EP1802910A1 - Vorrichtung zur erzeugung von hochkomprimiertem gas - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung von hochkomprimiertem gas

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Publication number
EP1802910A1
EP1802910A1 EP05799389A EP05799389A EP1802910A1 EP 1802910 A1 EP1802910 A1 EP 1802910A1 EP 05799389 A EP05799389 A EP 05799389A EP 05799389 A EP05799389 A EP 05799389A EP 1802910 A1 EP1802910 A1 EP 1802910A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
compressor
pressure
vortex tube
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05799389A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Bäumer
Dirk Grulich
Norbert Scholz
Herbert Wiegand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102005006751A external-priority patent/DE102005006751B9/de
Priority claimed from DE102005016114A external-priority patent/DE102005016114A1/de
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP1802910A1 publication Critical patent/EP1802910A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • F25B9/04—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect using vortex effect

Definitions

  • the invention relates to a device for producing highly compressed gas with a single-stage or multi-stage compressor.
  • the device according to the invention can be used in addition to numerous other applications in a gas refueling system for refueling powered by natural gas, methane or similar gases and hydrogen-powered vehicles.
  • DE 197 05 601 A1 describes a natural gas refueling process without cooling the gas, in which the refueling process of the pressurized gas container is carried out until the pressure in the line to the pressurized gas container exceeds a maximum pressure. Another possibility provides that the refueling process is aborted when the mass flow falls below a threshold value.
  • WO 97/06383 Al describes a gas charging system for high-pressure bottles.
  • the cooling of the gas takes place here by winding the high-pressure bottle to be filled, whereby two connections for flow and return are required.
  • the gas is cooled by a heat exchanger or by mixing with the gas in the reservoir.
  • EP 0 653 585 A1 discloses a system for refueling a compressed gas container. Therein, the carrying out of a test impact is described and the thermal equation of state for the real gas is used for its evaluation. There is also a switch over to reservoir with higher pressure (multiple bank method) during the refueling described. The reaction process takes place intermittently. There is no cooling device for the gas provided.
  • This natural gas can be compressed in the garage by means of a compressor (natural gas compressor) during the night from the usual natural gas pressure level of 50 mbar to 200 bar at a reference temperature of 15 ° C. This can be refueled a motor vehicle.
  • the invention has for its object to provide a device for the production of highly compressed gas, in which the compressed gas which is heated in the compression, is cooled in a cooling device, which is of simple construction, a high cooling performance and of small dimensions can be realized.
  • the device according to the invention is defined by the patent claim 1.
  • the compressor stage nachgeordncte cooling device is designed as a vortex tube.
  • Vortex tubes are particularly well-suited for ultra-short temperature reductions. These temperature reductions can also be realized in contrast to conventional gas coolers on the shortest path length. Furthermore, the invention is based on the recognition that the pressure ratio in the compressor stages of the high-pressure compressor is greater than 3. This ensures that the vortex tubes in all compressor stages will be in the supercritical range, which is essential for proper functioning of the tuyere tubes.
  • a particular embodiment of the invention envisages to maintain the reference temperature of 15 ° C at a pressure of 200 bar in the pressurized gas container to be filled even if the lowering of the gas temperature in the vortex tubes at unfavorable boundary and environmental conditions is no longer sufficient for a Dircktbetankung , Conveniently, after the last compressor stage with subsequent throttle point, the gas is not introduced into the pressurized gas container to be filled, but fed back to the compressor inlet after an adiabatic throttling (Joule-Thomson effect).
  • the gas then undergoes a steady temperature reduction in isotropic compression and adiabatic throttling (cooling by adiabatic throttling, caused by the Joule-Thomson effect in real gases).
  • the gas cycle then remains closed until the time required for filling the gas cylinder according to the technical rules temperature reduction is reached
  • a particularly expedient embodiment of the invention provides for the heat produced in the vortex tubes to be used for heating industrial water or for heating a building.
  • the output pressure of a multi-stage compressor is set so high that this pressure is above the critical pressure of the compressed gas container to be filled.
  • these regulations do not apply to direct refueling with a high pressure compressor, provided the legal conditions for the compressed gas container are maintained.
  • the gas stream leaving the final stage of the high-pressure compressor is brought to the permissible pressure in the pressure vessel via an expansion turbine by throttling.
  • the mechanical work occurring at the expansion turbine is used to drive a compressor for pre-compression of the gas taken from the gas network.
  • the outlet pressure at the high-pressure compressor can be used to vary the outlet pressure at the compressor.
  • throttling a presettable output pressure can thus be received on the ambient conditions during refueling and indirectly acted on the gas temperature in the pressurized gas container.
  • the invention further relates to a device for lowering the temperature of a gas from a reservoir containing pressurized gas, with a feed tube leading to a swirl generator, a filling tube leading to the compressed gas container and a vortex tube branching off from the swirl orifice for guiding a rotating swirl flow.
  • a gas has a higher volume at a higher temperature. Therefore, it is often necessary for reasons of space to carry out a cooling of the gas, as at given space to accommodate more gas mass.
  • a typical application! gas cooling are gas refueling operations.
  • gases to be replenished may include natural gas or methane or similar gases as well as gases such as nitrogen, oxygen, argon, air or hydrogen.
  • the energy supply to be applied leads to a heating of the gas in the compressed gas tank.
  • the Joule-Thomson effect (temperature change of the gas through throttling) of the real gas counteracts this heating in general.
  • the Joule-Thomson effect and the heat release to the environment are sufficient to compensate for the heating caused by insertion of the gas. If these favorable conditions are not met, it comes in gas filling plants without cooling device during fast transfer to a Unterfullung the gas cylinder.
  • the invention is further based on the object to provide a device for lowering the temperature of a gas that is small-scale manufacturable and simple in construction and has a short response time with high Kuhlw ⁇ rkung.
  • the device according to the invention for temperature reduction has the features of claim 17.
  • the device is characterized in that the vortex tube is exposed on its outside of a cooling device, that in the vortex tube, a swirl brake for braking the swirl flow is arranged and that leads from the swirl brake, a flow path in the discharge pipe.
  • the entire gas stream is made largely swirl-free after lowering the temperature of the swirl flow and fed to the compressed gas container.
  • a throttle device for controlling a hot gas flow is not required.
  • the gas at supercritical Druckver conceptionn ⁇ s ie at a speed lying slightly below the speed of sound, tangentially fed to a swirl generator.
  • This initiates a rotating swirl flow into the vortex tube.
  • the swirl flow propagates at high axial velocity in the vortex tube, whereby the tube wall heats up strongly.
  • the highly turbulent mixing causes a Adiabatic stratification and the outer part of the swirl flow also has a higher static temperature than the inner part with the large centrifugal pressure.
  • the swirl flow is cooled by the outside acting on the vortex tube cooling device and then braked by a swirl brake, the flow is then fed via a flow path to the filling tube, which leads to the compressed gas tank. In this way, the entire gas taken from the reservoir enters the compressed gas tank.
  • the flow path runs centrally through the vortex tube within the swirl flow. While the swirl flow is rotating, a centric return flow forms along its axis. As the outer swirl flow heats up, the linear internal backflow is much colder.
  • the full tube also branches off from the drainage generator and that the diameter of the full pipe is smaller than the diameter of the vortex tube.
  • the swirl-free linear return flows again into the swirl generator and from there into the full pipe.
  • the swirl brake preferably consists of a closure arranged in the vortex tube. Due to this, the swirl flow near the wall is decelerated because of the failure of the centrifugal forces, so that a radial inward flow results. For reasons of continuity, a centric backflow in the form of a core flow, which flows in the opposite direction to the rotating swirl flow, thus arises in the axial direction. The lower velocity of the return flow relative to the swirl flow has a further effect on the further decrease of the quiescent temperature of the inner flow to the surrounding swirl flow, whereby the temperature difference between these two flows is increased even more.
  • the invention is based on the recognition that it is advantageous to dissipate the heat transferred from the rotational flow to the tube wall, which experience has shown there to be at a high temperature level.
  • a designed as a coaxial tube water cooler is used for the countercurrent process for cooling the pipe wall of the vortex tube. It is thereby achieved that by cooling the pipe wall, which is the more effective, the greater the temperature difference between the object to be cooled and the Kuhlmedium, total of a temperature drop of the pipe outer flow is still an additional temperature reduction of the pipe - internal flow.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the closure forming the swirl brake is an axially adjustable piston in the vortex tube.
  • the effective length of the vortex tube is made variable in order to optimize the filling process as a function of pressure and temperature of the gas in the storage container.
