DE102016004125A1

DE102016004125A1 - Separating piston for constant pressure accumulator

Info

Publication number: DE102016004125A1
Application number: DE102016004125.0A
Authority: DE
Inventors: Robert Adler; Sascha Dorner; Sarah Gruber; Markus Rasch
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Trennung eines ersten Bereiches für ein verdichtetes Gas (4) von einem zweiten Bereich für eine Flüssigkeit (3) in einem Konstantdruckspeicher, ausgeführt als beweglicher Trennkolben (2), wobei die Vorrichtung wenigstens ein Leckagereservoir (12) und wenigstens eine Leckagebohrung (8) umfasst, welche mit dem Leckagereservoir (12) und einem Zwischenraum (13) in Verbindung steht, der zwischen dem Trennkolben (2) und einem Zylinderrohr (1) des Konstantdruckspeichers ausgebildet ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Dichtung (9) zur Abdichtung des Zwischenraums (13) hin zum Gasbereich (4) sowie wenigstens eine weitere Dichtung (6) zur Abdichtung des Zwischenraums (13) hin zum Flüssigkeitsbereich (3). Das Leckagereservoir (12) steht über ein Rückschlagventil (11) mit dem Gasbereich (4) in Verbindung. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb eines Konstantdruckspeichers mit einem beweglichen Trennkolben angegeben.The invention relates to a device for separating a first region for a compressed gas (4) from a second region for a liquid (3) in a constant pressure accumulator, designed as a movable separating piston (2), the device comprising at least one leakage reservoir (12) and at least a leakage bore (8) which is in communication with the leakage reservoir (12) and a gap (13) formed between the separating piston (2) and a cylinder tube (1) of the constant pressure accumulator. Furthermore, the device comprises at least one seal (9) for sealing the intermediate space (13) towards the gas region (4) and at least one further seal (6) for sealing the intermediate space (13) towards the liquid region (3). The leakage reservoir (12) is connected to the gas area (4) via a check valve (11). Furthermore, a method for operating a constant pressure accumulator is specified with a movable separating piston.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung eines ersten Bereiches für ein verdichtetes Gas von einem zweiten Bereich für eine Flüssigkeit in einem Konstantdruckspeicher, ausgeführt als beweglicher Trennkolben sowie weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Konstantdruckspeichers mit einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a device for separating a first region for a compressed gas from a second region for a liquid in a constant pressure accumulator, designed as a movable separating piston and also a method for operating a constant pressure accumulator with such a device.

Konstantdruckspeicher sind dazu vorgesehen Verbrauchern ein Gas mit einem bestimmten, konstanten Druck zur Verfügung zu stellen und zählen so zur Gruppe der Gasdruckspeicher. In der Regel ist der Druck in einem Gasspeicher abhängig von dessen Füllstand und der Druck muss beispielsweise über Verdichter bei der Abgabe an den Verbraucher angepasst werden. Die Abgabe von Gas mit einem konstanten Druck ist vor allem bei Betankungsvorgängen, also dem befüllen kleinerer, mobiler oder stationärer Speichertanks hilfreich. Der Tankvorgang ist einfacher bei konstanten Druckverhältnissen auslegbar. Zudem kann ein Druck gewählt werden, bei dem ein einfaches Überströmen des Gases realisiert werden kann. Konstantdruckspeicher sind deshalb vor allem in einem Druckbereich bis 300 bar für die Speicherung und/oder Abgabe von Erdgas oder Autogas bekannt. Die Konstantdruckspeicher selbst können durch mobile Einrichtungen, wie zum Beispiel durch entsprechende Tankfahrzeuge oder auch stationär, beispielsweise durch Druckerhöhungsanlagen, in einer Einspeicherphase befüllt werden.Constant pressure accumulators are designed to provide consumers with a gas with a specific, constant pressure and thus belong to the group of gas pressure accumulators. In general, the pressure in a gas storage depends on its level and the pressure must be adjusted for example via compressor when delivering to the consumer. The delivery of gas at a constant pressure is particularly helpful in refueling operations, ie filling smaller, mobile or stationary storage tanks. The refueling process is easier to interpret at constant pressure conditions. In addition, a pressure can be selected in which a simple overflow of the gas can be realized. Constant pressure accumulators are therefore mainly known in a pressure range up to 300 bar for the storage and / or delivery of natural gas or LPG. The constant pressure reservoirs themselves can be filled by mobile devices, such as by appropriate tank vehicles or stationary, for example by pressure boosting systems, in a Einspeicherphase.

