EP3599412A1 - Verfahren und anlage zur versorgung mit kryogenem fluid - Google Patents

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EP3599412A1
EP3599412A1 EP18020476.0A EP18020476A EP3599412A1 EP 3599412 A1 EP3599412 A1 EP 3599412A1 EP 18020476 A EP18020476 A EP 18020476A EP 3599412 A1 EP3599412 A1 EP 3599412A1
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EP
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valve
cryogenic fluid
connecting line
storage container
buffer
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Withdrawn
Application number
EP18020476.0A
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French (fr)
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Maximilian Jarosch
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • F17C2265/034—Treating the boil-off by recovery with cooling with condensing the gas phase

Definitions

  • the present invention relates to a method for supplying a consumer with cryogenic fluid and a system for supplying the consumer with cryogenic fluid according to the preambles of the independent claims.
  • cryogenic fluid such as nitrogen, argon or oxygen
  • Rotating parts or components can be used.
  • a cryogenically operated pump can draw the liquefied or condensed cryogenic fluid out of the tank, as a result of which the liquid cryogenic fluid is compressed and then fed to a consumer, for example an evaporator.
  • a compressor can be used to increase the pressure of gaseous cryogenic fluid, which is then in the gaseous state.
  • Liquid cryogenic fluid must first be fed from a tank to an evaporator operating at a lower pressure, in which it is evaporated. The evaporated gaseous cryogenic fluid can then be sucked in by the compressor and compressed to a higher pressure.
  • cryogenic fluid is transferred from a tank to a first container.
  • the pressure of the liquid cryogenic fluid is then increased using a high-performance pressure generator in order to later supply the consumer with cryogenic fluid.
  • a second container supplies the consumer with cryogenic fluid. As soon as the second container is empty, it is vented into the tank and into the atmosphere, with losses of cryogenic fluid being unavoidable.
  • the present invention proposes a method and a system for supplying a consumer with cryogenic fluid according to the independent patent claims.
  • the cryogenic fluid is conducted from a storage container to the consumer via a first connection line that can be regulated with a first valve, the head space of the storage container being connected to the atmosphere via a second connection line that can be regulated with a second valve.
  • the second valve is opened at least temporarily, gaseous cryogenic fluid is conducted from the head space of the storage container via the second connecting line which can be regulated with the second valve and which is at least partially guided through the interior of the storage container.
  • the second valve By opening the second valve, a relaxation of the cryogenic fluid occurs in the second connecting line, which is cooled by the expansion, the interior of the storage container being cooled by the relaxed cryogenic fluid cooled there.
  • the heat transfer into the interior of the storage container is more effective since the internal energy of the gaseous cryogenic fluid, which is otherwise simply released into the atmosphere, is used. This leads to the gaseous cryogenic fluid in the interior of the storage container being additionally cooled, as a result of which the pressure in the storage container drops. On the one hand, this allows the pressure inside the storage container to be reduced in a targeted manner, and on the other hand it shortens the time until it is filled and the filling process of the storage container with liquid cryogenic fluid can be accelerated.
  • the second connecting line which can be regulated with the second valve, advantageously has a heat exchanger or heat exchanger arranged in the interior of the storage container, via which the interior of the storage container is cooled.
  • the heat exchanger or heat exchanger transfers the cold that arises in the interior of the connecting line with increased effectiveness due to the increased surface area of the heat exchanger or heat exchanger Interior of the storage container. Since heat exchangers or heat exchangers are sufficiently known, the description of the structure is omitted.
  • gaseous cryogenic fluid which is located in the interior of the storage container can be cooled and liquefied. On the one hand, this ensures that the pressure inside the storage container is reduced. On the other hand, this speeds up the filling of the storage container with liquid cryogenic fluid, for example.
  • the opening of the second valve is advantageously regulated, the pressure in the interior of the storage container and / or a temperature of the cryogenic fluid emerging from the second connecting line into the atmosphere being used as control variables. Further advantages result from the designs described below.
  • the cryogenic fluid is first led from a main tank via a third connecting line that can be regulated with a third valve into at least one storage container.
  • a main evaporator can be used as a consumer, for example.
  • a buffer container can be used as the storage container, the number of buffer containers being one, two or any other number.
  • the pressure in the main tank In order to transfer cryogenic fluid from the main tank to at least one buffer tank, the pressure in the main tank must be greater than the pressure in the at least one buffer tank. If the pressure in the at least one buffer tank is greater than or equal to the pressure in the main tank, the pressure in the at least one buffer tank must be reduced by at least temporarily opening the second valve, with relaxation in the second connecting line occurring as described above.
  • the expansion ensures that the inside of the buffer container cools down, the pressure thus decreases in addition to the actual expansion caused by the gas extraction, and gaseous cryogenic fluid inside the at least one buffer container is at least partially liquefied or condensed, as a result of which the at least one is filled a buffer tank with liquid cryogenic fluid is accelerated from the main tank.
  • the cryogenic fluid is then passed from the at least one buffer container into the main evaporator via a first connecting line that can be regulated with the first valve.
  • cryogenic fluid is alternately introduced from the main tank to supply the main evaporator via one of the buffer containers and at least one other of the buffer containers.
  • first connecting line which can be regulated with the associated first valve
  • second connecting line which can be regulated with the associated third valve
  • cryogenic fluid from the main tank via its third connecting line, which can be regulated with the associated third valve
  • the other buffer container now supplies the main evaporator with cryogenic fluid via its first connecting line, which can be regulated with the associated first valve, whereby before and / or when the at least one buffer container is filled, the second valve of the second connecting line is opened at least temporarily.
  • this serves to reduce the pressure in the respective buffer container, so that cryogenic fluid can be directed from the main tank into the buffer container, whereby a relaxation occurs by opening the second valve as described above, the gaseous cryogenic fluid in the at least cools a buffer tank and liquefies or condenses.
  • the associated third valve should expediently be opened. Since a higher pressure prevails in the buffer tank than in the main tank, gaseous cryogenic fluid first passes from the buffer tank into the main tank. This gaseous cryogenic fluid relaxes in the main tank and partially condenses there.
  • the amount returned to the main tank can be adjusted or regulated in such a way that only the amount that is removed from the main tank by filling a storage container by removing cryogenic liquid is volumetrically replaced. As a result, the pressure in the main tank can be maintained without having to use cryogenic liquid from the main tank by evaporation to build up pressure. This quantity is also called delta volume.
  • the associated third valve of the third connecting line is closed and the associated second valve of the second connecting line is opened at least temporarily in order to bring the pressure inside the buffer tank to a suitable pressure that is below the Pressure in the main tank.
  • a relaxation occurs as described above, which cools and liquefies or condenses gaseous cryogenic fluid in the at least one buffer container.
  • the opening of the second valve while the at least one buffer container is being filled serves to release volume by releasing gaseous cryogenic fluid from the buffer container, since otherwise the pressure in the buffer container would increase.
  • energy is again extracted from the buffer container and gaseous cryogenic fluid is liquefied or condensed inside the buffer container, thereby accelerating the filling and reducing losses of cryogenic fluid.
  • the at least one further buffer container is in each case connected to the main tank via a further third connecting line that can be regulated with a further third valve, in each case via a further first connecting line that can be regulated with a further first valve with the main evaporator and in each case via a further second that can be regulated with a further second valve Connection line connected to the atmosphere.