  • the effective length of the vortex tube, d. H. the length of the effective vortex pipe section can be changed by adjusting the piston, for example by a threaded rod.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of the gas filling system with a high-pressure compressor using a Ranque-Hilsch whorl to reduce the temperature of the gas after compression, whereby a separation into cold gas and hot gas takes place in the vortex tube, - 1 L
  • Fig. 2 shows the same gas refueling system as in Fig. 1, but under
  • Fig. 5 is a longitudinal section through a device for lowering the temperature of gases
  • Fig. 6 is a perspective view of the device of FIG. 5 for
  • the gas refueling system shown in Fig. 1 has a withdrawal line 1, which leads to the series-connected compressor stages 10a, 10b, 10c and 10d.
  • a check valve IIa, IIb, llc, Hd is arranged in the pipe 1.
  • an inlet line 12a, 12b, 12c, 12d leads to the subsequent Verd ⁇ chtercase.
  • the outlet of the compressor stage is connected via a removal line 13a, 13b, 13c, 13d to the inlet of a vortex tube 20a, 20b, 20c, 20d.
  • the W ⁇ rbelrohre are generally formed in the manner described in DE 102 18 678 Al, so that a detailed explanation of the structure of the vortex tubes is unnecessary.
  • the Wirbelrohrc 20a, 20b, 20c, 2Od serve to lower the gas temperature after the previous compression.
  • the vortex tubes 20a, 20b, 20c, 20d operating according to the counterflow method are connected to the compressor stages 10a, 10b, 10c, 10d via the withdrawal lines 13a, 13b, 13c, 13d.
  • the gas flow reaches the Einströmdusen, which form the narrowest flow-through cross-section 21a, 21b, 21c, 21d between two compressor stages.
  • the gas passes at the speed of sound as a swirling flow in the central tube of the vortex tube, in which the separation into a cold gas flow and hot gas flow takes place.
  • the cold core of the forming vortex is removed as Kaitgasströmung 22a, 22b, 22c, 22d and fed to the following compressor stage via the inlet ducts 12b, 12c, 12d.
  • the hot gas flow 23a, 23b, 23c, 23d is removed and discharged via the pipes 24a, 24b, 24c, 24d.
  • the throttling points 25a, 25b, 25c, 25d located in the pipes 24a, 24b, 24c, 24d serve to preset the mass ratio between cold gas and hot gas.
  • the hot gas stream flows via the return lines 26a, 26b, 26c, 26d back into the same compressor stage, from which the gas was removed. It is achieved by the check valves 27a, 27b, 27c, 27d in the return lines 26a, 26b, 26c, 26d and the check valves IIa, IIb, 11c, Hd in the inlet lines 12a, 12b, 12c, 12d that the gas from the return lines 26a , 26b, 26c, 26d enters the inlet lines 12a, 12b, 12c, 12d.
  • Each vortex tube generates a hot gas flow from the supplied gas
  • Hot gas flow 23a, 23b, 23c, 23d becomes the respective compressor stage
  • the cold gas flow 22d enters the pressure line 4. If there the gas temperature, which is measured with a temperature measuring device 100, above a predetermined reference value, then, triggered by a measurement signal, the Dre ⁇ wegephasehne 101,102 operated. In the normal case, these are adjusted so that the gas flow from the extraction line 1 to the series-connected compressor stages 10a, 10b, 10c, 10d leads and the cold gas flow 22d is introduced via the pressure line 6 into the compressed gas tank 7. If the cold gas temperature at the measuring point 100 has exceeded a predefined limit value, the cold gas flow 22d is diverted by means of the three-way cock 10.1 via the collecting return flow line 104.
  • the cold gas flow at the throttle point 103 undergoes a further temperature reduction.
  • the three-way cock 102 is actuated simultaneously with the three-way cock 101, so that no more gas supply takes place via the Entticianle ⁇ tung 1 and a closed gas cycle has arisen after actuation of the three-way valves 101,102 ,.
  • a Mcsssignal is triggered, with which the three-way valves 101, 102 are actuated, so that the Ent fortunele ⁇ tung 1 again with the compressor stages 10a, 10b, 10c, 10d is connected and the cold gas flow 22d is introduced via the pressure line 6 into the compressed gas tank 7.
  • the Gasbctankungssystem shown in Fig. 2 has over that in Fig. 1 to a supercharger 2, which is connected to the Ent.c réelle 1.
  • a pipeline 3 leads to the series-connected compressor stages 10a, 10b, 10c, 10d.
  • a check valve IIa, IIb, 11c is arranged in the pipeline 3.
  • the last compressor stage 10d is not equipped with a check valve.
  • an inlet line 12a, 12b, 12c leads to the following compressor stage.
  • the outlet of the compressor stage is connected via a removal line 13a, 13b, 13c to the inlet of a vortex tube 20a, 20b, 20c.
  • a pressure line 4 leads to an expansion turbine 5.
  • the gas flow experiences a temperature decrease after the last compressor stage 10d, before the gas is introduced into the pressure vessel 7.
  • the three-way valve 101 is set so that the pressure line 6a, 6b is continuously connected.
  • the gas flow in the expansion turbine 5 mechanical work is taken, which is used to drive the supercharger 2.
  • the expansion turbine 5 drives the supercharger 2.
  • the gas compressed in the supercharger 2 is supplied through the pipe 3 to the first compressor stage 10a via the inlet pipe 12a provided with the check valve IIa.
  • the after the countercurrent process working vortex raw rc 20a, 20b, 20c are connected via the extraction lines 13a, 13b, 13c to the compressor stages 10a, 10b, 10c.
  • the gas flow reaches the inlet nozzles, which form the narrowest cross-section 21a, 21b, 21c between the compressor stages.
  • the cold gas flow 22a, 22b, 22c of the vortex tubes 20a, 20b, 20c is fed to the following compressor stage via the inlet lines 12b, 12c, 12d and the hot gas flow 23a, 23b, 23c is discharged via the pipelines 24a, 24b, 24c.
  • the Drosselstcllen 25a, 25b, 25c located in the pipes 24a, 24b, 24c are used for presetting the mass ratio between the cold gas and hot gas. After the throttle points 25a, 25b, 25c, the hot gas stream 23a, 23b, 23c flows back through the remindle ⁇ tache 26a, 26b, 26c in the same compressor stage, from which the gas was removed.
  • Each vortex tube generates from the supplied gas a hot gas flow 23a, 23b, 23c and a cold gas flow 22a, 22b, 22c.
  • the hot gas flow 23a, 23b, 23c is returned to the respective compressor stage 10a, 10b, 10c.
  • the cold gas flow 22a, 22b, 22c is fed to the next following compressor stage.
  • the check valves I Ia, IIb, l lc prevent jerkgeschreibtes gas from entering the cold gas outlet of the previous vortex tube
  • the check valves 27a, 27b, 27c is avoided that the cold gas of the previous vortex tube does not get into the return line of the hot gas of the subsequent vortex tube.
  • the closed gas circuit can be designed in accordance with that described in FIG. 1, in order to oppose the temperature measuring point 100 when the gas temperature is exceeded to initiate a temperature reduction of the gas at a predetermined reference temperature.
  • Fig. 3 differs from that of Fig. 2 in that the hot gas flow 23a, 23b, 23c of the vortex tubes is supplied to a respective return line 26b, 26c, 26d leading to the inlet line 12a, 12b, 12c of the compressor stage 10a , 10b, 10c.
  • the return flow lines 26a, 26b, 26c each include a gas cooler 30a, 30b, 30c for removing heat from the gas.
  • a throttle point 25a, 25b, 25c is installed in the return flow line.
  • the gas coolers 30a, 30b, 30c are water-cooled heat exchangers.
  • the water is conveyed by a driven by the expansion turbine 5 circulating pump 8 in forced circulation via a line 31 to the gas coolers 30a, 30b, 30c, which are connected in parallel to corresponding supply lines 31a, 31b, 31c.
  • the cooling medium flows in return lines 32a, 32b, 32c, which merge in a collecting pressure line 32.
  • the collecting return line 32 leads to a heat exchanger 33.
  • the cooling medium which acts as a heat carrier, transfers its heat absorbed in the gas coolers to a second heat carrier medium, which is supplied in an inlet 34-1 of the secondary circuit and through a drain 34-2 exits the heat exchanger.
  • the conveyed in the secondary circuit heat transfer medium can be service water and / or heating water for a building brook. Mach exit from the heat exchanger 33 passes through the conveyed in the primary circuit heat transfer medium via a pipe 35 back to the suction side of the circulation pump eighth
  • a vortex tube is used, which operates without gas separation.
  • the gas taken from the extraction line 1 is brought to a higher pressure level in a supercharger 2, which is driven by the expansion turbine 5.
  • a supercharger 2 which is driven by the expansion turbine 5.