Das Prinzip eines Konstantdruckspeichers beruht darauf, dass während einer Einspeicherphase der Druck des Gases im ersten Bereich durch Vergrößerung des Volumens im ersten Bereich konstant gehalten wird, dadurch, dass sich der Trennkolben verschiebt und das Volumen des zweiten Bereiches kleiner wird. Während der Ausspeicherphase wird das Volumen des ersten Bereiches verkleinert in dem mehr Flüssigkeit in den zweiten Bereich gefördert wird und das Volumen des zweiten Bereiches so vergrößert wird, so dass wiederum der Druck im ersten Bereich konstant gehalten wird. Ein Konstantdruckspeicher kann auch als druckstabilisierter Hochdruckspeicher beschrieben werden.The principle of a constant pressure accumulator is based on the fact that during a Einspeicherphase the pressure of the gas is kept constant in the first region by increasing the volume in the first region, characterized in that the separating piston shifts and the volume of the second region is smaller. During the Ausspeicherphase the volume of the first region is reduced in the more liquid is conveyed in the second region and the volume of the second region is increased so that again the pressure in the first region is kept constant. A constant pressure accumulator can also be described as a pressure-stabilized high-pressure accumulator.

Konstantdruckspeicher sind häufig zu mehreren in einer Konstantdruckspeichereinheit zusammengefasst. Die Konstantdruckspeichereinheit selbst kann stationär aufgebaut sein, insbesondere als Teil einer Tankstelle, oder mobil als Teil auf einem Tankfahrzeug installiert sein. Eine Konstantdruckspeichereinheit umfasst im Allgemeinen neben einem oder mehreren Konstantdruckspeichern, eine Flüssigkeitsversorgung, also mindestens eine Flüssigkeitspumpe und mindestens einen Speicherbehälter für die Flüssigkeit und gegebenenfalls eine Gaskonditioniereinheit zur Anpassung des Gases an die Anforderungen an den Verbraucher. Es versteht sich, dass außerdem unterschiedliche Ventile, Regler und Sensoren zum Betrieb der Anlage vorhanden sind. Bei der Verwendung von Konstantdruckspeichern kann auf Verdichter oder Kompressoren zwischen dem Konstantdruckspeicher und dem Verbraucher verzichtet werden. Investitions- und Wartungskosten können so gesenkt werden. Herkömmliche Druckspeichereinrichtungen durchlaufen beim Entleeren und Befüllen viele Lastwechsel. Gerade bei der Speicherung von gasförmigem Treibstoff, insbesondere von Wasserstoff, werden die Speicherkapazitäten vor allem dadurch erhöht, dass größere Speicherdrücke verwendet werden. Dies erhöht die Belastung durch Lastwechsel zusätzlich. Aufgrund der stärkeren Nachfrage nach Wasserstoff und der Inbetriebnahme von Wasserstofftankstellen steigt die Nachfrage nach stabilen, langlebigen und wartungsarmen Speichersystemen für Gas bei hohen Drücken. Herkömmliche Materialien und Vorrichtungen sind jedoch kostenintensiv oder nicht stabil genug. Wie bereits in WO 2015051894 dargestellt bieten Konstantdruckspeichereinheiten eine Alternative, da die Anzahl an Lastwechsel deutlich reduziert wird. Die Lebensdauer von Tankstellen kann dadurch verlängert werden.Constant pressure accumulators are often grouped together in a constant pressure accumulator unit. The constant pressure storage unit itself may be constructed stationary, in particular as part of a gas station, or be installed as a part of a tanker mobile. A constant pressure storage unit generally comprises, in addition to one or more constant-pressure accumulators, a liquid supply, ie at least one liquid pump and at least one storage container for the liquid and optionally a gas conditioning unit for adapting the gas to the requirements of the consumer. It will be understood that there are also different valves, regulators and sensors for operating the system. When using constant pressure accumulators can be dispensed with compressors or compressors between the constant pressure accumulator and the consumer. Investment and maintenance costs can be reduced. Conventional accumulator devices undergo many load changes during emptying and filling. Especially in the storage of gaseous fuel, in particular of hydrogen, the storage capacities are mainly increased by the fact that larger storage pressures are used. This additionally increases the load due to load changes. Due to increased demand for hydrogen and the commissioning of hydrogen refueling stations, the demand for stable, durable and low-maintenance gas storage systems at high pressures is increasing. However, conventional materials and devices are costly or not stable enough. As already in WO 2015051894 Constant pressure accumulator units offer an alternative as the number of load changes is significantly reduced. The service life of filling stations can be extended.

Ein schadenanfälliges Bauteil in einer Konstantdruckspeichereinheit stellt der Trennkolben dar, welcher die Flüssigkeit vom Gas trennen. Diese Trennkolben verfügen in der Regel über ein oder mehrere Dichtungssysteme um die Fluide voneinander getrennt zu halten. Diese Dichtungssysteme sind durch die Bewegung entlang der Zylinderfläche häufiger Reibung ausgesetzt und unterliegen Verschleißerscheinungen. Ein Versagen der Dichtungen würde zur Folge haben, dass sich Gas und Flüssigkeit vermischen. Dies kann zu Schäden an nachfolgenden Anlagenbestandteilen und/oder in den Konstantdruckspeichereinheiten führen oder zumindest Kosten für die Reinigung und Reparatur der Vorrichtungen nach sich ziehen. Insbesondere bei Konstantdruckspeichereinheiten die unter hohen Drücken arbeiten ist dies besonders aufwendig. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, bei dem eine geringe Leckage aufgefangen und toleriert werden kann.A component susceptible to damage in a constant pressure storage unit is the separating piston, which separates the liquid from the gas. These separator pistons typically have one or more sealing systems to keep the fluids separate. These sealing systems are more frequently exposed to friction due to the movement along the cylinder surface and are subject to signs of wear. Failure of the seals would cause the gas and liquid to mix. This may result in damage to subsequent equipment and / or in the constant pressure storage units, or at least incur costs for cleaning and repairing the equipment. Especially with constant pressure storage units operating at high pressures, this is particularly expensive. Object of the present invention is therefore to provide an apparatus and a method in which a low leakage can be absorbed and tolerated.