  • the first valve, the second valve and the third valve for regulating the first, second and third connecting line of the one buffer tank do not represent the same valves as the first valve, the second valve and the third valve for regulating the first, second and third connecting line of the other buffer tank. Consequently, each buffer tank has its associated first, second and third connection lines with associated valves.
  • the first, the second and the third connecting line of the one buffer container can be connected to the first, the second and the third connecting line of the other buffer container, but can also be designed as separate connecting lines.
  • the second valve must be opened at least temporarily before and / or when the other buffer container is being filled, so that the pressure in the other buffer container is reduced. This is necessary so that the other buffer tank can be filled from the main tank.
  • the pressure in the respective buffer container is reduced in order to be able to fill the respective buffer container from the main tank, since the pressure in the respective buffer container before filling must be lower than in the main tank.
  • This ensures that, by opening the associated second valve of the respective buffer container, relaxation occurs in the second connecting line of the respective buffer container, as a result of which gaseous cryogenic fluid is liquefied or condensed.
  • This ensures that less liquid cryogenic fluid has to be filled from the main tank into the respective buffer container.
  • partial liquefaction of the gaseous cryogenic fluid in the respective buffer container ensures that less gaseous fluid is present in the respective buffer container. As a result, less gaseous cryogenic fluid is released into the atmosphere when the associated second valve of the respective buffer container is opened, which means that losses of cryogenic fluid are reduced.
  • the associated second valve of the respective buffer container must also be opened at least partially when filling in order to “ventilate” the respective buffer container.
  • gaseous cryogenic fluid is released into the atmosphere, whereby volume in the respective buffer container is released for liquid cryogenic fluid which is filled into the respective buffer container by the main tank.
  • a relaxation occurs in the second connecting line of the respective buffer container by opening the associated second valve of the respective buffer container, as a result of which gaseous cryogenic fluid is liquefied or condensed. Due to this liquefaction of the gaseous cryogenic fluid, the respective buffer containers can be filled more quickly. Since the duration of the filling process is reduced, the losses of cryogenic fluid during the filling process are also reduced.
  • the present invention proposes a system for supplying cryogenic fluid.
  • the system comprises the consumer, which is supplied with cryogenic fluid, and at least one storage container, which is connected to the consumer with a first connecting line that can be controlled via a first valve and with the atmosphere with a second connecting line that can be controlled with a second valve.
  • the second connecting line which can be regulated via the second valve, is at least partially guided from the head space of the storage container through the interior of the storage container.
  • the second connecting line of the storage container of the system advantageously has a heat exchanger arranged in the interior of the storage container.
  • the interior of the storage container is cooled via this heat exchanger, gaseous cryogenic fluid being liquefied.
  • the system for supplying cryogenic fluid advantageously comprises a main tank, which is provided for receiving the cryogenic fluid, a main evaporator as a consumer, which is supplied with cryogenic fluid, and at least one buffer container as a storage container, which has a third valve controllable third connection line with the main tank, with which the first connection line, which is controllable via the first valve, is connected to the main evaporator as a consumer and with the second connection line, which can be regulated via the second valve, to the atmosphere.
  • the system for supplying cryogenic fluid is set up to carry out a supply method described above.
  • the filling of the buffer container with cryogenic fluid from the main tank and the subsequent supply of the main evaporator can be viewed as one cycle. If an above-described process for supplying cryogenic fluid is carried out in the system, approximately 45-50 kg of cryogenic fluid are delivered to the main evaporator per buffer container per cycle.
  • the loss reduction described above, before or when filling the at least one buffer container can save about 7% of cryogenic fluid. Based on these Loss reduction increases the efficiency of the system.
  • FIG. 1 A buffer container 10 according to the invention is shown.
  • the buffer tank 10 is connected to the main evaporator 1 by means of the first connecting line 111, which can be regulated via the first valve 101, to the atmosphere by means of the second connecting line 112, which can be regulated by means of the second valve 102, and to the main tank 2 by means of the third connecting line 113, which can be regulated by means of the third valve 103 connected.
  • the second connecting line 112, which can be regulated via the second valve 102 is attached at one end to the head space of the buffer container 10 and is at least partially guided through the interior of the buffer container 10, the other end being connected to the atmosphere.
  • the second connecting line 112 which can be regulated via the second valve 102, has a heat exchanger 1000 arranged in the interior of the buffer container 10. If the second valve 102 is opened, gaseous cryogenic fluid can be released from the interior of the buffer container 10 into the atmosphere via the second connecting line 112, the gaseous cryogenic fluid located in the interior of the second connecting line 112 experiencing relaxation and cooling due to the relaxation. The inside of the second connection line 112 Resulting cold is transferred via the heat exchanger 1000 to the cryogenic fluid located in the interior of the buffer container 10, gaseous cryogenic fluid being liquefied or condensed. This also leads to the fact that the pressure inside the buffer container 10 decreases in addition to the actual relaxation caused by the gas extraction.
  • the second connecting line 112 which can be regulated via the second valve 102, has a pressure sensor, which is located upstream of the second valve 102, and a temperature sensor, which is located downstream of the heat exchanger 1000, which are used to measure the pressure in To measure inside the storage container and the temperature of the gas flowing from the heat exchanger 1000 to the atmosphere.
  • a pressure sensor which is located upstream of the second valve 102
  • a temperature sensor which is located downstream of the heat exchanger 1000, which are used to measure the pressure in To measure inside the storage container and the temperature of the gas flowing from the heat exchanger 1000 to the atmosphere.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a system for supplying the consumer 1 with cryogenic fluid.
  • a main evaporator is used as a consumer in this embodiment.
  • the system has a main tank 2 and two buffer tanks 10, 20.
  • the structure of the two buffer containers 10, 20 is analogous to the structure described above, the first connecting line 111 of the buffer container 10, which can be regulated via the first valve 101, being connected to the first connecting line 211 of the buffer container 20, which can be regulated via the first valve 201, to a common supply line 11 are connected to the main evaporator 1.
  • the second connecting line 112 of the buffer container 10, which can be regulated via the second valve 102, is connected to the atmosphere with the second connecting line 212 of the buffer container 20, which can be regulated via the second valve 202, with a common connecting line 12.
  • the third connection line 113 of the buffer tank 10, which can be regulated via the third valve 103, is connected to the third tank line 13, which is controllable via the third valve 203, of the buffer tank 20 with a common tank line 13 with the main tank 2.
  • the buffer container 20 also has a heat exchanger 2000 arranged in the interior of the buffer container 20.
  • the buffer container 10 supplied the main evaporator 1 with cryogenic fluid up to a starting point in time, the buffer container 10 having been emptied to such an extent that it has to be refilled with cryogenic fluid.
  • the valves 101, 102 and 103 of the buffer container 10 are closed, with a pressure of approximately 31 bar being present in the buffer container 10 in this exemplary embodiment.
  • the pressure in the main tank 2 at this time is, for example, approximately 10 bar in this exemplary embodiment.
  • the pressure in the buffer container 10 In order to transfer cryogenic fluid from the main tank 2 into the buffer container 10, the pressure in the buffer container 10 must be reduced.
