DE4417106A1

DE4417106A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verdichtung von Gasen

Info

Publication number: DE4417106A1
Application number: DE19944417106
Authority: DE
Original assignee: Hermeling Werner Dipl-Ing 47803 Krefeld De
Current assignee: Hermeling Werner Dipl-Ing 47803 Krefeld De
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 1995-11-23

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Verdichtung von Gasen, die tief kalt verflüssigt, unter geringem Druck gelagert sind und gasförmig unter hohem Druck in Druckgasbehälter gefüllt werden sollen.

Es ist allgemein bekannt, daß man das tiefkalt verflüssigte Gas in einem Druckbehälter verdampfen könnte. Patent DE 27 00 727 beschreibt ein sol ches Verfahren, bei dem jedoch nach erfolgter Verdampfung der Behälter un ter Systemdruck verbleibt. Dies wäre für die Befüllung von Gasflaschen ideal, ist jedoch aus materialtechnischen Gründen nicht möglich, so daß das Gas in einem speziell dafür ausgelegten Druckbehälter verdampft wer den müßte. Eine Neubefüllung ist nur bei Druckentlastung möglich. Diese Druckentlastung ist mit großen Verlusten verbunden.

Patent DE 21 52 260 B2 beschreibt eine Möglichkeit, diese Verluste zu ver meiden. Dies ist aber nur bei Behältern möglich, die untereinander relativ geringe Druckunterschiede aufweisen.

Ein weiteres Patent zur Druckerhöhung von Gasen beschreibt Nr. 23 43 009. Hierbei wird der Druck in einer Flüssiggasleitung durch einen Injektor erhöht. Auch Anlagen zur gesteuerten Verdampfung, wie DE 28 48 586 C2 sind bekannt.

Bei den geprüften Verfahren wird u. a. die Umgebungsenergie zur Verdamp fung genutzt, bzw. in einem Injektor der Druck erhöht. Keines der Verfahren stellt jedoch die Möglichkeit dar, verlustlos und ohne zusätzliche Pumpen unter Ausnutzung der Umgebungsenergie die ursprünglich tiefkalt verflüs sigten Gase im gasförmigen Zustand in Druckgasbehälter oder andere Druckgefäße unter hohen Druck zu bringen, wobei der Prozeß beliebig oft reproduzierbar sein müßte.

Erfindungsgemäß wird nachfolgend die Aufgabe gelöst.

Der Prozeß wird begonnen, in dem V1.1 per Hand geöffnet wird. Alle folgen den Manipulationen sollen automatisch-von einem Programm gesteuert, ab laufen. Der Druck im Tank (1) wird auf ein Minimum abgesenkt. Dazu werden die Ventile V 1.2 und V 6.1 geöffnet, so daß ein Druckausgleich zwischen dem Füllraum und dem Tank (1) hergestellt wird.

Nachdem der Druckausgleich erfolgte, öffnet V 2.4. Das tiefkalt verflüssigte Gas fließt einem Speicher (2 oder 3) zu. Ist er gefüllt, wird er geschlossen. Durch die Umgebungswärme wird die Flüssigkeit verdampft und es kommt zu einem Druckanstieg im Speicher (z. B. 2). Ist der Druck entsprechend größer als der im Luftverdampfer (4), wird die Flüssigkeit durch das expan dierende Gas in den Luftverdampfer gedrückt. Unmittelbar nach der Entlee rung wird der Luftverdampfer durch Schließen des Ventils V 2.3 abgesperrt, so daß hier die 100% Verdampfung stattfinden muß. Ist ein entsprechender Druck erreicht, wird der Gasstrom durch einen Injektor entspannt. Am Saug stutzen des Injektors entsteht ein Unterdruck mit dem der Druck im Speicher (2) abgesenkt wird. Ist der Druck gleich dem Tankdruck, wird zusätzlich der Druck im Tank (1) abgelenkt. Hat der Injektor keine Saugwirkung mehr, wird er von Speicher und Tank getrennt und das Gas strömt bis zu einer definier ten Druckdifferenz in die zu füllenden Druckgasbehälter.

Parallel zur Entleerung von Speicher (2) und Luftverdampfer (4) wenden in gleicher Weise Speicher (3) und Luftverdampfer (5) zeitverschoben gefüllt und entleert, so daß eine zügige Befüllung der Druckgasbehälter erfolgen kann.

Zum Prozeßende besteht die Möglichkeit, das Restgas der Anlage in dem Tank durch Drosselung über Düsen (1.1) zu entspannen. Die eintretende Mischkondensation wird zur Folge haben, daß ein Teil des Gase kondensiert, der andere den Druck im Behälter erhöhen wird.

Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus den beiden Speicherbehältern (2) und (3), die vom Tank (1) abwechselnd befüllt werden, den Luftverdampfern (4) und (5), dem Injektor (6), Drucksen soren, Füllstandsmesser 2.1 und 3.1 in den Speichern, einem Düsenstock (1.1) in Tank 1 und den entsprechenden Absperrarmaturen, die vorzugsweise über eine Automatik angesteuert werden. Die Verdampfung in den Speicher kann durch zusätzliche Energiezufuhr (Elektroheizstäbe) unterstützt werden.

