DE4138262A1 - Speicherballon fuer gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Speicherballon für Gase mit einem auf der Oberseite des Speicherballons angeordneten und einen Überdruck erzeugenden Gewicht.

Speicherballone werden beispielsweise bei der Gasver­ flüssigung eingesetzt. Verdampftes Gas wird dort so lange gesammelt, bis der Speicherballon ein bestimmtes Füllvolumen erreicht hat. Das Gas liegt dort meist bei Raumtemperatur vor. Bei der Heliumverflüssigung wird beispielsweise bei gefülltem Speicherballon das gesammelte Gas von einem Kolbenverdichter angesaugt und auf hohe Drücke verdichtet. Anschließend wird das Gas durch Expansion und Entspannung schrittweise im Gegenstromverfahren verflüssigt. Dabei wird ständig ein Teil des verdampften Heliumgases in den Speicher­ ballon zurückgeleitet.

Bisher wird auf der Oberseite des Speicherballons ein Gewicht angebracht, das sich beim Füllen und Entleeren des Ballons hebt bzw. senkt und somit zum einen einen geringen Überdruck im Balloninneren erzeugt, zum anderen als Indiz für das mit Gas gefüllte Volumen im Speicherballon verwendet werden kann.

Bei vollständig gefülltem Speicherballon ist es zweckmäßig, diesen beispielsweise mittels eines nachgeschalteten Verdichters zu entleeren. Dieser Verdichter muß sich demnach bei einem bestimmten maximalen Füllvolumen einschalten und bei einem bestimmten minimalen Füllvolumen wieder ausschalten.

Ein großer Nachteil an der bisherigen Technik besteht darin, daß sich der Speicherballon ungleichmäßig füllt und entleert, wodurch das auf dem Speicherballon aufliegende Gewicht beim Befüllen und Entleeren nicht in einer gleichmäßig horizontalen Lage verbleibt. Dadurch kann keine exakte Aussage über den richtigen Füllstand, d. h. über das mit Gas gefüllte Volumen des Speicherballons getroffen werden, wenn die Lage des aufliegenden Gewichtes als Meßgröße verwendet wird. Infolge schaltet beispielsweise der Verdichter bereits bei ungenügend gefülltem Speicherballon ein oder bei noch nicht entleertem Speicherballon wieder aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Speicherballon für Gase zu entwickeln, bei dem eindeutige Aussagen über das mit Gas gefüllte Volumen getroffen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das auf dem Speicherballon aufliegende Gewicht über Seile mit einem Gegengewicht in Verbindung steht, wobei die Seile von mindestens zwei Punkten in der Nähe des Randes dieses Gewichtes ausgehen.

Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann sichergestellt werden, daß beim Befüllen und Entleeren des Speicherballons das auf der Oberseite des Speicherballons aufliegende Gewicht in einer stabilen horizontalen Lage verbleibt. Zweckmäßigerweise werden die Seile an zwei oder mehr, möglichst weit auseinanderliegenden Punkten am Gewicht befestigt und durch Umlenkrollen mit einem Gegengewicht verbunden, so daß sich das Gegengewicht absenkt, wenn das auf dem Speicherballon aufliegende Gewicht sich hebt, d. h. wenn der Speicherballon gefüllt wird und umgekehrt.

Die Höhe dieses Gegengewichts von einem unteren Bezugspunkt gibt dann Auskunft über den Füllstand des Speicherbehälters und damit über das mit Gas gefüllte Volumen.

Beispielsweise kann mit dem Gegengewicht ein automatischer Ein- und Ausschaltmechanismus verbunden werden, der einen nachgeschalteten Verdichter steuert. Unterschreitet das Gegengewicht eine festgelegte Höhenmarke, so kann dadurch das Erreichen des maximalen Speichervolumens des Speicher­ ballons signalisiert werden, wodurch automatisch der Verdichter in Betrieb gesetzt wird, der das Gasvolumen des Speicherballons ansaugt und verdichtet. Wenn der Speicher­ ballon auf diese Weise entleert ist und das auf ihm liegende Gewicht abgesunken ist, wird das angehobene Gegengewicht eine zweite Höhenmarke überschreiten, wodurch der Verdichter automatisch abgeschaltet werden kann.

Da das auf dem Speicherballon aufliegende Gewicht erfindungs­ gemäß immer in stabiler, waagerechter Lage verbleibt, ist beispielsweise aus der Höhe des Gegengewichts über einen gewählten unteren Bezugspunkt ein eindeutiger Rückschluß auf das mit Gas gefüllte Volumen im Speicherballon möglich.

Vorteilhaft ist, wenn das auf dem Speicherballon aufliegende Gewicht sich nahezu über den gesamten Querschnitt des Speicherballons erstreckt. Durch eine solche Platte wird der Speicherballon optimal beschwert, und es kann beim Befüllen des Speicherballons ein über den gesamten Querschnitt gleichmäßiger Füllstand erzielt werden.

Weiterhin ist es sinnvoll, wenn das Gegengewicht 10 bis 50%, vorzugsweise 40% des auf dem Speicherballon aufliegenden Gewichtes beträgt. Damit kann die Zugkraft des Gegengewichtes dafür sorgen, daß das auf dem Speicherballon aufliegende Gewicht immer in einer stabilen horizontalen Lage verbleibt.

