DE102018005862A1 - Process and plant for supplying cryogenic fluid - Google Patents
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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.The invention relates to a method and a system for supplying a consumer (1), in particular a main evaporator, with cryogenic fluid, the cryogenic fluid being supplied by at least one storage container (10, 20), in particular a buffer container, via a with a first valve (101 , 201) controllable first connecting line (111, 211) to the consumer (1), the head space of the storage container (10, 20) via a second connecting line (112, 212) controllable with a second valve (102, 202) is connected to the atmosphere, the second valve (102, 202) being opened at least temporarily, and wherein gaseous cryogenic fluid from the head space of the storage container (10, 20) via the second connecting line (112) which can be regulated with the second valve (102, 202) , 212), which is guided at least partially through the interior of the storage container (10, 20), and is cooled by expansion when the second valve (102, 202) is opened, where s inside of the storage container (10, 20) is cooled by the cooled, expanded cryogenic fluid.
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.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.
Stand der TechnikState of the art
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.In conventional systems for supplying a consumer with cryogenic fluid, such as nitrogen, argon or oxygen, it is necessary to increase the pressure of the liquefied or condensed cryogenic fluid.
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.Rotating parts or components can be used. On the one hand, 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. On the other hand, 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.
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.In contrast, the use of rotating components can be avoided by increasing the pressure by means of discontinuous operation. The 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. While the first container is being filled, 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.
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.There is therefore a need for improvements in a corresponding method in which the supply to a consumer is to be ensured while at the same time reducing the losses of cryogenic fluid.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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.Against this background, the present invention proposes a method and a system for supplying a consumer with cryogenic fluid according to the independent patent claims. According to the invention, 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. If 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. 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.
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.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.
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.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 enlarged surface of the heat exchanger or heat exchanger into the interior of the storage container. Since heat exchangers or heat exchangers are sufficiently known, the description of the structure is omitted.
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.Due to the cooling of the interior of the storage container according to the invention, 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.
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.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 as control variables be used. Further advantages result from the explanations described below.
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.In order to supply a consumer with cryogenic fluid, 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, and the number of buffer containers can be one, two or any other number. 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 a relaxation in the second connecting line as described above. The expansion ensures that the interior 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 filling of the at least one 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.
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.Advantageously, 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. This means that while one buffer container conducts cryogenic fluid to the main evaporator via its first connecting line, which can be regulated with the associated first valve, the other buffer container is filled with cryogenic fluid from the main tank via its third connecting line, which can be regulated with the associated third valve. As soon as one buffer container has been emptied, it is filled with cryogenic fluid from the main tank via its third connecting line, which can be regulated with the associated third valve, while 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. Before filling, 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.
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.Before the respective buffer container is filled, 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 is expanded 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. If, as in the prior art, more gaseous cryogenic fluid than the delta volume were transferred from the buffer container to the main tank, this would only lead to an increase in pressure there and remain there as gaseous cryogenic fluid. This gaseous cryogenic fluid would be a dead volume in the course of the process since it could not be used for a further supply to the main evaporator. Losses of cryogenic fluid can thus be reduced here compared to the prior art.
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.As soon as the delta volume has been transferred from the buffer tank to the main tank, 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. By opening the associated second valve, a relaxation occurs as described above, which cools and liquefies or condenses gaseous cryogenic fluid in the at least one buffer container.
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.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. In contrast to a simple discharge of the gaseous cryogenic fluid into the atmosphere, 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.
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. Advantageously, 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. It should be noted that 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.
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.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.
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.Also, 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.
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.Advantageously, by at least temporarily opening the second valve of one buffer container and / or the other buffer container before filling, 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. Furthermore, 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.
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.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. This means that 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. Here, too, 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 container 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.
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.In addition, 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.
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.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.
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.In addition, 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.
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.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. Will be one described above Process for supplying cryogenic fluid in the system, approx. 45-50 kg cryogenic fluid is delivered to the main evaporator per buffer container per cycle. Compared to the prior art, the loss reduction described above, before or when filling the at least one buffer container, can save about 7% of cryogenic fluid. Due to this reduction in losses, the efficiency of the system is increased. With regard to further refinements and the advantages of the system according to the invention, reference is made to the explanations regarding the method according to the invention.
Die Erfindung und Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention and embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbehälters.1 schematically shows an embodiment of a buffer container according to the invention. -
2 zeigt einen schematischen Aufbau einer Anlage zur Versorgung des Verbrauchers mit kryogenem Fluid.2 shows a schematic structure of a system for supplying the consumer with cryogenic fluid.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert.Corresponding elements are given identical reference numerals in the figures and are not repeated for the sake of clarity.
In
Außerdem weist die über das zweite Ventil
Um den Hauptverdampfer
Sobald das Delta-Volumen aus dem Pufferbehälter
Wird der Druck im Inneren des Pufferbehälters
Bei Befüllen des Pufferbehälters
Sobald der Pufferbehälter
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.In comparison with a method known from the prior art, 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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