[0001] Die Erfindung betrifft ein System zum Transportieren von kryogenen Medien.
[0002] Kohlendioxidpartikel in Form von Pellets oder Trockeneisschnee werden nach ihrer
Erzeugung in thermisch isolierten Leitungen zu ihrem Einsatzort gefördert. Als Treibmittel
dient dabei in der Regel Druckluft, die aufgrund der tiefen Temperaturen der Kohlendioxidpartikel
von bis zu minus 78°C zuvor einem Trocknungsprozess unterworfen wird, um die Gefahr
einer Eisbildung zu vermeiden. Während des Einsatzes der Transportleitung ist der
Druck in der Transportleitung höher als der in der Außenumgebung; auf diese Weise
wird vermieden, dass feuchte Außenluft durch möglicherweise vorhandene Leckagen in
der Transportleitung eintritt.
[0003] DE 24 10 833 A1 und
US 2005/0274127 A1 beschreiben Gegenstände, bei denen ein flüssiges kryogenes Medium unter Druck in
einem Tank bevorratetet wird. Unter dem Druck im Innern des Vorratstanks wird das
kryogene Medium einem Verbraucher zugeführt. Um nach Trennung vom Verbraucher einen
durch das Verdampfen des kryogenen Mediums hervorgerufenen Überdruck zu vermeiden,
sind die Zuführungen jeweils mit einer Rückleitung mit Rückschlagventil ausgerüstet,
die ein Zurückfließen überschüssigen Mediums in den Vorratstank ermöglicht.
[0004] DE 102 47 505 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von kryogenem Kraftstoff, wobei auch hier
der kryogene Kraftstoff in Druckbehältern bevorratet wird, wobei der Kraftstoff über
eine Schleuse einer Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Die Schleuse sorgt für
einen Druckausgleich des der Brennkraftmaschine zugeführten Mediums.
[0005] Es besteht jedoch die Gefahr, dass während einer Betriebspause der Druck in der Transportleitung
allmählich auf den Druck der äußeren Atmosphäre absinkt. Dies hat zur Folge, dass
feuchte Außenluft durch etwaig vorhandene Leckagen, durch offen gelassene Verbindungselemente
oder durch angeschlossene, nicht gasdichte Apparaturen eintreten kann. Die in der
Luft vorhandene Feuchte Luft gefriert beim Kontakt mit dem Trockeneis oder an unterkühlten
Wandabschnitten der Transportleitung und kann dadurch zur Beeinträchtigung des Betriebsablaufs
bis hin zur völligen Verstopfung der Transportleitung führen. Das Gleiche gilt im
Falle längerer Stillstandzeiten: Der sich im Laufe der Zeit ansammelnde Wasserdampf
kondensiert bei Betriebsaufnahme durch den Kontakt mit dem geförderten Trockeneis.
Dadurch wird ein erheblicher Teil der in den Trockeneisteilchen enthaltenen Kälteenergie
absorbiert und verschlechtert somit die Qualität des transportierten Trockeneises.
Bei länger andauernden Betriebspausen führt zudem das sich an den Wandabschnitten
anlagernde Wasser zu einem erheblich höheren Energieaufwand beim Abkühlen der Transportleitung
auf seine Betriebstemperatur von beispielsweise minus 78°C.
[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die Präsenz von Wasser in der Transportleitung
dauerhaft zu vermeiden und zudem während Betriebspausen die Temperatur im Innern der
Transportleitung möglichst lang möglichst niedrig zu halten.
[0007] Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Transportsystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
[0008] Während des Betriebs der Transportleitung wird das mit der Transportleitung strömungsverbundene
oder in diese integrierte Speichervolumen zumindest teilweise mit dem transportierten
Medium gefüllt, zu Beginn einer Betriebspause jedoch von der Transportleitung bzw.
den übrigen Abschnitten der Transportleitung strömungstechnisch getrennt, woraufhin
das im Speichervolumen verbliebene kryogene Medium verdampft und das verdampfte Medium
zumindest in einen Leitungsabschnitt oder mehrere Leitungsabschnitte der Transportleitung
eingeleitet wird.
