DE19920314A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgabe von verflüssigtem Gas - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgabe von verflüssigtem Gas als Flüssigphase. Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Abgabe von kleinen Mengen an Flüssiggas. Die Quelle, aus der die Abgabe erfolgt, enthält ein Medium, das eine Gas-Flüssigkeits-Mischphase aufweist. Zur kontrollierten Abgabe und genauen Dosierung des verflüssigten Gases wird der gasförmige Anteil der Gas-Flüssigkeits-Mischphase rückverflüssigt und somit die Abgabe einer reinen Flüssigphase an einen Verbraucher ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Rückverflüssigung mit Hilfe eines Kondensationsgefäßes (1) stehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur wirtschaftlichen und verlustarmen Bereitstellung einer mit hoher Genauigkeit dosierten Menge an verflüssigtem Gas als Flüssigphase zur Verfügung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgabe von verflüssigtem Gas als Flüssig­ phase aus einer Quelle, die ein eine Gas-Flüssigkeits-Mischphase aufweisendes Medium enthält, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur kontrollierten Abgabe von verflüssigtem Gas ist es für viele technische Anwen­ dungen erforderlich, die Menge mit hoher Genauigkeit dosieren zu können, sowie, auch bei diskontinuierlicher Abgabe der Flüssigkeit, die erforderliche Dosiergenauigkeit einzuhalten. Die Dosiergenauigkeit wird maßgeblich davon beeinflußt, ob das zu dosie­ rende Medium vollständig als Flüssigphase vorliegt, oder ob beispielsweise durch eine Änderung von herrschendem Druck oder zur Verfügung stehendem Volumen ein Teil der Flüssigkeit verdampft und somit eine Gas-Flüssigkeits-Mischphase im zu dosieren­ den Medium auftritt.

Die Gas-Flüssigkeits-Mischphase führt bei vielen technisch eingesetzten Dosiersyste­ men zu zum Teil erheblichen Dosierfehlern und läßt in vielen Fällen eine kontinuier­ liche Abgabe des Mediums nicht zu, da die Flüssigkeitsströmung durch Volumina, die Gas enthalten, gestört ist und möglicherweise abreißt. Um Störungen des Abgabe- und Dosiervorgangs zu vermeiden, werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die entwe­ der große Verluste an Medium tolerieren oder einen hohen apparativen Aufwand erfor­ dern.

Das verlustreichste Verfahren stellt das Ablassen von gasförmig gewordenem Medium aus der Anlage dar. Dieses Verfahren ist bei Stoffen, die für die Umgebung nicht unbe­ denklich oder sehr teuer sind, nicht anwendbar. Darüber hinaus wird mit diesem Ver­ fahren nur eine unvollständige Abtrennung der gasförmigen Phase erreicht.

Andere Verfahren zur kontrollierten Abtrennung von gasförmigen Anteilen aus einer Flüssigkeit, wie beispielsweise das in der Druckschrift EP 0 271 031 offenbarte Verfah­ ren, führen zu einer nahezu vollständigen Trennung von Gas- und Flüssigphase. Die in EP 0 271 031 beschriebene Vorrichtung weist ein vliesartiges, poröses Material auf, durch das die gasförmigen Anteile von der Flüssigkeit abgetrennt werden. Die Abgabe von verflüssigtem Gas als Flüssigphase wird auf diese Weise ermöglicht. Es treten dabei jedoch Verluste auf, da der abgetrennte Anteil für eine beabsichtigte Anwendung bei einem Verbraucher nicht zur Verfügung steht. Diese systembedingten Verluste können sich, in Abhängigkeit vom eingesetzten Medium und dessen Preis, nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit eines Prozesses mit integrierter Flüssiggas-Anwendung aus­ wirken.

