem 6 bar verbrauchenden Verbraucher führt. Die Leitungen zu den Verbrauchern weisen Rückschlagventile auf. So können verschieden Druckgasdrücke auch für unterschiedliche Verbrauchervolumina und -drücke erzeugt werden.
Bezugszeichenliste

1: Druckspeicherbehälter
2: Gehäuse
3: Ballon
4: Druckluftleitung
5: Innengehäuse
6: Kompressor
7: Verbraucher
8: Phasenumwandlungsgas
9: Befüllventil für Ballons
10: Ventil
11: Einlass
12: Auslass

Claims

Druckspeichervorrichtung (1), umfassend ein Gehäuse (2), – zumindest eine Einlassöffnung (11) für druckbeaufschlagtes Gas, und – zumindest eine Auslassöffnung (12) für druckbeaufschlagtes Gas dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspeichervorrichtung (1) in dem Gehäuse (2) einen expansiblen Ballon (3), der eine verschließbare Befüllöffnung aufweist, wobei der expansible Ballon (3) mit einem Gas (8) befüllt ist, das in einem Temperaturbereich von –10°C bis 35°C verflüssigbar ist.
Druckspeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der expansible Ballon (3) an dem Gehäuse (2) befestigt ist und dass die verschließbare Befüllöffnung ein Ventil (9) ist.
Druckspeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druck in einem Bereich von 5 bis 10 bar verflüssigbar ist und – ein Alkan oder ein Alkangemisch ist, oder – ein anderes Gas ist, das bei Luftkontakt kein explosives Gemisch bildet.
Druckgasanlage, umfassend zumindest eine Druckspeichervorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend ferner zumindest eine Gaskompressionsvorrichtung (6), die mit zumindest einem Druckspeicherbehälter (1) fluidisch verbunden ist.
Druckgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskompressionsvorrichtung (6) über eine oder mehrere Leitungen (4), in der oder in denen ein Ventil (10) angeordnet ist, mit der einen oder mehreren Druckspeichervorrichtungen (1) verbunden ist.
Druckgasanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Druckspeichervorrichtung (1) stromabwärts über eine einfache Leitung (4) mit einen Verbraucher (7) oder über eine verzweigte Leitung (4) mit mehreren Verbrauchern (7) mit gleichem oder unterschiedlichem Verbrauch gekoppelt ist.
Druckgasanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Leitungsabzweig vor einem Verbraucher (7) bei einer Anordnung mit mehreren Verbrauchern (7) eine Druckspeichervorrichtung (1), insbesondere eine zwischen zwei Rückschlagventilen (10) angeordnete Zusatz-Druckspeichervorrichtung (1) bereitgestellt ist.
Druckgasanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzkompressor (6) vor der Zusatz-Druckspeichervorrichtung (1) angeordnet ist.
Evakuierungsvorrichtung, umfassend zumindest eine Druckspeichervorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, und umfassend ferner zumindest eine Vakuumpumpe zum Abpumpen von Gas, die mit dem zumindest einen Druckspeicherbehälter fluidisch verbunden ist.
Evakuierungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe zum Abpumpen von Gas über eine oder mehrere Leitungen, in der oder in denen ein Ventil angeordnet ist, mit der einer oder mehreren Druckspeichervorrichtungen verbunden ist.
Evakuierungsanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Druckspeichervorrichtung stromabwärts über eine einfache Leitung mit einem zu evakuierenden System oder über eine verzweigte Leitung mit mehreren zu evakuierenden Systemen mit gleichem oder unterschiedlichem Evakuierungsbedarf gekoppelt ist.