  • the third valve 103 is opened in a first step, the gaseous cryogenic fluid being transferred into the main tank 2 via the third connecting line 113. Due to the pressure difference between the buffer tank 10 and the main tank 2, the gaseous cryogenic fluid that flows from the buffer tank 10 into the main tank 2 is relaxed in the main tank 2 and partially liquefied or condensed by the pressure drop.
  • the amount returned to the main tank 2 is set or regulated here in such a way that only the amount that is removed from the main tank 2 by filling a storage container by removing cryogenic liquid is volumetrically replaced. As a result, the pressure in the main tank 2 can be maintained without having to use cryogenic liquid from the main tank 2 by evaporation to build up the pressure.
  • This quantity is also called delta volume. If, as in the prior art, more gaseous cryogenic fluid than the delta volume were transferred from the buffer container 10 into the main tank 2, this would only lead to an increase in pressure and remain there as a gaseous cryogenic fluid. This gaseous cryogenic fluid would be a dead volume in the course of the method, since it could not be used for a further supply to the main evaporator 1. Losses of cryogenic fluid are thus reduced here compared to the prior art.
  • the third valve 103 of the third connecting line 113 is closed and the second valve 102 of the second connecting line 112 is opened at least temporarily in order to adjust the pressure inside the buffer container 10 to a suitable one Lower pressure that is below the pressure in the main tank 1. At least temporarily The opening of the second valve 102 is advantageously controlled. Due to the connection to the atmosphere, gaseous cryogenic fluid can flow into the atmosphere through the second connection line 112, whereby it relaxes inside the second connection line 112.
  • the resulting cold is transferred to the inside of the buffer container 10 via the heat exchanger 1000 arranged in the interior of the second connecting line 112 and cools the interior of the buffer container 10, gaseous cryogenic fluid being liquefied or condensed in the interior of the buffer container 10.
  • a larger proportion of gaseous cryogenic fluid is liquefied or condensed, whereby on the one hand the buffer container 10 is filled with more liquid cryogenic fluid and on the other hand due to the liquefaction of the cryogenic fluid the pressure in the buffer container 10 drops faster. This ensures that this step saves time compared to the prior art, as a result of which the second valve 102 does not have to be opened as long. This ensures that less gaseous cryogenic fluid is released into the atmosphere compared to the prior art, which also reduces losses of cryogenic fluid.
  • the second valve 102 can be closed.
  • the valve 103 is then opened and the buffer container 10 is filled with cryogenic fluid from the main tank 2.
  • the second valve 102 is opened again at least temporarily. This at least occasional opening of the second valve 102 is also preferably controlled.
  • expansion of the second connecting line 112 occurs through opening of the second valve 102, as a result of which the interior of the buffer container 10 is cooled again and additional liquid cryogenic fluid is generated in the interior of the buffer container 10 by heat transfer of the heat exchanger 1000 into the interior of the buffer container 10 ,
  • the filling of the buffer container 10 is thus due to the cooling and heat transfer accelerated, the second valve 102 having to be opened for a shorter duration than in the prior art. This again reduces losses of cryogenic fluid.
  • the main evaporator 1 can be supplied with cryogenic fluid from the buffer container 10 after a pressure increase in the buffer container 10, which is carried out by a pressure build-up evaporator, not shown.
  • the first valve 101 is opened, the main evaporator 1 being supplied with liquid cryogenic fluid via the first connecting line 111.
  • the filling of the buffer container 10 and the buffer container 20 with cryogenic fluid from the main tank 2 and the supply of the main evaporator 1 with cryogenic fluid from the buffer container 10 and the buffer container 20 are advantageously carried out alternately. This means that while the buffer container 10 is being filled with cryogenic fluid from the main tank 2, the buffer container 20 is supplying the main evaporator 1 with cryogenic fluid.
  • the buffer container 20 is filled with cryogenic fluid from the main tank 2, while the main evaporator 1 is supplied with cryogenic fluid from the buffer container 10.
  • This is also referred to as a batch process for supplying a consumer, in particular a main evaporator.
  • the method not only offers the advantage that, in the course of the method, approximately 22-25 kg of cryogenic fluid can be saved per buffer container and per cycle in this exemplary embodiment, which is approximately 7% corresponds, but also that the whole process can be carried out overall faster.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Versorgung eines Verbrauchers (1), insbesondere einen Hauptverdampfer, mit kryogenem Fluid, wobei das kryogene Fluid von mindestens einem Lagerbehälter (10, 20), insbesondere Pufferbehälter, über eine mit einem ersten Ventil (101, 201) regelbare erste Verbindungsleitung (111, 211) zu dem Verbraucher (1) geleitet wird, wobei der Kopfraum des Lagerbehälters (10, 20) über eine mit einem zweiten Ventil (102, 202) regelbare zweite Verbindungsleitung (112, 212) mit der Atmosphäre verbunden ist, wobei das zweite Ventil (102, 202) zumindest zeitweise geöffnet wird, und wobei gasförmiges kryogenes Fluid aus dem Kopfraum des Lagerbehälters (10, 20) über die mit dem zweiten Ventil (102, 202) regelbare zweite Verbindungsleitung (112, 212), die zumindest teilweise durch das Innere des Lagerbehälters (10, 20) geführt ist, geleitet und bei Öffnen des zweiten Ventils (102, 202) durch Entspannung abgekühlt wird, wobei das Innere des Lagerbehälters (10, 20) durch das abgekühlte entspannte kryogene Fluid gekühlt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung eines Verbrauchers mit kryogenem Fluid sowie eine Anlage zur Versorgung des Verbrauchers mit kryogenem Fluid gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • Stand der Technik
  • In herkömmlichen Anlagen zur Versorgung eines Verbrauchers mit kryogenem Fluid, wie beispielsweise Stickstoff, Argon oder Sauerstoff, ist es notwendig, den Druck des verflüssigten bzw. kondensierten kryogenen Fluids zu erhöhen.
  • Dabei können rotierende Teile bzw. Komponenten zum Einsatz kommen. Einerseits kann eine kryogen betriebene Pumpe das verflüssigte bzw. kondensierte kryogene Fluid aus dem Tank ansaugen, wodurch das flüssige kryogene Fluid komprimiert und anschließend einem Verbraucher, beispielsweise einem Verdampfer, zugeführt wird. Andererseits kann ein Verdichter verwendet werden, um den Druck von gasförmigem kryogenem Fluid zu erhöhen, das dann im gasförmigen Aggregatszustand vorliegt. Flüssiges kryogenes Fluid muss aus einem Tank zunächst einem bei geringerem Druck arbeitenden Verdampfer zugeführt werden, in dem es verdampft wird. Anschließend kann das verdampfte gasförmige kryogene Fluid von dem Verdichter angesaugt und auf einen höheren Druck verdichtet werden.
  • Im Gegensatz dazu kann durch Druckerhöhung mittels diskontinuierlichem Betrieb auf den Einsatz rotierender Komponenten verzichtet werden. Das kryogene Fluid wird dabei aus einem Tank in einen ersten Behälter überführt. Anschließend wird der Druck des flüssigen kryogenen Fluids mit einem Hochleistungs-Druckerzeuger erhöht, um im späteren Verlauf den Verbraucher mit kryogenem Fluid zu versorgen. Während der erste Behälter befüllt wird, versorgt ein zweiter Behälter den Verbraucher mit kryogenem Fluid. Sobald der zweite Behälter leer ist, wird er in den Tank und in die Atmosphäre entlüftet, wobei Verluste von kryogenem Fluid unvermeidbar sind.