  • the precompressed gas is supplied to the inlet pipe 12a of the first compressor stage 10a of the high pressure compressor. After compression in the first compressor stage 10a, the gas passes through the removal line 13a for lowering the gas temperature in the Wbolrbolrohr 40a.
  • the vortex tubes 40a, 40b, 40c are connected to the compressor stages 10a, 10b, 10c via the extraction lines 13a, 13b, 13c.
  • the gas flow reaches the inflow nozzles, which form the narrowest cross-section 41a, 41b, 41c between two compressor stages. From the inflow nozzles, the gas passes at the speed of sound as a swirling flow into the central tube of the vortex tubes 40a, 40b, 40c, which are closed at one end 43a, 43b, 43c.
  • the vortex tubes 40a, 40b, 40c are equipped with water chillers 44a, 44b, 44c, which surround the central tube of the vortex tubes 40a, 40b, 40c and are used in countercurrent for cooling the tube outer wall.
  • the primary and secondary circuits can be designed in accordance with the cooling circuit described in FIG.
  • the last compressor stage 10d is supplied with the gas via the inlet line 12d.
  • the gas flow after the compressor stage 1Od undergoes a further decrease in temperature before the gas is introduced into the compressed gas tank 7.
  • mechanical work is taken from the gas flow in the expansion turbine 5, which is used to drive the supercharger 2 and the circulating pump 8.
  • the device for lowering the temperature shown in FIGS. 5 and 6 has a supply pipe 101 coming from a storage container, which leads to a swirl generator 102. Its functionally essential parts consist of an annular collecting space 103, are directed by the tangential Einströmdusen 104 inward and drove into the end of a Wirbeirohres 105. At the end of the vortex tube 105 is followed in the opposite direction to a pipe section 106, which is connected to a leading to the (not shown) compressed gas tank full pipe 107. The inner diameter of the tube section 106 is significantly smaller than that of the vortex tube 105.
  • the rotating vortex flow 121 generated in the swirl generator 102 flows into the vortex tube to move away from the swirl generator 102 (to the left as viewed in FIG. 1).
  • the throttle point with the narrowest flow-through cross section between the reservoir and the pressure gas container to be filled is formed by the Einströmdusen 104 of the swirl generator 102. From the inflow nozzles 104, the gas passes into the vortex tube 105 at almost sound velocity as a rotating drain flow 121.
  • a cooling device 130 is arranged around the vortex tube 105.
  • the vortex tube 105 is provided with a swirl brake 109.
  • This consists of a piston 110 which is arranged in the vortex tube and seals it in a sealing manner and which is axially adjustable.
  • a spindle 111 To adjust the piston 110 is a spindle 111, which can be rotated by hand.
  • the swirl flow 121 is decelerated at the closure 110, so that, for reasons of continuity in the axial direction, a back-flowing core flow along a flow path 122, which flows in the opposite direction to the swirl flow 121, is produced.
  • the flow path 122 extends coaxially within the swirl flow 121.
  • the pressure difference between inner and outer flow in the vortex tube 105 has the effect that the core flow flowing along the inner flow path 122 flows through the tube section 106 into the fill tube 107 that is to be filled with the Compressed gas tank is connected.
  • FIG. 6 shows the flow of the gas in the device, wherein the gas supply takes place through the feed tube 101 in the direction of the arrows 120. From here the gas passes, z. As natural gas, via the plenum 103 and the inlet nozzles 104 of the swirl generator 102 at supercritical pressure ratio with the speed of sound in the vortex tube 105. There, formed with the help of the swirl generator 102 generated in the swirl rotational flow 121 from. This rotational flow is slowed down so far on the solid bottom of the vortex tube closed by the closure 110 near the wall due to the failure of the centrifugal forces, that forms a running in the opposite direction core flow 122. The latter is then supplied via the pipe section 106 to the compressed gas container.

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Abstract

Zur Erzeugung eines hochkomprimierten Gases wird ein mehrstufiger HochdruckverdÊchter benutzt, der mehrere Verdichterstufen ( 103,100,1Oc7 IOd) aufweist. Den Verdichterstufen (10a,10b,10cf 10d) ist zur Gaskühlung ein Wirbelrohr (20a,20b,20c,20d) nachgeschaltet. Der Druckunterschied zwischen der Druckleitung (4) des Hochdruckvcrdichters und dem zu füllenden Druckgasbehälter (7) wird dazu genutzt, mit einer Expansionsturbine (5) einen Vorverdichter (2) zur Vorverdichtung des Gases vor Eintritt in die erste Verdichterstufe (10a) anzutreiben. Alternativ hierzu kann zwischen der letzten Verdichterstufe (1Od) und dem Druckgasbehälter (7) ein Wirbelrohr zur Gaskühlung angeordnet sein. Die Vorrichtung erlaubt eine Direkt-Betankung eines Druckgasbehälters in der Weise, dass ein nach den technischen Regeln vorgegebener Grenzwert des Druckes im Druckgasbehälter bei einer vorgegebenen Grenztemperatur erreicht wird.

Description

Vorrichtung zur Erzeugung von hochkomprimiertem Gas
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von hochkomprimiertem Gas mit einem einstufigen oder mehrstufigen Verdichter. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann neben zahlreichen anderen Anwendungen in einem Gasbetankungssystem zum Betanken von mit Erdgas, Methan oder ähnlichen Gasen sowie mit Wasserstoff betriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Problematisch bei Gasen als Energiespeicher im Kraftfahrzeug ist ihr im Vergleich zu flussigen Energieträgern bei Erdgas um drei Zehnerpotenzen höherer Speichcrvolumcnbcdarf bei Umgebungsbedingungen. Deshalb hat man festgelegt, Erdgas mit einem Druck von 250 bar an den Tankstellen zur Verfügung zu stellen, damit ein nach den technischen Regeln vorgegebener Druck von 200 bar im Druckgasbehälter eines Fahrzeugs bei einer
Bezugstemperatur von 15°C erreicht und auch nicht überschritten wird. Damit muss wenigstens nur ein etwa 3-faches Speichervolumen im PKW zur Verfugung gestellt werden im Vergleich zum Benzinfahrzeug .
Bei Gasbctankungsanlagen fuhrt die aufzubringende Einschiebearbeit zu einer Erwärmung des Gases im Druckgasbehälter. Der Joule-Thomson -Effekt (Temperaturänderung des Gases durch Drosselung) des realen Gases wirkt dieser Erwärmung im allgemeinen entgegen. Jedoch nur unter sehr gunstigen Bedingungen, d.h. bei ausreichend niedriger Temperatur, reicht der Joule- Thomson-Effekt und die Wärmeabgabc an die Umgebung aus, um die durch die Einschiebearbeit des Gases verursachte Erwärmung zu kompensieren. Sind diese gunstigen Bedingungen nicht gegeben, so kommt es in Gasbetankungsanlagen ohne Kühlvorrichtung beim Umfüllen zu einer Unterfüllung des Druckgasbehälters. Der Grund hierfür ist, dass sich durch die Einschiebearbeit eine hohe Temperatur und damit ein entsprechend hoher Druck im Druckgasbehälter einstellt, was die zur Verfügung stehende Druckdifferenz für die Befüllung so stark erniedrigt, dass der Betankungsvorgang lange dauert und daher abgebrochen wird, bevor der Druckgasbehälter die nach den technischen Regeln mögliche Gasmasse enthält.
DE 197 05 601 Al beschreibt ein Erdgas-Betankungsverfahren ohne Kühlung des Gases, bei dem der Betankungsvorgang des Druckgasbehälters solange durchgeführt wird, bis der Druck in der Leitung zum Druckgasbehälter einen Höchstdruck überschreitet. Eine andere Möglichkeit sieht vor, dass der Betankungsvorgang abgebrochen wird, wenn der Massenstrom einen Grenzwert unterschreitet.
WO 97/06383 Al beschreibt ein Gas-Ladesystem für Hochdruckflaschen . Die Kühlung des Gases erfolgt hier durch Spulung der zu füllenden Hochdruckflasche, wodurch zwei Anschlüsse für Vor- und Rücklauf benötigt werden. Im Spuikreislauf wird das Gas durch einen Wärmetauscher oder durch Vermischen mit dem Gas im Vorratsbehälter gekühlt.
EP 0 653 585 Al gibt ein System zur Betankung eines Druckgasbehälters an.. Darin wird die Durchfuhrung eines Prufstoßes beschrieben und zu dessen Auswertung die thermische Zustandsgieichung für das reale Gas herangezogen.. Es wird auch ein Umschalten auf Vorratsbehälter mit höherem Druck (Mehrbankverfahren) während der Betankung beschrieben. Der Bctankungsvorgang erfolgt intermittierend. Es ist keine Kuhlvorrichtung für das Gas vorgesehen.
