EP2565514A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Nachfüllen eines Speichertanks - Google Patents

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EP2565514A1
EP2565514A1 EP11179317A EP11179317A EP2565514A1 EP 2565514 A1 EP2565514 A1 EP 2565514A1 EP 11179317 A EP11179317 A EP 11179317A EP 11179317 A EP11179317 A EP 11179317A EP 2565514 A1 EP2565514 A1 EP 2565514A1
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EP
European Patent Office
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storage tank
liquefied gas
subcooler
tanker
cooling bath
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11179317A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Henrich
Franz Lürken
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.)
Air Liquide Deutschland GmbH
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide Deutschland GmbH
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide Deutschland GmbH, Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide Deutschland GmbH
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Priority to EP12753445.1A priority patent/EP2751468A1/de
Priority to AU2012301199A priority patent/AU2012301199A1/en
Priority to JP2014527581A priority patent/JP2014527606A/ja
Priority to US14/342,138 priority patent/US20140216601A1/en
Priority to PCT/EP2012/066027 priority patent/WO2013030006A1/en
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    • F17C2270/0171—Trucks

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for refilling a storage tank with a supercooled cryogenic liquefied gas from a tanker vehicle.
  • the refrigerated liquefied gas is in particular liquefied nitrogen (LIN).
  • liquefied gas Consumers of refrigerated liquefied gas are usually placed in large-volume storage tanks, from which the consumer can remove the cold-liquefied gas. These storage tanks must be refilled regularly. The refilling takes place by means of tank vehicles, in which the cryogenic liquefied gas is usually transported in a supercooled state in a storage tank. By a supercooled state, it is meant that the cold-liquefied gas has a temperature below the boiling point at a corresponding pressure.
  • the storage tank Before refilling the storage tank is usually under pressure due to the evaporating refrigerant-liquefied gas. This pressure is lowered by venting before the refilling process, whereby further refrigerant-liquefied gas evaporates.
  • the cold liquefied gas stored in the tanker is transferred by the internal pressure in the tanker into the storage tank, with no pumps being used, as this would cause a further temperature increase of the refrigerant liquefied gas. This filling process therefore takes a long time.
  • the cryogenic liquefied gas is preferably cryogenic liquefied argon, cryofied helium, cryogenic liquefied carbon dioxide or most preferably cryogenic liquefied nitrogen (LIN).
  • a storage tank in the sense of the present invention is understood to mean a large-volume tank which is suitable for holding a refrigerated liquefied gas and which is set up in particular in the vicinity of a consumer and can be refilled via a mobile tank vehicle.
  • a tanker vehicle in this sense is a vehicle which is suitable for transporting a refrigerated liquefied gas in a suitable container, in particular a storage tank.
  • a subcooler in the context of the present invention is understood to mean a device for cooling, which has a container receiving a cooling bath, in which a refrigerated liquefied gas can be filled and stored.
  • the cooling bath is located in the subcooler and insulated from the environment.
  • a heat exchanger is also formed, which is in heat exchange with the cooling bath and through which a medium to be cooled can be passed.
  • the feed pump is between the storage tank of the tanker and the Subcooler arranged so that refrigerated liquefied gas can be conveyed from the tanker.
  • the cooling bath of the subcooler is initially preferably filled from the tanker with the liquefied gas.
  • so much liquefied gas is introduced into the cooling bath until a fill level above the heat exchanger arranged in the cooling bath is reached.
  • the tanker is preferably connected to an input of the storage tank, whereby the liquefied gas can be guided through a line system in the storage tank and / or in the cooling bath. Valves are arranged in the line system, by the actuation of which the liquefied gas can be guided either into the cooling bath and / or to the storage tank.
  • the liquefied gas in the cooling bath assumes a substantially constant thermodynamic state.
  • the resulting temperature of the liquefied gas is referred to as the bath temperature and is substantially equal to or only slightly lower than the temperature of the undercooled refrigerated liquefied gas in the tanker vehicle. In particular, a temperature between -195 ° C and -199 ° C can be reached here.
  • liquefied gas from the tanker is directed through the heat exchanger in the subcooler to the storage tank.
  • a supply pump in particular a not separately cooled and / or the tanker associated feed pump, promoted.
  • the energy introduced by the feed pump is partly transferred as heat to the liquefied gas, but the heat is essentially in the heat exchanger of the subcooler transfer the liquefied gas present in the cooling bath, whereby the pumped cold liquefied gas from the tanker is not significantly increased upon reaching the storage tank compared to its starting temperature in the tanker.