  • Es besteht daher Bedarf nach Verbesserungen in einem entsprechenden Verfahren, in dem die Versorgung eines Verbrauchers bei gleichzeitiger Reduktion der Verluste von kryogenem Fluid gewährleistet werden soll.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Anlage zur Versorgung eines Verbrauchers mit kryogenem Fluid gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vor. Erfindungsgemäß wird das kryogene Fluid von einem Lagerbehälter über eine mit einem ersten Ventil regelbare erste Verbindungsleitung zu dem Verbraucher geleitet, wobei der Kopfraum des Lagerbehälters über eine mit einem zweiten Ventil regelbare zweite Verbindungsleitung mit der Atmosphäre verbunden ist. Wird das zweite Ventil zumindest zeitweise geöffnet, wird gasförmiges kryogenes Fluid aus dem Kopfraum des Lagerbehälters über die mit dem zweiten Ventil regelbare zweite Verbindungsleitung, die zumindest teilweise durch das Innere des Lagerbehälters geführt ist, geleitet. Durch Öffnen des zweiten Ventils tritt in der zweiten Verbindungsleitung eine Entspannung des kryogenen Fluids auf, das durch die Entspannung abgekühlt wird, wobei das Innere des Lagerbehälters durch das dort abgekühlte entspannte kryogene Fluid gekühlt wird.
  • Die Wärmeübertragung in das Innere des Lagerbehälters weist eine höhere Effektivität auf, da die innere Energie des sonst einfach in die Atmosphäre abgegebenen gasförmigen kryogenen Fluids ausgenutzt wird. Dies führt dazu, dass das gasförmige kryogene Fluid im Inneren des Lagerbehälters zusätzlich abgekühlt wird, wodurch der Druck im Lagerbehälter sinkt. Dadurch kann einerseits gezielt der Druck im Inneren des Lagerbehälters verringert und andererseits die Zeitspanne bis zum Befüllen verkürzt sowie der Befüllvorgang des Lagerbehälters mit flüssigem kryogenen Fluid beschleunigt werden.
  • Vorteilhafterweise weist die mit dem zweiten Ventil regelbare zweite Verbindungsleitung einen im Inneren des Lagerbehälters angeordneten Wärmeüberträger bzw. Wärmetauscher auf, über den das Innere des Lagerbehälters gekühlt wird. Der Wärmeüberträger bzw. Wärmetauscher überträgt dabei die im Inneren der Verbindungsleitung entstehende Kälte mit erhöhter Effektivität aufgrund der vergrößerten Oberfläche des Wärmeüberträgers bzw. Wärmetauschers in das Innere des Lagerbehälters. Da Wärmeüberträger bzw. Wärmetauscher hinlänglich bekannt sind, wird auf die Beschreibung des Aufbaus ebenjener verzichtet.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Kühlung des Inneren des Lagerbehälters kann gasförmiges kryogenes Fluid, das sich im Inneren des Lagerbehälters befindet, gekühlt und verflüssigt werden. Einerseits sorgt dies dafür, dass der Druck im Inneren des Lagerbehälters reduziert wird. Andererseits beschleunigt dies beispielsweise das Befüllen des Lagerbehälters mit flüssigem kryogenen Fluid.
  • Vorteilhafterweise wird das Öffnen des zweiten Ventils geregelt, wobei der Druck im Inneren des Lagerbehälters und/oder eine Temperatur des aus der zweiten Verbindungsleitung in die Atmosphäre austretenden kryogenen Fluids als Regelgrößen verwendet werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungen.
  • Um einen Verbraucher mit kryogenem Fluid zu versorgen, wird das kryogene Fluid zuerst von einem Haupttank über eine mit einem dritten Ventil regelbare dritte Verbindungsleitung in mindestens einen Lagerbehälter geleitet. Als Verbraucher kann beispielsweise ein Hauptverdampfer verwendet werden. Als Lagerbehälter kann ein Pufferbehälter verwendet werden, wobei die Anzahl der Pufferbehälter eins, zwei, oder eine andere beliebige Anzahl sein kann. Um kryogenes Fluid von dem Haupttank in mindestens einen Pufferbehälter zu überführen, muss der Druck in dem Haupttank größer als der Druck in dem mindestens einen Pufferbehälter sein. Sollte der Druck in dem mindestens einen Pufferbehälter größer oder gleich dem Druck in dem Haupttank sein, muss der Druck in dem mindestens einen Pufferbehälter durch zumindest zeitweises Öffnen des zweiten Ventils reduziert werden, wobei wie oben beschrieben eine Entspannung in der zweiten Verbindungsleitung eintritt. Die Entspannung sorgt dafür, dass sich das Innere des Pufferbehälters abkühlt, der Druck somit zusätzlich zur eigentlichen, durch die Gasentnahme herbeigeführten Entspannung abnimmt und gasförmiges kryogenes Fluid im Inneren des mindestens einen Pufferbehälters wenigstens zum Teil verflüssigt bzw. kondensiert wird, wodurch das Befüllen des mindestens einen Pufferbehälters mit flüssigem kryogenen Fluid aus dem Haupttank beschleunigt wird. Anschließend wird das kryogene Fluid von dem mindestens einen Pufferbehälter über eine mit dem ersten Ventil regelbare erste Verbindungsleitung in den Hauptverdampfer geleitet.
  • Vorteilhafterweise wird kryogenes Fluid von dem Haupttank zur Versorgung des Hauptverdampfers über einen der Pufferbehälter und mindestens einen weiteren der Pufferbehälter alternierend eingeleitet. Das bedeutet, dass, während der eine Pufferbehälter kryogenes Fluid über seine mit dem zugehörigen ersten Ventil regelbare erste Verbindungsleitung an den Hauptverdampfer leitet, der andere Pufferbehälter über seine mit dem zugehörigen dritten Ventil regelbare dritte Verbindungsleitung mit kryogenem Fluid aus dem Haupttank befüllt wird. Sobald der eine Pufferbehälter geleert wurde, wird dieser über seine mit dem zugehörigen dritten Ventil regelbare dritte Verbindungsleitung mit kryogenem Fluid aus dem Haupttank befüllt, während der andere Pufferbehälter nun den Hauptverdampfer über seine mit dem zugehörigen ersten Ventil regelbare erste Verbindungsleitung mit kryogenem Fluid versorgt, wobei vor und/oder bei Befüllen des mindestens einen Pufferbehälters das zweite Ventil der zweiten Verbindungsleitung zumindest zeitweise geöffnet wird. Dies dient vor dem Befüllen dazu, den Druck in dem jeweiligen Pufferbehälter zu reduzieren, so dass kryogenes Fluid aus dem Haupttank in den Pufferbehälter geleitet werden kann, wobei durch Öffnen des zweiten Ventils wie oben beschrieben eine Entspannung auftritt, die gasförmiges kryogenes Fluid in dem mindestens einen Pufferbehälter abkühlt und verflüssigt bzw. kondensiert.