[0009] Durch das Verdampfen des kryogenen Mediums im Speichervolumen bildet sich dort ein
Gasüberdruck gegenüber der Außenatmosphäre aus. Das Gas strömt in die mit dem Speichervolumen
strömungsverbundenen Abschnitte der Transportleitung ein und verdrängt dort etwaig
vorhandene feuchte Luft. Durch die fortwährende Zufuhr des verdampften Mediums aus
dem Speichervolumen bildet sich auch in den gefluteten Abschnitten der Transportleitung
ein geringer Überdruck aus, der auch das Eindringen feuchter Außenluft durch etwaige
Leckagen verhindert. Zugleich wird die Transportleitung aufgrund der tiefen Temperatur
des verdampften kryogenen Mediums von zunächst nur wenig über dem Siede- bzw. Sublimationspunkt
auf einer tiefen Temperatur gehalten, die bei Wiederaufnahme des Betriebs die zur
Abkühlung der Transportleitung auf ihrer Betriebstemperatur aufzuwendende Energie
deutlich reduziert. Der durch das Verdampfen des kryogenen Medium erzeugte Überdruck
kann zudem dazu eingesetzt werden, eine Leckage in der Transportleitung aufzuspüren.
Die Transportleitung kann in zwei, drei oder mehr Leitungsabschnitte unterteilt sein,
die jeweils gemeinsam oder nur zum Teil mit verdampftem kryogenem Medium versorgt
werden können.
[0010] Bevorzugt wird das verdampfte Medium erst bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzdruckes
im Speichervolumen die Leitungsabschnitte eingeleitet.
[0011] Als kryogenes Medium kommt vorzugsweise Kohlendioxid zum Einsatz, insbesondere festes
Kohlendioxid, das in Form von Pellets oder Schnee durch die Transportleitung gefördert
wird. Bei Beginn einer Betriebspause verbleiben Kohlendioxidpartikel im Speichervolumen,
die mit allmählich zunehmender Temperatur sublimieren und in der genannten Weise die
Transportleitung inertisieren.
[0012] Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem System zum Transportieren eines kryogenen
Mediums im flüssigen oder festen Zustand durch eine Transportleitung gelöst, mit einer
Transportleitung, durch die das kryogene Medium im flüssigen oder festen Zustand transportiert
wird, die stromab zu einer Fördereinrichtung angeordnet ist und mehrere gasdicht voneinander
abtrennbare Leitungsabschnitte aufweist, wobei wenigstens ein Leitungsabschnitt mit
einem Speichervolumen verbunden ist, das mit der Außenumgebung in thermischen Kontakt
steht, wobei eine Gasleitung vorgesehen ist, die das Speichervolumen mit zumindest
einem weiteren Leitungsabschnitt der Transportleitung verbindet und die mit einem
Druckregelventil ausgerüstet ist.
[0013] Während der Durchleitung des kryogenen Mediums durch die Transportleitung wird also
das mit diesem strömungsverbundene Speichervolumen mit dem kryogenen Medium zumindest
teilweise gefüllt, wobei sich das Medium zumindest teilweise im flüssigen oder festen
Zustand befindet. Beim Eintritt einer Betriebspause bleibt ein Teil des Mediums im
Speichervolumen zurück. Aufgrund des thermischen Kontakts mit der Umgebung erwärmt
sich das Speichervolumen und das in ihm befindliche Medium geht in den gasförmigen
Zustand über. Dadurch kommt es zu einem Druckanstieg im Innern des Speichervolumens.
Das in der Gasleitung montierte Druckventil ist derart ausgelegt, dass es oberhalb
eines bestimmten, bauartbedingt vorgegebenen oder einstellbaren Grenzdrucks öffnet
und die Strömungsverbindung zwischen dem Speichervolumen und den mit diesem strömungsverbundenen
Abschnitten der Transportleitung freigibt. Dadurch werden diese Abschnitte mit dem
verdampften Medium geflutet und es kommt zu einer gleichmäßigen Inertisierung und
Kühlung dieser Leitungsabschnitte.
