EP1647760A2 - Gasspeicher mit Membran - Google Patents

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EP1647760A2
EP1647760A2 EP05450155A EP05450155A EP1647760A2 EP 1647760 A2 EP1647760 A2 EP 1647760A2 EP 05450155 A EP05450155 A EP 05450155A EP 05450155 A EP05450155 A EP 05450155A EP 1647760 A2 EP1647760 A2 EP 1647760A2
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inner membrane
membrane
gas
gas storage
segments
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Karl Dipl.-Ing. Klien
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Sattler AG
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Definitions

  • the invention relates to a gas storage with a flexible inner membrane and a flexible outer membrane surrounding this at least partially, wherein the inner membrane closes a variable gas storage space, into or out of the inlet and outlet lines to be stored gas is introduced or derivable, and auxiliary gas in the intermediate space formed between the inner membrane and the outer membrane, and wherein a distance measuring device for determining the distance between a measuring section of the outer membrane and a measuring section of the inner membrane is provided.
  • a gas storage of this kind is e.g. from AT 391 181 B and serves for the intermediate storage of a gas that can be introduced from at least one gas generator in the gas storage and can be removed from at least one gas consumer from this.
  • an independent power supply e.g. be ensured in gas production by biological processes, which occur for example in the agricultural sector by itself.
  • the shape of the inner membrane changes from a folded state to a fully expanded, wrinkle-free state, which in most cases corresponds to a three-quarter hollow sphere shape. It is becoming more and more important recently to capture the actual memory level metrologically, which is usually done by a distance measuring device, which determines the distance between this and the outer membrane by means of ultrasonic sensor / receiver at the highest point of the inner membrane.
  • a distance measuring device which determines the distance between this and the outer membrane by means of ultrasonic sensor / receiver at the highest point of the inner membrane.
  • Essential to obtaining a unique ultrasonic measurement signal is obtaining the smooth shape of the inner membrane within the measuring section provided for the measuring operation during a reduction in volume in order to reflect the ultrasound impinging on the inner membrane surface in the direction of the ultrasonic receiver. This is achieved by exerting, in accordance with the invention, a clamping force on the inner membrane measuring section which keeps the inner membrane measuring section in a substantially smooth state during a draining operation of the gas storage while the rest of the volume reduction follows.
  • an uneven basis weight distribution of the inner membrane is formed, so that the inner membrane measuring section during a Volume change operation of the gas storage space is maintained in a substantially smooth state.
  • the means for exerting a clamping force by providing a deviating from the ball symmetry with respect to the main axis of the filled inner membrane deviating basis weight distribution of the inner membrane.
  • the gas internal pressure completely compensates for the asymmetric basis weight distribution and the inner membrane assumes the perfectly smooth condition, e.g. in the form of a three-quarter hollow sphere.
  • the effect of the asymmetric basis weight distribution begins to displace the inner membrane folding process into the zone where the basis weight is higher than the remaining inner membrane, leaving the inner membrane measuring section in a smooth state and the ultrasonic signal in the direction of the Ultrasonic receiver reflected.
  • the point at which the sound is reflected during the volume reduction process along the inner membrane surface migrate, so that the inner membrane measuring section has a size that takes into account this migration movement.
  • the inner membrane may be composed of a plurality of segments in a conventional manner, which are connected to each other alongValn Vietnamese sections of the inner membrane, preferably welded, are, so that the inner membrane in the inflated state has a hollow spherical shape.
  • an asymmetric basis weight distribution according to the invention can be achieved in that a part of the inner membrane segments has a higher basis weight than the other inner membrane segments.
  • the heavier segments are first deposited when emptying the inner membrane and due to the still existing gas volume thereby pull the remaining inner membrane surface upwards, whereby the zone of the inner membrane measuring section remains smooth or wrinkle-free and offers a suitable reflection surface for the ultrasonic signal of the distance measuring device.
  • the inner membrane - seen in the operating position - in its lower region have a higher basis weight than in the upper region, wherein such a distribution along the entire circumference of the inner membrane can be provided.
  • the asymmetric weight distribution of the inner membrane segments in the height direction has the consequence that - seen in plan view - the outer heavier areas are first deposited during emptying and thus the inner areas are pushed upwards, whereby the measuring section remains smooth and ensures clearly assignable reflection signals, whereby the distance measurement during the entire volume reduction process of the inner membrane with the required measurement reliability is feasible.
  • FIG. 1 In the known gas storage shown in Figure 1 is a flexible inner membrane 2, which closes a variable gas storage space 11 inside and in the expanded state a three-quarters hollow sphere (Figure 2), shown in a partially deflated condition, whereby wavy at the top Wrinkles arise.
  • the inner membrane 2 is surrounded by a flexible outer membrane 1.