Gelöst wird diese Aufgabe vorrichtungsseitig dadurch, dass die Vorrichtung wenigstens ein Leckagereservoir und wenigstens eine Leckagebohrung umfasst, welche mit dem Leckagereservoir und einem Zwischenraum in Verbindung steht, der zwischen dem Trennkolben und einem Zylinderrohr des Konstantdruckspeichers ausgebildet ist und wenigstens eine Dichtung zur Abdichtung des Zwischenraums hin zum Gasbereich sowie wenigstens eine weitere Dichtung zur Abdichtung des Zwischenraum hin zum Flüssigkeitsbereich umfasst und dass das Leckagereservoir über ein Rückschlagventil mit dem Gasbereich in Verbindung steht.This object is achieved on the device side in that the device comprises at least one leakage reservoir and at least one leakage bore, which communicates with the leakage reservoir and a gap formed between the separating piston and a cylinder tube of the constant pressure accumulator and at least one seal for sealing the interspace to the gas region and at least one further seal for sealing the gap to the liquid region comprises and that the Leakage reservoir via a check valve with the gas area in communication.

Vorzugsweise besteht der bewegliche Trennkolben aus wenigstens zwei Teilen. Dies erleichtert die Fertigung des Trennkolbens. Ein erster Teil umfasst das Dichtungssystem zur Abdichtung des Zwischenraums hin zum Flüssigkeitsbereich. Ein zweiter Teil umfasst die Dichtung hin zum Gasbereich und das Rückschlagventil. Das Leckagereservoir wird durch das Zusammenfügen beider Teile gebildet. Die wenigstens eine Leckagebohrung kann an der Schnittstelle der beiden Teile oder in einem der Teile angebracht sein.Preferably, the movable separating piston consists of at least two parts. This facilitates the production of the separating piston. A first part comprises the sealing system for sealing the gap to the liquid area. A second part includes the seal to the gas area and the check valve. The leakage reservoir is formed by the joining of both parts. The at least one leakage bore may be attached to the interface of the two parts or in one of the parts.

Die Vorrichtung umfasst bevorzugt zur Abdichtung des Zwischenraums hin zum Flüssigkeitsbereich ein Dichtsystem mit mindestens zwei Dichtungen. Diese Dichtungen sind vorteilhafterweise in einem Abstand von 2 bis 4 cm, insbesondere von 2,5 bis 3,5 cm und bevorzugt von 3 cm auf dem Trennkolben oder dem ersten Teil des Trennkolben angebracht.The device preferably comprises a sealing system with at least two seals for sealing the intermediate space to the liquid region. These seals are advantageously mounted at a distance of 2 to 4 cm, in particular from 2.5 to 3.5 cm and preferably of 3 cm on the separating piston or the first part of the separating piston.

Vorzugsweise ist die wenigstens eine Dichtung zur Abdichtung des Zwischenraums hin zum Gasbereich als V-Dichtung ausgestaltet. V-Dichtungen werden auch als Axial-Wellendichtungen bezeichnet. Die Dichtung fungiert als Abstreifer. Wird der Trennkolben vom Gasbereich hin zum Flüssigkeitsbereich bewegt, verbleibt trotz des ersten Dichtsystems, insbesondere wenn dieses beschädigt oder verschlissen ist, ein Flüssigkeitsfilm oder Schmierfilm an der Zylinderwand. Durch den Abstreifer wird dieser entfernt. Der Zwischenraum zwischen den Dichtungen ist über die Leckagebohrung mit dem Leckagereservoir verbunden. Dort wird die Flüssigkeit gesammelt.Preferably, the at least one seal for sealing the gap to the gas region is designed as a V-seal. V-seals are also referred to as axial shaft seals. The seal acts as a scraper. When the separating piston is moved from the gas region to the liquid region, a liquid film or lubricating film remains on the cylinder wall despite the first sealing system, in particular if it is damaged or worn. The scraper removes it. The space between the seals is connected to the leakage reservoir via the leakage bore. There, the liquid is collected.

Vorteilhafterweise weist das Leckagereservoir ein Volumen zwischen 5 und 1500 mL, insbesondere zwischen 500 und 1000 mL auf.Advantageously, the leakage reservoir has a volume of between 5 and 1500 ml, in particular between 500 and 1000 ml.

