NO327926B1 - Pumpestasjon for fylling av fluider og en fremgangsmate for dette - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om et system og en fremgangsmåte i samsvar med innledningen til selvstendige patentkrav 1 og 13.

Luftkondisjonerings- og kjølesystemer av den typen som brukes til å kjøle ned lasten på store lastebiler og trailere eller holde den frossen baserer seg konvensjonelt på lukkede dampkompresjonssykluser. Et alternativ til den lukkede dampkompresjonssyklusen er å bruke et kryogenisk kjølesystem med enten flytende karbondioksid eller flytende nitrogen.

C02 fås fra en transportabel tank montert inne i kjøleenheten eller i understellet på kjøretøyet. Inne i kjøleenheten fordampes C02 i en luft/C02-varmeveksler. Den nedkjølte luften fra denne varmeveksleren blåses inn i lasterommet i bilen.

Et slikt system er attraktivt spesielt fordi det i tillegg til at det eliminerer behovet for klorfluorkarboner (KFK) eller liknende kjølemidler som er skadelige for ozonet i stratosfæren også eliminerer behovet for en kjølemiddelkompressor og en dieselmotor eller annen primær drivenhet som driver kompressoren. Et eksempel på et slikt kryogenisk kjølesystem som er utformet for kjøling med flytende karbondioksid beskrives i US Patent No. 5,730,216.

Et annet kjent dokument, US 5 916 246, beskriver et system og en fremgangsmåte for å overføre flytende karbondioksid fra en lagringstank til en tank med lavere trykk som kan transporteres på et kjøretøy. Systemet innbefatter en innløpsledning med en slangedel som er koblet mellom lagringstanken og den transportable tanken for å føre en strøm av flytende karbondioksid mellom tankene, og en lufteslange som er koblet til den transportable tanken for å lufte ut gassformig karbondioksid.

En ulempe med systemet i henhold til US 5 916 246 for å overføre flytende C02 er at C02-tapet er forholdsvis høyt ettersom den gassformige karbondioksiden som dannes på grunn av ekspansjonsfordamping når trykket i det flytende karbondioksidet reduseres fra høyt trykk i lagringstanken til lavt trykk i den transportable tanken luftes ut direkte til atmosfæren. Dessuten, siden C02 føres inn i den transportable tanken både i flytende form og gassform, vil fyllingen tar unødig lang tid og det vil bli problematisk å måle fluidstrømmene.

Det kjente fyllesystemet er utformet for plassering på spesielle lastebilplasser, for eksempel i eller nær lageret eller garasjen til lastebileieren og det er nødvendig med en trent operatør for å bruke systemet. Det kjente systemet trenger også en trent person til å manipulere det ettersom fylleoperasjonen ikke er helautomatisk.

US 4,059,424 beskriver en apparatur for kontrollert tilførsel av et kryofluid som argon eller nitrogen til et punkt som er åpent mot fri luft hvor det skal brukes. Apparaturen innbefatter en lagringstank, en faseseparator og en væskebeholder som kryofluidet tas ut av i væskefase. Væskefasen kan brukes ved hjelp av dyser for eksempel til metallurgiske formål eller til å fylle små beholdere med en helletut. Dekomprimering og avgassing av fluidet i separatoren gjør det mulig å oppnå en turbulensfri væskefase i beholderen.

Den foreliggende oppfinnelsen er tilpasset spesielt for å overføre et flytende kryogenisk kjølemiddel fra en lagringstank til en flyttbar tank, hvor trykket i den flyttbare tanken er høyere enn atmosfæretrykket. Trykket under overføringen må være godt over atmosfæretrykket for å redusere tap som skyldes fordamping av kjølemidlet. Et annet aspekt er at hvis trykket i flytende C02 senkes til trippelpunktet for C02 eller lavere, blir det omdannet til C02-snø eller tørris.

US 6,142,191 vedrører en apparatur og en fremgangsmåte for måling og overføring av LNG-brensel mellom en lagringsbeholder og drivstofftanken i et kjøretøy. LNG overføres fra lagringsbeholderen til en tappeanordning ved hjelp av en motordrevet pumpe. Et nettverk av kanaler med motordrevne ventiler og væskesensorer bidrar til å klargjøre pumpen på en slik måte at den kan levere en dampfri væske.