  • Bevor der jeweilige Pufferbehälter befüllt wird, sollte zweckmäßigerweise das zugehörige dritte Ventil geöffnet werden. Da in dem Pufferbehälter ein höherer Druck als in dem Haupttank vorherrscht, tritt zunächst gasförmiges kryogenes Fluid aus dem Pufferbehälter in den Haupttank über. Dieses gasförmige kryogene Fluid erfährt in dem Haupttank eine Entspannung und kondensiert dort teilweise. Die in den Haupttank zurückgeführte Menge kann derart eingestellt bzw. geregelt werden, dass lediglich diejenige Menge volumetrisch ersetzt wird, welche durch die Befüllung eines Lagerbehälters durch Entnahme von kryogener Flüssigkeit dem Haupttank entzogen wird. Dadurch kann der Druck im Haupttank erhalten bleiben, ohne dass kryogene Flüssigkeit aus dem Haupttank durch Verdampfen zum Druckaufbau verwendet werden muss. Diese Menge wird auch Delta-Volumen genannt. Würde wie im Stand der Technik der Fall mehr gasförmiges kryogenes Fluid als das Delta-Volumen von dem Pufferbehälter in den Haupttank überführt werden, würde dieses dort lediglich zu einer Druckerhöhung führen und dort als gasförmiges kryogenes Fluid verbleiben. Dieses gasförmige kryogene Fluid wäre im Verlauf des Verfahrens ein Totvolumen, da dieses nicht für eine weitere Versorgung des Hauptverdampfers verwendet werden könnte. Somit können hier im Vergleich zum Stand der Technik Verluste an kryogenem Fluid reduziert werden.
  • Sobald das Delta-Volumen aus dem Pufferbehälter in den Haupttank überführt wurde, wird das zugehörige dritte Ventil der dritten Verbindungsleitung geschlossen und das zugehörige zweite Ventil der zweiten Verbindungsleitung zumindest zeitweise geöffnet, um den Druck im Inneren des Pufferbehälters auf einen geeigneten Druck, der unterhalb des Drucks im Haupttank liegt, zu senken. Durch Öffnen des zugehörigen zweiten Ventils tritt wie oben beschrieben eine Entspannung auf, die gasförmiges kryogenes Fluid in dem mindestens einen Pufferbehälter abkühlt und verflüssigt bzw. kondensiert.
  • Das Öffnen des zweiten Ventils während des Befüllens des mindestens einen Pufferbehälters dient dazu, Volumen durch Abgabe von gasförmigem kryogenen Fluid aus dem Pufferbehälter freizugeben, da sonst der Druck im Pufferbehälter steigen würde. Hierbei wird im Gegensatz zu einem einfachen Ablassen des gasförmigen kryogenen Fluids in die Atmosphäre dem Pufferbehälter wiederum Energie entzogen und gasförmiges kryogenes Fluid im Inneren des Pufferbehälters verflüssigt bzw. kondensiert, wodurch das Befüllen beschleunigt und Verluste an kryogenem Fluid reduziert werden.
  • Vorteilhafterweise ist der mindestens eine weitere Pufferbehälter jeweils über eine weitere mit einem weiteren dritten Ventil regelbare dritte Verbindungsleitung mit dem Haupttank, jeweils über eine weitere mit einem weiteren ersten Ventil regelbare erste Verbindungsleitung mit dem Hauptverdampfer und jeweils über eine weitere mit einem weiteren zweiten Ventil regelbare zweite Verbindungsleitung mit der Atmosphäre verbunden. Dabei ist zu beachten, dass das erste Ventil, das zweite Ventil und das dritte Ventil zur Regelung der ersten, zweiten und dritten Verbindungsleitung des einen Pufferbehälters nicht die gleichen Ventile darstellen, wie das erste Ventil, das zweite Ventil und das dritte Ventil zur Regelung der ersten, zweiten und dritten Verbindungsleitung des anderen Pufferbehälters. Folglich hat jeder Pufferbehälter seine ihm zugeordneten ersten, zweiten und dritten Verbindungsleitungen mit zugehörigen Ventilen.
  • Die erste, die zweite und die dritte Verbindungsleitung des einen Pufferbehälters können mit der ersten, der zweiten und der dritten Verbindungsleitung des anderen Pufferbehälters verbunden sein, können aber auch als separate Verbindungsleitungen ausgebildet sein.
  • Auch muss vor und/oder bei Befüllen des anderen Pufferbehälters das zweite Ventil zumindest zeitweise geöffnet werden, damit der Druck in dem anderen Pufferbehälter reduziert wird. Dies ist notwendig, damit der andere Pufferbehälter aus dem Haupttank befüllt werden kann.
  • Vorteilhafterweise wird durch zumindest zeitweises Öffnen des zweiten Ventils des einen Pufferbehälters und/oder des anderen Pufferbehälters vor dem Befüllen der Druck in dem jeweiligen Pufferbehälter reduziert, um den jeweiligen Pufferbehälter aus dem Haupttank befüllen zu können, da der Druck in dem jeweiligen Pufferbehälter vor dem Befüllen niedriger sein muss als in dem Haupttank. Dies sorgt dafür, dass durch Öffnen des zugehörigen zweiten Ventils des jeweiligen Pufferbehälters eine Entspannung in der zweiten Verbindungsleitung des jeweiligen Pufferbehälters eintritt, wodurch gasförmiges kryogenes Fluid verflüssigt bzw. kondensiert wird. Dies sorgt dafür, dass weniger flüssiges kryogenes Fluid aus dem Haupttank in den jeweiligen Pufferbehälter gefüllt werden muss. Des Weiteren sorgt eine teilweise Verflüssigung des gasförmigen kryogenen Fluids in dem jeweiligen Pufferbehälter dafür, dass weniger gasförmiges Fluid in dem jeweiligen Pufferbehälter vorliegt. Dadurch wird bei Öffnen des zugehörigen zweiten Ventils des jeweiligen Pufferbehälters weniger gasförmiges kryogenes Fluid an die Atmosphäre abgegeben, was dazu führt, dass Verluste an kryogenem Fluid reduziert werden.
  • Auch muss das zugehörige zweite Ventil des jeweiligen Pufferbehälters bei Befüllen zumindest teilweise geöffnet werden um den jeweiligen Pufferbehälter zu "belüften". Dies bedeutet, es wird gasförmiges kryogenes Fluid an die Atmosphäre abgegeben, wodurch in dem jeweiligen Pufferbehälter Volumen für flüssiges kryogenes Fluid, welches von dem Haupttank in den jeweiligen Pufferbehälter gefüllt wird, freigegeben wird. Auch hier tritt durch Öffnung des zugehörigen zweiten Ventils des jeweiligen Pufferbehälters eine Entspannung in der zweiten Verbindungsleitung des jeweiligen Pufferbehälters auf, wodurch gasförmiges kryogenes Fluid verflüssigt bzw. kondensiert wird. Aufgrund dieser Verflüssigung des gasförmigen kryogenen Fluids kann der jeweilige Pufferbehälter schneller befüllt werden. Da die Dauer des Befüllvorgangs reduziert wird, werden somit auch die Verluste an kryogenem Fluid während des Befüllvorgangs reduziert.