DE 102 18 678 Al beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem das Gas zum Befullen des Druckgasbehälters aus einem unter hohem Druck stehenden Vorratsbehälter über ein Wirbelrohr als Kühlvorrichtung geleitet wird. Das Wirbelrohr nutzt den bestehenden Druckunterschied im Betankungssystem aus, um den Gasstrom in einen Heißgasstrom und Kaltgasstrom zu teilen., Letzterer wird dann dem Druckgasbehälter zugeführt. Die Funktionsweise dieses Verfahrens basiert darauf, dass das Gas bei einem überkritischen Druckverhältnis einem Drallerzeuger zugeführt wird, der axial zwischen zwei Rohren angeordnet ist, die einen unterschiedlichen Eintrittsdurchmesser haben. Eine Temperaturabsenkung von Gasen mit einem Wirbclrohr gelingt dann und nur dann, wenn überkritische Druckverhältnisse vorliegen. Bei einem kritischen Druckverhältnϊs für Erdgas von π * = 0,5427 und einem Druck im Vorratsbehälter von pv = 250 bar, der in der Regel unterschritten wird, wenn mehrere Fahrzeuge kurz hintereinander betankt werden, ist ein unterkritischer Zustand erreicht, wenn im Druckgasbehälter der Druck auf pD = 135 bar angestiegen ist. Das bedeutet, dass beim Befullen eines Druckgasbehälters mit Erdgas im Druckbereich zwischen pD = 135 bar bis pD = 200 bar unter den durch die technischen Regeln vorgegebenen Voraussetzungen durch den Einsatz eines Wirbelrohres keine Temperaturabsenkung des Gases mehr zu erzielen ist. Eine Direkt-Betankung ist dort angebracht, wo sich die Errichtung von öffentlich zugänglichen Erdgastankstellen nicht lohnt. Fahrzeuge könnten dort betankt werden - und zwar nicht nur die des Individualverkehrs - wo sie sich während ihrer Stillstandszeit befinden. Dies kann in Industrieparks, Garagen oder Car Boards sein. Sehr viele Haushalte bzw. Gebäude haben Erdgas zu Heizzwecken zur Verfügung. Dieses Erdgas kann in der Garage mit Hilfe eines Kompressors (Erdgasverdichters) während der Nacht vom üblichen Erdgasnetzdruckniveau von 50 mbar auf 200 bar bei einer Referenztemperatur von 15°C komprimiert werden. Damit kann ein Kraftfahrzeug betankt werden.
Eine weitere Möglichkeit, ein derartiges Bctankungssystem einzusetzen, wird in der Landwirtschaft gesehen, wo Biogas in großen Mengen anfällt. Anstelle dieses Biogas in ein öffentliches Gasnetz einzuspeisen, könnte dieses an Ort und Stelle verdichtet und zum Betreiben von landwirtschaftlichen Fahrzeugen und Maschinen genutzt werden.. Dadurch wäre es zukünftig möglich, den Biodiesel in der Landwirtschaft zu ersetzen.
An diesen Verdichter ist die Forderung zu stellen, dass der Kompressor so beschaffen sein muss, dass eine volle Betankung in einer Nacht (ca. 8 Stunden) bei 200 bar und einer Referenztemperatur von 15°C möglich ist. Das Hauptproblem eines mehrstufigen Hochdruckverdichters ist die Zwischenkuhlung und die Kühlung des Gases am Vcrdϊchteraustritt, das bei Eintritt in den Druckgasbehälter während der Betankung zu keinem Zeitpunkt 600C überschreiten darf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von hochkomprimiertem Gas zu schaffen, bei der das komprimierte Gas, das sich bei der Kompression erwärmt, in einer Kühlvorrichtung gekühlt wird, welche von einfachem Aufbau ist, eine hohe Kühlleistung erbringt und mit geringen Abmessungen realisiert werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Erfindungsgemäß ist die der Verdichterstufe nachgeordncte Kühlvorrichtung als Wirbelrohr ausgebildet.
Wirbelrohre sind für ultrakurzzeϊtige Absenkungen der Temperatur besonders gut geeignet. Diese Temperaturabsenkungen lassen sich außerdem im Gegensatz zu üblichen Gaskühlern auf kürzester Weglänge realisieren. Ferner geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass das Druckverhältnis in den Verdichterstufcn des Hochdruckvcrdϊchters größer als 3 ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die Wirbelrohre in sämtlichen Verdichterstufen im überkritischen Bereich liegen werden, was für eine einwandfreie Funktionsweise der Wϊrbelrohre wesentlich ist.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, bei einer Dircktbetankung die Bezugstemperatur von 15°C bei einem Druck von 200 bar in dem zu befüllenden Druckgasbehälter auch dann einzuhalten, wenn dazu die Absenkung der Gastemperatur in den Wirbelrohren bei ungünstigen Rand- und Umgebungsbedingungen nicht mehr ausreicht. Zweckmäßigerweise wird dazu nach der letzten Verdichterstufe mit anschließender Drosselstelle das Gas nicht in den zu befüllenden Druckgasbehälter eingeleitet, sondern nach einer adiabaten Drosselung (Joule-Thomson-Effekt) wieder dem Verdichtereingang zugeführt. In dem geschlossenen Gaskrcislauf erfährt das Gas dann bei isotroper Verdichtung und adiabater Drosselung (Kälteerzeugung durch adiabate Drosselung, bewirkt durch den Joule-Thomson-Effekt bei realen Gasen) eine stetige Temperaturabsenkung. Erfindungsgemäß bleibt der Gaskreislauf dann solange geschlossen, bis die zur Befüllung des Druckgasbehälters nach den technischen Regeln erforderliche Temperaturabsenkung erreicht ist
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die in den Wirbelrohren entstehende Wärme einer Nutzung zur Erwärmung von Brauchwasser oder für eine Gebäudebeheizung zuzuführen. Zweckmäßigerweise wird der Ausgangsdruck eines mehrstufigen Verdichters so hoch gelegt, dass dieser Druck über dem kritischen Druck des zu befüllenden Druckgasbehälters liegt. Im Gegensatz zu dem Befüllcn eines Druckgasbehälters durch Überströmen aus einem Vorratsbehälter, in dem der Gasdruck nach den technischen Regeln beim Erdgas auf einen Wert von 250 bar begrenzt ist, gelten diese Vorschriften bei der Direkt-Betankung mit einem Hochdruckverdichter nicht, sofern die gesetzlichen Bedingungen für den Druckgasbehälter eingehalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der aus der Endstufe des Hockdruckverdichters austretende Gasstrom über eine Expansionsturbine durch Drosselung auf den im Druckbehälter zulässigen Druck gebracht. Die an der Expansionsturbine anfallende mechanische Arbeit wird dazu genutzt, einen Verdichter zur Vorverdichtung des aus dem Gasnetz entnommenen Gases anzutreiben.
Mit Hilfe der Vorverdichtung kann über den Eingangsdruck am Hochdruckverdichter der Ausgangsdruck am Verdichter variiert werden. Durch Drosselung eines vorzugebenden Ausgangsdruckes kann damit auf die Umgebungsbedingungen bei Betanken eingegangen und indirekt auf die Gastemperatur im Druckgasbehälter eingewirkt werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Temperaturabsenkung eines Gases aus einem unter Druck stehendem Gas enthaltenden Vorratsbehälter, mit einem zu einem Drallerzeuger führenden Zuführrohr, einem zu dem Druckgasbehälter führenden Füllrohr und einem von dem Drallerzcuger abzweigenden Wirbelrohr zum Leiten einer rotierenden Drallströmung.
Ein Gas hat bei höherer Temperatur ein höheres Volumen. Daher ist es aus Platzgrunden häufig erforderlich, eine Kühlung des Gases vorzunehmen, da bei vorgegebenem Rauminhalt mehr Gasmasse unterzubringen ist. Ein typischer Anwendungsfal! einer Gaskühlung sind Gas-Betankungsvorgänge.
Zum schnellen Betanken eines mit Gas betriebenen Kraftfahrzeugs wird eine Betankungsvorrichtung benötigt, die in der Lage ist, ein schnelles Umfüllen von Gas unter hohem Druck von einem Vorratsbehälter in einen Druckgasbehälter vorzunehmen. Solche umzufüllenden Gase können Erdgas oder Methan oder ähnliche Gase umfassen sowie außerdem Gase wie Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Luft oder Wasserstoff.