Die Vorrichtung wird bevorzugt für die Trennung von Wasserstoff oder Erdgas und einer Flüssigkeit verwendet. Das Material des Trennkolben und der Dichtungen muss dementsprechend ausgewählt werden. Die Dichtungen sind vorzugsweise aus Kunststoffen oder einem Kompositmaterial gefertigt. Beispiele hierfür sind PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PTFE welches mit Kohle, Kohlefaser, Koksfaser oder ähnlichem gefüllt ist.The device is preferably used for the separation of hydrogen or natural gas and a liquid. The material of the separating piston and the seals must be selected accordingly. The seals are preferably made of plastics or a composite material. Examples include PTFE (polytetrafluoroethylene) or PTFE which is filled with carbon, carbon fiber, coke fiber or the like.

Verfahrensseitig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Trennkolben ein Leckagereservoir umfasst und eine Dichtung, welche als Abstreifer wirkt, und dass Flüssigkeit, welche bei Bewegung des Kolben als Film an der Wand des Zylinderrohres zurückbleibt durch die Dichtung entfernt wird und im Leckagereservoir gesammelt wird.The method, the object is achieved in that the separating piston comprises a leakage reservoir and a seal which acts as a scraper, and that liquid which remains on movement of the piston as a film on the wall of the cylinder tube through the seal is removed and collected in the leakage reservoir.

Vorzugsweise steht das Leckagereservoir über ein Rückschlagventil mit dem Gasbereich in Verbindung und wenn durch eindringende Flüssigkeit der Druck erhöht wird, wird Gas über das Rückschlagventil in den Gasbereich abgelassen.Preferably, the leakage reservoir communicates with the gas region via a check valve, and when the pressure is increased by liquid entering, gas is released into the gas region via the check valve.

Bevorzugt wird als Gas Wasserstoff oder Erdgas gespeichert.Preferably, hydrogen or natural gas is stored as the gas.

Der Trennkolben des Konstantdruckspeichers wird bei der Ein- und Ausspeicherphase oszillierend innerhalb des Zylinderrohres bewegt. Bei der Ausspeicherphase, in dem Gas aus dem Konstantdruckspeicher abgegeben wird, wird das Volumen des Gasbereiches verkleinert. Dazu wird Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbereich gepumpt, so dass der Trennkolben in Richtung des Gasbereiches verschoben wird. Der Druck im Gasbereich wird so konstant gehalten. Das Volumen des Gasbereiches wird verkleinert. In der Einspeicherphase wird Gas in den Konstantdruckspeicher eingelagert. Dabei wird Gas zugeführt und der Trennkolben dadurch in Richtung der Flüssigkeit gedrückt. Die Flüssigkeit wird in einem Sammelbehälter aufgefangen.The separating piston of the constant pressure accumulator is moved during the injection and Ausspeicherphase oscillating within the cylinder tube. In the Ausspeicherphase in which gas is discharged from the constant pressure accumulator, the volume of the gas range is reduced. For this purpose, liquid is pumped into the liquid region, so that the separating piston is displaced in the direction of the gas region. The pressure in the gas area is kept constant. The volume of the gas area is reduced. In the injection phase, gas is stored in the constant pressure accumulator. Gas is supplied and the separating piston is thereby pressed in the direction of the liquid. The liquid is collected in a collecting container.

Der Trennkolben verfügt über Dichtungen die die Flüssigkeit vom Gasbereich trennen. Folgen, durch Verschleißerscheinungen auftretenden Undichtigkeiten, werden im erfindungsgemäßen System abgemildert indem Leckagefluid im Leckagereservoir gesammelt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Gas nicht durch Flüssigkeit verunreinigt wird. Ein weiterer Vorteil des offenbarten Trennkolbens besteht darin, dass durch die spezielle Ausgestaltung der Dichtung hin zum Gasbereich auch der Flüssigkeitsfilm, welcher sich an der Zylinderwand ablagert entfernt werden kann. Dies ist insbesondere während der Einspeicherphase von Bedeutung, wenn der Trennkolben vom Gas in Richtung des Flüssigkeitsbereiches geschoben wird. Dort kann trotz der Dichtungen hin zum Flüssigkeitsbereich ein dünner Flüssigkeitsfilm an der Zylinderwand verbleiben. Der Flüssigkeitsfilm wird durch die Dichtung, welche als Abstreifer ausgestaltet ist, von der Zylinderinnenwand entfernt und im Zwischenraum gesammelt. Von dort wird die Flüssigkeit über die Leckagebohrung in das Leckagereservoir im Inneren des Trennkolbens geleitet. Im Falle, dass im Leckagereservoir bereits Gas vorhanden ist, wird dieses von der Flüssigkeit verdrängt. Wenn der Druck im Leckagereservoir ansteigt, kann Gas über das Rückschlagventil in den Gasbereich abgegeben werden.The separating piston has seals that separate the liquid from the gas area. Consequences of leaks occurring due to signs of wear are alleviated in the system according to the invention by collecting leakage fluid in the leakage reservoir. This has the advantage that the gas is not contaminated by liquid. Another advantage of the disclosed separating piston is that due to the special design of the seal towards the gas region, the liquid film which deposits on the cylinder wall can also be removed. This is especially important during the injection phase when the separating piston is pushed by the gas in the direction of the liquid area. There, despite the seals towards the liquid area, a thin film of liquid may remain on the cylinder wall. The liquid film is removed by the seal, which is designed as a scraper, from the cylinder inner wall and collected in the intermediate space. From there, the liquid is directed via the leakage hole into the leakage reservoir inside the separating piston. In the event that gas is already present in the leakage reservoir, this is displaced by the liquid. When the pressure in the leakage reservoir increases, gas can be released into the gas area via the check valve.