Zur Vermeidung von Verlusten wird vielfach vorgeschlagen, den gasförmig geworde­ nen Anteil des Mediums wieder zu verflüssigen. Die hierzu eingesetzten Verfahren sind jedoch apparativ sehr aufwendig und eignen sich nicht zur kostengünstigen Bereitstel­ flung und dosierten Abgabe eines verflüssigten Gases als Flüssigphase, insbesondere nicht, wenn sie zur Bereitstellung, genauen Dosierung und eventuell diskontinuierlichen Abgabe von kleinen Mengen an verflüssigtem Gas eingesetzt werden. Der apparative Aufwand und somit die Anlagenkosten lassen einen wirtschaftlichen Betrieb dieser Einrichtungen bei kleinem Mengenbedarf an verflüssigtem Gas in der Regel nicht zu.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur wirtschaftlichen und verlustarmen Bereitstellung und Abgabe einer mit hoher Genauigkeit dosierten Menge an verflüssigtem Gas als Flüssigphase zur Verfü­ gung zu stellen, wobei die hohe Genauigkeit der Dosierung, insbesondere auch bei diskontinuierlicher Abgabe kleiner Mengen an verflüssigtem Gas, sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitig dadurch gelöst, daß das Medium durch ein Kondensationsgefäß hindurchgeleitet wird, in dem gasförmige Anteile des Mediums in die flüssige Phase überführt werden.

Vorteilhafterweise wird zur Überführung des gasförmigen Anteils in die flüssige Phase das Kondensationsgefäß gekühlt. Die Wärmeabfuhr kann beispielsweise durch ein konventionelles Kühlaggregat, durch die Verdampfung verflüssigter Gase, oder bevorzugt durch ein Peltierelement erfolgen. Die Temperatur wird so eingestellt, daß die gasförmigen Anteile im Inneren des Gefäßes kondensieren.

Auch erweist es sich als vorteilhaft, die Kühlung des Kondensationsgefäßes mit Hilfe eines an der Außenhülle des Gefäßes strömenden Kühlmediums durchzuführen.

Es empfiehlt sich, insbesondere zur Behandlung kleiner Mengen an Medium, das Kühlmedium über ein Peltierelement mittels Wärmetauscher zu kühlen.

Der Einsatz von Luft als Kühlmedium erweist sich, sowohl unter technischen wie auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten, als besonders vorteilhaft.

Das angegebene Verfahren eignet sich besonders gut zur Abgabe von kleinen Mengen von verflüssigtem Gas. Das Verfahren ist insbesondere zur Abgabe von CO₂ vorgesehen.

Die Erfindung ist insbesondere auch bei Medien anwendbar, die unter einem herr­ schenden Druck im Bereich von 10 bis 80 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 64 bis 67 bar, stehen.

Darüber hinaus eignet sich die Erfindung insbesondere zur Abgabe von verflüssigtem Gas mit einem Flüssiggas-Massenstrom von 0,1 bis 2,0 kg/min. besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1,0 kg/min.

Die Erfindung ist ebenfalls, neben der Anwendung zur Bereitstellung einer Flüssig­ phase für Verbraucher, im Bereich der Saugdruckstabilisierung von CO₂-Hochdruck­ pumpen anwendbar.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung zur Abgabe von verflüssigtem Gas vorgesehen, wobei eine Abgabestelle für das verflüssigte Gas mit einer Quelle in Verbindung steht, welche ein eine Gas-Flüssigkeits-Mischphase aufweisendes Medium enthält.

Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Quelle und der Abgabestelle ein Kondensationsgefäß zwischengeschaltet ist, in dem gasför­ mige Anteile des Mediums in die flüssige Phase überführt werden.

Zweckmäßigerweise sind die Wände des Kondensationsgefäßes gekühlt ausgeführt. Es empfiehlt sich, zur Kühlung der Wände des Kondensationsgefäßes eine Kühlkam­ mer zur Aufnahme eines Kühlmediums vorzusehen, die das Kondensationsgefäß um­ gibt.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist zur Kühlung des Kühl­ mediums mindestens ein Wärmetauscher vorgesehen, bei dem die Wärmeabfuhr über ein Peltier-Element sichergestellt wird, das zwischen dem Kühlbereich und dem Warm­ bereich des Wärmetauschers eingebunden ist. Der Kühlbereich des Wärmetauschers befindet sich hierbei innerhalb, der Warmbereich des Wärmetauschers außerhalb der beschriebenen Kühlkammer.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als Konden­ sationsgefäß eine Druckgasflasche, insbesondere eine Gas-Kleinflasche, vorgesehen.