  • Darüber hinaus schlägt die vorliegende Erfindung eine Anlage zur Versorgung mit kryogenem Fluid vor. Die Anlage umfasst den Verbraucher, der mit kryogenem Fluid versorgt wird, und mindestens einen Lagerbehälter, der mit einer über ein erstes Ventil regelbaren ersten Verbindungsleitung mit dem Verbraucher und mit einer über ein zweites Ventil regelbaren zweiten Verbindungsleitung mit der Atmosphäre verbunden ist. Die über das zweite Ventil regelbare zweite Verbindungsleitung ist vom Kopfraum des Lagerbehälters zumindest teilweise durch das Innere des Lagerbehälters geführt.
  • Vorteilhafterweise weist die zweite Verbindungsleitung des Lagerbehälters der Anlage einen im Inneren des Lagerbehälters angeordneten Wärmeüberträger auf. Über diesen Wämeüberträger wird das Innere des Lagerbehälters gekühlt, wobei gasförmiges kryogenes Fluid verflüssigt wird.
  • Darüber hinaus umfasst die Anlage zur Versorgung mit krygenem Fluid mit Vorteil einen Haupttank, der zur Aufnahme des kryogenen Fluids vorgesehen ist, einen Hauptverdampfer als Verbraucher, der mit kryogenem Fluid versorgt wird, und mindestens einen Pufferbehälter als Lagerbehälter, der mit einer über ein drittes Ventil regelbaren dritten Verbindungsleitung mit dem Haupttank, mit der über das erste Ventil regelbaren ersten Verbindungsleitung mit dem Hauptverdampfer als Verbraucher und mit der über das zweite Ventil regelbaren zweiten Verbindungsleitung mit der Atmosphäre verbunden ist.
  • Die Anlage zur Versorgung mit kryogenem Fluid ist dazu eingerichtet, ein oben beschriebenes Verfahren zur Versorgung durchzuführen. Dabei kann das Befüllen des Pufferbehälters mit kryogenem Fluid aus dem Haupttank und die anschließende Versorgung des Hauptverdampfers als ein Zyklus angesehen werden. Wird ein oben beschriebenes Verfahren zur Versorgung mit kryogenem Fluid in der Anlage ausgeführt, wird pro Pufferbehälter pro Zyklus ca. 45-50 kg kryogenes Fluid an den Hauptverdampfer geliefert. Dabei kann im Vergleich zum Stand der Technik durch die oben beschriebene Verlustreduktion vor bzw. bei Befüllen des mindestens einen Pufferbehälters etwa 7% an kryogenem Fluid eingespart werden. Aufgrund dieser Verlustreduktion wird die Effizienz der Anlage erhöht. Bezüglich weiterer Ausgestaltungen und der Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage sei auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
  • Die Erfindung und Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbehälters.
    • Figur 2 zeigt einen schematischen Aufbau einer Anlage zur Versorgung des Verbrauchers mit kryogenem Fluid.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.
  • In Figur 1 wird ein erfindungsgemäßer Pufferbehälter 10 gezeigt. Der Pufferbehälter 10 ist mit der über das erste Ventil 101 regelbaren ersten Verbindungsleitung 111 mit dem Hauptverdampfer 1, mit der über das zweite Ventil 102 regelbaren zweiten Verbindungsleitung 112 mit der Atmosphäre und mit der über das dritte Ventil 103 regelbaren dritten Verbindungsleitung 113 mit dem Haupttank 2 verbunden. Die über das zweite Ventil 102 regelbare zweite Verbindungsleitung 112 ist mit einem Ende am Kopfraum des Pufferbehälters 10 angebracht und ist zumindest teilweise durch das Innere des Pufferbehälters 10 geführt, wobei das andere Ende mit der Atmosphäre verbunden ist. Die über das zweite Ventil 102 regelbare zweite Verbindungsleitung 112 weist einen im Inneren des Pufferbehälters 10 angeordneten Wärmeüberträger 1000 auf. Wird das zweite Ventil 102 geöffnet, kann gasförmiges kryogenes Fluid aus dem Inneren des Pufferbehälters 10 über die zweite Verbindungsleitung 112 in die Atmosphäre abgegeben werden, wobei das im Inneren der zweiten Verbindungsleitung 112 befindliche gasförmige kryogene Fluid eine Entspannung erfährt und sich aufgrund der Entspannung abkühlt. Die im Inneren der zweiten Verbindungsleitung 112 entstehende Kälte wird über den Wärmeüberträger 1000 an das im Inneren des Pufferbehälters 10 befindliche kryogene Fluid übertragen, wobei gasförmiges kryogenes Fluid verflüssigt bzw. kondensiert wird. Dies führt zudem dazu, dass der Druck im Inneren des Pufferbehälters 10 zusätzlich zur eigentlichen, durch die Gasentnahme herbeigeführten Entspannung abnimmt.
  • Außerdem weist die über das zweite Ventil 102 regelbare zweite Verbindungsleitung 112 einen Drucksensor, welcher sich in Strömungsrichtung vor dem zweiten Ventil 102 befindet, und einen Temperatursensor, welcher sich in Strömungsrichtung nach dem Wärmeübertrager 1000 befindet, auf, die dazu verwendet werden, den Druck im Inneren des Lagerbehälters sowie die Temperatur des von dem Wärmeübertrager 1000 zur Atmosphäre strömenden Gases zu messen. Diese beiden Größen können vorteilhafterweise als Regelgrößen verwendet werden, um das Öffnen und Schließen des zweiten Ventils 102 während des Verfahrens zu regeln, wie weiter unten beschrieben.
  • Figur 2 zeigt einen schematischen Aufbau einer Anlage zur Versorgung des Verbrauchers 1 mit kryogenem Fluid. Als Verbraucher wird in dieser Ausführungsform ein Hauptverdampfer verwendet. Darüber hinaus weist die Anlage einen Haupttank 2 und zwei Pufferbehälter 10, 20 auf. Der Aufbau der beiden Pufferbehälter 10, 20 ist analog zu dem oben beschriebenen Aufbau, wobei die über das erste Ventil 101 regelbare erste Verbindungsleitung 111 des Pufferbehälters 10 mit der über das erste Ventil 201 regelbaren ersten Verbindungsleitung 211 des Pufferbehälters 20 mit einer gemeinsame Versorgungsleitung 11 verbunden sind, die mit dem Hauptverdampfer 1 verbunden ist. Die über das zweite Ventil 102 regelbare zweite Verbindungsleitung 112 des Pufferbehälters 10 ist mit der über das zweite Ventil 202 regelbaren zweiten Verbindungsleitung 212 des Pufferbehälters 20 mit einer gemeinsamen Verbindungsleitung 12 mit der Atmosphäre verbunden. Darüber hinaus ist die über das dritte Ventil 103 regelbare dritte Verbindungsleitung 113 des Pufferbehälters 10 mit der über das dritte Ventil 203 regelbaren dritten Verbindungsleitung 213 des Pufferbehälters 20 mit einer gemeinsamen Tankleitung 13 mit dem Haupttank 2 verbunden. Auch weist der Pufferbehälter 20 in der mit dem zweiten Ventil 202 regelbaren zweiten Verbindungsleitung 212 einen im Inneren des Pufferbehälters 20 angeordneten Wärmeüberträger 2000 auf.