  • plastic or rubber foils coated textile substrates, e.g. with PVC coated fabric od. Like. Are used. Any other type of flexible sheath may also be used for this purpose, provided it meets the tightness and strength requirements.
  • Both the outer membrane 1 and the inner membrane 2 are open at the bottom and the lower edges are fixed by corresponding clamping devices 3 on a foundation 9 sealingly against the environment, the lower edge of the outer membrane 1 and the lower edge of the inner membrane 2 are concentric and along their circumference are spaced from each other.
  • a gas-tight bottom membrane not shown, so that no leakage losses can occur and no combustible gas can escape from the variable storage space to the outside.
  • the inner membrane 1 and the outer membrane 2 are coordinated so that between them a gap 9 is formed, in which an auxiliary gas, preferably air, via a supply line 8 and an inlet port 4 under pressure, e.g. by virtue of a compressed air connection 7, can be introduced in order to exert a counterpressure with respect to the gas pressure prevailing in the interior of the inner membrane 2 and to protect it from overstressing.
  • an auxiliary gas preferably air
  • the gas to be stored in the variable gas storage chamber 11 is introduced or removed from this, so depending on the degree of filling the gas storage space 11 upwards final inner membrane 2 an irregular curved surface forms, as indicated in Figure 1, or inflates and then assumes the shape of a three-quarters hollow sphere ( Figure 2).
  • membrane shapes deviating from the hollow spherical shape are also applicable.
  • the outer membrane 1 Due to the overpressure in the intermediate space 9, the outer membrane 1 can be kept dimensionally stable within wide limits. A wind pressure acting on the outer membrane 1 or e.g. a snow load thus remain without significant influence on the gas pressure in the variable gas storage space eleventh
  • the structure of the outer membrane 1 and the inner membrane 2 and the materials used therefor, as well as the attachment of the membranes to the substrate may vary within the scope of the invention.
  • Air is preferably used as auxiliary gas, although other gases, for example inert gases, could also be used.
  • By-pass gas is therefore understood to mean any kind of gas or gas mixtures suitable for the purpose of interstitial filling.
  • a distance measuring device 5 is arranged at the uppermost point of the outer membrane 1, via which the respective distance between a measuring section 15 of the inner membrane 2 and a measuring section of the outer membrane 1 at this point converted into a measuring signal and to a non shown control device is passed.
  • the distance measuring device 5 comprises an ultrasonic transmitting and receiving device and operates on the echosounding principle.
  • the highest point 13 in the expanded state of the inner membrane 2 is exactly opposite the distance measuring device 5.
  • the main axis of symmetry 16 of the filled inner membrane 2 also extends through this point.
  • the ultrasound reflected at point 13, which was emitted by the ultrasound transmitting device, returns to the ultrasound receiving device and generates a detectable reflection pulse, from which distance information is obtained.
  • means are provided for exerting a clamping force on the inner membrane measuring section 15, which means the inner membrane measuring section 2 during a volume reduction process of the gas storage space 11 in a substantially smooth state.
  • Smooth in this context means substantially wrinkle-free, so that an undisturbed reflection of the ultrasonic signal can take place.
  • a suitably sized elastic band can act on the surface of the inner membrane 2, which tensions it so that the inner membrane measuring portion 15 remains wrinkle-free during a draining process.
  • the inner membrane measuring section 15 results as that imaginary region within whose limits the point of impact of the ultrasound emitted by the ultrasonic transmitting device can move during level changes and is indicated in FIG. 4 by a surface surrounded by a dashed line.
  • an influence of the basis weight of the inner membrane 2 is used as a clamping force in practice.
  • the means for exerting a clamping force by an uneven basis weight distribution of the inner membrane 2 may be formed.
  • the means for exerting a clamping force by providing a deviating from the ball symmetry with respect to the main axis 16 of the filled inner membrane 2 different basis weight distribution of the inner membrane 2, as shown schematically in Figure 4 in cross section.
  • the part 30 of the inner membrane 2 has a higher weight per unit area than the part 33.
  • the part 30 sinks to the bottom and the inner membrane 2 contracts on the side of the part 30 in the area 34, while the part 33 is raised slightly, whereby the measuring section 15 remains smooth or wrinkle-free.
  • the originally highest point 13 migrates somewhat to the side of the heavy part 30, but the point of impact for the ultrasound signal remains in a strained zone of the inner membrane and can therefore emit a clearly detectable reflection signal.
  • 5 and 6 show the further course of the emptying process, during which the collapsed area 34 of the inner membrane 2 becomes ever more extensive while the inner membrane measuring section 15 sinks in a smooth or wrinkle-free state and constantly delivers a usable ultrasonic measurement signal.
