DE102018108214A1 - Tank arrangement and method for level control - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Tankanordnung zur Füllstandregelung von kryogenen Medien umfassend: einen Tank (6) mit einer Zuflussleitung (10) und einer Abflussleitung (12), eine Differenzdruck-Messeinrichtung (16), die über eine Anschlussleitung (26) mit einem unteren Tankbereich (28) verbunden ist, in dem der flüssige Anteil des Mediums vorhanden ist, und zudem über eine weitere Anschlussleitung (20) mit einem oberen Tankbereich (22) verbunden ist, in dem der gasförmige Anteil des Mediums vorhanden ist, eine Absolutdruck-Messeinrichtung (18) und/oder einen Temperatursensor (18) zur Messung des Drucks und/oder der Temperatur im oberen Tankbereich (22), einen Verdampfer (38) in einer Zweigleitung (36) zwischen der Zuflussleitung (10) und dem oberen Tankbereich (22), ein zur Druckregelung geeignetes, dem Verdampfer (38) in der Zweigleitung (36) nachgeschaltetes Gasdruck-Stellventil (34) zur Steuerung des Drucks in dem im oberen Tankbereich (22), einen mit der Differenzdruck-Messeinrichtung (16) sowie der Absolutdruck-Messeinrichtung (18) und/oder einen Temperatursensor (18) verbundenen Bodendruckregler (32) zur Ansteuerung des Gasdruck-Stellventils (34), wobei der Bodendruckregler (32) konfiguriert ist, den Druck in dem gasförmigen Anteil des Mediums in dem Tank (6) abhängig von dem Füllstand des flüssigen Anteils des Mediums auf einen konstanten Bodendruck zu regeln.Method and tank arrangement for level control of cryogenic media, comprising: a tank (6) with an inflow line (10) and a discharge line (12), a differential pressure measuring device (16) connected via a connecting line (26) to a lower tank area (28) is connected, in which the liquid portion of the medium is present, and also via another connecting line (20) to an upper tank region (22) is connected, in which the gaseous portion of the medium is present, an absolute pressure measuring device (18) and or a temperature sensor (18) for measuring the pressure and / or the temperature in the upper tank region (22), an evaporator (38) in a branch line (36) between the inflow line (10) and the upper tank region (22) Pressure control suitable, the evaporator (38) in the branch line (36) downstream gas pressure control valve (34) for controlling the pressure in the upper tank area (22), one with the differential pressure measuring device (16) as the absolute pressure measuring device (18) and / or a temperature sensor (18) connected bottom pressure regulator (32) for controlling the gas pressure control valve (34), wherein the bottom pressure regulator (32) is configured, the pressure in the gaseous portion of the medium in the Tank (6) depending on the level of the liquid portion of the medium to a constant ground pressure to regulate.
Description
Die Erfindung betrifft eine Tankanordnung für kryogene Medien und ein Verfahren zur Füllstandsregelung von kryogenen Medien in einer Tankanordnung.The invention relates to a tank arrangement for cryogenic media and to a method for level control of cryogenic media in a tank arrangement.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tankanordnung bereit zu stellen, durch die nicht nur der Füllstand gemessen werden kann, sondern bei der die Anwendung der bekannten Tankanordnung erweitert und ein energiesparender Betrieb der Tankanordnung erreicht werden soll.The invention has for its object to provide a tank assembly by which not only the level can be measured, but extended in the application of the known tank assembly and energy-saving operation of the tank assembly is to be achieved.