Die Verwendung von derartigen Standardkomponenten trägt dazu bei, die Wirtschaft­ lichkeit der Vorrichtung zu erhöhen.

Zweckmäßigerweise ist das Kondensationsgefäß in einem als Kühlkammer dienenden, isolierten Zylinder eingebaut. Insbesondere bei der Verwendung einer Druckgasflasche als Kondensationsgefäß ermöglicht eine zylinderförmig ausgestaltete Kühlkammer eine gute Umströmung des Kondensationsgefäßes mit Kühlmedium, beispielsweise mit Luft.

Es erweist sich als vorteilhaft, das Medium über ein Steigrohr in das Innere des Kon­ densationsgefäßes zuzuführen. Das Kondensationsgefäß ist mit einem Steigrohr ausgestattet.

Es erweist sich als zweckmäßig, am Kondensationsgefäß eine Entnahmestelle vorzusehen, aus der das verflüssigte Medium entnommen wird.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, je nach räumlicher Ausrichtung des Konden­ sationsgefäßes das Steigrohr zur Flüssigkeitsentnahme sowie die Zufuhr des Mediums über die Einrichtung, die im vorangegangenen Entnahmestelle genannt wird, vorzu­ sehen.

Mit der Erfindung wird eine wirtschaftliche und verlustarme Methode zur Bereitstellung und Abgabe einer mit hoher Genauigkeit dosierten Menge an verflüssigtem Gas als Flüssigphase zur Verfügung gestellt, insbesondere auch zur diskontinuierlichen Ab­ gabe kleiner, definierter Mengen an verflüssigtem Gas. Dabei bietet die Erfindung eine ganze Reihe von Vorteilen:
Im Gegensatz zu herkömmlich angewandten Methoden wird durch die Erfindung eine apparativ wenig aufwendige, kompakt zu bauende Einrichtung zur Bereitstellung einer Flüssigphase zur Verfügung gestellt. Eine erfindungsgemäße Verflüssigungseinrich­ tung ermöglicht eine gesicherte, reproduzierbare Flüssiggas-Massenstromführung, deren Dosierung auch bei der Abgabe von Klein- und Kleinstmengen mit hoher Ge­ nauigkeit vorgenommen werden kann. Dosierfehler werden durch die erfindungs­ gemäße Methode sicher vermieden, auch bei geringem Durchsatz an verflüssigtem Gas. Darüber hinaus bietet die Erfindung gute Voraussetzungen zur Integration der Gas-Flüssiganwendung im Zusammenhang mit einer Maschinen-Zeit-Folgesteuerung.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt:
eine Skizze einer erfindungsgemäßen Rückverflüssigungseinrichtung

In der Figur ist eine Gas-Kleinflasche 1 als Kondensationsgefäß mit Steigrohr 2 und Lagefixierung 3 zur Befestigung der Gas-Kleinflasche 1 in der Kühlkammer 4 darge­ stellt. Das Innere der Gas-Kleinflasche 1 ist im unteren Bereich 5 mit flüssigem CO₂ gefüllt, im oberen Bereich 6 liegt eine durch das Steigrohr 2 und die Speisung 8 zuge­ führte Gas-Flüssigkeits-Mischphase vor. Durch Kontakt der Mischphase mit der Innen­ seite der gekühlten Wand der Gas-Kleinflasche 1 kondensiert der gasförmige Anteil der Mischphase. Durch den Übergang gasförmiger Anteile in die flüssige Phase vermehrt sich das flüssige CO₂ im unteren Bereich 5 der Gas-Kleinflasche 1. Aus diesem Be­ reich wird zur Bereitstellung einer reinen Flüssigphase flüssiges CO₂ über eine Ent­ nahmestelle 7 abgegeben. Die Kühlung der als Kondensationsgefäß dienenden Gas- Kleinflasche 1 erfolgt durch die in der Kühlkammer 4 strömende Luft. Diese Luft wird mittels eines Peltier-Elements 9 und Wärmetauscher 10 gekühlt. Der Kühlbereich 11 des Wärmetauschers 10 liegt im Inneren der Kühlkammer 4. Der Warmbereich 12 des Wärmetauschers 10 befindet sich außerhalb der Kühlkammer 4 und wird von Umge­ bungsluft durchströmt. Die Kühlkammer 4 weist ein Gehäuse 13 und eine Isolierschicht 14 auf.

