DE2252638A1 - Ausgleichs-speichervorrichtung fuer gasleitungen - Google Patents

Ausgleichs-speichervorrichtung fuer gasleitungen

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DE2252638A1
DE2252638A1 DE2252638A DE2252638A DE2252638A1 DE 2252638 A1 DE2252638 A1 DE 2252638A1 DE 2252638 A DE2252638 A DE 2252638A DE 2252638 A DE2252638 A DE 2252638A DE 2252638 A1 DE2252638 A1 DE 2252638A1
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Description

N.
DR. BE«G DI?L.-ING. STAPF PATENTANWÄLTE 2252638
• MÜNCHEN SO. MAUERKIRCHERSm 48
26, OKt, 1972
Anwaltsakte 22 982
Osaka Gas Kabushiki Kaisha
541 Osaka / JAPAN
"Ausgleichs-Speichervorrichtung für Gasleitungen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausgleichs-Speichervorrichtung für eine Gasleitung, in welcher häufige und starke Schwankungen des Gasbedarfs auftreten.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung für Rohrleitungen für den Transport von normalerweise gasförmigen
Stoffen wie etwa Methan, Äthan, Propan oder dergleichen.
Die Herstellung* oder Gewinnungsgeschwindigkeit von gasförmigen Stoffen ist aufgrund der Eigenschaften der dazu verwendeten Vorrichtungen sowie der Produktionssteuerung derselben gewöhnlich im wesentlichen konstant, wäh-
VI/d ' . - 2 -
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rend der Gasbedarf häufig innerhalb weiter Grenzen achwankend ist. übersteigt in einem solchen Falle die Gaslieferung den Gasbedarf, so wird Gas gespeichert, und übersteigt der Gasbedarf die Produktion, wird das gespeicherte Gas wieder zugesetzt. Zu diesem Zweck werden bisher gewöhnlich Systeme verwendet, bei denen das Gas in einem dafür vorgesehenen Speicherbehälter gespeichert wird. Dabei wurden jedoch für den Ausgleich größerer Schwankungen des Gasbedarfs übermäßig große Speicherbehälter benötigt, woraus sich der Nachteil hoher Kosten für die Erstellung und den Unterhalt solcher Behälter ergab.
Um diesen Nachteil zu beheben, wurden bereits Anordnungen vorgeschlagen und ausgeführt, in denen ein Gas verflüssigt und in verflüssigter Form in einer Rohrleitung transportiert wird, wobei zwar der Speicherbehälter nur ein verringertes Fassungsvermögen zu haben braucht, andererseits jedoch ein Wärmeschutz zum Kühlhalten der Leitung notwendig wird, was wiederum beträchtliche wirtschaftliche und technische Probleme aufwirft. Außerdem tritt dabei eine verstärkte Erosion an der Leitung auf.
Die Erfindung schafft eine Ausgleichs-Speichervorrichtung für eine Gasleitung für den Ausgleich von häufigen und starken Schwankungen des Gasbedarfs ohne die Verwendung übermäßig großer Speicherbehälter, welche es gleichwohl
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ermöglicht, gasförmige Stoffe bei Umgebungstemperatur zu transportieren. "
- .■
\ Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungs-
gemäß gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Verflüssigen
* von an einer beliebigen Stelle der Rohrleitung entnommenem Gas, durch einen ersten Behälter mit wärmeisoliertem Innehraum zum Speichern des verflüssigten Gases, durch Einrichtungen zum Verdampfen von dem ersten Behälter entnommenem verflüssigtem Gas, durch ein bei der Verdampfung des verflüssigten Gases gekühltes wärmeübertragendes Strömungsmittel, durch einen zweiten Behälter mit wärmeisoliertem Innenraum zum Speichern des gekühlten wärmeübertragenden Strömungsmittels vor dessen Verwendung als Energiequelle zum Kühlen des Gases in den Verflüssigungseinrichtungen, und durch Einrichtungen zum wahlweisen Einleiten einer ersten Betriebsweise zum Verflüssigen von der Rohrleitung entnom- , menem Gas und. Speichern des verflüssigten.Gases im ersten Behälter- bei den Gasbedarf übersteigender Gaszufuhr und einer zweiten Betriebsweise zum Verdampfen von aus dem ersten Behälter entnommenem verflüssigtem Gas und Einleiten desselben in die Rohrleitung bei die Gaszufuhr übersteigendem Gasbedarf.