[0014] Das Speichervolumen ist in einer bevorzugten Ausgestaltung von der Transportleitung
mittels ansteuerbarer Schließarmaturen strömungstechnisch trennbar, die automatisch
beim Eintritt der Betriebspause in ihren Schließzustand und beim Ende der Betriebspause
in ihren Öffnungszustand übergehen.
[0015] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei
dem Speichervolumen um einen Leitungsabschnitt der Transportleitung selbst. Beim Eintritt
einer Betriebspause wird dieses strömungstechnisch von den übrigen Leitungsabschnitten
getrennt, bleibt jedoch über eine separate Gasleitung, die bevorzugt zunächst noch
mittels des Druckventils geschlossen ist, mit diesen verbunden. Mit der Verdampfung
bzw. Sublimation des kryogenen Mediums steigt der Druck innerhalb des abgetrennten
Leitungsabschnitts an. Oberhalb eines vorgegebenen oder gewählten Grenzdrucks wird
die Gasleitung durch das Druckventil geöffnet und das verdampfte Medium strömt in
die verbundenen Leitungsabschnitte und sorgt dort für eine Inertisierung.
[0016] Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
Die einzige Zeichnung (Fig. 1) zeigt schematisch eine erfindungsgemäßes System zum
Transportieren eines kryogenen Mediums.
[0017] Bei dem Transportsystem 1 handelt es sich um eine Einrichtung, bei der Kohlendioxidpartikel
in Form von Pellets oder Schnee mittels Druckluft gefördert werden. Derartige Kohlendioxidpartikel
kommen in vielfältigen Bereichen zum Einsatz, beispielsweise bei der Reinigung von
Oberflächen, bei der Kühlung von Lebensmittelprodukten oder pharmazeutischen Präparaten,
ebenso wie bei verschiedenen Einsatzmöglichkeiten aus dem Bereich der Chemie, der
Metallurgie oder der Elektronik.
[0018] Das Transportsystem 1 umfasst eine Transportleitung 2, in der die Kohlendioxidpartikel
mittels einer Fördereinrichtung 3 gefördert werden. Stromauf zur Fördereinrichtung
3 ist die Transportleitung in hier nicht weiter interessierender Weise mit einem Vorratsbehälter
für die Kohlendioxidpartikel verbunden. Die Transportleitung 2 ist überwiegend mit
einer thermischen Isolierung 4 versehen, die jedoch im Bereich eines Leitungsabschnitts
5 zumindest teilweise unterbrochen ist.
[0019] Dieser Leitungsabschnitt 5 ist mittels Stellventile 6,7 strömungstechnisch von den
übrigen, thermisch vollständig isolierten Leitungsabschnitten 9 der Transportleitung
2 trennbar. Vom Leitungsabschnitt 5 mündet eine Gasleitung 8 aus, die über Verbindungsleitungen
10,11 mit weitern Leitungsabschnitten 9 der Transportleitung 2 verbunden sind. An
Abzweigpunkten 12,13 können Verbindungen mit weiteren, hier nicht gezeigten Leitungsabschnitten
hergestellt werden. In der Gasleitung 8 ist ein Druckventil 15 vorgesehen, das oberhalb
eines bestimmten Gasdrucks im Innern des Leitungsabschnitts 5 die Gasleitung 8 freigibt,
unterhalb dieses Gasdrucks jedoch schließt. Eine Steuereinheit 16 überwacht und steuert
den Motor der Fördereinrichtung 3 und die Stellventile 6,7.
[0020] Beim Betrieb des Transportsystems 1 sind die Stellventile 6,7 geöffnet. Das Druckventil
15 ist geschlossen. Kohlendioxidpartikel werden unter der Wirkung der Fördereinrichtung
3 mittels Druckluft durch die Transportleitung 2 gefördert. Beim Eintritt einer Betriebspause
wird der Motor der Fördereinrichtung 3 durch ein Signal der Steuereinheit 16 abgestellt.