Zur Lösung der Aufgabe umfasst eine erfindungsgemäße Tankanordnung zur Füllstandregelung von kryogenen Medien einen Tank mit einer Zuflussleitung und einer Abflussleitung. Ferner erfasst die Tankanordnung eine Differenzdruck-Messeinrichtung, die über eine Fluidleitung mit einem unteren Tankbereich verbunden ist, in dem der flüssige Anteil des Mediums vorhanden ist sowie über eine weitere Fluidleitung mit einem oberen Tankbereich verbunden ist, in dem der gasförmige Anteil des Mediums als Gasblase vorhanden ist, eine Absolutdruck-Messeinrichtung und/oder einen Temperatursensor zur Messung des Drucks und/oder der Temperatur im oberen Tankbereich. Zudem umfasst die Tankanordnung einen Verdampfer in einer Zweigleitung zwischen der Zuflussleitung und dem oberen Tankbereich des Tanks. Ferner umfasst die Tankanordnung eine Steuereinheit, die ein zur Druckregelung geeignetes, dem Verdampfer in der Zweigleitung nachgeschaltetes Gasdruck-Stellventil zur Steuerung des Drucks in dem oberen Tankbereich, regelt. Ferner umfasst die Steuereinheit und einen mit der Differenzdruck-Messeinrichtung sowie der Absolutdruck-Messeinrichtung und/oder einem Temperatursensor verbundenen Bodendruckregler zur Ansteuerung des Gasdruck-Stellventils, wobei der Bodendruckregler konfiguriert ist, den Druck in dem gasförmigen Anteil des Mediums in dem Tank abhängig von dem Füllstand des flüssigen Anteils des Mediums auf einen konstanten Bodendruck zu regeln.To achieve the object, a tank arrangement according to the invention for level control of cryogenic media comprises a tank with an inflow line and a drain line. Further, the tank assembly detects a differential pressure measuring device, which is connected via a fluid line to a lower tank area in which the liquid portion of the medium is present and is connected via a further fluid line to an upper tank area in which the gaseous portion of the medium as a gas bubble is present, an absolute pressure measuring device and / or a temperature sensor for measuring the pressure and / or the temperature in the upper tank area. In addition, the tank arrangement comprises an evaporator in a branch line between the inflow line and the upper tank area of the tank. Furthermore, the tank arrangement comprises a control unit which regulates a gas pressure control valve which is suitable for pressure control and follows the evaporator in the branch line in order to control the pressure in the upper tank area. Furthermore, the control unit and a ground pressure regulator connected to the differential pressure measuring device and the absolute pressure measuring device and / or a temperature sensor for controlling the gas pressure control valve, wherein the ground pressure regulator is configured, the pressure in the gaseous portion of the medium in the tank depending on the Level of the liquid portion of the medium to a constant ground pressure to regulate.
Wenn der Bodendruck auf den konstanten Sollwert geregelt wird, nimmt der Druck in dem gasförmigen Medium, der zur Aufrecherhaltung des Soll-Bodendrucks erforderlich ist, mit Zunahme des flüssigen Mediums ab, wobei sich eine Einsparung an in dem Betrieb erforderlichen Medium ergibt. Damit wird über die Lebensdauer eine minimal erforderliche Menge an flüssigem Medium verdampft. Wenn das Gasdruck-Stellventil direkt über die Steuereinheit angesteuert wird, die den Absolutdruck und/oder die Temperatur in dem oberen Tankbereich als Regelgröße verwendet, kann die Regeltoleranz verkleinert werden und die Gasblase in dem oberen Tankbereich kann kleiner ausgelegt werden. Schließlich ist vorteilhaft, dass bei der erfindungsgemäßen Tankanordnung die Funktionen des Bodendruckreglers und des Gasdruck-Stellventils sich wechselseitig ergänzen, indem die Gasdruckregelung sowohl zur Regelung der Gasdrucks in der Gasblase in dem oberen Tankbereich als auch zur Bodendruckregelung eingesetzt wird.When the ground pressure is regulated to the constant target value, the pressure in the gaseous medium required to maintain the target ground pressure decreases with increase of the liquid medium, resulting in a saving of required medium in the operation. This evaporates a minimal amount of liquid medium over the lifetime. When the gas pressure control valve is directly driven by the control unit using the absolute pressure and / or the temperature in the upper tank area as a controlled variable, the control margin can be reduced and the gas bubble in the upper tank area can be made smaller. Finally, it is advantageous that in the tank arrangement according to the invention, the functions of the bottom pressure regulator and the gas pressure control valve complement each other by the gas pressure control is used both for controlling the gas pressure in the gas bubble in the upper tank area and for ground pressure control.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in der Steuereinheit ein Speicher vorgesehen, in dem ein Soll-Druck in dem gasförmigen Anteil des kryogenen Mediums in dem Tank abhängig von dem Füllstand des flüssigen Anteils des kryogenen Mediums vorzugsweise als Funktion oder Tabelle gespeichert ist.According to an advantageous embodiment of the invention, a memory is provided in the control unit, in which a desired pressure in the gaseous portion of the cryogenic medium in the tank is preferably stored as a function or table depending on the level of the liquid portion of the cryogenic medium.