  • the inner membrane 2 is composed of a plurality of segments 21, 22 (FIG. 7), which are joined together along longitudinal segments of length, preferably welded, so that the inner membrane 2, when inflated, has a three-quarter hollow spherical shape, the advantages with respect to the stability and the foundation diameter has.
  • the inner membrane 2 can also be a different one within the scope of the invention, e.g. take up a hollow cylindrical shape.
  • connection of the segments 21, 22 can also be performed by gluing, sewing or the like. Downwardly form the interconnected segments 21, 22 together an edge which is clamped by means of the clamping means on the foundation 9. Towards the top, the tapered segments 4 converge at a point or in an opening into which the distance measuring device 5 is inserted.
  • a portion 22 of the inner membrane segments has a higher basis weight than the remaining inner membrane segments 21, with the inner membrane segments 22 having the higher basis weight being disposed along a quarter circle of the inner membrane 2.
  • basis weight distribution is achieved, which causes the side of the inner membrane 2 with the heavier inner membrane segments 22 during an emptying process first deposits and thereby the measuring section 15 stretched or kept wrinkle free.
  • the higher basis weight can be achieved either by a specific heavier material or eg by double occupancy of the segments 22 become.
  • the basis weight distribution can be influenced by suitably selecting the cut and / or the overlapping zones for the segments 21, 22 in such a way that an asymmetrical weight distribution results without different basis weights of the segments 21, 22.
  • FIG. 8 and FIG. 9 show a further embodiment of the invention in which the inner membrane 2 has a higher weight per unit area in its lower area than in the upper area, which is caused by inner membrane segments 20 in the lower one Area 40 have a higher basis weight than in the upper area, whereby an asymmetric weight distribution along the main axis 16 is formed.
  • the lower part of the inner membrane 2 is heavier than the upper part thereof, whereby when emptying the inner membrane 2, first the outer lower part is collapsed, while the inner upper part of the inner membrane is pushed up and the measuring section 15 remains smooth or wrinkle-free and provides a clearly identifiable ultrasonic reflection signal during the draining process.
  • the lower heavier part may e.g. up to a height which is 2/3 of the total height of the inner membrane 2, be formed.
  • a centered lowering of the inner membrane 2 can be effected so that the impact point the ultrasonic signal remains unchanged during a discharge process.
  • any other specially prepared basis weights 41 with the aid of which an additional possibility of influencing the tensioning effect on the measuring section 15 exists.

Abstract

Gasspeicher mit einer flexiblen Innenmembran (2) und einer diese zumindest teilweise umgebenden flexiblen Außenmembran (1), wobei die Innenmembran (2) einen variablen Gasspeicherraum (11) abschließt, in den bzw. aus dem über Zu- und Ableitungen (22, 24) das zu speichernde Gas einleitbar bzw. ableitbar ist, und Hilfsgas in den zwischen der Innenmembran (2) und der Außenmembran (1) gebildeten Zwischenraum (8) einleitbar ist, und wobei eine Abstandsmeßvorrichtung (5) zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Meßabschnitt der Außenmembran (1) und einem Meßabschnitt (15) der Innenmembran (2) vorgesehen ist. Es sind Mittel zur Ausübung einer Spannkraft auf den Innenmembran-Meßabschnitt (15) vorgesehen, welche den Innenmembran-Meßabschnitt (15) während eines Volumenverringerungsvorganges in einem im wesentlichen glatten Zustand halten.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gasspeicher mit einer flexiblen Innenmembran und einer diese zumindest teilweise umgebenden flexiblen Außenmembran, wobei die Innenmembran einen variablen Gasspeicherraum abschließt, in den bzw. aus dem über Zu- und Ableitungen das zu speichernde Gas einleitbar bzw. ableitbar ist, und Hilfsgas in den zwischen der Innenmembran und der Außenmembran gebildeten Zwischenraum einleitbar ist, und wobei eine Abstandsmeßvorrichtung zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Meßabschnitt der Außenmembran und einem Meßabschnitt der Innenmembran vorgesehen ist.
  • Ein Gasspeicher dieser Art geht z.B. aus der AT 391 181 B hervor und dient der Zwischenspeicherung eines Gases, das von zumindest einem Gaserzeuger in den Gasspeicher eingeleitet und von zumindest einem Gasverbraucher aus diesem entnommen werden kann. Auf diese Weise kann eine unabhängige Energieversorgung z.B. bei Gaserzeugung durch biologische Prozesse, die etwa im landwirtschaftlichen Bereich von selbst ablaufen, gewährleistet werden.