Dette patentet fremlegger ikke overføring av et kryogenisk kjølemiddel mellom en lagringstank og en flyttbar tank. Dessuten er det ikke en egen separator i apparaturen.

US 6,044,647 beskriver et overføringssystem for kryogenisk flytende drivstoff (LNG) fra en lagringstank til en drivstofftank i et kjøretøy ved at LNG oppvarmes for å etablere et drivtrykk som gjør pumper eller kompressorer overflødige. LNG føres inn ved hjelp av tyngdekraften til den komprimerende delen av systemet. Nedstrøms for dette systemet er det arrangert en separator som gjør det mulig å levere den flytende fasen til drivstofftanken i kjøretøyet ved hjelp av trykket.

Dette patentet vedrører brennbare væsker og om andre formål enn den foreliggende oppfinnelsen. Dessuten er det ikke økonomisk å varme opp et kjølemiddel for å oppnå et drivende trykk for overføringen av kjølemidlet, siden dette vil redusere kjøle-/frysekapasiteten til kjølemidlet.

Den foreliggende oppfinnelsen tilbyr et system for distribusjon og salg av kondenserte flytende gasser, spesielt karbondioksid, som er lett tilgjengelig for bruk i offentligheten av lastebilsjåfører og andre brukere som krever rask fylling av flyttbare kryogeniske tanker eller akkumulatorer. Systemet virker uavhengig av væskenivået og trykket i den stasjonære lagringstanken. Det nye systemet trenger heller ikke noen overføringspumpe for overføring av den flytende gassen fra lagringstanken til den flyttbare tanken, noe som gjør systemet mer pålitelig og reduserer utgiftene til vedlikehold. Med den foreliggende oppfinnelsen er det mulig å overføre C02 hovedsakelig i flytende fase til den transportable tanken, slik at fylleoperasjonen går raskere.

Dessuten gjøres målingen av den overførte væsken under fylling enkelt og pålitelig. Fyllingen skjer for eksempel gjennom en hurtigkobling som for eksempel en helfabrikkert kobling med to åpninger, og det er ingen manuelle ventiler som må manipuleres av operatøren før eller etter fyllingen, noe som gjør systemet lett å bruke. Og i tillegg er fyllesystemet tilgjengelig med kredittkort slik at brukeren kan faktureres gjennom vanlige kredittkortsystemer.

Foreliggende oppfinnelse beskriver en pumpestasjon for å overføre kryogeniske kjølemidler fra en lagringstank til en flyttbar tank, hvor pumpestasjonen i tillegg til lagringstanken og nødvendige rørledninger omfatter en tappeanordning med måleutstyr for måling av kjølemiddelvolumet og minst en tappeinnretning for kjølemidlet med en kobling for tilkobling til den flyttbare tanken som skal fylles, og en kolonne for trykk- og strømningsregulering med en faseseparator mellom den stasjonære lagringstanken og tappeanordningen, karakterisert ved at tappeinnretningen for kjølemidlet omfatter en gasslange og en væskefyllingsslange og aktuatorer for ventiler på rør for å fylle væske og tappe gass fra den flyttbare tanken som kan åpnes av tykket i gasslangen hos pumpestasjonen, hvorved trykket i den flyttbare tanken automatisk stabiliseres. Dette fremgår av det vedlagte uavhengige patentkravet 1.

Foreliggende oppfinnelse beskriver også en fremgangsmåte for distribusjon og salg av et kryogenisk kjølemiddel, karakterisert ved anvendelse av et flertall automatiserte pumpestasjoner som beskrevet ovenfor. Dette fremgår av det vedlagte uavhengige patentkravet 13.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er også definert i de avhengige patentkravene 2-12 og 14.

Oppfinnelsen beskrives nærmere i det følgende med eksempler og med henvisning til den vedlagte tegning som viser en skjematisk fremstilling av et system i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en første realisering av en pumpestasjon,

Fig. 2 viser en andre realisering av en pumpestasjon.