  • Um den Hauptverdampfer 1 der oben genannten Anlage aus dem Haupttank 2 mit kryogenem Fluid zu versorgen, wird ein Verfahren durchgeführt, das im Folgenden beschrieben wird. Es wird zunächst angenommen, dass der Pufferbehälter 10 bis zu einem Startzeitpunkt den Hauptverdampfer 1 mit kryogenem Fluid versorgte, wobei der Pufferbehälter 10 soweit geleert wurde, das er erneut mit kryogenem Fluid befüllt werden muss. Die Ventile 101, 102 und 103 des Pufferbehälters 10 werden geschlossen, wobei in dem Pufferbehälter 10 in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise ein Druck von ca. 31 bar vorliegt. Der Druck im Haupttank 2 beträgt zu diesem Zeitpunkt in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise ca. 10 bar. Um kryogenes Fluid aus dem Haupttank 2 in den Pufferbehälter 10 zu überführen, muss der Druck im Pufferbehälter 10 gesenkt werden. In einem ersten Schritt wird hierzu das dritte Ventil 103 geöffnet, wobei das gasförmige kryogene Fluid über die dritte Verbindungsleitung 113 in den Haupttank 2 überführt wird. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen Pufferbehälter 10 und dem Haupttank 2 wird das gasförmige kryogene Fluid, das von dem Pufferbehälter 10 in den Haupttank 2 strömt, in dem Haupttank 2 entspannt und teilweise durch die Druckabsenkung verflüssigt bzw. kondensiert. Im Besonderen wird hier die in den Haupttank 2 zurückgeführte Menge derart eingestellt bzw. geregelt, dass lediglich diejenige Menge volumetrisch ersetzt wird, welche durch die Befüllung eines Lagerbehälters durch Entnahme von kryogener Flüssigkeit dem Haupttank 2 entzogen wird. Dadurch kann der Druck im Haupttank 2 erhalten bleiben, ohne dass kryogene Flüssigkeit aus dem Haupttank 2 durch Verdampfen zum Druckaufbau verwendet werden muss. Diese Menge wird auch Delta-Volumen genannt. Würde wie im Stand der Technik der Fall mehr gasförmiges kryogenes Fluid als das Delta-Volumen von dem Pufferbehälter 10 in den Haupttank 2 überführt werden, würde dieses lediglich zu einer Druckerhöhung führen und dort als gasförmiges kryogenes Fluid verbleiben. Dieses gasförmige kryogene Fluid wäre im Verlauf des Verfahrens ein Totvolumen, da dieses nicht für eine weitere Versorgung des Hauptverdampfers 1 verwendet werden könnte. Somit werden hier im Vergleich zum Stand der Technik Verluste an kryogenem Fluid reduziert.
  • Sobald das Delta-Volumen aus dem Pufferbehälter 10 in den Haupttank 2 überführt wurde, wird das dritte Ventil 103 der dritten Verbindungsleitung 113 geschlossen und das zweite Ventil 102 der zweiten Verbindungsleitung 112 zumindest zeitweise geöffnet, um den Druck im Inneren des Pufferbehälters 10 auf einen geeigneten Druck, der unterhalb des Drucks im Haupttank 1 liegt, zu senken. Die zumindest zeitweise Öffnung des zweiten Ventils 102 geschieht vorteilhafterweise geregelt. Aufgrund der Verbindung mit der Atmosphäre kann gasförmiges kryogenes Fluid durch die zweite Verbindungsleitung 112 in die Atmosphäre strömen, wobei es sich im Inneren der zweiten Verbindungsleitung 112 entspannt. Die dabei entstehende Kälte wird über den im Inneren der zweiten Verbindungsleitung 112 angeordneten Wärmeübertrager 1000 an das Innere des Pufferbehälters 10 übertragen und kühlt das Innere des Pufferbehälters 10 ab, wobei gasförmiges kryogenes Fluid im Inneren des Pufferbehälters 10 verflüssigt bzw. kondensiert wird. Im Vergleich zu einem Verfahren aus dem Stand der Technik, wird aufgrund der Kühlung im Inneren des Pufferbehälters 10 ein größerer Anteil an gasförmigem kryogenen Fluid verflüssigt bzw. kondensiert, wodurch einerseits der Pufferbehälter 10 mit mehr flüssigem kryogenen Fluid gefüllt wird und andererseits aufgrund der Verflüssigung des kryogenen Fluids der Druck in dem Pufferbehälter 10 schneller sinkt. Dies sorgt dafür, dass dieser Schritt im Vergleich zum Stand der Technik zu einer Zeiteinsparung sorgt, wodurch das zweite Ventil 102 nicht so lange geöffnet werden muss. Dies sorgt dafür, dass im Vergleich zum Stand der Technik weniger gasförmiges kryogenes Fluid an die Atmosphäre abgegeben wird, wodurch auch Verluste an kryogenem Fluid reduziert werden.
  • Wird der Druck im Inneren des Pufferbehälters 10 ausreichend abgesenkt, kann das zweite Ventil 102 geschlossen werden. Anschließend wird das Ventil 103 geöffnet und der Pufferbehälter 10 mit kryogenem Fluid aus dem Haupttank 2 befüllt.
  • Bei Befüllen des Pufferbehälters 10 muss ebenfalls gasförmiges kryogenes Fluid aus dem Pufferbehälter 10 an die Atmosphäre abgegeben werden, da durch die Verdrängung des gasförmigen kryogenen Fluids durch flüssiges kryogenes Fluid aus dem Haupttank 2 der Druck steigen würde, wodurch das Befüllen des Pufferbehälters 10 erschwert werden würde. Um dieser Druckerhöhung im Pufferbehälter 10 entgegenzuwirken, wird das zweite Ventil 102 erneut zumindest zeitweise geöffnet. Auch diese zumindest zeitweise Öffnung des zweiten Ventils 102 geschieht vorzugsweise geregelt. Auch hier kommt es durch Öffnung des zweiten Ventils 102 zu einer Entspannung in der zweiten Verbindungsleitung 112, wodurch das Innere des Pufferbehälters 10 erneut abgekühlt wird und durch Wärmeübertragung des Wärmeüberträgers 1000 in das Innere des Pufferbehälters 10 zusätzlich flüssiges kryogenes Fluid im Inneren des Pufferbehälters 10 entsteht. Die Befüllung des Pufferbehälters 10 wird somit aufgrund der Kühlung und der Wärmeübertagung beschleunigt, wobei im Vergleich zum Stand der Technik das zweite Ventil 102 für eine kürzere Dauer geöffnet werden muss. Dies reduziert erneut Verluste an kryogenem Fluid.