Bei Gasbetankungsvorgängen soll unabhängig von der Umgebungstemperatur eine solche Gasmassc in den Druckgasbehälter eingefüllt werden, dass damit ein nach den technischen Regeln vorgegebener Grenzwert des Drucks im Druckgasbehälter bei einer vorgegebenen Bezugstemperatur nach Möglichkeit erreicht wird. Beispielsweise darf bei Druckgasbehältern für Erdgas nach technischen Regeln ein Druck von 200 bar im Druckgasbehälter bei einer Bezugstemperatur von 15°C nicht überschritten werden. Zur schnellen Durchführung eines Betankungsvorgangs durch Überströmen muss der Vorratsbehälter unter einem hohen Druck stehen, damit die benötigte Gasmasse in den Druckgasbehälter überführt wird.
Bei Gasbetankungsanlagen führt die aufzubringende Eϊnschiebearbcit zu einer Erwärmung des Gases im Druckgasbehälter. Der Joule-Thomson-Effekt (Temperaturänderung des Gases durch Drosselung) des realen Gases wirkt dieser Erwärmung im Allgemeinen entgegen. Jedoch nur unter sehr günstigen Bedingungen, d. h. bei ausreichend niedriger Temperatur, reicht der Joule- Thomson-Effekt und die Wärmeabgabe an die Umgebung aus, um die durch Einschiebearbeit des Gases verursachte Erwärmung zu kompensieren. Sind diese gunstigen Bedingungen nicht gegeben, so kommt es in Gasbetankungsanlagen ohne Kühlvorrichtung beim schnellen Umfüllen zu einer Unterfullung des Druckgasbehälters. Der Grund hierfür ist, dass sich durch die Einschiebearbeit eine hohe Temperatur und damit ein entsprechend hoher Druck im Druckgasbehälter einstellt, was die zur Verfugung stehende Druckdifferenz für die Befüllung so stark erniedrigt, dass der Betankungsvorgang lange dauert und daher abgebrochen wird, bevor der Druckgasbehälter die nach den technischen Regeln mögliche Gasmasse enthält.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Temperaturabsenkung eines Gases zu schaffen, die kleinformatig herstellbar und einfach im Aufbau ist und eine kurze Ansprechzeit mit hoher Kuhlwϊrkung hat.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperaturabsenkung weist die Merkmale des Patentanspruchs 17 auf. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wirbelrohr an seiner Außenseite einer Kühlvorrichtung ausgesetzt ist, dass in dem Wirbelrohr eine Drallbremse zum Abbremsen der Drallströmung angeordnet ist und dass von der Drallbremse ein Strömungsweg in das Abfuhrrohr führt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperaturabsenkung wird der gesamte Gasstrom nach Temperaturabsenkung der Drallströmung weitgehend drallfrei gemacht und dem Druckgasbehälter zugeführt. Eine Drosseleinrichtung zur Regelung eines Heißgasstromes ist nicht erforderlich. Gegenüber den bekannten Verfahren zur Befüllung von Druckgasbehältern durch Überströmen besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dass der Druck der Gasströmung nur bis zu dem augenblicklichen Druck im Druckgasbehälter abgesenkt wird, was energetisch von Vorteil ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Gas bei überkritischem Druckverhältnϊs, d. h. mit einer dicht unter der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit, tangential einem Drallerzeuger zugeführt,. Dieser leitet eine rotierende Drallströmung in das Wirbelrohr ein. Die Drallströmung breitet sich mit hoher axialer Geschwindigkeit in dem Wirbelrohr aus, wobei sich die Rohrwand stark erwärmt. Die stark turbulente Vermischung bewirkt eine adiabatischc Schichtung und der äußere Teil der Drallströmung hat mit dem großen Zentrifugaldruck auch eine höhere statische Temperatur als der innere Teil. Die Drallströmung wird von der außen auf das Wirbelrohr einwirkenden Kühlvorrichtung gekühlt und anschließend durch eine Drallbremse abgebremst, Die Strömung wird dann über einen Strömungsweg dem Füllrohr zugeführt, das zu dem Druckgasbehälter führt. Auf diese Weise gelangt das gesamte dem Vorratsbehälter entnommene Gas in den Druckgasbehälter.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Strömungsweg zentrisch durch das Wirbelrohr innerhalb der Drallströmung verläuft. Während die Drallströmung rotiert, bildet sich entlang ihrer Achse eine zentrischc Rückströmung aus. Während die äußere Drallströmung sich zunehmend erwärmt, ist die lineare innere Rückströmung wesentlich kälter..
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fullrohr ebenfalls von dem Drailerzeuger abzweigt und dass der Durchmesser des Fullrohres kleiner ist als der Durchmesser des Wirbelrohres. Hierbei gelangt die drallfreϊe lineare Rückströmung von neuem in den Drallerzeuger und von dort in das Fullrohr.,
Vorzugsweise besteht die Drallbremse aus einem in dem Wirbelrohr angeordneten Verschluss. Durch diesen wird die Drallströmung in Wandnähe wegen des Ausfalls der Zentrifugalkräfte abgebremst, so dass sich eine radiale Einwärtsströmung ergibt. Aus Kontinuϊtätsgrunden entsteht in axialer Richtung auf diese Weise eine zentrische Rückströmung in Form einer Kernströmung, die entgegengesetzt zu der rotierenden Drallströmung strömt. Die geringere Geschwindigkeit der Ruckströmung gegenüber der Drallströmung wirkt sich in einer weiteren Abnahme der Ruhetemperatur der Innenströmung zur umgebenden Drallströmung aus, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Strömungen noch verstärkt wird. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es vorteilhaft ist, die von der Rotationsströmung auf die Rohrwand übertragene Wärme, die sich dort erfahrungsgemäß auf einem hohen Temperaturniveau befindet, abzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein als koaxiales Rohr ausgeführter Wasserkühler nach dem Gegenstromverfahren zur Kühlung der Rohrwand des Wirbelrohres herangezogen . Dadurch wird erreicht, dass durch eine Kühlung der Rohrwand, die um so wirksamer ist, je größer die Temperaturdifferenz zwischen dem zu kühlenden Gegenstand und dem Kuhlmedium ist, insgesamt über eine Temperaturabsenkung der Rohr- Außenströmung noch eine zusätzliche Temperaturreduzierung der Rohr - Innenströmung erfolgt.
Eine besonders vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, dass der die Drallbremse bildende Verschluss ein axial in dem Wirbelrohr verstellbarer Kolben ist. Dadurch wird die effektive Länge des Wirbelrohres variabel gestaltet, um in Abhängigkeit von Druck und Temperatur des Gases im Vorratsbehälter den Füllvorgang zu optimieren. Die effektive Länge des Wirbelrohres, d. h. die Länge des wirksamen Wirbelrohrabschnitts, kann durch Verstellen des Kolbens verändert werden, beispielsweise durch eine Gewindestange.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft an einem vierstufigen Hochdruckverdichter anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen :
Fig. 1 einen schematischen Überblick über das Gasbetankungssystem mit einem Hochdruckverdichter unter Verwendung eines Wϊrbelrohres nach Ranque-Hilsch zur Temperaturabsenkung des Gases nach der Kompression, wobei in dem Wirbelrohr eine Trennung in Kaltgas und Heißgas erfolgt, - 1 L
Fig. 2 das gleiche Gasbetankungssystem wie in Fig. 1 , jedoch unter
Nutzung der Druckenergϊe mit ihrem Arbeitsvermögen bei einem adiabaten Drosselvorgang nach der letzten Verdichter stufe in einer Expansionsturbine,
Fig. 3 das gleiche Gasbetankungssystem wie in Fig. 2, jedoch unter
Nutzung der in dem Heißgas enthaltenen Wärme zur Brauch- und/oder Heizwassererwärmung über einen Wärmetauscher,
Fig. 4 das gleiche Gasbetankungssystem wie in Fig. 3, hier jedoch unter
Verwendung eines Wirbelrohres ohne Gastrennung, bei welchem das Wirbelrohr von außen gekühlt wird und die im Kühlwasser enthaltene Wärme wiederum für eine Brauch- und/oder Heϊzwassererwärmung zur Verfugung steht,
Fig. 5 ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Temperaturabsenkung von Gasen und
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 5 zur
Verdeutlichung der Zufuhrung und Verteilung der Gasströmung sowie der Wasserkühlung.
Das in Fig. 1 dargestellte Gasbetankungssystem weist eine Entnahmeleitung 1 auf, die zu den in Reihe geschalteten Verdichterstufen 10a, 10b, 10c und 10d fuhrt. Vor jeder Verdϊchterstufe ist in der Rohrleitung 1 ein Ruckschlagventil IIa, IIb, llc, Hd angeordnet. Von dem Rückschlagventil führt eine Einlassleitung 12a, 12b, 12c, 12d zu der nachfolgenden Verdϊchterstufe. Der Auslass der Verdichterstufe ist über eine Entnahmeleitung 13a,13b,13c,13d mit dem Einlass eines Wirbelrohres 20a, 20b, 20c, 2Od verbunden. Die Wϊrbelrohre sind generell in der Weise ausgebildet wie in DE 102 18 678 Al beschrieben, so dass sich eine detaillierte Erläuterung des Aufbaus der Wirbelrohre erübrigt. Die Wirbelrohrc 20a, 20b, 20c, 2Od dienen zum Absenken der Gastemperatur nach der vorausgegangenen Kompression.