Mit dieser kostengünstigen und leicht zu realisierenden Gestaltung des Trennkolbens kann deshalb eine gewisse Menge an Flüssigkeit im Leckagereservoir gespeichert werden, ohne dass direkt eine Reparatur des Konstantdruckspeichers erfolgen muss. Wartungsintervalle können so verlängert werden und dadurch werden Zeit und Kosten gespart.With this inexpensive and easy-to-implement design of the separating piston therefore a certain amount of liquid can be stored in the leakage reservoir, without having to directly repair the Konstantdruckspeichers. Maintenance intervals can be extended, thereby saving time and money.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Leckagereservoir mit Sensoren, insbesondere mit Sensoren zur Detektion von Flüssigkeiten, beispielsweise einem Schwimmer oder Drucksensoren ausgestattet werden. Diese können drahtlos ein Signal an die Umgebung abgeben und so kann detektiert werden ob sich Flüssigkeit im Leckagereservoir befindet und ob eine Wartung nötig ist. Hierbei verringert sich der routinemäßige Wartungsaufwand weiterhin, da nur bei Bedarf eine Reparatur und ein Austausch der Dichtungen erfolgen muss. Funktionierende Systeme müssen dann nicht auf Verdacht geöffnet werden. In a further preferred embodiment, the leakage reservoir can be equipped with sensors, in particular with sensors for the detection of liquids, for example a float or pressure sensors. These can wirelessly deliver a signal to the environment and thus it can be detected whether there is liquid in the leakage reservoir and whether maintenance is necessary. Routine maintenance will continue to be reduced as repair and replacement of gaskets will only be required if needed. Then functioning systems do not have to be opened on suspicion.

Der Abstreifer, also die Dichtung hin zum Gasbereich, kann so ausgestaltet sein, dass er nur einseitig wirkt. Dies ist insbesondere der Fall wenn eine V-Dichtung verwendet wird. Das heißt, Gas kann in den Zwischenbereich und das Leckagereservoir über den Abstreifer eindringen, insbesondere in der Einspeicherphase. Somit herrscht im Leckagereservoir der Betriebsdruck vor, der auch im Konstantdruckspeicher auf Seite des Gases eingestellt ist. Steigt nun der Druck im Leckagereservoir, da Leckageflüssigkeit eindringt, muss der Abstreifer so ausgestaltet sein, dass er einen Druck aus Richtung des Zwischenraums hin zum Gasbereich standhalten kann, der größer ist als der Öffnungsdruck des Rückschlagventils. Bevorzugt ist dies ein Differenzdruck von 1 bar. So wird sichergestellt, dass das Gas nur über das Rückschlagventil in den Gasbereich abgelassen wird. Erst wenn sich im Leckagereservoir eine zu große Menge an Flüssigkeit angesammelt hätte, würde über das Rückschlagventil Flüssigkeit in den Gasbereich gelangen. Um dem vorzubeugen sind Wartungsintervalle weiterhin notwendig, sofern keine Sensoren installiert sind.The scraper, so the seal towards the gas area, can be designed so that it acts only on one side. This is especially the case when a V-seal is used. That is, gas may penetrate into the intermediate region and the leakage reservoir via the scraper, especially in the injection phase. Thus prevails in the leakage reservoir operating pressure, which is also set in the constant pressure accumulator on the gas side. If the pressure in the leakage reservoir now increases, since leakage fluid penetrates, the scraper must be designed so that it can withstand a pressure from the direction of the gap towards the gas area, which is greater than the opening pressure of the check valve. This is preferably a differential pressure of 1 bar. This ensures that the gas is only released through the check valve into the gas area. Only if an excessive amount of liquid had accumulated in the leakage reservoir, liquid would enter the gas area via the check valve. To prevent this, maintenance intervals are still necessary, if no sensors are installed.

Der Trennkolben kann vorzugsweise über Führungsbänder verfügen. Diese sind jeweils an den Enden des Trennkolbens vor den Dichtungen angebracht. Diese Führungsbänder dienen dazu Abrieb und Verunreinigung, insbesondere von der Zylinderwand aufzunehmen und schützen so die Dichtungen. Zudem stabilisieren sie die Lage des Trennkolbens um insbesondere ein Verkanten des Kolbens innerhalb des Zylinderrohres zu verhindern.The separating piston may preferably have guide belts. These are each attached to the ends of the separating piston in front of the seals. These guide bands serve to absorb abrasion and contamination, in particular from the cylinder wall and thus protect the seals. In addition, they stabilize the position of the separating piston in order in particular to prevent tilting of the piston within the cylinder tube.