  • the conveyed cryogenic liquefied gas is in a liquid state most of the time during production and can be pumped against the pressure prevailing in the storage tank.
  • the subsidized cryogenic liquefied gas is usually also colder than the refrigerated liquefied gas held in the storage tank and further cools it.
  • the advantage of this method is that the cryogenic liquefied gas can be pumped by means of a pump, whereby the time required for the refilling can be reduced by up to 70% compared to a pump without pump. Furthermore, the pump used does not have to be in a low-temperature state at all times, since the heat generated by the pump is absorbed by the cooling bath of the subcooler. Compared to a pump without pump, the process is energetically hardly worse, since only the energy for cooling or cold holding the subcooler must be additionally expended. The subcooler is usually cooled only for the period of refilling and in the meantime assumes the ambient temperature.
  • the filling level and / or the pressure in the cooling bath of the subcooler are kept constant during the refilling of the storage tank.
  • cryogenic liquefied gas is diverted into the cooling bath.
  • valves in the line system which are connected to a control unit, switched accordingly.
  • the control unit also monitors the refill with level sensors and temperature sensors.
  • a vent valve is arranged on the cooling bath, via which the pressure in the cooling bath can be lowered. In this way, constant conditions throughout the refilling process are adjustable.
  • the pressure and / or the temperature in the tanker vehicle are kept constant during the filling of the storage tank. Also by this measure, the conditions are kept constant during the refilling process.
  • the liquefied gas is stored in the storage tank at a pressure between 3 and 15 bar, preferably between 5 and 10 bar and a temperature lower than the boiling temperature of the liquefied gas corresponding to the pressure.
  • a pressure between 3 and 15 bar, preferably between 5 and 10 bar and a temperature lower than the boiling temperature of the liquefied gas corresponding to the pressure.
  • the liquefied gas in the storage tank is in a supercooled state, it being generally possible to assume that the refrigerated liquefied gas in the tanker vehicle is at an even lower temperature.
  • this also means that the pressure in the storage tank relative to the ambient pressure is increased or remains during the refilling process. As a result, can be dispensed with an initial venting of the storage tank, which further time during the refilling process is saved and possibly connected to the storage tank consumers are not exposed to pressure fluctuations.
  • the subcooler is no longer supplied with liquefied gas and therefore warms up. This means that the subcooler is kept at a low bath temperature only during the refilling process by the liquefied gas. Between two refills, the liquefied gas in the subcooler evaporates and the subcooler assumes ambient temperature. Thus, the subcooler does not need to be constantly cooled and can not freeze. Cooling to the refilling process is achieved by filling with the liquefied gas in a short time.
  • an apparatus for refilling a storage tank with a supercooled refrigerated liquefied gas from a tanker vehicle, especially with liquid nitrogen wherein the storage tank is associated with a subcooler with a cooling bath through which the liquefied gas from the tanker is directed into the storage tank can be, wherein the tanker or inlet side of the subcooler, a feed pump is provided with which the liquefied gas can be pumped under pressure through the cooling bath in the storage tank.
  • the device is in particular designed and set up to carry out the method according to the invention.
  • the subcooler is mounted on the tanker or in the vicinity of the storage tank.
  • refilling a storage tank can be done in a short time.
  • means for filling the subcooler with subcooled cryogenic liquefied gas from the tanker vehicle and / or for keeping constant a predeterminable fill level of the cooling bath are provided.
  • These means preferably comprise a line system, valves, sensors and / or a control unit.
  • a line system is provided with valves, which are arranged so that on the one hand, the cooling bath with liquefied gas and / or the storage tank can be filled with liquid gas, wherein the valves are preferably connected to the control unit.
  • the control unit is also connected to level sensors and / or temperature sensors for monitoring the cooling bath and / or the storage tank or the tank vehicle.
  • the storage tank for a storage pressure of 3 to 15 bar, preferably from 5 to 10 bar, designed and the feed pump for a corresponding Print designed.
  • the refilling with a corresponding pressurized liquefied gas is made possible, whereby the refilling time is greatly reduced.
  • a refueling vehicle with a subcooler and a feed pump wherein the subcooler is arranged on the outlet side to the feed pump.
  • a corresponding tanker vehicle is suitable for carrying out the method according to the invention and has, in particular, a suitable storage tank for storing undercooled liquefied gas.