Somit wird also bei den Gasbedarf übersteigender Gaszufuhr
in der Leitung das überschüssige Gas im ersten Behälter gespeichert, und bei die Gaszufuhr übersteigendem Bedarf wird das gespeicherte Gas wieder der Leitung zugeführt, so daß ein Ausgleich für Schwankungen des Bedarfs erzielbar ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß ein Stoff in der Rohrleitung in Gasform transportiert und in flüssiger Form gespeichert werden kann. Da der gasförmige Stoff in der Leitung bei Umgebungstemperatur transportiert werden kann, ergeben sich für die Rohrleitung keinerlei Schwierigkeiten technischer oder wirtschaftlicher Art hinsichtlich Wärmeisolierung oder Druckverlusten und Erosionserscheinungen, wie sie beim Transport von Flüssiggas auftreten. Die Speicherung des Stoffs in verflüssigter Form ermöglicht eine Verringerung des Fassungevermögens für den ersten Behälter im Vergleich zu dem von Behältern zum Speichern des Stoffes in Gasform.
Ein sehr wesentliches Merkmal der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die durch die Verdampfung des verflüssigten Gases in der zweiten Betriebsweise erhaltene Kälte zurückgewonnen und gespeichert wird und bei der Verflüssigung des Gases in der ersten Betriebsweise ausgenützt wird. Auf diese Weise wird der Bedarf an der Anordnung von außen zuzu-
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führender Energie im Verhältnis zu den Mengen des raumsparend im ersten Behälter gespeicherten verflüssigten Gases beträchtlich verringert, woraus sich eine Einsparung von' Betriebskosten ergibt.
In einer bevorzugten Ausführung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so eingerichtet, daß sie das Umstellen zwischen der ersten und zweiten Betriebsweise sowie die Steuerung der Strömungsmengen in den beiden Betriebsweisen mittels einer einfachen Steuervorrichtung automatisch durchzuführen vermag, woraus sich im Betrieb eine Einsparung am Arbeitsaufwand ergibt. - '
Die Erfindung schafft .also eine Ausgleichsanordnung für eine „Gasleitung, in welcher häufige und starke Schwankungen des Gasbedarfs auftreten.
V/es ent Ii ehe Merkmale einer er findungs gemäßen Vorrichtung der genannten Art bestehen darin, daß das Passungsvermögen des Speicherbehälters für die Leitung entnommenes,den Bedarf übersteigendes Gas durch Verflüssigung des Gases möglichst klein gehalten werden kann und daß der Bedarf an ■ von außen zugeführter Energie zum Verflüssigen des Gases/ möglichst gering ist. Somit ermöglicht die erfindüngsge- ' mäße Anordnung eine automatische, dem jeweiligen Gasbedarf
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angepaßte Zufuhrregelung für die Gasleitung.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausgleichs-Speichervorrichtung in einer ersten Ausführungsform und