  • In Abhängigkeit vom Füllstand des Gasspeichers ändert sich die Form der Innenmembran von einem gefalteten Zustand bis zu einem voll expandierten, faltenlosen Zustand, der in den meisten Fällen einer Dreiviertel-Hohlkugelform entspricht. Dabei wird es in letzter Zeit immer wichtiger den tatsächlichen Speicherfüllstand meßtechnisch zu erfassen, was üblicherweise durch eine Abstandsmeßvorrichtung geschieht, die an der höchsten Stelle der Innenmembran den Abstand zwischen dieser und der Außenmembran mittels Ultraschallsensor/empfänger bestimmt. Bei voller Innenmembran sind sehr zuverlässige Aussagen über den Füllstand möglich, sobald sich der Gasspeicher aber langsam entleert, wirkt sich dies auch auf die Form der Innenmembran aus, welche im Verlauf der Volumensverringerung immer stärkere Falten wirft, bis sie sich auf dem Boden zusammenfaltet. Diese bewirken eine Streuung des vom Ultraschallsensor ausgesandten Schallsignals und erhöhen die Meßunsicherheit schließlich so stark, daß ab einem bestimmten Füllstand keine aussagekräftigen Messungen mehr durchführbar sind.
  • Da in jüngster Zeit das Füllstandsmeßsignal für die Steuerung von vor- und nachgelagerten Prozessen herangezogen wird, ist es Aufgabe der Erfindung, einen Gasspeicher der eingangs genannten Art anzugeben, weicher eine sichere Messung des Füllstandes auch bei deutlicher Volumensverringerung der Innenmembran zuläßt.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Mittel zur Ausübung einer Spannkraft auf den Innenmembran-Meßabschnitt vorgesehen sind, welche den Innenmembran-Meßabschnitt während eines Volumenverringerungsvorganges des Gasspeicherraumes in einem im wesentlichen glatten Zustand halten.
  • Wesentlich zur Erzielung eines eindeutigen Ultraschall-Meßsignals ist das Erhalten der glatten Form der Innenmembran innerhalb des für den Meßvorgang vorgesehenen Meßabschnittes während einer Volumenverkleinerung, um den auf die Innenmembran-Oberfläche auftreffenden Ultraschall gebündelt in die Richtung des Ultraschallempfängers zu reflektieren. Dies wird dadurch erzielt, daß erfindungsgemäß eine Spannkraft auf den Innenmembran-Meßabschnitt ausgeübt wird, der den Innenmembran-Meßabschnitt während eines Entleerungsvorganges des Gasspeichers in einem in wesentlichen glatten Zustand hält, während sich der übrige Bereich der Volumenverringerung folgend zusammenlegt.
  • Es bestehen mehrere Möglichkeiten, den glatten, faltenlosen Zustand im betreffenden Bereich aufrechtzuerhalten. Bevorzugt sind jene Ausführungsformen, welche keine zusätzlichen Elemente erfordern, die den unbeschädigten Zustand der Membran gefährden, alle kantigen oder separaten Teile sind daher eher zu vermeiden.
  • Auf einfache Weise kann dies erreicht werden, indem in weiterer Ausbildung der Erfindung eine ungleichmäßige Flächengewichtsverteilung der Innenmembran ausgebildet ist, sodaß der Innenmembran-Meßabschnitt während eines Volumenänderungsvorganges des Gasspeicherraumes in einem im wesentlichen glatten Zustand gehalten wird.
  • Dies kann insbesondere dadurch erzielt werden, daß gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Mittel zur Ausübung einer Spannkraft durch Vorsehen einer von der Kugelsymmetrie in Bezug auf die Hauptachse der gefüllten Innenmembran abweichenden Flächengewichtsverteilung der Innenmembran gebildet sind.
  • Im vollständig gefüllten Zustand gleicht der Gas-Innendruck die asymmetrische Flächengewichtsverteilung vollkommen aus und die Innenmembran nimmt den vollkommen glatten Zustand z.B. in Form einer Dreiviertel-Hohlkugel ein. Verringert sich der Füllstand, so beginnt die Wirkung der asymmetrischen Flächgewichtsverteilung den Faltungsprozeß der Innenmembran in die Zone zu verlegen, in der das Flächengewicht höher als in der restlichen Innenmembran ist, wodurch der Innenmembran-Meßabschnitt im glatten Zustand verbleibt und das Ultraschallsignal in die Richtung des Ultraschallempfängers reflektiert. Dabei wird der Punkt, an dem der Schall reflektiert wird, während des Volumenverringerungsvorganges entlang der Innenmembran-Oberfläche wandern, sodaß der Innenmembran-Meßabschnitt eine diese Wanderbewegung berücksichtigende Größe aufweist.
  • Die Innenmembran kann in an sich bekannter Weise aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein, die entlang von Längenkreis-Teilstücken der Innenmembran miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind, sodaß die Innenmembran im aufgeblähten Zustand eine hohlkugelförmige Gestalt aufweist.