  • the figure shows schematically a device 8 for refilling a storage tank 1 with a supercooled refrigerated liquefied gas.
  • the device 8 comprises a tanker 2 with a storage tank 16 in which the cold-liquefied supercooled gas is delivered.
  • the device 8 further comprises a subcooler 3 with a cooling bath 4, in which a heat exchanger 7 is formed.
  • the subcooler 3 is connected via a line 9 and a feed pump 6 to the storage tank 16 of the tanker vehicle 2, and is further connected via a line 9 to the storage tank 1.
  • the lines 9 and the subcooler 3 form a line system 17, 9 passed over the lines with the aid of the lines of liquefied gas from the storage tank 16 of the tanker vehicle 2 via the heat exchanger 7 either in the cooling bath 4 or in the storage tank 1 can be.
  • two supply valves 10 and a filling valve 13 are provided in the lines 9 and the line system 17.
  • a level sensor 14 and temperature sensors 15 are provided in the subcooler 3.
  • the level sensor 14, the temperature sensors 15 and the supply valves 10 and the filling valve 13 are connected via signal lines 11 to a control unit 18, which monitors the refilling process.
  • the subcooler 3 also has a vent valve 12. Also on the line 9, a vent valve 12 is provided.
  • the storage tank 16 of the tanker 2 is connected via the pump 6 to the subcooler 3.
  • the cooling bath 4 of the subcooler 3 is filled with cold-liquefied gas from the storage tank 16 to a filling level 5, which is above the heat exchanger 7.
  • the supply valve 10 is opened in the line 9 to the subcooler and the supply valve to the storage tank 1 is closed, wherein the filling valve 13 is opened.
  • the cryogenic liquefied gas is supplied from the storage tank 16 of the tanker 2 via the pipe 9 and the supply pump 16 through the heat exchanger 7 to the storage tank 1.
  • the supply valves 10 are opened and the filling valve 13 is closed.
  • the storage tank 1 can also be filled by means of a supply pump 6, whereby the time for the refilling can be kept very short.
  • the teaching of the invention enables a fast refilling of a storage tank 1 by a tanker 2, whereby a single tanker 2 can fill up a higher number of storage tanks per day. Tank vehicles 1 and their staff can thus be used much more effectively.

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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachfüllen eines Speichertanks (1) mit einem unterkühlten kälteverflüssigten Gas aus einem Tankfahrzeug (2), insbesondere mit verflüssigtem Stickstoff (LIN). Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: - Ein zwischen das Tankfahrzeug (2) und den Speichertank (1) geschalteter Unterkühler (3) mit einem Kühlbad (4) wird mit dem verflüssigten Gas aus dem Tankfahrzeug (2) bis zu einer Füllhöhe (5) gefüllt und auf eine Badtemperatur abgekühlt. - Der Speichertank (1) wird anschließend mit dem verflüssigten Gas aus dem Tankfahrzeug (2) nachgefüllt, indem das verflüssigte Gas mit einer Zufuhrpumpe (6) durch einen Wärmetauscher (7) in dem Kühlbad (4) des Unterkühlers (3) in den Speichertank (1) gepumpt und dabei auf die Badtemperatur des Kühlbades (4) abgekühlt wird. Durch die erfindungsgemäße Lehre wird ein schnelles Nachfüllen eines Speichertanks 1 durch ein Tankfahrzeug 2 ermöglicht, wodurch ein einzelnes Tankfahrzeug 2 eine höhere Zahl an Speichertanks pro Tag auffüllen kann. Tankfahrzeuge und deren Personal können somit wesentlich effektiver eingesetzt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachfüllen eines Speichertanks mit einem unterkühlten kälteverflüssigtem Gas aus einem Tankfahrzeug. Das kälteverflüssigte Gas ist insbesondere verflüssigter Stickstoff (LIN).
  • Bei Verbrauchern von kälteverflüssigtem Gas werden in der Regel großvolumige Speichertanks aufgestellt, aus denen der Verbraucher das kälteverflüssigte Gas entnehmen kann. Diese Speichertanks müssen regelmäßig nachgefüllt werden. Das Nachfüllen geschieht mittels Tankfahrzeugen, in denen das kälteverflüssigte Gas zumeist in einem unterkühlten Zustand in einem Vorratstank transportiert wird. Mit einem unterkühlten Zustand ist gemeint, dass das kälteverflüssigte Gas eine Temperatur unterhalb des Siedepunkts bei entsprechendem Druck aufweist.