Konstantdruckspeichereinheiten können zur Lagerung von Gasen, vorzugsweise von brennbaren Gasen wie Wasserstoff oder Erdgas verwendet werden. Als Flüssigkeit wird bevorzugt eine Hydraulikflüssigkeit verwendet. Als Beispiel kann hier Wasser oder eine andere schwer entflammbare Hydraulikflüssigkeit, welche Wasser und Polyglykol enthalten kann (z. B. HFC) oder eine mineralölbasierte Hydraulikflüssigkeit (z. B. HLP) angeführt werden.Constant pressure storage units can be used to store gases, preferably combustible gases such as hydrogen or natural gas. The liquid used is preferably a hydraulic fluid. As an example, mention may be made of water or another flame retardant hydraulic fluid which may contain water and polyglycol (eg HFC) or a mineral oil based hydraulic fluid (eg HLP).

Die erfindungsgemäße Art an Trennkolben wird insbesondere dann verwendet, wenn hochreine Gase gelagert werden, bei denen eine Verunreinigung durch eine Leckage an den Dichtungen nicht toleriert werden kann, da dies zu Verunreinigung von nachfolgenden Anlagenkomponenten führen würde. Wird die Konstantdruckspeichereinheit an Tankstellen zur Betankungen von Fahrzeugen insbesondere mit Wasserstoff verwendet, kann so verhindert werden, dass verunreinigter Wasserstoff abgegeben wird und dadurch beispielsweise die Brennstoffzelle im Fahrzeug eines Kunden beschädigt wird. Gleichzeitig reduzieren sich jedoch auch die Wartungskosten für den Tankstellenbetreiber.The type of separating piston according to the invention is used in particular when high-purity gases are stored, in which contamination due to leakage at the seals can not be tolerated, since this would lead to contamination of downstream system components. If the constant-pressure storage unit is used at refueling stations for refueling vehicles, in particular with hydrogen, it is thus possible to prevent contaminated hydrogen from being discharged, thereby damaging, for example, the fuel cell in a customer's vehicle. At the same time, however, the maintenance costs for the filling station operator are also reduced.

Wird die Konstantdruckspeichereinheit für Wasserstoff verwendet, wird das Gas bevorzugt bei einem Druck von 235 bis 5000 bar, bevorzugt bei 301 bar bis 1200 bar, insbesondere bei 350, 620, 700, 850, 900 oder 1000 bar gelagert sowie eingespeichert.If the constant-pressure storage unit for hydrogen is used, the gas is preferably stored and stored at a pressure of 235 to 5000 bar, preferably at 301 bar to 1200 bar, in particular at 350, 620, 700, 850, 900 or 1000 bar.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Trennkolben gasseitig eine Einbuchtung auf. Diese dient der Stabilisierung des Drucks. Der Konstantdruckspeicher kann so nicht vollständig entleert werden, der Druck bleibt konstant und es findet kein Lastwechsel statt.In a further preferred embodiment, the separating piston has an indentation on the gas side. This is used to stabilize the pressure. The constant pressure accumulator can not be completely emptied, the pressure remains constant and there is no load change.

Die Konstantdruckspeichereinheiten werden bei Temperaturen von –40 bis +80 C betrieben, in der Regel jedoch bei Umgebungstemperatur.The constant pressure accumulator units are operated at temperatures from -40 to +80 C, but usually at ambient temperature.

Ein erfindungsgemäßes Trennkolbensystem ist vorzugsweise in langsam laufenden Maschinen untergebracht. Die Hubfrequenz des Kolben beträgt dabei weniger als 2 Hz. Für die Anwendung in Konstantdruckspeichern ist die Kolbengeschwindigkeit kleiner als 0,5 m/s, insbesondere zwischen 0,01 und 0,1 Hz.A separating piston system according to the invention is preferably accommodated in slow-running machines. The stroke frequency of the piston is less than 2 Hz. For use in constant pressure accumulators, the piston speed is less than 0.5 m / s, in particular between 0.01 and 0.1 Hz.

Die Konstantdruckspeichereinheiten werden bevorzugt horizontal platziert. Das Rückschlagventil wird bevorzugt mittig im Trennkolben platziert. In einer besonderen Ausführungsform können die Konstantdruckspeicher vertikal installiert werden, dann sollte jedoch der Flüssigkeitsbereich unten angeordnet sein.The constant pressure storage units are preferably placed horizontally. The check valve is preferably placed in the middle of the separating piston. In a particular embodiment, the constant pressure accumulators may be installed vertically, but then the fluid area should be located below.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend bei der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigt:Further features and advantages of the invention will be explained below in the description of exemplary embodiments with reference to the figures. It shows:

1: Konstantdruckspeicher mit Trennkolben mit einem Leckagereservoir 1 : Constant pressure accumulator with separating piston with a leakage reservoir