Zur Füllstandsbestimmung an einem erfindungsgemäßen Speicherballon eignen sich zwei Verfahren:

Zum einen kann, wie bereits beschrieben, auf dem Gegengewicht eine Markierung angebracht und laufend der Abstand zwischen dieser Markierung und einem feststehenden Bezugspunkt gemessen werden. Bei einer 1 : 1-Übersetzung der Seilverbindung zwischen dem auf der Oberseite des Speicherballons aufliegenden Gewicht und seinem Gegengewicht ist der gemessene Abstand zwischen einem feststehenden Bezugspunkt, der beispielsweise in ausreichender Höhe oder Tiefe gewählt wird, und einer auf dem Gegengewicht angebrachten Markierung ein direktes Maß für den Füllstand des mit Gas gefüllten Speicherballons.

Zum anderen kann der Füllstand dadurch bestimmt werden, daß an der Ober- und/oder Unterseite des Speicherballons ein Ultraschallsender und -empfänger angebracht wird und ständig die Laufzeit von Ultraschallsignalen durch das Innere des Speicherballons gemessen wird. Geeignet sind beispielsweise Ultraschallsender, die ausgesandte Impulse nach Reflexion an der Unter- bzw. Oberseite des Speicherballons wieder detektieren, analog zu bekannten Puls-Echo-Verfahren. Aus der Laufzeit der Signale und der Schallgeschwindigkeit im Gas im Inneren des Speicherballons ergibt sich dann der Füllstand.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel den erfindungs­ gemäßen Speicherballon anhand der Zeichnungen näher erläutern.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Speicherballon 1 mit dem aufliegenden Gewicht 2 und dem über Seilen mit diesem über Umlenkrollen 3 verbundenen Gegengewicht 4 in einer Seitenansicht dargestellt. Fig. 2 zeigt nämlichen Speicherballon in der Draufsicht.

In einer Helium-Verflüssigungsanlage wird verdampftes Helium in einem erfindungsgemäßen Speicherballon 1 gesammelt. Das maximale Speichervolumen beträgt hier 15 m³. Das Arbeits­ volumen soll 13 m³ betragen, d. h. bei entsprechendem Füllstand des Speicherballons 1 wird ein nachgeschalteter Verdichter in Betrieb genommen, der das Gasvolumen auf Drücke über 120 bar verdichtet. Durch anschließende Expansion wird das Gas unterhalb seiner Inversionstemperatur von 34 K abgekühlt und dann mittels Entspannung auf seine Verflüssigungstemperatur von etwa 5 K (2 bar) gebracht.

Das auf den Speicherballon aufliegende Gewicht beträgt etwa 60 kg und erzeugt im Speicherballon 1 einen Überdruck von etwa 600 Pascal. Am vorderen und hinteren Ende der Platte, die als aufliegendes Gewicht 2 gewählt wird, werden Seile angebracht, die über Umlenkrollen 3, wie in den Figuren dargestellt, mit einem Gegengewicht 4 verbunden sind. Am Gegengewicht 4 ist eine Markierung angebracht, mittels derer sich an einer feststehenden Skala, die sich neben der Markierung befindet, der aktuelle Füllstand des erfindungs­ gemäßen Speicherballons 1 ablesen läßt. Außerdem steht diese Markierung mit einem Ein- und Ausschaltmechanismus für den nachgeschalteten Verdichter in Verbindung, wobei der Verdichter an- oder ausgeschaltet wird, wenn die Markierung einen bestimmten unteren bzw. oberen Skalenpunkt erreicht.

Selbstverständlich kann auch durch Ultraschallmessung eine Füllstandsbestimmung erfolgen und der nachgeschaltete Verdichter in Abhängigkeit vom gelieferten Meßergebnis gesteuert werden.

Da der erfindungsgemäße Speicherballon 1 sich über seinen Querschnitt gleichmäßig füllt und entleert, ist eine Füll­ standsbestimmung mit geringen Toleranzen optimal möglich.

Claims (5)

1. Speicherballon für Gase mit einem auf der Oberseite des Speicherballons angeordneten und einen Überdruck erzeugenden Gewicht, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Speicherballon (1) aufliegende Gewicht (2) über Seile mit einem Gegengewicht (4) in Verbindung steht, wobei die Seile von mindestens zwei Punkten in der Nähe des Randes dieses Gewichtes (2) ausgehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Speicherballon (1) aufliegende Gewicht (2) sich nahezu über den gesamten Querschnitt des Speicherballons (1) erstreckt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht (4) 10 bis 50%, vorzugsweise 40% des auf dem Speicherballon (1) aufliegenden Gewichtes (2) beträgt.

4. Verfahren zur Füllstandsbestimmung an einem Speicherballon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gegengewicht (4) eine Markierung angebracht wird und laufend der Abstand zwischen dieser Markierung und einem feststehenden Bezugspunkt gemessen wird.

5. Verfahren zur Füllstandsbestimmung an einem Speicherballon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ober- und/oder Unterseite des Speicherballons (1) ein Ultraschallsender und -empfänger angebracht wird und ständig die Laufzeit von Ultraschall­ signalen durch das Innere des Speicherballons (1) gemessen wird.