DE102011015432A1 - Befüllen von Speicherbehältern u.ä. - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium, beschrieben. Diese weist a) eine erste Medium-Bereitstellungseinheit (1), in der das Medium unter erhöhtem Druck vorliegt, b) eine zweite Medium-Bereitstellungseinheit (2), in der das Medium unter einem geringeren Druck als das Medium in der ersten Medium-Bereitstellungseinheit (A) vorliegt, und c) wenigstens einen Gasstrahl-Verdichter (3), der mit der ersten (1) und der zweiten Medium-Bereitstellungseinheit (2) derart in Wirkverbindung steht, dass das Medium aus der zweiten Medium-Bereitstellungseinheit (2) von dem Medium aus der ersten Medium-Bereitstellungseinheit (1) angesaugt und der vereinigte Medienstrom einem Abnehmer zugeführt wird, auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium.
  • Gattungsgemäße Vorrichtungen zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium kommen beispielsweise bei der Befüllung von Speicherbehältern zur Anwendung. Insbesondere stationäre Speicherbehälter dienen der Versorgung von Kunden mit technischen Gasen, insbesondere mit Wasserstoff oder Helium. Die Kunden sind beispielsweise Glas-, Halbleiter-, LCD-Bildschirm- oder Lichtwellenleiter-Produzenten.
  • Die Befüllung derartiger Speicherbehälter erfolgt gegenwärtig auf drei unterschiedlichen Wegen:
    • – Befüllung von sog. Tube Trailern im Abfüllwerk; Transport zum Kunden und Befüllung des Kunden-Speicherbehälters bis zum maximal möglichen Druck
    • – Anlieferung des Mediums in einem Niederdruck-Flüssigcontainer und Befüllung des Kunden-Speicherbehälters nach Verdampfung und Kompression des Mediums vor Ort
    • – Anlieferung des Mediums in einem Hochdruck-Flüssigcontainer und Befüllung des Kunden-Speicherbehälters nach Verdampfung des Mediums vor Ort
  • Auch bei der Befüllung von Hüllenstrukturen, insbesondere von Luftschiffen, Blimps, Fesselballonen, Gasballonen, etc. können die vorgenannten Versorgungsalternativen Anwendung finden, wobei jedoch in der Praxis üblicherweise die erstgenannte Alternative realisiert wird.
  • Aufgrund vergleichsweise hoher Kosten von Trailern und Flüssigcontainern ist man bestrebt, so wenig wie möglich in das erforderliche Equipment zu investieren und gleichzeitig das vorhandene Equipment so effizient wie möglich zu nutzen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium anzugeben, die gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine schnelle, effiziente und sichere Befüllung eines Speicherbehälters oder einer Hüllenstruktur ermöglicht und darüber hinaus keinen zusätzlichen Energieaufwand erfordert.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium vorgeschlagen, die
    • a) eine erste Medium-Bereitstellungseinheit, in der das Medium unter erhöhtem Druck vorliegt,
    • b) eine zweite Medium-Bereitstellungseinheit, in der das Medium unter einem geringeren Druck als das Medium in der ersten Medium-Bereitstellungseinheit vorliegt, und
    • c) wenigstens einen Gasstrahl-Verdichter, der mit der ersten und der zweiten Medium-Bereitstellungseinheit derart in Wirkverbindung steht, dass das Medium aus der zweiten Medium-Bereitstellungseinheit von dem Medium aus der ersten Medium-Bereitstellungseinheit angesaugt und der vereinigte Medienstrom einem Abnehmer zugeführt wird, aufweist.