  • Bei dieser Konstruktionsweise kann eine asymmetrische Flächengewichtsverteilung im Sinne der Erfindung dadurch erreicht werden, daß ein Teil der Innenmembran-Segmente ein höheres Flächengewicht als die übrigen Innenmembran-Segmente aufweist. Die schwereren Segmente werden bei einer Entleerung der Innenmembran zuerst abgelegt und ziehen aufgrund des noch vorhandenen Gasvolumens dadurch die restliche Innenmembranfläche nach oben, wodurch die Zone des Innenmembran-Meßabschnitts glatt bzw. faltenfrei bleibt und eine geeignete Reflexionsfläche für das Ulraschallsignal der Abstandsmeßvorrichtung bietet.
  • Es ist z.B. bereits eine ausreichende Spannwirkung durch die schwereren Segmente gegeben, wenn die Innenmembran-Segmente mit dem höheren Flächengewicht entlang eines Viertel-Umfangskreises der Innenmembran angeordnet sind. Die Anordnung der schwereren und leichteren Segmente unterliegt im Rahmen der Erfindung keiner Einschränkung und kann in beliebiger Art und Weise erfolgen.
  • Schließlich kann die Innenmembran - in Gebrauchslage gesehen - in ihrem unteren Bereich ein höheres Flächengewicht aufweisen als im oberen Bereich, wobei eine solche Verteilung entlang des gesamten Umfanges der Innenmembran vorgesehen sein kann. Die in Höhenrichtung asymmetrische Gewichtsverteilung der Innenmembran-Segmente hat zur Folge, daß - in Draufsicht gesehen - die äußeren schwereren Bereiche bei einer Entleerung zuerst abgelegt werden und damit die inneren Bereiche nach oben gedrückt werden, wodurch der Meßabschnitt glatt bleibt und eindeutig zuordenbare Reflexionssignale gewährleistet, wodurch die Abstandsmessung während des gesamten Volumensverringerungsvorganges der Innenmembran mit der erforderlichen Meßsicherheit durchführbar ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Es zeigt dabei
    • Fig.1 eine teilweise aufgebrochene Schrägrißdarstellung eines bekannten, teilweise geleerten Gasspeichers;
    • Fig.2 eine schematische Schnittdarstellung des vollen Gasspeichers gemäß Fig.1;
    • Fig.3 eine schematische Schnittdarstellung des halb leeren Gasspeichers gemäß Fig.1;
    • Fig.4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasspeichers in schematischer Schnittdarstellung.
    • Fig.5 den halbgeleerten Gasspeicher gemäß Fig.4 in Schnittdarstellung;
    • Fig.6 den fast völlig geleerten Gasspeicher gemäß Fig.4;
    • Fig.7 die Innenmembran einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasspeichers in schematischer Draufsicht;
    • Fig.8 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasspeichers in schematischer Schnittdarstellung;
    • Fig.9 die Innenmembran der Ausführungsform gemäß Fig.8 in schematischer Draufsicht und
    • Fig. 10 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasspeichers.
  • In dem in Fig.1 gezeigten bekannten Gasspeicher ist eine flexible Innenmembran 2, die im Inneren einen variablen Gasspeicherraum 11 abschließt und im expandierten Zustand eine Dreiviertel-Hohlkugel (Fig.2) ausbildet, in einem teilweise entleerten Zustand gezeigt, wodurch an der Oberseite wellenförmige Falten entstehen. Umgeben ist die Innenmembran 2 von einer flexiblen Außenmembran 1. Als Materialien für die Außenmembran 1 und die Innenmembran 2 können Kunststoff- oder Kautschukfolien, beschichtete Textilsubstrate, z.B. mit PVC beschichtetem Gewebe od. dgl. eingesetzt werden. Jede andere Art einer flexiblen Hülle kann ebenso für diesen Zweck verwendet werden, sofern diese die Dichtheits- und Festigkeitsanforderungen erfüllt.
  • Sowohl die Außenmembran 1 als auch die Innenmembran 2 sind nach unten hin offen und deren untere Ränder durch entsprechende Klemmeinrichtungen 3 an einem Fundament 9 dichtend gegenüber der Umgebung fixiert, wobei der untere Rand der Außenmembran 1 und der untere Rand der Innenmembran 2 konzentrisch verlaufen und entlang ihres Umfanges voneinander beabstandet sind. Gegenüber dem Boden ist der variable Gasspeicherraum durch eine nicht näher dargestellte, gasdichte Bodenmembran abgedichtet, sodaß keine Leckageverluste auftreten können und kein brennbares Gas aus dem variablen Speicherraum nach außen austreten kann.