Ventil 1.1, eine Armatur des standardgemäßen Tanks wird per Hand geöff net. Der Prozeß wird gestartet, in dem die Ventile V 2.1, V 2.2, V 1.2 geöff net werden. Verflüssigtes Gas strömt in den Speicher (2). Der Speicher wird kaltgefahren. Das entstehende Gas läßt den Druck im Tank (1) steigen. Die Flüssigkeitssäule in Speicher (2) steigt. Der Speicher ist gefüllt, das wird durch den Schwimmerschalter (2.1) signalisiert. Die Ventile V 2.1, V 2.2, V 1.2 werden geschlossen. Der Druck steigt im Speicher an, da die Verdamp fungswärme der Umgebung entzogen wird. Übersteigt der Druck des Spei chers den des Verdampfers (4), wird das Ventil V 2.3 geöffnet und durch den Druckausgleich strömt der flüssige Anteil des Gases in den Verdamp fer. Durch den Schwimmer 2.1 wird die Entleerung signalisiert. Ventil V 2.3 wird geschlossen. Im Luftverdampfer (4) erhöht die von der Umgebung zuge führte Energie den Druck bis zu dem Wert, da bei anstehenden Gegendruck des Injektors (6) eine maximale Saugleistung am Saugstutzen anliegt. Ist der Druck am Saugstutzen geringer als im Speicher (2), öffnet V 6.1 so lange, bis kein Unterdruck zum Speicher (2) an liegt.

Bei fehlendem Unterdruck würde V 6.1 schließen. Es ist jedoch davon aus zugehen, daß in der 1. Phase des Prozesses der Druck im Speicher unter den des Tankes (1) fällt. In dieser Situation öffnet auch Ventil V 1.2, d. h. der Injektor saugt nun auch Gas aus dem Tank ab und verringert dort den Druck. In der 2. Phase der Verdichtung wird das Saugverhalten durch den hohen Gegendruck begrenzt. Der Speicher wird über den Düsenstock 1.1 in den Tank (1) entlastet, in dem Ventil V 2.4 öffnet. Der Druck wird über den isen tropischen Düsenstock abgebaut, so daß die Effekte der Mischkondensation auftreten. Die Wirksamkeit des Effektes ist abhängig von Tankdruck, Füll standshöhe und Temperatur der Flüssigkeit.

Der Prozeß wird dadurch begrenzt, wenn die Summe der in Tank (1) zurück geführten verdampften Masse aus den Speichern (2 und 3) größer ist, als die Summe der vom Injektor (6) abgesaugten. Dieser Erscheinung kann vorge beugt werden, indem der Tank neu befüllt wird.

Zeitverschoben zur Befüllung und Verdampfung in Speicher (2) und Luftver dampfer (4) wird Speicher (3) gefüllt. Hier läuft im Sinne einer kontinuierli chen Befüllung der Gasflaschen der gleiche Prozeß ab.

Bei Beendigung des Füllvorganges werden die Speicher (2) und (3) nicht mehr befüllt, so daß keine Verdampfung erfolgen kann.

Der Überdruck wird über den Düsenstock 1.1 entspannt. Das System bleibt unter dem Tankdruck stehen.

Claims

1. Verfahren zum Verdichten von Gasen, die unter geringem Druck ste hend, im verflüssigten Zustand in einem Tank (1) vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise abwechselnd 2 Speicher (2 und 3) aus dem Tank gefüllt werden, dort die Flüssigkeit durch Zufuhr der Umgebungsenergie verdampft wird und gasförmig durch die Treib düse eines Injektors (6) strömt, mit dem am Saugstutzen sich ein stellende Unterdruck wird der Druck im System (1, 2, 3) reduziert, so daß problemlos eine verlustlose Befüllung z. B. von Druckgasbehäl tern möglich wird und der Druck im Tank (1) nicht über den zuläs sigen Wert ansteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Spei chern (2 und 3) die Verdampfer (4 und 5) nachgeschaltet sind, so daß bei Erreichen eines bestimmten Druckes die noch nicht verdampfte Flüssigkeit schnell in den Verdampfer (4 oder 5) gedrückt wird und dort eine vollkommene Verdampfung und eine Temperierung des Gases erfolgen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung im Speicher (2 und 3) durch eine zusätzliche Energiezu fuhr beschleunigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Tank (1) durch Druckausgleich mit dem zu füllenden Volumen zu Beginn des Prozesses abgesenkt wird und anschließend wie in An spruch 1 die Speicher abwechselnd gefüllt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver fahren vorzugsweise automatisch gesteuert wird, der Druck stufenwei se erhöht wird und die einzelnen Stufen durch Ventile getrennt wer den.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Spei cher ein definiertes Volumen zur Verdampfung gebracht wird und bei Erreichen eines bestimmten Überdruckes dieser mit Hilfe des Gas polsters in dem Verdampfer entspannt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhän gigkeit des erreichten Enddruckes der Verdampfer in den Injektor ent spannt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Verdampfer so lange erhöht wird, bis man eine max. Menge aus dem Speicher bzw. Tank absaugen kann.

9. Verfahren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest druck des Speichers (2 oder 3) durch Drosselung in den Tank (1) ent spannt wird, so daß Effekte der Mischkondensation auftreten.