EP0840871A1 - Gas-ladesystem für hochdruckflaschen - Google Patents

Gas-ladesystem für hochdruckflaschen

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EP0840871A1
EP0840871A1 EP96924728A EP96924728A EP0840871A1 EP 0840871 A1 EP0840871 A1 EP 0840871A1 EP 96924728 A EP96924728 A EP 96924728A EP 96924728 A EP96924728 A EP 96924728A EP 0840871 A1 EP0840871 A1 EP 0840871A1
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    • F17C2250/0439—Temperature

Definitions

  • the present invention relates to a gas filling station with intermediate storage for charging high-pressure storage bottles.
  • the rate of charging from the intermediate store e.g. from the compressor store
  • the compressor is a decisive functional and economic factor, which is limited by the heating caused by the process heat:
  • diving air bottles to 200 bar
  • the bottle to be filled is often immersed in water so that the filling speed increases.
  • the present invention has for its object to provide a device that prevents heating when charging high-pressure bottles with gas.
  • a rinsing pump assigned to the bottle to be charged and under bottle pressure circulates the bottle volume via a return line and limits the temperature fluctuation of the charging process either by means of a heat exchanger or by mixing with the contents of the intermediate store; for this purpose the bottle has two connections which are arranged in such a way that the best possible volume exchange takes place during circulation.
  • FIG. 1 shows a charging system with mixing
  • FIG. 2 a charging system with a heat exchanger can be seen
  • Fig. 3 is a flushable bottle in section with a typical application in the form of a barrier actuation.
  • the gas filling station with mixing consists of an intermediate store 1, which is kept at a predetermined operating pressure by a high-pressure compressor 2, which is not specifically defined here, a throttle orifice 3, which determines the speed of charging, and a feed-side quick-coupling half 4 on the feed line 5.
  • the flush line 6 opens into the intermediate store 1, which is connected to the flush-side quick coupling half 8 via the flush pump 7.
  • the flushing pump 7 is accommodated together with its drive in a pressure container 10 which is under bottle pressure.
  • a differential pressure switch 9 as a control of the flushing pump 7 bridges the throttle diaphragm 3, a temperature sensor 14 on the flushing line 6 is used to automate the charging process.
  • the bottle side of the charging system consists of the flushable bottle 11 (shown here as the energy storage of a forklift) with 2 connections, each of which is connected to the feed side 12 and flush side 13 quick coupling halves.
  • the high-pressure intermediate store 1 is connected to the bottle 11 to be charged via the quick coupling system 4/8/12/13, gas flows through the orifice 3 into the bottle 11 as long as there is a pressure drop between the two containers. While this pressure drop exists, it will keep the differential pressure switch 9 on the throttle orifice 3 open. Only when the pressure equalization process has ended, ie when the content of the bottle 11 is heated and the content of the intermediate store 1 is cooler, does the differential pressure switch 9 switch on the flushing pump 7, which ensures the heat exchange between the bottle 11 and the intermediate store 1 by mixing.
  • the temperature sensor 14 switches off the flushing pump 7 as soon as the gas flowing through the flushing line 6 has approximately reached the ambient temperature.
  • the winding pump 7 therefore only has to overcome the pressure drops in the lines and couplings, since the throttle point 3 is expediently designed as a differential pressure-controlled current controller, which is therefore fully open when the pressure is equalized, thus also accelerating the pressure equalization process, which corresponds to the warming phase of the bottle 11, which is said to be so be as short as possible so that as little heat as possible penetrates the bottle wall
  • the charge with circulation through the heat exchanger prevents the build-up of heat in the bottle 11 'at all times and thus protects heat-sensitive designs, the system is indispensable for charging directly from the compressor and if the pressure cannot be fully equalized (partial charge of the winding pump 7 can occur due to the permanent Pressure difference must not be switched on)
  • the heat exchanger 15 ' can be arranged outside the system (e.g. in the case of direct compressor charging), e.g. in the ground are used
  • FIG. 3 shows a section through a commercially available gas bottle 18, which is converted into a spoolable storage device by a second connection with a tubular extension 19 can be connected to the charging system by the quick couplings 12713 "; as a simple application for air as gas, an actuation for the barrier 23 is shown here, which is moved via the pressure reducing valve 20 and the control valve 21 by means of a single-acting cylinder 22. There is one in the cylinder 22 Double chamber 24 (hatched) filled with oil, whereby the movement can be braked via the throttle valve 25, and the requirements for the silencer 26 remain modest.