  • Sobald der Pufferbehälter 10 ausreichend mit flüssigem kryogenen Fluid befüllt ist, kann der Hauptverdampfer 1 nach einer Druckerhöhung im Pufferbehälter 10, welche durch einen nicht dargestellten Druckaufbauverdampfer erfolgt, mit kryogenem Fluid aus dem Pufferbehälter 10 versorgt werden. Dazu wird das erste Ventil 101 geöffnet, wobei der Hauptverdampfer 1 mit flüssigem kryogenen Fluid über die erste Verbindungsleitung 111 versorgt wird. Vorteilhafterweise wird die Befüllung des Pufferbehälters 10 und des Pufferbehälters 20 mit kryogenem Fluid aus dem Haupttank 2, sowie die Versorgung des Hauptverdampfers 1 mit kryogenem Fluid aus dem Pufferbehälter 10 und dem Pufferbehälter 20 alternierend durchgeführt. Das bedeutet, dass während der Pufferbehälter 10 mit kryogenem Fluid aus dem Haupttank 2 befüllt wird, der Pufferbehälter 20 den Hauptverdampfer 1 mit kryogenem Fluid versorgt. Sobald der Pufferbehälter 20 geleert und entspannt und der Pufferbehälter 10 befüllt und der Druck aufgebaut wurde, wird der Pufferbehälter 20 mit kryogenem Fluid aus dem Haupttank 2 befüllt, während der Hauptverdampfer 1 mit kryogenem Fluid aus dem Pufferbehälter 10 versorgt wird. Dies wird auch als diskontinuierliches Verfahren zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere eines Hauptverdampfers, bezeichnet.
  • Das Verfahren bietet im Vergleich mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht nur den Vorteil, dass im Verlauf des Verfahrens pro Pufferbehälter und pro Zyklus in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise ca. 22-25 kg kryogenes Fluid eingespart werden können, was in etwa 7% entspricht, sondern auch, dass das ganze Verfahren insgesamt schneller durchgeführt werden kann.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Versorgung eines Verbrauchers (1) mit kryogenem Fluid, wobei das kryogene Fluid von einem Lagerbehälter (10) über eine mit einem ersten Ventil (101) regelbare erste Verbindungsleitung (111) zu dem Verbraucher (1) geleitet wird, wobei der Kopfraum des Lagerbehälters (10) über eine mit einem zweiten Ventil (102) regelbare zweite Verbindungsleitung (112) mit der Atmosphäre verbunden ist, wobei das zweite Ventil (102) zumindest zeitweise geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    gasförmiges kryogenes Fluid aus dem Kopfraum des Lagerbehälters (10) über die mit dem zweiten Ventil (102) regelbare zweite Verbindungsleitung (112), die zumindest teilweise durch das Innere des Lagerbehälters (10) geführt ist, geleitet und bei Öffnen des zweiten Ventils (102) durch Entspannung abgekühlt wird, wobei das Innere des Lagerbehälters (10) durch das abgekühlte entspannte kryogene Fluid gekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem zweiten Ventil (102) regelbare zweite Verbindungsleitung (112) einen im Inneren des Lagerbehälters (10) angeordneten Wärmeüberträger (1000) aufweist, über den das Innere des Lagerbehälters (10) gekühlt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kühlung des Inneren des Lagerbehälters (10) gasförmiges kryogenes Fluid im Inneren des Lagerbehälters (10) gekühlt und verflüssigt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des zweiten Ventils (102) geregelt wird, wobei ein Druck im Inneren des Lagerbehälters (10) und/oder eine Temperatur des aus der zweiten Verbindungsleitung (112) in die Atmosphäre stromabwärts des Wärmeübertragers (1000) austretenden kryogenen Fluids als Regelgrößen verwendet werden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Versorgung eines Hauptverdampfers als Verbraucher (1) mit kryogenem Fluid von einem Haupttank (2) das kryogene Fluid zuerst von dem Haupttank (2) über eine mit einem dritten Ventil (103) regelbare dritte Verbindungsleitung (113) in mindestens einen Pufferbehälter als Lagerbehälter (10) geleitet wird, und von dem mindestens einen Pufferbehälter (10) über die mit dem ersten Ventil (101) regelbare erste Verbindungsleitung (111) in den Hauptverdampfer (1) geleitet wird, wobei der Kopfraum des mindestens einen Pufferbehälters (10) über die mit dem zweiten Ventil (102) regelbare zweite Verbindungsleitung (112) mit der Atmosphäre verbunden ist, wobei vor und/oder bei Befüllen des mindestens einen Pufferbehälters (10) mit dem kryogenen Fluid das zweite Ventil (102) zumindest zeitweise geöffnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass kryogenes Fluid von dem Haupttank (2) in den Hauptverdampfer (1) über einen Pufferbehälter (10) und mindestens einen weiteren Pufferbehälter (20) alternierend eingeleitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Pufferbehälter (20) jeweils über eine weitere mit einem weiteren dritten Ventil (203) regelbare dritte Verbindungsleitung (213) mit dem Haupttank (2), jeweils über eine weitere mit einem weiteren ersten Ventil (201) regelbare erste Verbindungsleitung (211) mit dem Hauptverdampfer (1) und jeweils über eine weitere mit einem weiteren zweiten Ventil (202) regelbare zweite Verbindungsleitung (212) mit der Atmosphäre verbunden ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Hauptverdampfer (1) durch einen der Pufferbehälter (10, 20) mit über die jeweilige mit dem jeweiligen ersten Ventil (102, 202) regelbare erste Verbindungsleitung (111, 211) geleitetem kryogenen Fluid versorgt wird, mindestens ein anderer Pufferbehälter (10, 20) über die jeweilige mit dem jeweiligen dritten Ventil (103, 203) regelbare dritte Verbindungsleitung (113, 213) von dem Haupttank (2) befüllt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Befüllens des mindestens einen anderen Pufferbehälters (10, 20) das jeweilige zweite Ventil (102, 202) zumindest zeitweise geöffnet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor Befüllen eines Pufferbehälters (10, 20) der Druck in dem Pufferbehälter (10, 20) durch zumindest zeitweises Öffnen des jeweiligen zweiten Ventils (102, 202) reduziert wird.
  11. Anlage zur Versorgung mit kryogenem Fluid, die aufweist:
    - einen Verbraucher (1), der mit kryogenem Fluid versorgt wird,
    - mindestens einen Lagerbehälter (10, 20), der mit einer über ein erstes Ventil (101, 201) regelbaren ersten Verbindungsleitung (111, 211) mit dem Verbraucher (1) und mit einer über ein zweites Ventil (102, 202) regelbaren zweiten Verbindungsleitung (112, 212) mit der Atmosphäre verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die über das zweite Ventil (102, 202) regelbare zweite Verbindungsleitung (112, 212) vom Kopfraum des Lagerbehälters (10, 20) zumindest teilweise durch das Innere des Lagerbehälters (10) geführt ist.
  12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungsleitung (112, 212) einen im Inneren des Lagerbehälters (10, 20) angeordneten Wärmeüberträger (1000, 2000) aufweist.
  13. Anlage nach Anspruch 11 oder 12, die aufweist:
    - einen Haupttank (2) zur Aufnahme kryogenen Fluids,
    - einen Hauptverdampfer als Verbraucher (1), der mit kryogenem Fluid versorgt wird,
    - mindestens einen Pufferbehälter als Lagerbehälter (10, 20), der mit einer über ein drittes Ventil (103, 203) regelbaren dritten Verbindungsleitung (113, 213) mit dem Haupttank (2), mit der über das erste Ventil (103, 203) regelbaren ersten Verbindungsleitung (111, 211) mit dem Hauptverdampfer als Verbraucher (1) und mit der über das zweite Ventil (102, 202) regelbaren zweiten Verbindungsleitung (112, 212) mit der Atmosphäre verbunden ist.
  14. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
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