  • Vor dem Nachfüllen steht der Speichertank aufgrund des verdampfenden kälteverflüssigten Gases in der Regel unter Druck. Dieser Druck wird durch Entlüften vor dem Nachfüllvorgang abgesenkt, wobei weiteres kälteverflüssigtes Gas verdampft. Im Folgenden wird das im Tankfahrzeug gespeicherte kälteverflüssigte Gas durch den Innendruck im Tankfahrzeug in den Speichertank überführt, wobei keine Pumpen zum Einsatz kommen, da dadurch eine weitere Temperaturerhöhung des kälteverflüssigten Gases erfolgen würde. Dieser Füllvorgang dauert daher sehr lange.
  • Alternativ ist bekannt, den Speichertank zu jedem Zeitpunkt auf einem niedrigen Druck zu halten und das Nachfüllen aus einem Tankfahrzeug mit einer Pumpe durchzuführen. Dabei muss jedoch die Pumpe dauerhaft in einem kalten Zustand gehalten werden, um Wartezeiten beim Befüllen zu vermeiden. Hierbei ist der Energieverbrauch beim permanenten Kühlen der Pumpe hoch und die Pumpe muss regelmäßig gewartet werden. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Unterkühler beim Umfüllen von verflüssigten Gasen einzusetzen. Die Unterkühler werden dabei eingesetzt, um die Temperatur des verflüssigten Gases unterhalb des Siedepunktes zu halten. Es ist aber bisher nur bekannt die Unterkühler bei stationären Anlagen einzusetzen. Ein Unterkühler ist beispielsweise in der EP 0 307 092 A1 beschrieben. Der Einsatz von Unterkühlern beim Nachfüllen eines Speichertanks aus einem Tankfahrzeug wurde allerdings noch nicht beschrieben.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen das Nachfüllen eines Speichertanks schnell durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegeben Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Insbesondere werden die Aufgaben gelöst mit einem Verfahren zum Nachfüllen eines Speichertanks mit einem kälteverflüssigten Gas aus einem Tankfahrzeug, insbesondere mit einem unterkühlten kälteverflüssigten Gas, mit folgenden Schritten:
    • ein zwischen das Tankfahrzeug und den Speichertank geschalteter Unterkühler mit einem Kühlbad wird mit dem verflüssigten Gas aus dem Tankfahrzeug oder dem Speichertank bis zu einer Füllhöhe gefüllt und auf eine Badtemperatur abgekühlt,
    • der Speichertank wird anschließend mit dem verflüssigten Gas aus dem Tankfahrzeug nachgefüllt, indem das verflüssigte Gas mit einer Zufuhrpumpe durch einen Wärmetauscher in dem Kühlbad des Unterkühlers in den Speichertank gepumpt und dabei auf die Badtemperatur des Kühlbads abgekühlt wird.
  • Das kälteverflüssigtes Gas ist bevorzugt kälteverflüssigtes Argon, kälteverflüssigtes Helium, kälteverflüssigtes Kohlendioxid oder ganz besonders bevorzugt kälteverflüssigter Stickstoff (LIN). Unter einem Speichertank im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein großvolumiger Tank verstanden, der zum Vorhalten eines kälteverflüssigten Gases geeignet ist und der insbesondere in der Nähe eines Verbrauchers aufgestellt ist und über ein mobiles Tankfahrzeug nachgefüllt werden kann. Ein Tankfahrzeug ist in diesem Sinne ein Fahrzeug, das geeignet ist, ein kälteverflüssigtes Gas in einem geeigneten Behälter, insbesondere einem Vorratstank, zu transportieren.
  • Unter einem Unterkühler im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Kühlen verstandnen, die einen ein Kühlbad aufnehmenden Behälter aufweist, in dem ein kälteverflüssigtes Gas einfüllbar und vorhaltbar ist. Das Kühlbad ist in dem Unterkühler angeordnet und gegenüber der Umgebung isoliert. In dem Unterkühler ist zudem ein Wärmetauscher ausgebildet, der mit dem Kühlbad in Wärmeaustausch steht und durch den ein zu kühlendes Medium geleitet werden kann. Die Zufuhrpumpe ist zwischen dem Vorratstank des Tankfahrzeugs und dem Unterkühler angeordnet, so dass kälteverflüssigtes Gas aus dem Tankfahrzeug gefördert werden kann.