Som man kan se av figuren har pumpestasjonen på fig. 1 tre hovedkomponenter: en stasjonær lagringstank for flytende C02 1, en kolonne for trykk- og strømningsregulering 30 (faseseparator 20), og et kabinett for tappeanordningen 3. Disse hovedkomponentene er koblet sammen med rør for flytende C02 26 fra lagringstanken 1 til faseseparatoren 20 med en forgrenings 22 til tappeanordningen, og et gassrør 9 fra tappeanordningen med forgreninger 9', 17 henholdsvis til faseseparatoren 20 og tanken 1.

Den stasjonære lagringstanken 1 er en standard isolert tank av den typen som brukes til forskjellige C02-formål. Ved forskjellige pumpestasjoner vil størrelsen av tanken variere fra 12 til 50 m3 avhengig av gassforbruket. Lagringstankene fylles med C02-biler fra en gassleverandør.

Inne i kolonnen for trykk- og strømningsregulering 30 blir flytende C02 under fylling av den flyttbare tanken dekomprimert, faseseparert og målt. Trykket inne i lagringstanken 1 er normalt høyere enn i den flyttbare tanken. Derfor reduseres trykket inne i kolonnen med en tilbakeslagsregulator 18. Trykkreduksjonen fører til at det flytende C02 begynner å koke og det dannes en blanding av væske- og dampfase inne i kolonnen 30. De to fasene separeres i en separator 20, og væskefasen som går til den flyttbare tanken måles. Dampfasen slippes ut i atmosfæren. Alternativt kan dampfasen rekomprimeres til flytende C02 og føres tilbake til lagringstanken 1 hvis det er økonomisk gjennomførbart.

Faseseparatoren 20 plasseres i den øvre enden av kolonnen for trykk- og strømningsregulering 20. Øverst på separatoren er gassfasen innenfor koblet til gassfasen i den flyttbare tanken 2 gjennom rør og slanger. Under fylling er de to tankene også sammenkoblet gjennom væskefasen. Siden faseseparatoren 20 befinner seg på et høyere nivå enn den flyttbare tanken 2, vil væsken i faseseparatoren strømme inn i tanken på grunn av tyngdekraften. Tyngdekraften er den eneste drivkraften for fyllingen av den flyttbare tanken. Denne effekten sikrer også at det befinner seg underkjølt væske i bunnen av kolonnen for trykk- og strømningsregulering 20. Dette gjør forholdene ideelle for strømningsmålinger uten tetthetsmåler.

Inne i kabinettet for tappeanordningen 3 befinner det seg en prosessor for strømningsmålingen (ikke fremstilt på figuren). Denne enheten leser signalene fra forskjellige måleverdisendere i målesystemet (ikke fremstilt på figuren) og beregner den faktiske væskestrømmen som leveres fra tappeanordningen. Væskestrømmen presenteres på en skjerm som er montert på kabinettet for tappeanordningen 3. Prosessoren fungerer også som en programmerbar logisk kontroll (PLC) som kontrollerer de forskjellige ventilene i systemet under fyllingen og kommuniserer med kortlesersystemet.

Kabinettet for tappeanordningen 3 er også utstyrt med nødvendige slanger 4, 8 og koblinger henholdsvis for uttømming av overskuddsgass, hvis nødvendig, og fylling av flytende C02 på den flyttbare tanken. Koblingen for tilkobling av slangene 4, 8 til den flyttbare tanken er fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, i form av en hurtigkobling med to åpninger 5 (ikke fremstilt i detalj) som kobler til både væskeslangen 8 og gasslangen 4 i en operasjon. Hurtigkoblingen har stengeventiler som lukker seg når de kobles fra. Den kan kobles fra og til også når den står under trykk. Alternativt kan koblingen bestå av atskilte koblinger for hver av slangene.