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In der Anordnung nach Fig. 1 wird ein Gas unter Druck in Richtung des Pfeiles in einer eine Abgabestelle mit einer Verbrauchsstelle verbindenden Rohrleitung 1 transportiert. Der zu transportierende Stoff ist meist ein reines oder doch nahezu reines Kohlenwasserstoffgas wie etwa Methan, Äthan, Propan oder dergleichen oder besteht aus einem oder verschiedenen anderen Gasen. An einer passenden Stelle der Rohrleitung 1 entnommenes Gas wird in einer Einrichtung 2 durch Kühlung und Kompression verflüssigt. Das verflüssigte Gas wird in einem Speicherbehälter 3 gespeichert. Die Verflüssigungseinrichtung 2 enthält einen Wärmeaustauscher Mt etwa in Form eines Rippenrohrs, zum Vorkühlen des Gases,
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einen Kühler 5 zum weiteren Kühlen des vorgekühlten Gases mittels von außen zugeführter Kälte und einen Kompressor 6 zum Erhöhen der Verflüssigungstemperatur des Gases durch Komprimieren desselben.. Für den Kühler 5 kann eine an sich bekannte Kältemaschine oder Luftkühlvorrichtung verwendet werden, wobei das zu kühlende Medium entweder das der Leitung 1 entnommene Gas unmittelbar oder ein indirekt wirkendes Kühlmedium, etwa das dem Wärmeaustauscher 4 zugeführte wärmeübertragende Strömungsmit.tel oder dergleichen, .sein kann. Der Kompressor 6 erfüllt den Zweck, die Verflüssigungstemperatur des Gases zu erhöhen. Die Verflüssigungstemperatur beispielsweise von Methan beträgt l6l°C, läßt sich jedoch durch Kompression des Methans'beträchtlich erhöhen, so daß der Kühler 5 nicht übermäßig leistungsfähig zu sein braucht oder ganz wegfallen kann.-Der erste Spei- · cherbehälter 3 ist in druckfester Bauweise ausgeführt und zum Schutz gegen Verdampfung des gespeicherten verflüssigten Gases, beispielsweise mittels einer Innenauskleidung aus wärmexsolierendem Werkstoff, isoliert. Zur Steuerung über eine Zweigleitung 7 aus der Hauptleitung 1 entnommenen Gasmengen ist in der Zweigleitung 7 ein Ventil 8 vorgesehen, , welches derart betätigbar ist, daß der Leitung 1 nur überschüssiges Gas entnommen und in den ersten Speicherbehälter überführt wird. ·
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Aus dem Speicherbehälter 3 entnommenes Flüssiggas wird in einem Verdampfer 9 wieder in Gasform überführt und über eine Leitung mit einem Ventil 10 in die Leitung 1 eingespeist. Das Ventil 10 dient der Steuerung der in die Leitung 1 eingespeisten Gasmenge, so daß der Leitung 1 also nur die jeweils am Bedarf fehlende Menge Gas aus dem ersten Speicherbehälter 3 zugeführt wird. Als Verdampfer 9 kann z.B. eine Kombination aus einem Entspannungsventil und einem Wärmeaustauscher, etwa einem Rippenrohr oder auch nur ein Wärmeaustauscher allein, verwendet werden.
Mit dem Entnahmeventil 8 und dem Zufuhrventil 10 ist eine Einrichtung zum Umsteuern zwischen einer ersten Betriebsweise, bei der Gas aus der Leitung 1 entnommen und im Speicherbehälter 3 gespeichert wird, und einer zweiten Betriebsweise, bei der aus dem Speicherbehälter 3 entnommenes Flüssiggas verdampft und in die Leitung 1 eingespeist wird, verbunden. Diese Einrichtung steuert die Anordnung selbsttätig auf die erste Betriebsweise, wenn die Gaszufuhr in der Leitung 1 den Bedarf übersteigt, und die zweite Betriebsweise, wenn der Gasbedarf die über die Leitung 1 zugeführte Menge übersteigt, bewirkt also eine Anpassung der Zufuhr an einen häufig und in weitem Bereich schwankenden Gasbedarf auch bei im wesentlichen konstanter Zufuhr.