  • Das Kühlbad des Unterkühlers wird zunächst bevorzugt aus dem Tankfahrzeug mit dem verflüssigten Gas gefüllt. Dabei wird insbesondere so viel verflüssigtes Gas in das Kühlbad eingefüllt, bis eine Füllhöhe oberhalb des in dem Kühlbad angeordneten Wärmetauschers erreicht ist. Das Tankfahrzeug wird bevorzugt an einen Eingang des Speichertanks angeschlossen, wodurch das verflüssigte Gas durch ein Leitungssystem in den Speichertank und/oder in das Kühlbad führbar ist. In dem Leitungssystem sind Ventile angeordnet, durch deren Betätigung das verflüssigte Gas entsprechend entweder in das Kühlbad und/oder zu dem Speichertank geführt werden kann.
  • Nach einer kurzen Ausgleichszeit nimmt das verflüssigte Gas in dem Kühlbad einen im Wesentlichen konstanten thermodynamischen Zustand ein. Die sich einstellende Temperatur des verflüssigten Gases wird als Badtemperatur bezeichnet und ist im Wesentlichen gleich oder nur unwesentlich geringer als die Temperatur des unterkühlen kälteverflüssigten Gases in dem Tankfahrzeug. Insbesondere ist hier eine Temperatur zwischen -195°C und -199°C erreichbar.
  • Nachdem das verflüssigte Gas in dem Kühlbad die Kühlbadtemperatur erreicht hat, wird verflüssigtes Gas aus dem Tankfahrzeug durch den Wärmetauscher im Unterkühler zu dem Speichertank geleitet. Hierbei wird das verflüssigte Gas von einer Zufuhrpumpe, insbesondere einer nicht separat gekühlten und/oder einer dem Tankfahrzeug zugeordneten Zuführpumpe, gefördert.
  • Dabei wird zwar zunächst die von der Zufuhrpumpe eingebrachte Energie teilweise als Wärme auf das verflüssigte Gas übertragen, die Wärme wird allerdings im Wesentlichen in dem Wärmetauscher des Unterkühlers auf das in dem Kühlbad befindliche verflüssigte Gas übertragen, wodurch das geförderte kälteverflüssigte Gas aus dem Tankfahrzeug bei Erreichen des Speichertanks nicht wesentlich gegenüber seiner Ausgangstemperatur im Tankfahrzeug erhöht ist. Das geförderte kälteverflüssigte Gas ist während der Förderung die meiste Zeit in einem flüssigen Zustand und kann gegen den im Speichertank vorherrschenden Druck gepumpt werden. Das geförderte kälteverflüssigte Gas ist in der Regel auch kälter als das in dem Speichertank vorgehaltene kälteverflüssigte Gas und kühlt dieses weiter ab.
  • Der Vorteil bei diesem Verfahren liegt darin, dass das kälteverflüssigte Gas mittels einer Pumpe gefördert werden kann, wodurch die für den Nachfüllvorgang benötigte Zeit um bis zu 70 % reduziert werden kann gegenüber einer Förderung ohne Pumpe. Ferner muss die verwendete Pumpe nicht zu jeder Zeit in einem tiefkalten Zustand sein, da die von der Pumpe erzeugte Wärme von dem Kühlbad des Unterkühlers aufgenommen wird. Gegenüber einer Förderung ohne Pumpe ist das Verfahren auch energetisch kaum schlechter, da lediglich die Energie zum Abkühlen oder kalt Halten des Unterkühlers zusätzlich aufgewandt werden muss. Der Unterkühler wird in der Regel nur für den Zeitraum des Nachfüllens gekühlt und nimmt in der Zwischenzeit die Umgebungstemperatur an.
  • Bevorzugt werden die Füllhöhe und/oder der Druck in dem Kühlbad des Unterkühlers während des Nachfüllens des Speichertanks konstant gehalten. Hierzu wird insbesondere während des Füllvorgangs kälteverflüssigtes Gas in das Kühlbad abgezweigt. Hierzu werden insbesondere Ventile in dem Leitungssystem, die mit einer Steuereinheit verbunden sind, entsprechend geschaltet. Die Steuereinheit überwacht zudem den Nachfüllgang mit Niveausonden und Temperatursensoren. Zudem ist ein Entlüftungsventil an dem Kühlbad angeordnet, über das der Druck im Kühlbad gesenkt werden kann. Auf diese Weise sind konstante Bedingungen während des gesamten Nachfüllvorgangs einstellbar.