Stengeventilene som er forbundet med den flyttbare tanken kan kontrolleres med gasstrykk fra tappeanordningen. Når hurtigkoblingen tilkobles åpner ventilene seg derfor automatisk. Operatøren trenger ikke å justere noen ventiler under fyllingen. Fylleslangene er utstyrt med avbruddskoblinger (ikke fremstilt på figuren) som løsner ved rykk for å unngå noen større gasslekkasje hvis kjøretøyet med den flyttbare tanken skulle flytte seg før slangene er koblet fra.

Arbeidsprinsippet i detalj:

Sekvensen for fylling av den flyttbare tanken starter når sjåføren setter kredittkortet sitt i kortleseren (ikke fremstilt på figuren). Det må være klart at et hvilket som helst passende kredittmiddel eller kredittsystem som for eksempel automatisk eller manuell kontantbetaling kan brukes i henhold til oppfinnelsen. Når betalingen er godkjent, frigjøres pumpestasjonen for fylling.

Neste trinn er at operatøren kobler til fylleslangene 4 og 8 ved å koble ut hurtigkoblingen 5 (ikke fremstilt i videre detalj) fra hvilestillingen på tappeanordningen 3 og sette den inn i den tilsvarende (konvekse) koblingen 6 som står i forbindelse med den flyttbare tanken (ikke fremstilt på figuren). Så snart koblingen er flyttet fra hvilestillingen åpnes ventilen 7 og den gassen som finnes i lufteslangen 8 med forbindelse til rør 9 som tilsvarer et trykk på over 8 bar slippes ut i atmosfæren. Trykket i gasslangen 8 vil da være omtrent 8 bar når den er koblet til bilen siden ventilen 10 på røret 9 også fungerer som tilbakeslagsventil.

Når sammenkoblingen er gjennomført vil gass under det trykket som finnes i gasslangen føres gjennom en ventil 11 på lufterøret 12 til den flyttbare tanken og sette regulatorene til ventil 14 og 13, henholdsvis på røret for fylling av flytende C02 15 og på lufterøret 12, under trykk. Da vil begge ventilene åpne seg. Hvis trykket nå stabiliserer seg på 6 til 8 bar, er systemet klart til å starte fyllingen. Hvis trykket faller, må den flyttbare tanken 2 ha mistet trykket og må fylles med gassfasen. Det må være klart at trykket kan registreres for eksempel ved hjelp av sensorer (ikke fremstilt på figuren). Det fylles gass på tanken automatisk når ventilen 10 på røret 9 og ventilen 16 på røret 17 åpnes i den stasjonære pumpestasjonen, slik at det overføres gass fra gassfasen på den stasjonære tanken 1 til den flyttbare tanken 2 inntil trykket der er tilstrekkelig.

Alternativt kan ventilene 14 og 13 ha en ikke-pneumatisk utforming med innebygde tilbakeslagsventiler inkorporert i fyllekoblingen. Ventilene åpner seg når de kobles til kobling 6 som står i forbindelse med den flyttbare tanken 2. Denne handlingen kan utføres ved mekaniske eller andre kjente hjelpemidler til å manipulere ventilene når koblingene bringes sammen.

Operatøren må nå trykke på en "Start"-knapp å kabinettet for tappeanordningen 3 hvis det finnes en slik. Alternativt kan systemet tilpasses for å starte fyllingen automatisk når det er tilstrekkelig høyt trykk eller med andre passende startkriterier. Ventilene 10, 19 og 24 vil da åpne seg. Flytende C02 føres fra den stasjonære lagringstanken 1 til faseseparatoren 20. Så føres gassformig C02 fra separatoren 20 ut i atmosfæren gjennom en avgasspotte 21 via en tilbakeslagsregulator 18 og ventilen 7. Kolonnen for trykk- og strømningsregulering 30 fylles med flytende C02 som så transporteres gjennom væskefyllingsrøret 22, slangen 4 og innføringsrøret 15 til den flyttbare tanken 2. Målesystemet som finnes i kabinettet for tappeanordningen (ikke fremstilt på figuren) begynner å måle. Gassfasen i den flyttbare tanken 2 som fortrenges på grunn av innføringen av flytende C02 strømmer ut gjennom lufteslangen 8 og slippes ut til atmosfæren gjennom avgasspotten 21 via røret 9 og ventilene 18 og 7.