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Die Einrichtung zum Umsteuern zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise kann in verschiedenster ¥eise ausgeführt und aufgebaut sein. Ein zur Wärmeisolierung seines Innenraums, mit einer Wandbekleidung aus wärmeisolierendem Material versehener zweiter Speicherbehälter 11 dient zur Speicherung, des wärmeübertragenden Strömungsmitteis, Als solches können etwa Wasser, Methylalkohol, Ithy!alkohol, . Ithyienglykol, eine wässrige Kalziumehloridlösung, Äthan, Propan, Butan, Pentan und dergleichen mehr dienend Das wärmeübertragende Strömungsmittel wird mittels einer Pumpe 12 von einem dritten Behälter 13 zum Verdampfer S- Oberführt, dort bei der'Verdampfung des Flüssiggases gekühlt und anschließend in gekühltem Zustand im Speicherbehälter 11 gespeichert. Aus diesem wird es mittels einer Pumpe 14 zum Wärmeaustauscher 4 befördert und nach dem Vorkühlen des Gases darin erneut im dritten Speicherbehälter 13- aufbewahrt. Durch diesen Umlauf des wärmeübertragenden Strömungsmittels läßt sich somit der Wärmehaushalt sehr wirtschaftlich gestalten. Steht demgegenüber eine ausreichende Menge von Fluß- oder Seewasser mit geringem Aufwand als wärmeübertragendes Strömungsmittel zur.Verfügung, so kann es nach der Kühlung im Verdampfer 9 und Zuleitung zum Wärmeaustauscherty abgelassen werden, ohne in den dritten Behälter 13 zurückzukehren. Dabei wird das durch die Wärmeaufnahme des verdampfenden Flüssiggases im Verdampfer 9
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gekühlte Strömungsmittel im zweiten Speicherbehälter gespeichert. Die damit zurückgewonnene "Kälteenergie'1 wird dann zum Kühlen des Gases in der ersten Betriebsweise eingesetzt. Dadurch läßt sich die dem Kühler 5 und dem Kompressor 6 zum Verflüssigen des Gases von außen zugeführte Energie beträchtlich verringern. Die Schwankungen des ßasbedarfs werden mittels eines in der Leitung 1 angeordneten Strömungsmessers 15 ermittelt. Die den ermittelten Schwankungen entsprechenden Werte werden einer Steuervorrichtung l6 zugeführt, welche in Abhängigkeit davon selbsttätig das Entnahmeventil 8 und die Pumpe 14 bzw. das Zufuhrventil 10 und die Pumpe 12 betätigt. Dazu vergleicht die Steuervorrichtung einen darin eingespeicherten Wert für die Gaszufuhr in der Leitung 1 mit dem Wert des über den Strömungsmesser 15 jeweils ermittelten Bedarfs, übersteigt dabei die Zufuhr den Bedarf, so wird die Pumpe 12 abgestellt und gleichzeitig damit die Einspeisung von Gas aus dem ersten Speicherbehälter 3 über das Zufuhrventil iO in die Leitung 1 unterbrochen. Auf der anderen Seite wird gleichzeitig mit dem Ingangsetzen der Pumpe 14 die der Leitung 1 zu entnehmende Gasmenge über das Entnahmeventil 8 eingestellt, überschreitet andererseits der Gaabedarf die Zufuhrmenge, so wird die Pumpe I** abgestellt und gleichzeitig-die Entnahme und Überführung von Gas aus der Leitung 1 in den Speicherbehälter 3 mittels des Ventils 8 unterbrochen. Auf der anderen Sei-
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-lite wird gleichzeitig mit dem Ingangsetzen der Pumpe 12 die vom Speicherbehälter 3 in die Leitung i- einzuspeisende Gasmenge mittels des Ventils IO eingestellt. In der beschriebenen Weise erfolgt das Umsteuern zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise sowie die Steuerung der jeweils entnommenen bzw. eingespeisten Gasmengen selbsttätig in Abhängigkeit von den jeweiligen Beziehungen zwischen Zufuhr und Bedarf. Die dazu verwendete Steuervorrichtung kann.in verschiedener Weise ausgeführt sein. An ihrer Stelle oder zusätzlich kann auch eine Handsteuervorrichtung vorhanden sein. '