2: Konstantdruckspeicher mit Trennkolben mit einem Leckagereservoir umfassend einen Levelsensor 2 : Constant pressure accumulator with separating piston with a leakage reservoir comprising a level sensor

1 zeigt einen Ausschnitt eines Konstantdruckspeichers, indem der Trennkolben 2 dargestellt ist. Der Trennkolben 2 ist in einem Zylinderrohr 1 angeordnet. Er besteht aus einem ersten Teil 2a und einem zweiten Teil 2b. Die beiden Teile, werden durch dem Fachmann bekannte Mittel verbunden. Dadurch bildet sich ein Hohlraum im inneren aus, was im Folgenenden als Leckagereservoir 12 bezeichnet wird. Der Trennkolben 2 trennt einen Flüssigkeitsbereich 3 von einem Gasbereich 4. An den jeweiligen Enden des Trennkolbens sind Führungsbänder 5 und 10 angebracht. Diese dienen dazu, den Kolben innerhalb des Zylinderrohrs zu stabilisieren und etwaige Verunreinigungen aufzunehmen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist am ersten Teil 2a ein Dichtsystem angebracht, welches den Flüssigkeitsbereich 3 vom Zwischenraum 13 abtrennt. Das Dichtsystem besteht aus den beiden Dichtringen 6 und 7. Der Zwischenraum 13 befindet sich zwischen dem Trennkolben 2 und dem Zylinderrohr 1. Auf Seite des zweiten Teils 2b des Trennkolbens 2 wird der Zwischenraum 13 durch die Dichtung 9 begrenzt. Die Dichtung 9 ist als V-Dichtung ausgestaltet und fungiert als Abstreifer. Der Trennkolben verfügt zudem über die Leckagebohrung 8 und ein Rückschlagventil 11. 1 shows a section of a constant pressure accumulator by the separating piston 2 is shown. The separating piston 2 is in a cylinder tube 1 arranged. It consists of a first part 2a and a second part 2 B , The two parts are connected by means known to those skilled in the art. As a result, a cavity is formed in the interior, which in the following as a leakage reservoir 12 referred to as. The separating piston 2 separates a fluid area 3 from a gas area 4 , At the respective ends of the separating piston are guide belts 5 and 10 appropriate. These serve to stabilize the piston within the cylinder tube and absorb any impurities. In the illustrated embodiment is on the first part 2a attached a sealing system, which is the liquid area 3 from the gap 13 separates. The sealing system consists of the two sealing rings 6 and 7 , The gap 13 is located between the separating piston 2 and the cylinder tube 1 , On the side of the second part 2 B of the separating piston 2 becomes the gap 13 through the seal 9 limited. The seal 9 is designed as a V-seal and acts as a scraper. The separating piston also has the leakage bore 8th and a check valve 11 ,

Der Trennkolben 2 wird während der Ein- und Ausspeicherphase des Konstantdruckspeichers oszillierend innerhalb des Zylinderrohres 1 bewegt. Wenn sich der Trennkolben 2 in der Einspeicherphase vom Gasbereich 4 hin zum Flüssigkeitsbereich 3 bewegt verbleibt trotz des Dichtsystems mit den Dichtringen 6 und 7 ein geringer Flüssigkeitsfilm an der Zylinderwand. Der Film wird dicker mit steigender Abnutzung des Dichtsystems oder mit Erreichen der Lebensdauer des Dichtmaterials. Durch die Dichtung 9, die als V-Dichtung ausgestaltet ist und so als Abstreifer fungiert, wird der Flüssigkeitsfilm von der Zylinderwand entfernt. Die gesammelte Flüssigkeit wird über die Leckagebohrung 8 aus dem Zwischenraum 13 in das Leckagereservoir 12 geführt. Da die V-Dichtung 9 nur eine einseitige Absperrwirkung hat, befindet sich im Leckagereservoir 12 bereits Gas. Wird durch die gesammelte Flüssigkeit ein gewisser Druck erreicht kann das Gas über das Rückschlagventil 11 abgelassen werden. Die V-Dichtung 9 hält einem Gasdruck stand, der über dem Öffnungsdruck des Rückschlagventils 11 liegt.The separating piston 2 becomes oscillating within the cylinder tube during the injection and withdrawal phase of the constant pressure accumulator 1 emotional. When the separating piston 2 in the storage phase of the gas area 4 towards the fluid area 3 remains agile despite the sealing system with the sealing rings 6 and 7 a small liquid film on the cylinder wall. The film thickens with increasing wear of the sealing system or with the life of the sealing material. Through the seal 9 , which is designed as a V-seal and thus acts as a scraper, the liquid film is removed from the cylinder wall. The collected liquid is passed through the leakage hole 8th from the gap 13 into the leakage reservoir 12 guided. Because the V-seal 9 has only one-sided shut-off, is located in the leakage reservoir 12 already gas. If a certain pressure is reached by the collected liquid, the gas can flow over the check valve 11 be drained. The V-seal 9 holds a gas pressure that is above the opening pressure of the check valve 11 lies.