  • Besonders bevorzugt werden der Druck und/oder die Temperatur in dem Tankfahrzeug während des Füllens des Speichertanks konstant gehalten. Auch durch diese Maßnahme werden die Bedingungen während des Nachfüllvorgangs konstant gehalten.
  • Es ist auch bevorzugt, dass das verflüssigte Gas in dem Speichertank mit einem Druck zwischen 3 und 15 bar, bevorzugt zwischen 5 und 10 bar und einer Temperatur niedriger als die dem Druck entsprechende Siedetemperatur des verflüssigten Gases gespeichert wird. Das bedeutet also, dass das verflüssigte Gas in dem Speichertank in einem unterkühlten Zustand vorliegt, wobei in der Regel davon ausgegangen werden kann, dass das kälteverflüssigte Gas in dem Tankfahrzeug bei einer noch tieferen Temperatur vorliegt. Dies bedeutet aber auch, dass der Druck in dem Speichertank gegenüber dem Umgebungsdruck auch während des Nachfüllvorgangs erhöht ist bzw. bleibt. Hierdurch kann auf ein anfängliches Entlüften des Speichertanks verzichtet werden, wodurch weitere Zeit beim Nachfüllvorgang eingespart wird und eventuell an den Speichertank angeschlossene Verbrauer keinen Druckschwankungen ausgesetzt sind.
  • Insbesondere wird auch bevorzugt, dass nach Beendigung des Tankvorgangs der Unterkühler nicht weiter mit verflüssigtem Gas versorgt wird und sich daher aufwärmt. Das bedeutet also, dass der Unterkühler nur während des Nachfüllvorgangs von dem verflüssigten Gas auf einer niedrigen Badtemperatur gehalten wird. Zwischen zwei Nachfüllvorgängen verdampft das verflüssigte Gas in dem Unterkühler und der Unterkühler nimmt Umgebungstemperatur an. Somit muss der Unterkühler nicht fortwährend gekühlt werden und kann auch nicht vereisen. Eine Abkühlung zum Nachfüllvorgang wird durch das Füllen mit dem verflüssigten Gas in nur kurzer Zeit erreicht.
  • Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird eine Vorrichtung zum Nachfüllen eines Speichertanks mit einem unterkühlten kälteverflüssigten Gas aus einem Tankfahrzeug, insbesondere mit flüssigem Stickstoff vorgeschlagen, wobei dem Speichertank ein Unterkühler mit einem Kühlbad zugeordnet ist, durch welches das verflüssigte Gas vom Tankfahrzeug in den Speichertank geleitet werden kann, wobei am Tankfahrzeug oder einlassseitig am Unterkühler eine Zufuhrpumpe vorhanden ist, mit der das verflüssigte Gas unter Druck durch das Kühlbad in den Speichertank gepumpt werden kann. Die Vorrichtung ist insbesondere ausgelegt und eingerichtet zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Bevorzugt ist der Unterkühler an dem Tankfahrzeug oder in der Nähe des Speichertanks angebracht bzw. aufgestellt. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung kann das Nachfüllen eines Speichertanks in kurzer Zeit erfolgen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind Mittel zum Füllen des Unterkühlers mit unterkühltem kälteverflüssigtem Gas aus dem Tankfahrzeug und/oder zum Konstanthalten einer vorgebbaren Füllhöhe des Kühlbads vorhanden. Diese Mittel umfassen bevorzugt ein Leitungssystem, Ventile, Sensoren und/oder eine Steuereinheit. Insbesondere ist ein Leitungssystem mit Ventilen vorgesehen, die so angeordnet sind, dass zum einen das Kühlbad mit verflüssigtem Gas und/oder der Speichertank mit flüssigem Gas befüllt werden kann, wobei die Ventile bevorzugt mit der Steuereinheit verbunden sind. Die Steuereinheit ist zudem mit Niveausonden und/oder Temperatursensoren zur Überwachung des Kühlbads und/oder des Speichertanks bzw. des Tanksfahrzeugs verbunden. Somit kann das Nachfüllen des Speichertanks nahezu automatisch erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist der Speichertank für einen Speicherdruck von 3 bis 15 bar, vorzugsweise von 5 bis 10 bar, ausgelegt und die Zuführpumpe für einen entsprechenden Druck gestaltet. Somit wird das Nachfüllen mit einem entsprechenden unter Druck stehenden verflüssigten Gas ermöglicht, wodurch die Nachfüllzeit stark reduziert wird.