  • Die Innenmembran 1 und die Außenmembran 2 sind so aufeinander abgestimmt, daß zwischen diesen ein Zwischenraum 9 ausgebildet ist, in den ein Hilfsgas, vorzugsweise Luft, über eine Zuführleitung 8 und einen Einlaßstutzen 4 unter Druck, z.B. vermöge eines Druckluftanschlusses 7, eingeleitet werden kann, um damit einen Gegendruck gegenüber dem im inneren der innenmembran 2 herrschenden Gasdruck auszuüben und diese vor einer Übedehnung zu schützen.
  • Über eine Zu- und Ableitung 6 und einen mittig angeordneten Bodeneinlaß (nicht abgebildet) wird das zu speichernde Gas in den variablen Gasspeicherraum 11 eingeleitet oder aus diesem entnommen, sodaß je nach Füllgrad die den Gasspeicherraum 11 nach oben hin abschließende Innenmembran 2 eine unregelmäßige gewölbte Fläche ausbildet, wie dies in Fig.1 angedeutet ist, oder sich aufbläht und dann die Gestalt einer Dreiviertel-Hohlkugel annimmt (Fig.2). Im Rahmen der Erfindung sind auch von der Hohlkugelform abweichende Membranformen anwendbar.
  • Durch den Überdruck im Zwischenraum 9 kann die Außenmembran 1 innerhalb weiter Grenzen formstabil gehalten werden. Ein auf die Außenmembran 1 wirkender Winddruck oder z.B. eine Schneelast bleiben damit ohne wesentlichen Einfluß auf den Gasdruck im variablen Gasspeicherraum 11.
  • Der Aufbau der Außenmembran 1 und der Innenmembran 2 und die dafür verwendeten Materialien sowie die Befestigung der Membranen mit dem Untergrund können im Rahmen der Erfindung variieren.
  • Als Hilfsgas kommt bevorzugt Luft zur Anwendung, obwohl auch andere Gase, z.B. Inertgase, verwendet werden könnten. Unter Hilfsgas wird daher jede Art von Gas oder Gasmischungen verstanden, die für den Zweck der Zwischenraumfüllung geeignet sind. Die Einleitung des Hilfsgases in die Außenmembran 1 an nur einer Stelle, wie dies z.B. in Fig.1 gezeigt ist, ist aber nicht zwingend sondern kann auch auf andere Weise geschehen ohne dadurch einen Einfluß auf die Wirkung der Erfindung zu haben.
  • Zur Messung und Steuerung des Füllgrades der Innenmembran 2 ist eine Abstandsmeßvorrichtung 5 am obersten Punkt der Außenmembran 1 angeordnet, über welche der jeweilige Abstand zwischen einem Meßabschnitt 15 der Innenmembran 2 und einem Meßabschnitt der Außenmembran 1 an dieser Stelle in ein Meßsignal gewandelt und an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung weitergegegeben wird. Die Abstandsmeßvorrichtung 5 umfaßt eine Ultraschallsende- und empfangsvorrichtung und arbeitet nach dem Echolot-Prinzip.
  • Wie in Fig.2 gezeigt liegt der im expandierten Zustand der Innenmembran 2 höchste Punkt 13 genau der Abstandsmeßvorrichtung 5 gegenüber. Durch diesen Punkt verläuft auch die Symmetriehauptachse 16 der gefüllten Innenmembran 2. Der am Punkt 13 reflektierte Ultraschall, welcher von der Ultraschallsendevorrichtung abgestrahlt wurde, gelangt wieder in die Ultraschallempfangsvorrichtung und erzeugt einen detektierbaren Reflexionsimpuls, aus dem eine Abstandsinformation gewonnen wird.
  • In bekannten Gasspeichern ergibt sich durch Materialkonfektion und zusätzliche Einrichtungen im oberen Bereich der Innenmembran 2 ein höheres Flächengewicht als im unteren Bereich, sodaß sich bei einem Volumensverringerungsvorgang der obere Bereich der Innenmembran 2 zuerst zu falten beginnt und die Faltung daher genau im Meßabschnitt erfolgt, wo das Ultraschallsignal reflektiert wird. Die Folge davon ist in Fig.3 zu ersehen, es findet keine direkte Rückreflexion in die Richtung der Ultraschallempfangsvorrichtung statt, woraus sich eine verfälschte Abstandsinformation oder aufgrund von Mehrfachreflexionen oder Streuung ein mehrdeutiges Ergebnis ergibt, das zu Fehlinterpretationen führt.
  • Um dem abzuhelfen sind erfindungsgemäß Mittel zur Ausübung einer Spannkraft auf den Innenmembran-Meßabschnitt 15 vorgesehen, welche den Innenmembran-Meßabschnitt 2 während eines Volumenverringerungsvorganges des Gasspeicherraumes 11 in einem im wesentlichen glatten Zustand halten. Glatt bedeutet in diesem Zusammenhang im wesentlichen faltenfrei, sodaß eine ungestörte Reflexion des Ultraschallsignals erfolgen kann.