Die nach dem Gegenstromverfahren arbeitenden Wirbelrohre 20a,20b,20c,20d sind über die Entnahmeleitungen 13a, 13b, 13c, 13d mit den Verdichterstufen 10a, 10b, 10c, 10d verbunden. Durch die Entnahmeleϊtungen 13a,13b,13c,13d gelangt die Gasströmung zu den Einströmdusen, die den engsten durchströmten Querschnitt 21a, 21b, 21c, 21d zwischen zwei Verdichterstufen bilden. Aus den Einströmdüsen gelangt das Gas bei Schallgeschwindigkeit als Drallströmung in das zentrale Rohr des Wirbelrohres, in dem die Trennung in einen Kaltgasstrom und Heißgasstrom erfolgt. An einem Ende des zentralen Rohres wird der kalte Kern des sich ausbildenden Wirbels als Kaitgasströmung 22a, 22b, 22c, 22d abgenommen und der folgenden Verdichterstufe über die Einlassleitungcn 12b,12c,12d zugeführt. Am gegenüberliegenden Ende des zentralen Rohres wird die Heißgasströmung 23a, 23b, 23c, 23d abgenommen und über die Rohrleitungen 24a, 24b, 24c, 24d abgeführt. Die in den Rohrleitungen 24a,24b,24c,24d befindlichen Drosselstellen 25a,25b,25c,25d dienen zur Voreinstellung des Massenverhältnisses zwischen Kaltgas- und Heißgasanteil. Nach den Drosselstellen 25a,25b,25c,25d strömt der Heißgasstrom über die Ruckflussleitungen 26a, 26b, 26c, 26d in dieselbe Verdichterstufe zurück, aus der das Gas entnommen wurde. Durch die Rückschlagventile 27a,27b,27c,27d in den Ruckflussleitungen 26a,26b,26c,26d und den Rückschlagventilen IIa, IIb, 11c, Hd in den Einlassleitungen 12a,12b,12c,12d wird erreicht, dass das Gas von den Ruckflussleitungen 26a, 26b, 26c, 26d in die Einlassleitungen 12a,12b,12c,12d gelangt.
Jedes Wirbelrohr erzeugt aus dem zugefuhrten Gas eine Heißgasströmung
23a, 23b, 23c, 23d und eine Kaltgasströmung 22a, 22b, 22c, 22d. Die
Heißgasströmung 23a,23b,23c,23d wird zu der jeweiligen Verdichterstufe
10a, 10b, 10c, 10d zurückgeführt. Die Kaltgasströmung 22a, 22b, 22c, 22d wird dagegen der nächstfolgenden Verdichterstufe zugeführt., Die Ruckschlagventile IIa, IIb, 11c, Hd verhindern, dass rückgeführtes Gas in den Kaltgasauslass des vorhergehenden Wirbelrohres eindringt. Durch die Ruckschlagventile 27a, 27b, 27c, 27d wird vermieden, dass das Kaltgas des vorhergehenden Wirbelrohres nicht in die Ruckführleϊtung dos Heißgases des nachfolgenden Wirbelrohres gelangt.
Von dem Wirbelrohr 2Od der letzten Verdichterstufe 10d gelangt die Kaltgasströmung 22d in die Druckleitung 4. Liegt dort die Gastemperatur, die mit einer Temperaturmesseinrichtung 100 gemessen wird, über einem vorgegebenen Referenzwert, dann werden, durch ein Messsignal ausgelöst, die Dreϊwegehähne 101,102 betätigt. Im Normalfalle sind diese so eingestellt, dass die Gasströmung aus der Entnahmeleitung 1 zu den in Reihe geschalteten Verdichterstufen 10a, 10b,10c,10d führt und die Kaltgasströmung 22d über die Druckleitung 6 in den Druckgasbehälter 7 eingeleitet wird. Hat die Kaltgastemperatur an der Messstelle 100 einen vorgegebenen Grenzwert überschritten, dann wird die Kaltgasströmung 22d mit Hilfe des Dreiwegehahns 10.1 über die Sammelrückflussleitung 104 umgeleitet. Bevor die Kaltgasströmung durch die Sammelruckflussleitung 104 über den Dreiwegehahn 102 und die Einlassleitung 12a wieder der ersten Verdichterstufe 10a zugeführt wird, erfährt die Kaltgasströmung an der Drosselstelle 103 eine weitere Temperaturabsenkung. Der Dreiwegehahn 102 wird gleichzeitig mit dem Dreiwegehahn 101 betätigt, so dass keine Gaszufuhr mehr über die Entnahmeleϊtung 1 stattfindet und ein geschlossener Gaskreislauf nach Betätigung der Dreiwegehähne 101,102 entstanden ist,. In diesem geschlossenen System erzielt man durch adϊabates Drosseln (Joule-Thomson-Effekt) im Heißgasstrom 23a, 23b, 23c, 23d an den Drosselstellen 25a,25b,25c,25d und im Kaltgasstrom 22d an der Drosselstelle 103 eine Absenkung der Gastemperatur., Infolge des Joule-Thomson-Effekts ist bei einem realen Gas wie Erdgas die Temperaturabsenkung durch Drosseln größer als die Temperaturzunahme des Gases durch die vorausgegangene Kompression in den Verdichterstufen 10a,10b, 10c,10d.. Dadurch lässt sich bei geschlossenem Gaskreislauf durch Kompression und adiabates Drosseln die Gastemperatur absenken. Sobald mit der Temperaturmesseinrichtung festgestellt wird, dass die Temperatur in der Kaltgasströmung 22d einer vorgegebenen Referenztemperatur entspricht, wird ein Mcsssignal ausgelöst, mit dem die Dreiwegehähne 101 ,102 betätigt werden, so dass die Entnahmeleϊtung 1 wieder mit den Verdichterstufen 10a, 10b, 10c, 1Od verbunden ist und die Kaltgasströmung 22d über die Druckleitung 6 in den Druckgasbehälter 7 eingeleitet wird.
Das in Fig. 2 dargestellte Gasbctankungssystem weist gegenüber demjenigen in Fig. 1 einen Vorverdichter 2 auf, der an die Entnahmcleitung 1 angeschlossen ist. Von dem Vorverdichter 2 fuhrt eine Rohrleitung 3 zu den in Reihe geschalteten Verdichterstufen 10a,10b,10c,10d. Vor jeder Verdichterstufe ist in der Rohrleitung 3 ein Ruckschlagventil IIa, IIb, 11c angeordnet. Die letzte Verdichterstufe 10d ist nicht mit einem Rückschlagventil ausgestattet. Von dem Ruckschlagventil führt eine Einlassleitung 12a, 12b, 12c zu der nachfolgenden Verdichterstufe Der Auslass der Verdichterstufe ist über eine Entnahmcleitung 13a, 13b, 13c mit dem Eϊnlass eines Wirbelrohrs 20a, 20b, 20c verbunden .
Von der letzten Verdichterstufe 10d fuhrt eine Druckleitung 4 zu einer Expansionsturbine 5. In der Expansionsturbine erfährt die Gasströmung nach der letzten Verdichterstufe 10d eine Temperaturabsenkung, bevor das Gas in den Druckbehälter 7 eingeleitet wird. Im Normalfall ist der Dreiwegehahn 101 so eingestellt, dass die Druckleitung 6a, 6b durchgängig verbunden ist. Gleichzeitig wird der Gasströmung in der Expansionsturbine 5 mechanische Arbeit entnommen, die zum Antrieb des Vorverdichters 2 genutzt wird. Die Expansionsturbine 5 treibt den Vorverdichter 2 an.