Die Anordnung nach Fig. 2, in welcher der Anordnung nach Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben sind, ist für ein Leitungssystem vorgesehen, in welchem das Gas von einer Abgabestelle zur Ausgleichs-Speicheranordnung unter einem hohen Druck von etwa 50 kp/cm und von dort unter einem niedrigen Druck von etwa 1 kp/cm zur Verbrauchsstelle geleitet wird. ■
In der Leitung 1 ist ein Druckminderventil 17 eingebaut, an dessen Zuströmseite das Gas unter hohem Druck zuströmt . und an dessen Abströmseite das Gas mit vermindertem Druck
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abströmt. Die Abzweigleitung 7 ist an der Zuströmseite des Druckminderventils 17 an der Leitung 1 angeschlossen, und die Einspeisung des vom Speicherbehälter 3 zugeführten Gases erfolgt an der Abströmseite des Druckminderventils in die Leitung 1. Das in der jeweils erforderlichen, über das Ventil 8 gesteuerten Menge der Leitung 1 entnommene Gas wird in dem Wärmeaustauscher H vorgekühlt und dann in einem weiteren Wärmeaustauscher 18 noch weiter gekühlt. Anschließend wird es in einer Entspannungsvorrichtung mit einem Entspannungsventil 19 und einer Entspannungskammer 20 adiabatisch entspannt, wobei es sich durch weitere Abkühlung verflüssigt. Das verflüssigte Gas wird von der Entspannungskammer 20 zur Speicherung in den ersten Speicherbehälter 3 überführt. Ein durch die adiabatische Entspannung zwar abgekühlter, aber nicht verflüssigter Anteil des Gases wird der Leitung 1 an der Abströmseite des Druckminderventils 17 über eine Leitung 21 zugeführt. Das über die Leitung 21 zurückgeführte gekühlte Gas wird vorher als Kühlmedium zum Kühlen des dem Entspannungsventil 19 zugeführten Gases im Wärmeaustauscher 18 verwendet, um seine Kälteenergie noch wirksam zu nutzen. Das im Speicherbehälter 3 enthaltene Flüssiggas wird wie bei der Ausführung nach Fig. 1 über den Verdampfer 9 und das Zufuhrventil IC eingespeist. Die durch Verdampfung des Flüssiggases im Verdampfer 9 erhaltene Kälteenergie wird, ebenfalls wie bei der ersten
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Ausführung, unter Verwendung eines zwischen dem zweiten und dem dritten Behälter 11 bzw. 13 umlaufenden wärmeübertragenden Mediums zurückgewonnen und zum Vorkühlen des Gases im Wärmeaustauscher 4 verwendet. Bei der Verflüssigung des Gases durch seine adiabatische Entspannung unter Ausnützung des in der Leitung 1 vorhandenen Förderdrucks können mit von außerhalb des Systems zugeführten Energie gespeiste Verflüssigungseinrichtungen, wie etwa der Kühler 5 in Fig. 1, weggelassen werden, so daß sich die Anlagekosten sowie die Betriebskosten der Anordnung erheblich verringern. Der Strömungsmesser 15 und die Steuervorrichtung 16 zum selbsttätigen Bedienen des EntnahmeventiIs 8, der Pumpe 14, des Zufuhrventils 10 und der Pumpe 12 je nach dem in der Leitung 1 auftretenden Gasbedarf haben die gleiche Wirkungsweise wie bei der Ausführung nach Fig. 1.
Somit schafft die Erfindung eine Ausgleichs-Speicheranordnung mit Kühleinrichtungen zum Verflüssigen von einer Rohrleitung entnommenem Gas, einem Speicherbehälter zum Speichern des verflüssigten Gases in flüssiger Form, einer Einrichtung zum Verdampfen des Flüssiggases und Einspeisen desselben in die Rohrleitung, einem Behälter zum Speichern eines wärmeübertragenden Mediums in gekühltem Zustand, wobei die Kühlung des wärmeübertragenden Mediums bei der Verdampfung des Flüssiggases stattfindet, und mit einer Ein-
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richtung zum Ausnützen des gekühlten wärmeüberttagenden
Mediums als Energiequelle zum Verflüssigen des Gases. Das Verflüssigen und Speichern des Gases sowie das Verdampfen und Einspeisen desselben erfolgt wahlweise in Abhängigkeit von Schwankungen des in der Rohrleitung auftretenden Gasbedarfs.