  • Noch einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird ein Tankfahrzeug mit einem Unterkühler und einer Zufuhrpumpe vorgeschlagen, wobei der Unterkühler auslassseitig zu der Zuführpumpe angeordnet ist. Ein entsprechendes Tankfahrzeug ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren geeignet und weist insbesondere einen geeigneten Vorratstank zum Bevorraten von unterkühltem verflüssigtem Gas auf.
  • Die für das erfindungsgemäße Verfahren offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Tankfahrzeug übertragen und anwenden und umgekehrt.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur beispielhaft erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figur eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung aufzeigt, diese aber darauf nicht beschränkt ist.
  • Die Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung 8 zum Nachfüllen eines Speichertanks 1 mit einem unterkühlten kälteverflüssigtem Gas. Die Vorrichtung 8 umfasst ein Tankfahrzeug 2 mit einem Vorratstank 16, in dem das kälteverflüssigte unterkühlte Gas geliefert wird. Die Vorrichtung 8 umfasst ferner einen Unterkühler 3 mit einem Kühlbad 4, in dem ein Wärmetauscher 7 ausgebildet ist. Der Unterkühler 3 wird über eine Leitung 9 und eine Zufuhrpumpe 6 an den Vorratstank 16 des Tankfahrzeugs 2 angeschlossen, und ist ferner über eine Leitung 9 mit dem Speichertank 1 verbunden. Die Leitungen 9 und der Unterkühler 3 bilden ein Leitungssystem 17 aus, über das mit Hilfe der Leitungen 9 kälteverflüssigtes Gas aus dem Vorratstank 16 des Tankfahrzeugs 2 über den Wärmetauscher 7 entweder in das Kühlbad 4 oder in den Speichertank 1 geleitet werden kann. Dazu sind in den Leitungen 9 und dem Leitungssystem 17 zwei Zufuhrventile 10 und ein Füllventil 13 vorgesehen. Zudem sind in dem Unterkühler 3 eine Niveausonde 14 und Temperatursensoren 15 vorgesehen. Die Niveausonde 14, die Temperatursensoren 15 sowie die Zufuhrventile 10 und das Füllventil 13 sind über Signalleitungen 11 mit einer Steuereinheit 18 verbunden, die den Nachfüllvorgang überwacht bzw. regelt. Der Unterkühler 3 weist zudem ein Entlüftungsventil 12 auf. Auch an der Leitung 9 ist ein Entlüftungsventil 12 vorgesehen.
  • Zum Nachfüllen des Speichertanks 1 wird der Vorratstank 16 des Tankfahrzeugs 2 über die Pumpe 6 an den Unterkühler 3 angeschlossen. Zunächst wird das Kühlbad 4 des Unterkühlers 3 mit kälteverflüssigtem Gas aus dem Vorratstank 16 bis zu einer Füllhöhe 5 gefüllt, die oberhalb des Wärmetauschers 7 liegt. Hierzu ist das Zufuhrventil 10 in der Leitung 9 zum Unterkühler geöffnet und das Zufuhrventil zum Speichertank 1 geschlossen, wobei das Füllventil 13 geöffnet ist. Nachdem das Kühlbad 4 mit kälteverflüssigtem Gas gefüllt ist, wird das kälteverflüssigte Gas aus dem Vorratstank 16 des Tankfahrzeugs 2 über die Leitung 9 und die Zufuhrpumpe 16 durch den Wärmetauscher 7 zu dem Speichertank 1 geleitet. Hierzu sind die Zufuhrventile 10 geöffnet und das Füllventil 13 geschlossen.
  • Ist das kälteverflüssigte Gas z. B. Stickstoff, so befinden sich in dem Kühlbad 4 gasförmiger Stickstoff GN und verflüssigter Stickstoff LIN. Sollte beim Nachfüllen des Speichertanks mittels der Niveausonde 14 oder den Temperatursensoren 15 erkannt werden, dass die Füllhöhe 5 im Kühlbad 4 oder die Temperatur im Kühlbad sinkt, so kann ggf. weiterer kälteverflüssigter Stickstoff in das Kühlbad 4 über das Füllventil 13 nachgefüllt werden.
  • Die durch die Zufuhrpumpe 6 in das tiefkalt verflüssigte Gas eingebrachte Wärmeenergie wird in dem Wärmetauscher 7 auf das in dem Kühlbad 4 befindliche tiefkalt verflüssigte Gas übertragen. Daher lässt sich der Speichertank 1 auch mittels einer Zufuhrpumpe 6 befüllen, wodurch die Zeit für den Nachfüllvorgang sehr kurz gehalten werden kann.