Das Gas, das in dem Vorverdichter 2 komprimiert wurde, wird durch die Rohrleitung 3 der ersten Verdichterstufc 10a über die mit dem Ruckschlagventil IIa versehene Einlassleitung 12a zugeführt. Die nach dem Gegenstromverfahren arbeitenden Wirbel roh rc 20a, 20b, 20c sind über die Entnahmeleitungen 13a, 13b, 13c mit den Verdichterstufen 10a, 10b, 10c verbunden. Durch die Entnahmeleitungen 13a, 13b, 13c gelangt die Gasströmung zu den Einströmdüsen, die den engsten Querschnitt 21a, 21b, 21c zwischen den Verdichterstufen bilden. Die Kaltgasströmung 22a, 22b, 22c der Wirbelrohre 20a, 20b, 20c wird der folgenden Verdichterstufe über die Einlassleitungen 12b,12c,12d zugeführt und die Heißgasströmung 23a, 23b, 23c über die Rohrleitungen 24a, 24b, 24c abgeführt. Die in den Rohrleitungen 24a, 24b, 24c befindlichen Drosselstcllen 25a, 25b, 25c dienen zur Voreinstellung des Massenverhältnisses zwischen Kaltgas- und Heißgasanteil. Nach den Drosselstellen 25a, 25b, 25c strömt der Heißgasstrom 23a, 23b, 23c über die Ruckflussleϊtungen 26a, 26b, 26c in dieselbe Verdichterstufe zurück, aus der das Gas entnommen wurde. Durch die Ruckschlagventile 27a, 27b, 27c in den Rückflussleitungen 26a, 26b, 26c und den Rückschlagventilen IIa, IIb, llc in den Einlassleitungen 12a, 12b, 12c wird erreicht, dass das Gas von den Ruckflussleitungen 26a, 26b, 26c in die Einlassleitungen 12a, 12b, 12c gelangt.
Jedes Wirbelrohr erzeugt aus dem zugefuhrten Gas eine Heißgasströmung 23a, 23b, 23c und eine Kaltgasströmung 22a, 22b, 22c. Die Heißgasströmung 23a, 23b, 23c wird zu der jeweiligen Verdichterstufe 10a, 10b, 10c zurückgeführt. Die Kaltgasströmung 22a, 22b, 22c wird dagegen der nächst folgenden Verdichterstufe zugeführt. Die Rückschlagventile I Ia, IIb, l lc verhindern, dass ruckgefuhrtes Gas in den Kaltgasauslass des vorhergehenden Wirbelrohres eindringt Durch die Ruckschlagventile 27a, 27b, 27c wird vermieden, dass das Kaltgas des vorhergehenden Wirbelrohres nicht in die Ruckfuhrleitung des Heißgases des nachfolgenden Wirbelrohres gelangt.
Wie aus Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, kann der geschlossene Gaskreislauf entsprechend dem in Fig. 1 beschriebenen gestaltet werden, um beim Überschreiten der Gastemperatur an der Temperaturmessstelle 100 gegenüber einer vorgegebenen Referenztemperatur eine Temperaturabsenkung des Gases einzuleiten.
Das Ausfuhrungsbeispiel von Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 2 dadurch, dass die Heißgasströmung 23a, 23b, 23c der Wirbelrohre an jeweils einer Rückflussleitung 26b,26c,26d zugeführt wird, die zu der Einlassleitung 12a, 12b,12c der Verdichterstufe 10a, 10b, 10c zurückführt. Die Ruckflussleitungen 26a,26b,26c enthalten jeweils einen Gaskühler 30a, 30b, 30c, um dem Gas Wärme zu entziehen. Im Strömungsweg hinter jedem Gaskuhler ist eine Drosselstelle 25a, 25b, 25c in die Rückflussleitung eingebaut.
Die Gaskuhler 30a, 30b, 30c sind wassergekühlte Wärmetauscher. Das Wasser wird durch eine von der Expansionsturbine 5 angetriebene Umwälzpumpe 8 im Zwangsumlauf über eine Leitung 31 zu den Gaskuhlern 30a, 30b, 30c gefördert, die parallel an entsprechende Zulaufleitungen 31a, 31b, 31c angeschlossen sind. Von den Gaskuhlern fließt das Kühlmedium in Rücklaufleitungen 32a, 32b, 32c, die sich in einer Sammelrucklaufleitung 32 vereinigen. Die Sammelrücklaufleitung 32 führt zu einem Wärmetauscher 33. Hier gibt das Kuhlmedium, das als Wärmeträger fungiert, seine in den Gaskuhlern aufgenommene Wärme an ein zweites Wärmeträgermedϊum ab, das in einem Zulauf 34-1 des Sekundärkreislaufs zugeführt wird und durch einen Ablauf 34-2 aus dem Wärmetauscher austritt. Das im Sekundärkreislauf geförderte Wärmeträgermedium kann Brauchwasser und/oder Heizwasser für eine Gebäudebcheizung sein. Mach Austritt aus dem Wärmetauscher 33 gelangt das im Primärkreislauf geförderte Wärmeträgermedium über eine Rohrleitung 35 zurück zur Ansaugseite der Umwälzpumpe 8.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Gasbetankungssystem kommt ein Wirbelrohr zur Anwendung, das ohne Gastrennung arbeitet. Das aus der Entnahmeleitung 1 entnommene Gas wird in einem Vorverdichter 2, der durch die Expansionsturbine 5 angetrieben wird, auf ein höheres Drucknϊveau gebracht. Über die Rohrleitung L 7
3 wird das vorverdichtete Gas der Einlassleitung 12a der ersten Verdichterstufe 10a des Hochdruckverdichters zugeführt. Nach der Kompression in der ersten Verdichterstufe 10a gelangt das Gas durch die Entnahmeleitung 13a zur Absenkung der Gastemperatur in das Wϊrbolrohr 40a. Das Gleiche gilt für die folgenden Verdichterstufen 10b, 10c mit den Entnahmeleϊtungen 13b, 13c und den Wirbelrohren 40b,40c.
Die Wirbelrohre 40a, 40b, 40c sind über die Entnahmeleitungen 13a, 13b, 13c mit den Verdichterstufen 10a, 10b, 10c verbunden. Durch die Entnahmcleitungen 13a, 13b, 13c gelangt die Gasströmung zu den Einströmdusen, die den engsten durchströmten Querschnitt 41a, 41b, 41c zwischen zwei Verdichterstufen bilden. Aus den Einströmdusen gelangt das Gas bei Schallgeschwindigkeit als Drallströmung in das zentrale Rohr der Wirbelrohre 40a, 40b, 40c, die an einem Ende 43a, 43b, 43c geschlossen sind. Am festen Boden des am Ende geschlossenen Rohres wird die Strömung in Wandnähe wegen des Ausfalls der Zentrifugalkräfte abgebremst, so dass in Bodennähe am Ende sich eine radiale Einwärtsströmung ergibt. Aus Kontinuitätsgrunden entsteht in axialer Richtung auf diese Weise eine aufsteigende Strömung, die als Kernströmung in die entgegengesetzte Richtung wie die Rotationsströmung strömt und an den gegenüberliegenden Enden 42a, 42b, 42c der geschlossenen Rohre in die Einlassleitungen 12a, 12b, 12c abströmt.
Die Zunahme der Ruhetemperatur außen und ihre Abnahme innen hat zwangsläufig unterschiedliche Temperaturen zwischen der Rohrinnen- und Rohraußenströmung zur Folge. Insgesamt wird durch eine Temperaturabsenkung der Rohraußenströmung durch Kühlung der Rohrwand eine zusätzliche Temperaturreduzierung der Rohrinnenströmung erreicht. Daher sind die Wirbelrohre 40a, 40b, 40c mit Wasserkuhlcrn 44a, 44b, 44c ausgestattet, die das zentrale Rohr der Wirbelrohre 40a,40b,40c umschließen und im Gegenstromverfahren zur Kühlung der Rohraußenwand herangezogen werden. 8 -
Wie aus Fig. 4 weiter zu entnehmen ist, kann der Primär- und Sekundärkreislauf entsprechend dem in Fig 3 beschriebenen Kuhlkreislauf gestaltet werden.
Der letzten Verdichterstufc 1Od wird das Gas über die Einlassleitung 12d zugeführt. In der Expansionsturbine 5 erfährt der Gasstrom nach der Verdichterstufe 1Od eine weitere Temperaturabsenkung, bevor das Gas in den Druckgasbehälter 7 eingeleitet wird. Gleichzeitig wird dem Gasstrom in der Expansionsturbine 5 mechanische Arbeit entnommen, die zum Antrieb des Vorverdichters 2 und der Umwälzpumpe 8 genutzt wird.