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Description

GAS-LADESYSTEM FÜR HOCHDRUCKFLASCHEN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gastankstelle mit Zwischenspeicher fiir das Aufladen von Hochdruck-Speicher flaschen.
In vielen Anwendungen von Druckgas ist die Geschwindigkeit der Aufladung ab Zwischenspeicher (z.B. ab Kompressorspeicher) oder ab Kompressor ein entscheidender funktioneller und wirtschaftlicher Faktor, der durch die Erwärmung durch die Prozesswärme begrenzt wird: so ist z.B. bei der Aufladung von Taucher-Luftflaschen (auf 200 bar) bekannt, dass die aufzufüllende Flasche oft ins Wasser getaucht wird, damit die Füllgeschwindigkeit zunimmt.
Betrachtet man innerhalb der Druckgas-Systeme nur die Fülle der Anwendungen von Druckluft (autonome Werkzeuge mit Luft/Öl-Wandler, Antriebe von kleinen Fahrzeugen usw.), findet man immer wieder die gleiche Problematik, oft noch verschärft durch den Energieverlust der Erwärmung, die als grosse Verschwendung empfunden wird oder gar die technisch-wirtschaftliche Anwendung verunmöglicht: wird eine leere Flasche direkt mit einem auf 200 bar gefüllten Zwischenspeicher verbunden, so verursacht der Druckausgleich einen Temperatursprung von über 100 °C in besagter Flasche, was insbesondere bei faserverstärkten Kunststofϊbehältern glattweg unzulässig ist.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe eine Einrichtung zu schaffen, die beim Aufladen von Hochdruckflaschen mit Gas die Erwärmung unterbindet.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass eine der aufzuladenden Flasche zugeordnete und unter Flaschendruck stehende Spülpumpe über eine Rückleitung das Flaschenvolumen umwälzt und entweder mittels Wärmetauscher oder durch Vermischung mit dem Zwischenspeicher-Inhalt die Temperaturschwankung des Aufladeprozesses begrenzt; zu diesem Zwecke weist die Flasche zwei Anschlüsse auf, die so angeordnet sind, dass beim Umwälzen ein bestmöglicher Volumenaustausch erfolgt.
Ausfuhrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und seine Funktionsweise werden nachstehend anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert, wobei: Fig. 1 ein Ladesystem mit Vermischung darstellt, in Fig. 2 ein Ladesystem mit Wärmetauscher zu sehen ist, und in
Fig. 3 eine spülfähige Flasche im Schnitt mit einer typischen Anwendung in Form einer Schrankenbetätigung verbunden ist.
In Fig.1 besteht die Gastankstelle mit Vermischung aus einem Zwischenspeicher 1 der durch einen hier nicht genauer definierten Hochdruckkompressor 2 auf einem vorgegebenen Betriebsdruck gehalten wird, aus einer Drosselblende 3, die die Geschwindigkeit der Aufladung bestimmt, und aus einer speiseseitigen Schnellkupplungshälfte 4 auf der Speiseleitung 5. So weit wie sinnvoll vom Speiseausgang entfernt mündet die Spülleitung 6 in den Zwischenspeicher 1, die über die Spülpumpe 7 mit der spülseitigen Schnellkupplungshälfte 8 verbunden ist. Die Spülpumpe 7 ist zusammen mit ihrem Antrieb in einem unter Flaschendruck stehenden Druckbehälter 10 untergebracht. Ein Differenzdruckschalter 9 als Steuerung der Spülpumpe 7 überbrückt die Drosselblende 3, ein Temperaturfühler 14 an der Spülleitung 6 dient der Automatisierung des Ladevorganges. Die Flaschenseite des Ladesystems besteht aus der durchspülbaren Flasche 11 (hier als Energiespeicher eines Gabelstaplers dargestellt) mit 2 Anschlüssen, die jeweils mit der speiseseitigen 12 und spülseitigen 13 Schnellkupplungshälfte verbunden sind.
Wird der unter Hochdruck stehende Zwischenspeicher 1 über das Schnellkupplungssystem 4/8/12/13 mit der aufzuladenden Flasche 11 verbunden, strömt Gas dosiert durch die Blende 3 in die Flasche 11, solange ein Druckabfall zwischen den zwei Behältern existiert. Währenddem dieser Druckabfall besteht, wird er den Differenzdruckschalter 9 an der Drosselblende 3 offen halten. Erst wenn der Druckausgleichsprozess beendet ist, d.h. wenn der Inhalt der Flasche 11 erwärmt ist und der Inhalt des Zwischenspeichers 1 kühler ist, schaltet der Differenzdruckschalter 9 die Spülpumpe 7 zu, die den Wärmeaustausch zwischen der Flasche 11 und dem Zwischenspeicher 1 durch Vermischen besorgt. Der Temperaturfühler 14 stellt die Spülpumpe 7 ab, sobald das durch die Spülleitung 6 strömende Gas annähernd die Umgebungstemperatur erreicht hat. Die Spulpumpe 7 muss also nur die Druckabfalle der Leitungen und Kupplungen überwinden, da sinnvollerweise die Drosselstelle 3 als differenzdruckgesteuerter Stromregler ausgestaltet wird, der also bei Druckausgleich voll ofϊhet, somit wird auch der Druckausgleichsvorgang beschleunigt, der ja der Erwarmungsphase der Flasche 11 entspricht diese soll so kurz wie möglich sein, damit so wenig Warme wie möglich in die Flaschenwand eindringt