Denne prosessen vil fortsette til den flyttbare tanken er full. Tanken er full når væskenivået i tanken står over enden 23 av lufterøret 12. Returgassen fra tanken vil da inneholde væskedråper som registreres av en overfyllingssensor (ikke fremstilt på figuren) i kabinettet 3. Sensoren sender signaler til ventilene 7, 10, 19 og 24 for å lukke ventilene og fyllingen stoppes. Strømningsmålingen stopper da også automatisk, og det sendes et signal til skjermen på kabinettet 3 for å informere kortleseren om hvor mye gass som er fylt på den flyttbare tanken 2.

Operatøren vil nå koble (den konkave) fyllekoblingen 5 på slangene 4, 8 fra bilen og sette den inn i hvilestillingen på kabinettet 3. Ventilene 13 og 14 vil da lukkes etter noen få sekunder. Dette skjer fordi gassen som driver regulatorene vil lekke ut av systemet gjennom et lite hull (ikke fremstilt på figuren) som for eksempel bores i en mansjett med tilbakeslagssikring i kobling 6 (ikke fremstilt på figuren).

Slangene 4, 8 og røret 9 i pumpestasjonen er nå delvis fylt med flytende C02. Denne væsken vil fordampe slik at trykket i systemet stiger. Når trykket overstiger trykket i lagringstanken, blir resten av væsken tvunget tilbake til tanken gjennom tilbakeslagsventilen 25 på væskefyllingsrøret 22. Denne ventilen befinner seg på det laveste nivået i rørsystemet for å sikre at det føres mest mulig væske tilbake til lagringstanken. Ventilene 10 og 19 fungerer også som tilbakeslagsventiler slik at slangene 4, 8 blir tappet for væske. Når systemet er tappet vil trykket i rørene være litt høyere enn i lagringstanken.

Systemet vil være klart for å starte en ny fylling med en gang siste fylling er ferdig. Det er ikke nødvendig å fullføre denne væsketappingen før man starter på nytt. Det må være klart at slangene 4 og 8 kan integreres i en og samme fleksible linje som inneholder to slanger eller koaksiale slanger. I en utførelsesform kan det dessuten hvis man ønsker det innføres en trykkøkningspumpe på linje 22 for å påskynde fylleprosedyren.

Figur 2 viser en annen utførelsesform av en pumpestasjon. Som i det foregående eksemplet inkluderer pumpestasjonen tre hovedkomponenter, en stasjonær lagringstank for flytende C02 107, en kolonne for trykk- og strømningsregulering 130 (faseseparator 120) og kabinett for tappeanordningen 103. Disse hovedkomponentene er koblet sammen ved hjelp av rør for flytende C02 126 fra lagringstanken 101 til faseseparatoren 120 med forgrening 122 til tappeanordningen. Gassfasekretsen inneholder forgrening 109' til separatoren 120, som med forgreningen 117 kobles til lagringstanken 101. En forgrening S inneholder også fortrinnsvis en avgasspotte 121. Det stasjonere systemet kan også inneholde ventiler og regulatorer, kortleser m.m., tilsvarende det som er beskrevet for det ovennevnte eksempelet.

Hovedforskjellen mellom denne utførelsesformen og den foregående er at det bare brukes en væskefyllingsslange, d.v.s. at det ikke er noen returslange for gass fra den flyttbare tanken. Under fylling av den flyttbare tanken går det hovedsakelig kjølemiddel i flytende form inn i tanken gjennom tappemidlet 104 som kan være en fleksibel slange. I enden av det tappemidlet er det en kobling 105 som passer til koblingen 106 som står i forbindelse med den flyttbare tanken 102. Fylleoperasjonen kan startes så snart koblingene bringes sammen og betalingen er godkjent. Så snart det flytende kjølemidlet begynner å gå inn i den flyttbare tanken 102 kan eventuell gass som koker av slippes ut gjennom en avgasspotte 1 10 som kontrolleres av tilbakeslagsventilene 108, 109 med passende innstillinger. Disse tilbakeslagsventilene skal sikre at det på den ene siden opprettholdes et visst mottrykk i fylleoperasjonen og på den andre siden at trykket inne i tanken av sikkerhetsgrunner ikke overskrider en visst grense. Inne i tanken kan det arrangeres et system for registrering av væskenivået 123, som for eksempel et kondensator-eller dråpebasert system, slik at det er mulig registrere når det maksimale fyllenivået er nådd. Fyllingen kan da stoppes enten med et lydsignal som varsler operatøren eller med en hvilken som helst kommunikasjon mellom registreringssystemet 123 og CPU'en som kontrollerer systemet. Fylleoperasjonen kan også avbrytes ved å registrere mottrykket i den flyttbare tanken, tilsvarende eksisterende systemer for drivstofftanking.