  • Kern der Erfindung ist die Kombination eines bekannten Gasstrahl-Verdichters mit wenigstens zwei unterschiedlichen Medium-Bereitstellungseinheiten, wobei diese das Medium unter unterschiedlichen Drücken bereitstellen. Der erfindungsgemäß vorzusehendes Gasstrahl-Verdichter wird mit dem unter dem höheren Druck stehenden Medium beaufschlagt – dieses dient als sog. Treibmedium. Beim Durchströmen des Gasstrahl-Verdichters erzeugt das Treibmedium aufgrund seiner hohen Gasgeschwindigkeit einen Unterdruck. Der Unterdruckbereich des Gasstrahl-Verdichters weist eine oder mehrere Ansaugöffnungen auf, über die das Medium aus der zweiten Medium-Bereitstellungseinheit in das Treibmedium angesaugt und mit diesem vermischt wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass
    • – das Medium Wasserstoff, ein Brenngas, insbesondere Propan oder Butan, oder ein Edelgas, insbesondere Helium, ist,
    • – die erste Medium-Bereitstellungseinheit und/oder die zweite Medium-Bereitstellungseinheit
    • – ein stationärer und/oder mobiler Druckspeicher,
    • – ein stationärer und/oder mobiler Niederdruck-Flüssigspeicher,
    • – ein stationärer und/oder mobiler Hochdruck-Flüssigspeicher, und/oder
    • – ein dem Abnehmer nachgeschalteter Produktionsprozess, aus dem zumindest ein Teilstrom des ihm von dem Abnehmer zugeführten Mediums abgezogen wird, ist,
    • – der Abnehmer ein Speicher, vorzugsweise ein Druckspeicher, eine Hüllenstruktur, vorzugsweise ein Luftschiff, ein Blimp oder ein Ballon ist, und
    • – dem Gasstrahl-Verdichter Mittel zur Druckreduzierung und/oder Druckerhöhung vor- und/oder nachgeschaltet sind.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium sowie weitere Ausgestaltungen derselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform besteht die erste Medium-Bereitstellungseinheit 1 aus einem sog. Tube Trailer 4, dem eine Druckregeleinheit 5 zugeordnet ist. Der maximale Druck, mit dem das verdichtete Medium, wie beispielsweise Helium oder Wasserstoff, mittels des Tube Trailers 4 angeliefert wird, beträgt zwischen 150 und 200 bar. Mittels der Druckregeleinheit 5 erfolgt eine Druckreduzierung auf 20 bis 50 bar. Über Leitung 6 steht die erste Medium-Bereitstellungseinheit 1 mit einem Gasstrahl-Verdichter 3 in Verbindung. Das unter Druck stehende Medium durchströmt den Gasstrahl-Verdichter 3 und wird über Leitung 10 einem in der Figur nicht dargestellten Abnehmer, beispielsweise einem Speicherbehälter oder einer Höhlenstruktur, zugeführt.
  • Die zweite Medium-Bereitstellungseinheit 2 besteht aus einem transportierbaren Niederdruck-Flüssigspeicher 7, dem ein Verdampfer 8 zugeordnet wird. Das mittels des Niederdruck-Flüssigspeichers 7 angelieferte Medium wird im Verdampfer 8 verdampft und über die Leitung 9 durch das den Gasstrahl-Verdichter 3 durchströmende Treibmedium angesaugt.
  • Dient die in der Figur dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise der Befüllung eines annähernd leeren Speicherbehälters, so besteht zwischen dem Tube Trailer und dem zu befüllenden Speicherbehälter eine große Druckdifferenz. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Treibmediums in der Leitung 6 sowie dem Gasstrahl-Verdichter 3 kann eine hohe Ansaugleistung aus dem Flüssigcontainer 7 über die Leitung 9 realisiert werden. Dies hat zur Folge, dass die Befüllzeit für den Speicherbehälter gegenüber herkömmlichen Befüllverfahren deutlich verkürzt wird. Sobald ein Druckausgleich zwischen dem mittels der Druckregeleinheit 5 eingestellten Versorgungsdruck und dem zu befüllenden Speicherbehälter erreicht ist, kommt der Befüllvorgang automatisch zu Erliegen. Je nach Anwendung ist damit eine automatische Sicherheitsabschaltung des Befüllvorganges gegeben.
  • Sofern der mittels der Druckregeleinheit 5 eingestellte Versorgungsdruck höher gewählt wird als der maximal zulässige Befülldruck des Speicherbehälters, ist der Befülldruck entweder zu überwachen oder es muss eine automatische Druckabschaltung vorgesehen werden.
  • Ein grundsätzliches Problem bei der Bereitstellung komprimierter Medien mittels Tube Trailer besteht darin, dass diese im Regelfall nicht vollständig entleert werden können, und deshalb eine nicht unerhebliche Restmenge an Medium enthalten. Bisher wird der nicht vollständig entleerte Tube Trailer im Regelfall wieder ins Befüllwerk zurückgefahren und erneut befüllt, so dass die (jeweils) verbleibende Restmenge nicht genutzt wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Verfahrensweise realisiert werden, bei der ein eine Restmenge an verdichtetem Medium aufweisender Tube Trailer als zweite Medium-Bereitstellungseinheit mit dem Gasstrahl-Verdichter 3 verbunden wird. Sobald ein erneutes Befüllen des Speicherbehälters mittels eines befüllten Tube Trailer erfolgt, kann dieser den während des vorherigen Befüllvorganges nicht vollständig entleerten Tube Trailer nunmehr nahezu vollständig entleeren.
  • Auch im Falle der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Versorgung bzw. Befüllung einer Hüllenstruktur besteht zu Beginn eines Befüllvorganges eine vergleichsweise große Druckdifferenz zwischen dem Tube Trailer und der zu befüllenden Hüllenstruktur, da letztere im Regelfall annähernd drucklos ist. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Treibmediums in dem Gasstrahl-Verdichter 3 kann wiederum eine hohe Ansaugleistung aus dem Flüssigcontainer 7 realisiert werden.