Die zeitliche Trennung von Druckausgleich und Wärmeausgleich existiert bei der Gastankstelle mit Wärmetauscher der Fig 2 nicht den gleichen Elementen 1' bis 14' wie bei der Gastankstelle mit Vermischung wird ein Wärmetauscher 15 zugefügt, der im Zwischenspeicher 1' vornehmlich an die Spulleitung 6' angeschlossen ist und dessen Ausgang über die Leitung 16 mit der speiseseitigen Schnellkupplungshälfte 4' verbunden ist, somit wird der Wärmeaustausch wahrend der Aufladung möglich, denn simultan zum Überströmen des Gases vom Zwischenspeicher 1' in die Flasche 11' über das Schnellkupplungssystem 478712713' wird durch das Umwälzen der Temperaturausgleich vorgenommen sobald die Flasche 11' an den Zwischenspeicher 1' gekoppelt wird, schaltet hier der Differenzdruckschalter 9' die Spulpumpe 7' zu und den Wärmetauscher- Ventilator 17 ein (auf den Ventilator 17 kann verzichtet werden, falls der Wärmetauscher 15 so im Zwischenspeicher 1' angeordnet wird, dass er durch die austretenden Gase durchströmt wird) auch hier ist der Vorgang abgeschlossen, sobald der Temperaturfühler 14' keinen wesentlichen Unterschied mehr zur Umgebungstemperatur feststellt und die Spύlpumpe 7' ausschaltet
Die Ladung mit Umwälzung durch Wärmetauscher verhindert den Warmeaufbau in der Flasche 11' zu jedem Zeitpunkt und schont damit warmeempfindliche Bauarten, unentbehrlich ist das System beim Aufladen direkt ab Kompressor und wenn es nicht bis zum vollständigen Druckausgleich kommt (Teilladung die Spulpumpe 7 kann infolge des bleibenden Druckunterschiedes nicht eingeschaltet werden) Bei grossen Zwischenspeicher kann (und bei direkter Kompressoraufladung muss) der Wärmetauscher 15' ausserhalb der Anlage angeordnet werden, z B im Erdreich Schliesslich sei darauf hingewiesen, dass sowohl für das Vermischungssystem wie auch für die Ausführung mit Wärmetauscher die gleichen Flaschenarten zum Einsatz kommen
Fig 3 zeigt einen Schnitt durch eine handelsübliche Gasflasche 18, die durch einen zweiten Anschluss mit Rohrfortsatz 19 in einen spulbaren Speicher umgewandelt ist, der durch die Schnellkupplungen 12713" mit dem Ladesystem verbunden werden kann; als einfache Anwendung für Luft als Gas ist hier eine Betätigung für die Schranke 23 dargestellt, die über das Druckreduzierventil 20 und das Steuerventil 21 mittels einfachwirkendem Zylinder 22 bewegt wird. Im Zylinder 22 ist eine Doppelkammer 24 (schraffiert) mit Öl gefüllt, wodurch die Bewegung über das Drosselventil 25 gebremst werden kann, und die Anforderungen an den Schalldämpfer 26 bescheiden bleiben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Gas-Ladesystem für Hochdruckflaschen (11) mit Kompressor (2), Zwischenspeicher (1), Drosselventil (3) und Schnellkupplungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine einer Flasche (11) zugeordnete, unter Flaschendruck stehende Spülpumpe (7) über eine Spülleitung (6) mit dem Flaschenvolumen verbunden ist, dass diese Spülleitung (6) zugleich einen Spülkreis schliesst, der einer Begrenzung der Erwärmung durch Umwälzung des Flascheninhalts durch ein Kühlsystem vor dem Entkoppeln dient, und dass die Hochdrückflasche (11) zwei Anschlüsse in Form von Schnellkuppkungshälften (12, 13) aufweist, die so angeordnet sind, dass beim Umwälzen ein bestmöglicher Volumenaustausch erfolgt.
2. Gas-Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem einen Wärmetauscher (15, 15') beinhaltet.
3. Gas-Ladesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (15) im Zwischenspeicher im Weg der Umgewälzten Gase angeordnet ist.
4. Gas-Ladesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (15') ausserhalb des Zwischenspeichers angeordnet ist.
5. Gas-Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem zum Abkühlen des Flascheninhalts eine Vermischung mit dem Zwischenspeichersinhalt vorsieht.
6. Gas-Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (3) als Stromregler ausgebildet ist.
7. Gas-Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülpumpe (7) durch einen Differenzdruckschalter (9) eingeschaltet und durch einen Temperaturfühler
(14) ausgeschaltet wird.
8. Gas-Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülpumpe (7) zusammen mit ihrem Antrieb in einem unter Flaschendruck stehenden Druckbehälter (10) untergebracht ist.
EP96924728A 1995-08-07 1996-08-06 Gas-ladesystem für hochdruckflaschen Expired - Lifetime EP0840871B1 (de)

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EP0840871A1 true EP0840871A1 (de) 1998-05-13
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