Erst wenn das Leckagereservoir 12 mit einer maximalen Menge an Flüssigkeit gefüllt ist wird das Leckagereservoir 12 entleert und zumindest die Dichtungen 6 und 7 werden erneuert.Only when the leakage reservoir 12 filled with a maximum amount of liquid becomes the leakage reservoir 12 emptied and at least the seals 6 and 7 be renewed.

2 umfasst im Wesentlichen die gleichen Bestandteile wie das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel. Im Folgenden wird deshalb nur auf die zusätzlichen Funktionen eingegangen. In diesem Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Leckagereservoirs 12 ein Levelsensor 14 angebracht. Dieser Levelsensor fungiert als Füllstandssensor. Ist nun Flüssigkeit (dargestellt durch die gestrichelte Linie) im Leckagereservoir vorhanden gibt der Levelsensor über eine drahtlose Verbindung ein Signal nach außen ab. Dieses Signal signalisiert, dass ein Entleeren des Leckagereservoirs notwendig ist und die Dichtungen (6, 7) des Dichtsystems erneuert werden müssen. Der Füllstandssensor kann so programmiert werden, dass verschiedene Detektionslevel signalisiert werden können. Es kann also festgestellt werden ob eine sofortige Reparatur erfolgen muss oder ob eine gewisse Restlaufzeit möglich ist. 2 essentially comprises the same ingredients as the one in 1 illustrated embodiment. In the following, therefore, only the additional functions will be discussed. In this embodiment is within the leakage reservoir 12 a level sensor 14 appropriate. This level sensor acts as a level sensor. If liquid (represented by the dashed line) is present in the leakage reservoir, the level sensor outputs a signal to the outside via a wireless connection. This signal indicates that an emptying of the leakage reservoir is necessary and the seals ( 6 . 7 ) of the sealing system must be renewed. The level sensor can be programmed so that different detection levels can be signaled. It can therefore be determined whether an immediate repair must be made or whether a certain residual maturity is possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Zylinderrohrcylinder tube
22: Trennkolbenseparating piston
2a2a: Trennkolben Teil aSeparating piston part a
2b2 B: Trennkolben Teil bSeparating piston part b
33: Flüssigkeitsbereichliquid range
44: Gasbereichgas sector
55: Führungsband 1 guide band 1
66: Dichtung 1 poetry 1
77: Dichtung 2 poetry 2
88th: Leckagebohrungleakage hole
99: Dichtung 3 poetry 3
1010: Führungsband 2 guide band 2
1111: Rückschlagventil 11 check valve 11
1212: Leckagereservoirleakage reservoir
1313: Zwischenraumgap
1414: LevelsensorLevel sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2015051894 [0004]

Claims

Device for separating a first area for a compressed gas ( 4 ) from a second area for a liquid ( 3 ) in a constant pressure accumulator, designed as a movable separating piston ( 2 ), characterized in that the device - at least one leakage reservoir ( 12 ) and at least one leakage bore ( 8th ), which - with the leakage reservoir ( 12 ) and a gap ( 13 ) communicating between the separating piston ( 2 ) and a cylinder tube ( 1 ) of the constant-pressure accumulator is formed - and at least one seal ( 9 ) for sealing the gap ( 13 ) to the gas area ( 4 ) and - at least one further seal ( 6 ) for sealing the gap ( 13 ) to the liquid area ( 3 ) - and that the leakage reservoir ( 12 ) via a check valve ( 11 ) with the gas area ( 4 ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the movable separating piston ( 2 ) of at least two parts ( 2a . 2 B ) consists.

Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the device for sealing the gap ( 13 ) to the liquid area ( 3 ) a sealing system with at least two seals ( 6 . 7 ).

Device according to claim 3, characterized in that the seals ( 6 . 7 ) are mounted at a distance of 2 to 4 cm, in particular from 2.5 to 3.5 cm and preferably of 3 cm on the separating piston.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one seal ( 9 ) for sealing the gap ( 13 ) to the gas area ( 4 ) is designed as a V-seal.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the separating piston and the seals for the separation of hydrogen or natural gas and a liquid are aligned.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the leakage reservoir ( 12 ) has a volume between 5 and 1500 mL, in particular between 500 and 1000 mL.

Method for operating a constant-pressure accumulator in which a first area for a compressed gas ( 4 ) from a second area for a liquid ( 3 ) by a movable separating piston ( 2 ), characterized in that the separating piston is a leakage reservoir ( 12 ) and a seal ( 9 ), which acts as a scraper, and that liquid which, when the piston moves as a film on the wall of the cylinder tube ( 1 ) remains through the seal ( 9 ) and in the leakage reservoir ( 12 ) is collected.

Method according to claim 8, characterized in that the leakage reservoir ( 12 ) via a check valve ( 11 ) with the gas area ( 4 ) and when the pressure is increased by the penetration of liquid, gas enters the gas area via the non-return valve ( 4 ) is drained.

Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the gas is stored as hydrogen or natural gas.