  • Für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Spannkrafimittei bestehen mehrere Möglichkeiten. So kann ein geeignet dimensionierter Gummizug an der Oberfläche der Innenmembran 2 angreifen, welcher diese so spannt, daß der Innenmembran-Meßabschnitt 15 während eines Entleerungsvorganges faltenfrei bleibt. Der Innenmembran-Meßabschnitt 15 ergibt sich als jener gedachte Bereich, innerhalb dessen Grenzen der Auftreffpunkt des von der Ultraschallsendevorrichtung ausgesandten Ultraschalls sich bei Füllstandsveränderungen bewegen kann und ist in Fig.4 durch eine strichliert umrandete Fläche angedeutet.
  • Aus Gründen der Betriebssicherheit und der einfacheren Montage wird in der Praxis eine Beeinflussung des Flächengewichtes der Innenmembran 2 als Spannkraftmittel eingesetzt. So können z.B. die Mittel zur Ausübung einer Spannkraft durch eine ungleichmäßige Flächengewichtsverteilung der Innenmembran 2 gebildet sein.
  • Zu diesem Zweck sind z.B. die Mittel zur Ausübung einer Spannkraft durch Vorsehen einer von der Kugelsymmetrie in Bezug auf die Hauptachse 16 der gefüllten Innenmembran 2 abweichenden Flächengewichtsverteilung der Innenmembran 2 gebildet, wie es schematisch in Fig.4 im Querschnitt dargestellt ist. Der Teil 30 der Innenmembran 2 hat ein höheres Flächengewicht als der Teil 33. Damit sinkt der Teil 30 bei sinkendem Füllstand zu Boden und die Innenmembran 2 legt sich auf der Seite des Teils 30 im Bereich 34 zusammen, während der Teil 33 etwas angehoben wird, wodurch der Meßabschnitt 15 glatt bzw. faltenfrei bleibt. Es wandert dadurch der ursprünglich höchste Punkt 13 etwas auf die Seite des schweren Teils 30, der Auftreffpunkt für das Ultraschallsignal bleibt jedoch in einer gespannten Zone der Innenmembran und kann daher ein eindeutig erfaßbares Reflexionssignal abgeben.
  • Fig.5 und Fig.6 zeigen den weiteren Verlauf des Entleerungsvorganges, während dem der zusammengelegte Bereich 34 der Innenmembran 2 immer umfangreicher wird während der Innenmembran-Meßabschnitt 15 in glattem bzw. faltenfreiem Zustand niedersinkt und ständig ein verwertbares Ultraschall-Meßsignal liefert.
  • Aus produktionstechnischen Gründen wird die Innenmembran 2 aus mehreren Segmenten 21, 22 (Fig.7) zusammengesetzt, die entlang entlang von Längenkreis-Teilstücken miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind, sodaß die Innenmembran 2 im aufgeblähten Zustand eine dreiviertelhohlkugelförmige Gestalt aufweist, die Vorteile hinsichtlich der Stabilität und des Fundamentdurchmessers hat. Grundsätzlich kann die Innenmembran 2 im Rahmen der Erfindung aber auch eine andere, z.B. hohlzylindrische Form einnehmen.
  • Die Verbindung der Segmente 21, 22 kann auch durch Kleben, Nähen od. dgl. ausgeführt sein. Nach unten hin bilden die miteinander verbundenen Segmente 21, 22 zusammen einen Rand, der mittels der Klemmeinrichtungen am Fundament 9 festgespannt wird. Nach oben hin laufen die sich verjüngenden Segmente 4 in einem Punkt bzw. in einer Öffnung zusammen, in welche die Abstandsmeßvorrichtung 5 eingesetzt wird.
  • In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig.7 weist ein Teil 22 der Innenmembran-Segmente ein höheres Flächengewicht als die übrigen Innenmembran-Segmente 21 auf, wobei die Innenmembran-Segmente 22 mit dem höheren Flächengewicht entlang eines Viertel-Umfangskreises der Innenmembran 2 angeordnet sind. Damit wird auf gleiche Weise wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 bis 6 eine von der Kugelsymmetrie abweichende Flächengewichtsverteilung erreicht, die bewirkt, daß sich die Seite der Innenmembran 2 mit den schwereren Innenmembransegmenten 22 während eines Entleerungsvorganges zuerst ablegt und dadurch der Meßabschnitt 15 gespannt bzw. faltenfrei gehalten wird. Das höhere Flächengewicht kann entweder durch ein spezifisch schwereres Material oder z.B. durch doppelte Belegung der Segmente 22 erreicht werden.