  • Durch die erfindungsgemäße Lehre wird ein schnelles Nachfüllen eines Speichertanks 1 durch ein Tankfahrzeug 2 ermöglicht, wodurch ein einzelnes Tankfahrzeug 2 eine höhere Zahl an Speichertanks pro Tag auffüllen kann. Tankfahrzeuge 1 und deren Personal können somit wesentlich effektiver eingesetzt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Speichertank
    2
    Tankfahrzeug
    3
    Unterkühler
    4
    Kühlbad
    5
    Füllhöhe
    6
    Zufuhrpumpe
    7
    Wärmetauscher
    8
    Vorrichtung
    9
    Leitung
    10
    Zufuhrventil
    11
    Signalleitung
    12
    Entlüftungsventil
    13
    Füllventil
    14
    Niveausonde
    15
    Temperatursensor
    16
    Vorratstank
    17
    Leitungssystem
    18
    Steuereinheit
    GN
    gasförmiger Stickstoff
    LIN
    verflüssigter Stickstoff

Claims (9)

  1. Verfahren zum Nachfüllen eines Speichertanks (1) mit einem kälteverflüssigten Gas aus einem Tankfahrzeug (2), insbesondere mit verflüssigtem Stickstoff (LIN), mit folgenden Schritten:
    - ein zwischen das Tankfahrzeug (2) und den Speichertank (1) geschalteter Unterkühler (3) mit einem Kühlbad (4) wird mit dem verflüssigten Gas aus dem Tankfahrzeug (2) oder dem Speichertank bis zu einer Füllhöhe (5) gefüllt und auf eine Badtemperatur abgekühlt,
    - der Speichertank (1) wird anschließend mit dem verflüssigten Gas aus dem Tankfahrzeug (2) nachgefüllt, indem das verflüssigte Gas mit einer Zufuhrpumpe (6) durch einen Wärmetauscher (7) in dem Kühlbad (4) des Unterkühlers (3) in den Speichertank (1) gepumpt und dabei im Wesentlichen auf die Badtemperatur des Kühlbades (4) abgekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Füllhöhe (5) und/oder der Druck in dem Kühlbad (4) des Unterkühlers (3) während des Füllens des Speichertanks (1) konstant gehalten werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Druck und/oder die Temperatur in dem Tankfahrzeug (2) während des Füllens des Speichertanks (1) konstant gehalten werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verflüssigte Gas in dem Speichertank (1) mit einem Druck zwischen 3 und 15 bar, bevorzugt zwischen 5 und 10 bar, und einer Temperatur niedriger als die dem Druck entsprechenden Siedetemperatur des verflüssigten Gases gespeichert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Beendigung des Tankvorganges der Unterkühler (3) nicht weiter mit verflüssigtem Gas versorgt wird und sich daher aufwärmt.
  6. Vorrichtung (8) zum Nachfüllen eines Speichertanks (1) aus einem Tankfahrzeug (2) mit einem unterkühlten verflüssigten Gas, insbesondere mit flüssigem Stickstoff (LIN), wobei dem Speichertank (1) oder dem Tankfahrzeug (2) ein Unterkühler (3) mit einem Kühlbad (4) zugeordnet ist, durch welches das verflüssigte Gas vom Tankfahrzeug (2) in den Speichertank (1) geleitet werden kann, wobei am Tankfahrzeug (1) oder einlassseitig am Unterkühler (3) eine Zufuhrpumpe (6) vorhanden ist, mit der das verflüssigte Gas unter Druck durch das Kühlbad (4) in den Speichertank (1) gepumpt werden kann.
  7. Vorrichtung (8) nach Anspruch 6, wobei Mittel zum Füllen des Unterkühlers (3) mit unterkühltem verflüssigtem Gas aus dem Tankfahrzeug und Mittel zum Konstanthalten einer vorgebbaren Füllhöhe (5) des Kühlbades (4) vorhanden sind.
  8. Vorrichtung (8) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Speichertank (1) für einen Speicherdruck von 3 bis 15 bar, vorzugsweise 5 bis 10 bar, ausgelegt ist und die Zufuhrpumpe (6) für einen entsprechenden Druck gestaltet ist.
  9. Tankfahrzeug (2) mit einem Unterkühler(3) und einer Zufuhrpumpe (6), wobei der Unterkühler (3) auslassseitig zu der Zuführpumpe (6) angeordnet ist.
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