Die in der Figur gezeigte Vorrichtung kann auch z. B. um 180° gedreht sein. Möglicher­ weise ist diese Einbaulage aufgrund von Randbedingungen, die sich bei der Integration der Erfindung in eine Gesamtanlage ergeben, erforderlich. Der Aufbau der Erfindung bleibt hierbei in sich unverändert. Lediglich der Einsatz der Speisung 8 und des Steig­ rohres 2, sowie der sog. Entnahmestelle 7 wird geändert. Die sog. Entnahmestelle 7 dient zur Zuführung des Mediums. Die Entnahme des verflüssigten Mediums wird über das Steigrohr 2 und die sog. Speisung 8 vorgenommen. Die Erfindung weist somit eine Flexibilität hinsichtlich ihrer Einbaulage auf.

Claims (14)

1. Verfahren zur Abgabe von verflüssigtem Gas als Flüssigphase aus einer Quelle, die ein eine Gas-Flüssigkeits-Mischphase aufweisendes Medium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch ein Kondensationsgefäß (1) hindurch­ geleitet wird, in dem gasförmige Anteile des Mediums in die flüssige Phase über­ führt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensations­ gefäß (1) gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Kondensationsgefäßes (1) mit Hilfe eines an der Außenhülle des Gefäßes strö­ menden Kühlmediums durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Kühl­ medium durch einen Wärmetauscher (10) mittels eines Peltier-Elements (9) gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als strömendes Kühlmedium Luft eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium CO₂ eingesetzt wird.

7. Vorrichtung zur Abgabe von verflüssigtem Gas, wobei eine Abgabestelle für das verflüssigte Gas mit einer Quelle in Verbindung steht, welche ein eine Gas- Flüssigkeits-Mischphase aufweisendes Medium enthält, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der Quelle und der Abgabestelle ein Kondensationsgefäß (1) zwischengeschaltet ist, in dem gasförmige Anfeile des Mediums in die flüssige Phase überführt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensations­ gefäß (1) gekühlte Wände aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Wände des Kondensationsgefäßes (1) eine Kühlkammer (4) zur Aufnahme eines Kühlmediums vorgesehen ist, die das Kondensationsgefäß (1) umgibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung des Kühlmediums mindestens ein Wärmetauscher (10) vorgesehen ist, der mittels eines Peltier-Element (9) angetrieben wird, das zwischen dem Kühlbereich (11) des Wärmetauschers (10), innerhalb der Kühlkammer (4), und dem Warmbereich (12) des Wärmetauschers (10), außerhalb der Kühlkammer (4), eingebunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Kondensationsgefäß (1) eine Druckgasflasche, insbesondere eine Gas-Klein­ flasche (1), vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensationsgefäß (1) in einen als Kühlkammer (4) dienenden, isolierten Zylinder eingebaut ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Kondensationsgefäß (1) ein Steigrohr (2) vorgesehen ist, das sich von einer Spei­ sung (8) beginnend ins Innere des Kondensationsgefäßes (1) erstreckt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Kondensationsgefäß (1) eine Entnahmestelle (7) vorgesehen ist.