Claims (14)

1. Pumpestasjon for å overføre kryogeniske kjølemidler fra en lagringstank (1) til en flyttbar tank (2), hvor pumpestasjonen i tillegg til lagringstanken (1) og nødvendige rørledninger omfatter en tappeanordning (3) med måleutstyr for måling av kjølemiddelvolumet og minst en tappeinnretning (4) for kjølemidlet med en kobling for tilkobling til den flyttbare tanken som skal fylles, og en kolonne for trykk- og strømningsregulering (30) med en faseseparator (20) mellom den stasjonære lagringstanken (1) og tappeanordningen (3), karakterisert ved at tappeinnretningen (4) for kjølemidlet omfatter en gasslange (8) og en væskefyllingsslange (4) og aktuatorer for ventiler (13, 14) på rør (12, 15) for å fylle væske og tappe gass fra den flyttbare tanken som kan åpnes av tykket i gasslangen (8) hos pumpestasjonen, hvorved trykket i den flyttbare tanken automatisk stabiliseres.

2. Pumpestasjon i henhold til krav 1, karakterisert ved at faseseparatoren (20) befinner seg øverst i kolonnen for trykk-og strømningsregulering (30) i en høyde som ligger over det høyeste væskenivået i den flyttbare tanken (2), slik at overføringen av kjølemiddel fra faseseparatoren (20) til den flyttbare tanken skjer ved hjelp av tyngdekraften.

3. Pumpestasjon i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at tappeinnretningen for kjølemidlet innbefatter to fleksible slanger (4, 8).

4. Pumpestasjon i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert ved at koblingen for tilkobling av slangene (4, 8) til den flyttbare tanken (2) er i form av en helfabrikkert hurtigkobling med to åpninger.

5. Pumpestasjon i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert ved at tappemidlet for kjølemidlet (4, 8) er forsynt med avbruddskoblinger som løsner ved rykk.

6. Pumpestasjon i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert ved at man under fylling av den flyttbare tanken reduserer trykket i den flytende C02 i kontrollkolonnen (30) ved hjelp av en tilbakeslagsregulator (18).

7. Pumpestasjon i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert ved at det befinner seg en avgasspotte (21) i rørledningen mellom faseseparatoren og tappeanordningen (3).

8. Pumpestasjon i henhold til krav 7, karakterisert ved at avgasspotten (21) utgjør en integrert del av kontrollkolonnen (30).

9. Pumpestasjon i henhold til krav 1, karakterisert ved at fylleoperasjonen avsluttes ved deteksjon av væskedråper i den flyttbare tanken (2).

10. Pumpestasjon i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert ved at det brukes en trykkøkningspumpe i væskefyllingsrøret (22,

122).

11. Pumpestasjon i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert ved at det kryogeniske kjølemidlet er C02.

12. Pumpestasjon i henhold til ett av kravene ovenfor, karakterisert ved at det flyttbare kjøretøyet er tilveiebrakt på et kjøretøy.

13. Fremgangsmåte for distribusjon og salg av et kryogenisk kjølemiddel karakterisert ved anvendelse av et flertall automatiserte pumpestasjoner i henhold til ett av kravene ovenfor.

14. Fremgangsmåte i henhold til krav 13, karakterisert ved at man kan få tilgang til den individuelle pumpestasjonen for kryogenisk kjølemiddel med kredittkort.