Die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Vorrichtung zur Temperaturabsenkung weist ein von einem Vorratsbehälter kommendes Zufuhrrohr 101 auf, das zu einem Drallerzeuger 102 fuhrt. Dessen funktional wesentliche Teile bestehen aus einem ringförmigen Sammelraum 103, von dem tangentiale Einströmdusen 104 nach innen gerichtet sind und in das Ende eines Wirbeirohres 105 hineinfuhren. An das Ende des Wirbelrohres 105 schließt sich in entgegengesetzter Richtung ein Rohrabschnitt 106 an, der mit einem zu dem (nicht dargestellten) Druckgasbehälter fuhrenden Fullrohr 107 verbunden ist. Der Innendurchmesser des Rohrabschnitts 106 ist deutlich kleiner als derjenige des Wirbelrohres 105. Folglich strömt die in dem Drallerzeuger 102 erzeugte rotierende Wirbelströmung 121 in das Wirbelrohr, um sich dort von dem Drallerzeuger 102 (gemäß Fig. 1 nach links) zu entfernen. Die Drosselstelle mit dem engsten durchströmten Querschnitt zwischen dem Vorratsbehälter und dem zu füllenden Druckgasbehälter wird von den Einströmdusen 104 des Drallerzeugers 102 gebildet. Aus den Einströmdüsen 104 gelangt das Gas bei nahezu Schallgeschwindigkeit als rotierende Drailströmung 121 in das Wirbclrohr 105. Um die von der Wirbelströmung 121 erzeugte Wärme von der Rohrwand des Wirbelrohres 105 abzuführen, ist um das Wirbelrohr 105 eine Kuhlvorrichtung 130 angeordnet. Diese weist einen das Wϊrbelrohr koaxial umgebenden Kuhlmantel 131 auf, der mit einem Zulaufrohr 132 und einem Ablaufrohr 133 verschen ist und einen Wasserkuhler nach dem Gegenstromverfahren bildet. An dem dem Drallerzeuger 102 abgewandten Ende ist das Wirbelrohr 105 mit einer Drallbremse 109 versehen.. Diese besteht aus einem in dem Wirbelrohr angeordneten und dieses abdichtend verschließenden Kolben 110, der axial verstellbar ist. Zum Verstellen des Kolbens 110 dient eine Spindel 111, die von Hand gedreht werden kann. Die Drallströmung 121 wird an dem Verschluss 110 abgebremst, so dass aus Kontinuitätsgründen in axialer Richtung eine rückflϊeßende Kernströmung entlang eines Strömungsweges 122 entsteht, die in entgegengesetzter Richtung zu der Drallströmung 121 strömt. Der Strömungsweg 122 verläuft koaxial innerhalb der Drallströmung 121. Die Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenströmung in dem Wirbelrohr 105 wirkt sich dahingehend aus, dass die entlang des inneren Strömungsweges 122 strömende Kernströmung durch den Rohrabschnitt 106 in das Füllrohr 107 strömt, das mit dem zu füllenden Druckgasbehälter verbunden ist.
Die in Fig. 6 dargestellte perspektivische Ansicht gibt den Strömungsverlauf des Gases in der Vorrichtung wieder, wobei die Gaszuführung durch das Zuführrohr 101 in Richtung der Pfeile 120 erfolgt. Von hier aus gelangt das Gas, z. B. Erdgas, über den Sammelraum 103 und die Einströmdüsen 104 des Drallerzeugers 102 bei überkritischem Druckverhältnis mit Schallgeschwindigkeit in das Wirbelrohr 105. Dort bildet sich mit Hilfe des in dem Drallerzeuger 102 erzeugten Dralls die Rotationsströmung 121 aus. Diese Rotationsströmung wird am festen Grund des durch den Verschluss 110 geschlossenen Wirbelrohres in Wandnähe wegen des Ausfalls der Zentrifugalkräfte so weit abgebremst, dass sich eine in entgegengesetzter Richtung verlaufende Kernströmung 122 ausbildet. Letztere wird dann über den Rohrabschnitt 106 dem Druckgasbehälter zugeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von hochkomprimiertem Gas, mit einem einstufigen oder mehrstufigen Verdichter (10a, 10b, 10c, 1Od) und einer Kuhlvorrichtung hinter mindestens einer Verdichterstufe, wobei die Kuhlvorrichtung als Wϊrbcirohr (20a,20b,20c,20d;40a,40b,40c,40d) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mehrstufigen Hochdruckverdichter (1Oa-IOd), wobei hinter mindestens einer Verdichterstufe ein Wirbelrohr (20a,20b,20c,20d;40a,40b,40c,40d) angeordnet ist, und zwischen dem Hochdruckverdichter und einem zu befullenden Druckgasbehälter (7) eine Expansionsturbine (5) angeordnet ist, die einen Vorverdichter (2) zur Verdichtung des Gases vor Eintritt in die erste Verdichterstufe (10a) antreibt™
3„ Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mehrstufigen Hochdruckverdichter zwischen der letzten Verdichterstufe (1Od) und einem Druckgasbehälter (7) das Wirbelrohr angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelrohre (20a,20b,20c,20d) einen Kaltgasauslass (22a,22b,22c,20d) und einen Heißgasauslass (24a,24b,24c,24d) aufweisen, wobei das Gas von dem Kaltgasauslass der nachfolgenden Verdichterstufe zugeführt und das Gas von dem Heißgasauslass durch Drosselung des Heißgasstromes in seiner Temperatur abgesenkt und in die betreffende Verdichterstufe zurückgeführt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelrohre zwischen den einzelnen Verdichterstufen (10a,10b,10c,10d) überkritisch und mit gleichem Druckverhältnis betrieben sind.
6„ Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselung mit Drosselstellen (25a, 25b, 25c, 25d) erfolgt, die so bemessen sind, dass ein vorgegebenes Massenverhältnis zwischen Kaltgas und Heißgas eingehalten wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltgas (22d) durch eine Umschaltvorrichtung (101) in die erste Verdϊchterstufe (10a) umgeleitet wird, wodurch die Kaltgasströmung einer weiteren Drosselung und damit einer zusätzlichen Temperaturabsenkung unterzogen wird, wenn die Temperatur des Kaltgases eine vorgegebene Temperatur zur Befüllung des Druckgasbehälters (7) übersteigt
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der letzten Verdichterstufe (1Od) des mehrstufigen Verdichters mit einem Wirbelrohr (2Od) verbunden ist, dessen Kaltgasauslass über eine Rückfuhrleitung (104) mit dem Einlass der ersten Verdichterstufe (10a) verbindbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (104) eine Drossel (103) enthält.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Ausgangs der letzten Verdichterstufe (1Od) mit dem Eingang der ersten Verdichterstufe (10a) in Abhängigkeit von der gemessenen Gastemperatur in der Kaltgasströmung (22d) des Wirbelrohres (2Od) der letzten Verdichterstufe (1Od) erfolgt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorverdichter (2) eine Vorverdichtung zwischen 0,5 bar und 2,0 bar erfolgt, wobei der Ausgangsdruck des Hochdruckverdichters in einem weiten Bereich frei wählbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorgabe des Ausgangsdrucks des mehrstufigen Hochdruckverdichters die Temperaturabsenkung durch Drosselwirkung und den .loule-Thomson- Effekt beim Befüllen des Druckgasbehälters (7) der Umgebungstemperatur angepasst wird, so dass unabhängig von der Umgebungstemperatur ein Druck von 200 bar im Druckgasbehälter (7) bei einer Bezugstemperatur von 15°C erreicht wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichtete Gas zur Kühlung über einen mit Wasser als Kuhlmedium betriebenen Kühler (33) geführt wird.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Wirbelrohre (40a,40b,40c,40d) durch eine Kühlvorrichtung (44a,44b,44c,44d) von außen gekühlt werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Wasser über einen Wärmetauscher (33) seine Wärme zur Erhitzung von Brauchwasser und/oder Heϊzwasser für eine Raumbeheizung abgibt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsturbine (5) eine Pumpe (8) zur zusätzlichen Umwälzung des Wassers im Primärkreislauf des Wärmetauschers (33) antreibt.
17. Vorrichtung zur Temperaturabsenkung eines unter Druck stehenden Gases, mit einem zu einem Drallerzeuger (102) führenden Zuführrohr (101) und einem von dem Drallerzeuger (102) abzweigenden Wirbelrohr (105) zum Leiten einer rotierenden Drallströmung (121),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Wirbeirohr (105) an seiner Außenseite einer Kühlvorrichtung (130) ausgesetzt ist, dass in dem Wirbelrohr (105) eine Drallbremse (109) zum Abbremsen der Drallströmung (121) angeordnet ist und dass von der Drallbremse (109) ein Strömungsweg (122) in ein Füllrohr (107) führt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (122) zentrϊsch durch das Wirbelrohr (105) innerhalb der Drallströmung (121) verläuft.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllrohr (107) ebenfalls von dem Drallerzeuger (102) abzweigt und dass der Durchmesser des Füllrohres (107) kleiner ist als der Durchmesser des Wirbelrohres (105).
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallbremse (109) aus einem in dem Wirbelrohr (105) angeordneten Verschluss (110) besteht.
2.1. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (110) ein axial in dem Wirbelrohr verstellbarer Kolben ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (130) einen das Wirbelrohr (105) umgebenden Kuhlmantel ( 131 ) aufweist, der von einem Kühlmedium durchflössen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zum Befullen eines Druckgasbehälters.
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