  • Es können beliebig andere Konfektionen der Innenmembran 2 gewählt werden, die ein gleiches Endergebnis liefern. Beispielsweise kann die Flächengewichtsverteilung durch geeignete Wahl des Schnittes und/oder der Überlappungszonen für die Segmente 21, 22 so beeinflußt werden, daß eine asymmetrische Gewichtsverteilung ohne unterschiedliche Flächengewichte der Segmente 21, 22 entsteht.
  • In Fig.8 und Fig.9 ist schließlich eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der die Innenmembran 2 - in Gebrauchslage gesehen - in ihrem unteren Bereich ein höheres Flächengewicht aufweist als im oberen Bereich, was durch Innenmembransegmente 20 verursacht wird, die im unteren Bereich 40 ein höheres Flächengewicht aufweisen als im oberen Bereich, wodurch eine asysmmetrische Gewichtsverteilung entlang der Hauptachse 16 entsteht. Dadurch ist der untere Teil der Innenmembran 2 schwerer als deren oberer Teil, wodurch bei einer Entleerung der Innenmembran 2 zuerst der außen gelegene untere Teil zusammengelegt wird, während der innen gelegene obere Teil der Innenmembran emporgedrückt wird und der Meßabschnitt 15 glatt bzw. faltenfrei bleibt und während des Entleerungsvorganges ein eindeutig identifizierbares Ultraschall-Reflexionssignal liefert. Der untere schwerere Teil kann z.B. bis zu einer Höhe die 2/3 der Gesamthöhe der Innenmembran 2 beträgt, ausgebildet sein.
  • Wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 10 gezeigt, die der in Fig.8, 9 gezeigten ähnlich ist, kann durch die Erhöhung des Flächengewichts im unteren Teil entlang des gesamten Umfanges der Innenmembran 2 ein zentriertes Absinken der Innenmembran 2 bewirkt werden, sodaß der Auftreffpunkt des Ultraschallsignals während eines Entleerungsvorganges unverändert bleibt. Zusätzlich zur schwereren unteren Zone 40 können beliebige weitere, speziell konfektionierte Flächengewichte 41 vorgesehen sein, mit deren Hilfe eine zusätzliche Beeinflussungsmöglichkeit der Spannwirkung auf den Meßabschnitt 15 besteht.

Claims (7)

  1. Gasspeicher mit einer flexiblen Innenmembran (2) und einer diese zumindest teilweise umgebenden flexiblen Außenmembran (1), wobei die Innenmembran (2) einen variablen Gasspeicherraum (11) abschließt, in den bzw. aus dem über Zu- und Ableitungen das zu speichernde Gas einleitbar bzw. ableitbar ist, und Hilfsgas in den zwischen der Innenmembran (2) und der Außenmembran (1) gebildeten Zwischenraum (9) einleitbar ist, und wobei eine Abstandsmeßvorrichtung (5) zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Meßabschnitt der Außenmembran (1) und einem Meßabschnitt (15) der Innenmembran (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Ausübung einer Spannkraft auf den Innenmembran-Meßabschnitt (15) vorgesehen sind, welche den Innenmembran-Meßabschnitt (15) während eines Volumenverringerungsvorganges des Gasspeicherraumes (11) in einem im wesentlichen glatten Zustand halten.
  2. Gasspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausübung einer Spannkraft durch eine ungleichmäßige Flächengewichtsverteilung der Innenmembran (2) gebildet sind, sodaß der Innenmembran-Meßabschnitt (15) während eines Volumenänderungsvorganges des Gasspeicherraumes (11) in einem im wesentlichen glatten Zustand gehalten wird.
  3. Gasspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausübung einer Spannkraft durch Vorsehen einer von der Kugelsymmetrie in Bezug auf die Hauptachse (16) der gefüllten Innenmembran (2) abweichenden Flächengewichtsverteilung der Innenmembran (2) gebildet sind.
  4. Gasspeicher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmembran (2) in an sich bekannter Weise aus mehreren Segmenten (20, 21, 22) zusammengesetzt ist, die entlang von Längenkreis-Teilstücken der Innenmembran (2) miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind, sodaß die Innenmembran (1) im aufgeblähten Zustand eine hohlkugelförmige Gestalt aufweist.
  5. Gasspeicher nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (22) der Innenmembran-Segmente ein höheres Flächengewicht als die übrigen Innenmembran-Segmente (21) aufweist.
  6. Gasspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmembran-Segmente (22) mit dem höheren Flächengewicht entlang eines Viertel-Umfangskreises der Innenmembran (2) angeordnet sind.
  7. Gasspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmembran (2) - in Gebrauchslage gesehen - in ihrem unteren Bereich (40) ein höheres Flächengewicht aufweist als im oberen Bereich.
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