  • Anstelle des in der Figur dargestellten Tube Trailers 4 und Niederdruck-Flüssigcontainers 7 können auch beliebige andere stationäre und/oder mobile bzw. transportierbare Druckspeicher, Niederdruck-Flüssigspeicher oder Hochdruck-Flüssigspeicher vorgesehen werden. Auch kann zumindest eine der beiden Medium-Bereitstellungseinheiten ein dem Abnehmer nachgeschalteter Produktionsprozess sein, aus dem zumindest ein Teilstrom des ihm von dem Abnehmer zugeführten Mediums abgezogen wird.
  • So benötigen bspw. eine Vielzahl von Produktionsprozessen das vergleichsweise wertvolle und teure Helium, wobei dieses verunreinigt wird. Bisher ist die Wiederaufbereitung und Rückführung des Heliums in den Produktionskreislauf vergleichsweise aufwändig, da das verunreinigte Helium zunächst aufgefangen werden muss, was im Regelfall mittel Druckerniedrigung durch eine Vakuumpumpe geschieht. Anschließend muss das verunreinigte Helium verdichtet und zum Zwecke einer ggf. vorzusehenden Nachreinigung einer entsprechenden Reinigungseinheit, beispielsweise einer Helium-selektiven Membran, zugeführt werden. Erst das in der Reinigungseinheit gewonnene aufgereinigte Prozessgas kann anschließend wieder vor den Produktionsprozess zurückgeführt werden.
  • Die vorbeschriebene Rückführung erfordert jedoch eine gewisse Menge an Energie, da im Regelfall zunächst eine Druckerniedrigung und anschließend eine Verdichtung erfolgen müssen. Dieser Aufwand an zusätzlicher Energie entfällt im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da das ggf. nachgereinigte Prozessgas bzw. Helium über das durch den Gasstrahl-Verdichter 3 strömende Treibmedium angesaugt wird, folglich weder Druckerniedrigung noch anschließende Verdichtung erforderlich sind.
  • Im Regelfall wird mittels der beiden Medium-Bereitstellungseinheiten 1 und 2 das gleiche Medium bereitgestellt, jedoch sind grundsätzlich auch Anwendungen denkbar, bei denen die beiden Medium-Bereitstellungseinheiten unterschiedliche Medien bereitstellen, die im Gasstrahl-Verdichter 3 vermischt werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium erhöht aufgrund verkürzter Befüllzeiten die Effizienz der verwendeten Transportmittel des verdichteten Mediums. Eine Verdichtung vor Ort bzw. beim Abnehmer ist daher nicht mehr erforderlich, somit auch kein zusätzlicher Energieverbrauch gegeben. Des Weiteren ist in den Füllwerken eine geringere Verdichterkapazität für die Befüllung der Tube Trailer erforderlich, da das Hauptvolumen des Mediums aus der Flüssigversorgung bereitgestellt wird.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Versorgung eines Abnehmers mit einem verdichteten Medium, aufweisend a) eine erste Medium-Bereitstellungseinheit (1), in der das Medium unter erhöhtem Druck vorliegt, b) eine zweite Medium-Bereitstellungseinheit (2), in der das Medium unter einem geringeren Druck als das Medium in der ersten Medium-Bereitstellungseinheit (A) vorliegt, und c) wenigstens einen Gasstrahl-Verdichter (3), der mit der ersten (1) und der zweiten Medium-Bereitstellungseinheit (2) derart in Wirkverbindung steht, dass das Medium aus der zweiten Medium-Bereitstellungseinheit (2) von dem Medium aus der ersten Medium-Bereitstellungseinheit (1) angesaugt und der vereinigte Medienstrom einem Abnehmer zugeführt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Wasserstoff, ein Brenngas, insbesondere Propan oder Butan, oder ein Edelgas, insbesondere Helium, ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Medium-Bereitstellungseinheit (1) – ein stationärer und/oder mobiler Druckspeicher, – ein stationärer und/oder mobiler Niederdruck-Flüssigspeicher, – ein stationärer und/oder mobiler Hochdruck-Flüssigspeicher, und/oder – ein dem Abnehmer nachgeschalteter Produktionsprozess, aus dem zumindest ein Teilstrom des ihm von dem Abnehmer zugeführten Mediums abgezogen wird, ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Medium-Bereitstellungseinheit (2) – ein stationärer und/oder mobiler Druckspeicher, – ein stationärer und/oder mobiler Niederdruck-Flüssigspeicher, – ein stationärer und/oder mobiler Hochdruck-Flüssigspeicher, und/oder – ein dem Abnehmer nachgeschalteter Produktionsprozess, aus dem zumindest ein Teilstrom des ihm von dem Abnehmer zugeführten Mediums abgezogen wird, ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abnehmer ein Speicher, vorzugsweise ein Druckspeicher, eine Hüllenstruktur, vorzugsweise ein Luftschiff, ein Blimp oder ein Ballon ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahl-Verdichter (3) Mittel zur Druckreduzierung (5) und/oder Druckerhöhung vor- und/oder nachgeschaltet sind.
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