Ein Temperatursensor in der Zweigleitung kann in dem Bereich des Gasdruck-Stellventils zur Regelung der Durchflussgeschwindigkeit derart verwendet werden, dass ein in der Zweigleitung angeordneter Verdampfer in der Lage ist, die von dem Stellventil durchgelassene Gasmenge zu verdampfen. Wenn der Temperatursensor eine Temperatur misst, die auf flüssiges Medium schließen lässt, wird der Durchfluss des Mediums durch das Gasdruck-Stellventil so weit gedrosselt, dass der Verdampfer das an dem Gasdruck-Stellventil ankommende Medium vollständig verdampfen kann, sodass die Tankanordnung störungsfrei arbeiten kann.A temperature sensor in the branch pipe may be used in the region of the gas pressure control valve for controlling the flow rate such that an evaporator disposed in the branch pipe is capable of evaporating the amount of gas passed by the control valve. When the temperature sensor measures a temperature indicative of liquid medium, the flow of the medium through the gas pressure control valve is throttled to the point where the evaporator can completely vaporize the medium arriving at the gas pressure control valve, allowing the tank assembly to operate smoothly.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Tankanordnung eine Durchfluss-Messeinrichtung in der Zuflussleitung und in der Steuereinheit einen Durchflussregler, die konfiguriert sind, den Zufluss der kryogenen Flüssigkeit durch ein Zufluss-Stellventil in der Zuflussleitung zu regeln. Nach einer alternativen Ausführung umfasst die Tankanordnung eine Durchfluss-Messeinrichtung in der Abflussleitung und in der Steuereinheit einen Durchflussregler, die konfiguriert sind, den Abfluss der kryogenen Flüssigkeit durch ein Abfluss-Stellventil in der Abflussleitung zu regeln. Wenn der Zufluss der kryogenen Flüssigkeit zu dem Tank unter Berücksichtigung eines Stellsignals von dem Bodendruckregler und dem Zuflussregler geregelt wird, und wenn der Abfluss der kryogenen Flüssigkeit aus dem Tank unter Berücksichtigung eines Stellsignals des Bodendruckreglers und des Abflussreglers geregelt wird, dann kann in vorteilhafter Weise der für die Soll-Abflussgeschwindigkeit bzw. die Soll-Zuflussgeschwindigkeit erforderliche Bodendruck so eingestellt werden, dass die Vorgaben dafür erfüllt werden und dass eine vorgegebene Abfluss- bzw. Zufluss-Geschwindigkeit konstant gehalten werden kann. Dadurch kann auch eine wesentlich genauere und vor allem sicherere Befüllung und Entleerung des Tanks erreicht werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the tank arrangement comprises a flow measuring device in the inflow line and in the control unit a flow regulator configured to control the inflow of the cryogenic liquid through an inflow control valve in the inflow line. According to an alternative embodiment, the tank arrangement comprises a flow meter in the drain line and in the control unit a flow regulator configured to To regulate outflow of cryogenic liquid through a drain control valve in the drain line. When the inflow of the cryogenic liquid to the tank is controlled in consideration of a control signal from the bottom pressure regulator and the inflow controller, and when the outflow of the cryogenic liquid from the tank is controlled taking into account a control signal of the bottom pressure regulator and the outflow regulator, then advantageously For the target discharge velocity or the target inflow rate required ground pressure can be adjusted so that the specifications are met and that a predetermined outflow or inflow rate can be kept constant. As a result, a much more accurate and above all safer filling and emptying of the tank can be achieved.
Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein Verfahren zur Füllstandregelung von kryogenen Medien gemäß der Erfindung die Merkmale von Anspruch 7, während vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in den restlichen Unteransprüchen charakterisiert werden. Die Vorteile werden analog zu denen der Tankanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6 erreicht.To achieve the object, a method for level control of cryogenic media according to the invention comprises the features of claim 7, while advantageous embodiments of the method according to the invention are characterized in the remaining subclaims. The advantages are achieved analogously to those of the tank arrangement according to claims 1 to 6.
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:
-
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Tankanordnung, und -
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Tankanordnung.
-
1 a schematic representation of a first embodiment of the tank assembly according to the invention, and -
2 a schematic representation of a second embodiment of the tank assembly according to the invention.
Die Differenzdruck-Messeinrichtung
Die Steuereinheit
Die Steuereinheit
Die Steuereinheit
Schließlich ist zur Regelung der Durchflussgeschwindigkeit des Mediums in der Zweigleitung
Die erfindungsgemäße Tankanordnung ist so ausgelegt, dass aus den Messwerten für den Differenzdruck zwischen dem Druck in dem gasförmigen Medium und dem Druck in dem flüssigen Medium, für den Absolutdruck bzw. die Temperatur in dem gasförmigen Medium ein Solldruck in dem gasförmigen Medium bestimmt wird, sodass der Bodendruck unabhängig von dem Füllstand konstant gehalten wird, wobei der Soll-Bodendruck für eine bestimmte Tankanordnung und ein bestimmtes Gas beispielsweise herstellerseitig vorgegeben wird. Die Regelung des Soll-Bodendrucks erfolgt dazu nach folgenden Formeln:
Da in einer derartigen Regelung der Gasdruck in dem oberen Tankbereich
Die Steuereinheit
Im Unterschied zu
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Tankanordnungtank assembly
- 44
- Füllstandlevel
- 66
- Tanktank
- 88th
- Mediummedium
- 1010
- Zuflussleitunginflow line
- 1212
- Abflussleitungdrain line
- 14A14A
- Steuereinheitcontrol unit
- 14B14B
- Steuereinheitcontrol unit
- 1616
- Differenzdruck-MesseinrichtungDifferential pressure measuring device
- 1818
- Absolutdruck-MesseinrichtungAbsolute pressure measuring device
- 2020
- Anschlussleitungconnecting cable
- 2222
- oberer Tankbereichupper tank area
- 2424
- Anschlussleitungconnecting cable
- 2626
- Anschlussleitungconnecting cable
- 2828
- unterer Tankbereichlower tank area
- 3030
- SpeicherStorage
- 3232
- BodendruckreglerGround pressure regulator
- 3434
- Gasdruck-SteuerventilGas pressure control valve
- 3636
- Zweigleitungbranch line
- 3838
- VerdampferEvaporator
- 4040
- ÜberlaufventilOverflow valve
- 4242
- DurchflussreglerFlow Controllers
- 4444
- Durchfluss-MesseinrichtungFlow measurement device
- 4545
- Durchfluss-StellventilFlow control valve
- 4646
- Temperatursensortemperature sensor
- 5050
- DurchflussreglerFlow Controllers
- 5252
- Durchfluss-MesseinrichtungFlow measurement device
- 5454
- Durchfluss-StellventilFlow control valve
- 5656
- Temperatursensortemperature sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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