In Innern der gesamten Transportleitung 2 bleiben Kohlendioxidpartikel zurück. Um
eine besonders große Menge an zurückbleibenden Kohlendioxidpartikeln im Innern des
Leitungsabschnitts 5 zu gewährleisten, kann der Leitungsabschnitt 5 auch eine hierzu
geeignete Geometrie aufweisen oder an einer besonderen Stelle innerhalb der Transportleitung
2 angeordnet sein, an der ein besonders hoher Anfall an Partikeln zu erwarten ist.
Beispielsweise kann der Leitungsabschnitt 5 gegenüber den übrigen Leitungsabschnitten
verbreitert oder im Bereich eines Knicks in der Transportleitung 2 angeordnet sein,
oder es kann ein zusätzliches Volumen mit dem Leitungsabschnitt 5 in Strömungsverbindung
stehen, das dann als eigentliches Speichervolumen für das Kohlendioxid fungiert. Zugleich
mit der Fördereinrichtung werden die gleichfalls mit der Steuereinheit 16 in Datenaustausch
stehenden Stellventile 6,7 geschlossen. Der Leitungsabschnitt 5 ist somit hermetisch
von den übrigen Leitungsabschnitten 9 der Transportleitung 2 getrennt. Aufgrund der
im Bereich des Leitungsabschnitts 5 (beziehungsweise eines an den Leitungsabschnitt
angeschlossenen Speichervolumens) zumindest teilweise fehlenden thermischen Isolierung
4 erwärmen sich die im Innern des Leitungsabschnitts 5 befindliche Kohlendioxidpartikel
und sublimieren zu Kohlendioxidgas, das den Leitungsabschnitt 5 bei allmählich ansteigendem
Druck ausfüllt. Oberhalb eines vorgegebenen Grenzdrucks öffnet das Druckventil 15
und das gasförmige Kohlendioxid strömt in die mit der Gasleitung 8 strömungsverbundenen
Leitungsabschnitte 9 der Transportleitung 2. Dadurch entsteht in den Leitungsabschnitten
9 eine Atmosphäre von Kohlendioxid, die gegenüber der Außenatmosphäre einen geringen
Überdruck aufweist und dadurch das Eindringen von feuchter Außenluft weitgehend verhindert.
Zugleich werden die Leitungsabschnitte 9 vom Kohlendioxidgas, das nach seiner Sublimation
einer Temperatur von nur wenig über minus 78°C aufweist, gekühlt. Die thermisch isolierten
Leitungsabschnitte können so wirkungsvoll über einen längeren Zeitraum kalt gehalten
werden werden. In dem Fall, dass ein Leitungsabschnitt strömungsoffen ist, also beispielsweise
eine Leckage aufweist oder eine nicht gasdichte Verbindung mit einem Endgerät aufweist,
erfolgt ein gleichmäßiger Kohlendioxidstrom durch den betreffenden Leitungsabschnitt
hindurch. Nach Beendigung der Betriebspause werden die Stellventile 6,7 geöffnet und
der Transport von Kohlendioxidpartikeln durch die Transportleitung 2 wird wieder aufgenommen.
[0021] Die Entstehung von Wassereis in der Transportleitung 2 wird auf diese Weise wirkungsvoll
unterbunden. Verluste an Energie und Arbeitszeit werden dadurch deutlich verringert.
Bezugszeichenliste
[0022]
- 1
- Transporteinrichtung
- 2
- Transportleitung
- 3
- Fördereinrichtung
- 4
- Isolierung
- 5
- Leitungsabschnitt
- 6
- Stellventil
- 7
- Stellventil
- 8
- Gasleitung
- 9
- Leitungsabschnitt
- 10
- Verbindungsleitung
- 11
- Verbindungsleitung
- 12
- Abzweigpunkt
- 13
- Abzweigpunkt
- 14
- -
- 15
- Druckventil
- 16
- Steuereinheit
1. System zum Transportieren eines kryogenen Mediums im flüssigen oder festen Zustand,
mit einer Transportleitung (2), durch die das kryogene Medium im flüssigen oder festen
Zustand transportiert wird, die stromab zu einer Fördereinrichtung (3) angeordnet
ist und mehrere gasdicht voneinander abtrennbare Leitungsabschnitte (5,9) aufweist,
wobei wenigstens ein Leitungsabschnitt (5) mit einem Speichervolumen verbunden ist,
das mit der Außenumgebung in thermischen Kontakt steht, wobei eine Gasleitung (8)
vorgesehen ist, die das Speichervolumen (5) mit zumindest einem weiteren Leitungsabschnitt
(9) der Transportleitung (2) verbindet und die mit einem Druckregelventil (15) ausgerüstet
ist.
2. Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (5) von der Transportleitung (2) mittels ansteuerbarer Schließarmaturen
(6,7) strömungstechnisch trennbar ist, die automatisch beim Eintritt der Betriebspause
in ihren Schließzustand und beim Ende der Betriebspause in ihren Öffnungszustand übergehen.
3. Transportsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Speichervolumen (5) ein Leitungsabschnitt der Transportleitung (2) vorgesehen
ist.
4. Transportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (15) so ausgestaltet ist, dass das verdampfte Medium erst bei
Erreichen eines vorgegebenen Grenzdruckes im Speichervolumen (5) in die Leitungsabschnitte
(9) eingeleitet wird.
5. Transportsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Transportleitung (2) Kohlendioxid in Form von Pellets oder Schnee mittels
Druckluft gefördert wird.
1. System for transporting a cryogenic medium in the liquid or solid state, with a transport
line (2), through which the cryogenic medium is transported in the liquid or solid
state and which is arranged downstream of a conveying device (3) and has a plurality
of line portions (5, 9) separable from one another in a gas-tight manner, at least
one line portion (5) being connected to a storage volume which is in thermal contact
with the external surroundings, a gas line (8) being provided, which connects the
storage volume (5) to at least one further line portion (9) of the transport line
(2) and which is equipped with a pressure-regulating valve (15).
2. Transport system according to Claim 1, characterized in that the storage volume (5) can be separated fluidically from the transport line (2) by
means of activatable closing valves (6, 7) which automatically assume their closing
state at the commencement of the operating intermission and assume their opening state
at the end of the operating intermission.
3. Transport system according to Claim 1 or 2, characterized in that a line portion of the transport line (2) is provided as the storage volume (5).
4. Transport system according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure-regulating valve (15) is configured such that the evaporated medium
is introduced into the line portions (9) only when a stipulated limit pressure is
reached in the storage volume (5).
5. Transport system according to one of the preceding claims, characterized in that carbon dioxide in the form of pellets or snow is conveyed in the transport line (2)
by means of compressed air.
1. Système de transport d'un agent cryogénique à l'état liquide ou solide, le système
présentant :
un conduit de transport (2) par lequel l'agent cryogénique est transporté à l'état
liquide ou solide,
le conduit étant disposé en aval d'un dispositif de transport (3) et présentant plusieurs
parties (5, 9) de conduit qui peuvent être séparées les unes des autres de manière
étanche aux gaz,
au moins une partie (5) du conduit étant reliée à un volume de réserve en contact
thermique avec l'environnement extérieur,
un conduit (8) de gaz étant prévu pour relier le volume de réserve (5) à au moins
une autre partie (9) du conduit de transport (2) et étant doté d'une soupape (15)
de régulation de pression.
2. Système de transport selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de réserve (5) peut être séparé en termes d'écoulement du conduit de transport
(2) au moyen de robinets de fermeture (6, 7) asservis qui passent automatiquement
dans leur position de fermeture au début d'un arrêt de fonctionnement et dans leur
position d'ouverture à la fin de l'arrêt de fonctionnement.
3. Système de transport selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une partie du conduit de transport (2) est prévue comme volume de réserve (5).
4. Système de transport selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape (15) de régulation de pression est configurée de telle sorte que l'agent
vaporisé ne soit introduit dans la partie de conduit (9) que si une pression limite
prédéterminée est atteinte dans le volume de réserve (5).
5. Système de transport selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que du dioxyde de carbone sous forme de pastilles ou de neige est transporté au moyen
d'air comprimé dans le conduit de transport (2).