- 15 Patentansprüche:
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Claims (1)

  1. 2252S3S
    - 15 -
    Patentansprüche:.
    Ausgleichs-Speichervorrichtung für eine Gasleitungsanqrdnung mit schwankendem Gasbedarf,gekennzeichnet durch Einrichtungen (2) zum Verflüssigen von an einer beliebigen Stelle der Rohrleitung (1) entnommenem Gas, durch einen ersten Behälter (3) mit wärmeisoliertem Innenraum zum Speichern des verflüssigten Gases, durch Einrichtungen (9) zum Verdampfen von dem ersten Behälter entnommenem Flüssiggas, durch ein bei der Verdampfung des Flüssiggases gekühltes wärmeübertragendes Strömungsmittel, durch einen zweiten Behälter (11) mit wärmeisoliertem Innenraum zum Speichern des gekühlten wärmeübertragenden Strömungsmittels vor dessen Verwendung zum Kühlen des Gases in der Verflüssigungseinrichtung, und durch Einrichtungen (8, 14; 10, 12; 15, l6) zum wahlweisen Einleiten einer ersten Betriebsweise zum Verflüssigen von der Rohrleitung entnommenem Gas und Speichern des Flüssiggases im ersten Behälter bei den aasbedarf übersteigender Zufuhr und einer zweiten Betriebsweise zum Verdampfen von aus dem ersten Behälter entnommenem Flüssiggas und Einspeisen desselben.in die Rohrleitung bei die Gaszufuhr übersteigendem Gasbedarf.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (15) zum Ermitteln von Schwankungen des Gas-
    - 16. -
    309819/0261
    bedarfs in der Rohrleitung (1) und durch Einrichtungen (16) zum selbsttätigen Umsteuern zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise in Abhängigkeit von den Schwankungen des Gasbedarfs.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen (15» 16) zum Ermitteln der Differenz zwischen der Gaszufuhr und dem Gasbedarf in der Rohrleitung (1) und durch Einrichtungen (8, 14 bzw. 10, 12) zum Steuern der Entnahme von Gas aus der Rohrleitung und überführung desselben in den ersten Behälter (3) in der ersten Betriebsweise bzw. zum Steuern der in der zweiten Betriebsweise vom ersten Behälter in die Rohrleitung einzuspeisenden Gasmenge in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Gaszufuhr und dem Gasbedarf.
    ty. Voaichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüssigereinrichtung (2) einen Wärmeaustauscher (4) für den Wärmeaustausch zwischen dem beim Verdampfen des Flüssiggases gekühlten wärmeübertragenden Strömungsmittel und dem aus der Rohrleitung (1) entnommenen Gas und einen Kompressor (6) zum Komprimieren des der Rohrleitung entnommenen Gases aufweist.
    - 17 309819/0261
    5. Vorrichtung naöh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüssigereinrichtung (2) einen Kühler (5) zum Kühlen des der Rohrleitung (1) entnommenen Gases aufweist.
    6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüssigereinrichtung (2) einen Wärmeaustauscher (4) zum Vorkühlen des der Rohrleitung ("I) entnommenen Gases und eine Einrichtung (19, 20) zum adiabatischen Entspannen des vorgekühlten Gases aufweist.
    7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfereinrichtung (9) as einem Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen dem Flüssiggas und dem Wärmeüberträgenden Strömungsmittel· besteht.
    8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7", eekennzeichnet durch einen dritten Behälter (13) zum Speichern wärmeübertragenden Strömungsmittels nach dem Wärmeaustausch in der Verflüssigereinrichtung (2) und durch eine Rückführleitung für die Verwendung des im dritten Behälter gespeicherten wärmeübertragenden Strömungsmitteis als Wärmeaustauschmedium beim Verdampfen des Flüssiggases.
    309819/0261
    Leerseite
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