(57)【要約】【解決手段】実質的に４０バールより大きな一定圧力で液体化冷却二酸化炭素の中断されない貯蔵のための本発明方法は、次の処理工程：液体二酸化炭素が低圧力で供給される；前記二酸化炭素が低圧タンク（１）に装入され、かつそこに一時貯蔵される；前記二酸化炭素が前記低圧タンク（１）から高圧タンク（２）にポンプ（４）で吸い上げられ、前記二酸化炭素の圧力が増加される；前記二酸化炭素が液相と気相の間の熱力学不均衡に移転まで前記高圧力タンク（２）に貯蔵されるか、一時的に貯蔵される；を含む。方法を遂行するための適切な方法および供給システム（３）は、それらの高い性能、中断されない効率および実質的に４０バールより大きな一定圧力で液体化冷却二酸化炭素の安価な供給によって区別される。
2005517144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の処理工程：
液体二酸化炭素が低圧力で供給される；
前記二酸化炭素が低圧タンク（１）に装填され、かつそこに一時貯蔵される；
前記液体二酸化炭素が前記低圧タンク（１）から高圧タンク（２）にポンプ（２）によって吸い上げられ、前記二酸化炭素の圧力が増加される；
前記二酸化炭素が液相と気相の間の熱力学不均衡に移転まで前記高圧力タンク（２）に貯蔵されるか、一時的に貯蔵される；
を含む実質的に４０バールより大きな一定圧力で液体過冷却二酸化炭素の中断されない供給のための方法。
【請求項２】
前記液体二酸化炭素は、前記高圧タンク（２）での圧力上昇のために液相で前記低圧タンク（１）から前記高圧タンク（２）に通過される請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記液体二酸化炭素は、前記高圧タンク（２）内の圧力を減少するために低圧タンク（１）から前記高圧タンク（２）に液相から気相で導入される請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記高圧力タンク（２）内の二酸化炭素の圧力は、液体二酸化炭素が流通する圧力に依存する高圧タンクに気相または液相のいずれかで前記高圧タンク（２）に供給される行為によって制御される前述の請求項いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記高圧タンク（２）内の液相温度は、０℃と１０℃の間、好ましくは２℃と５℃の間である前述の請求項いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記高圧タンク（２）内の液相は、場所的に加温および／または気相に転換され、前記高圧タンク（２）内で熱力学不均衡に維持およびまたは作られる前述の請求項いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
特に冷二酸化炭素で補給の間、圧力安定のためおよび前記高圧タンク（２）の最小圧力を保証するため、前記高圧タンク（２）内の液相および／または気相は特に分離加熱システムによって暖められる前述の請求項いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
低圧タンク（１）からの二酸化炭素は、前記高圧タンク（２）に二酸化炭素量は前もってセットされた値、好ましくは最大容量の１／４、特に１／３以下に落ちるやいなや、前記高圧タンク（２）に供給される前述の請求項いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
低圧は、４０バール以下、特に３０バール以下、好ましくは２５バール以下である前述の請求項いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記低圧タンク（１）内で最小圧力を保証するために前記低圧タンク（１）の液相は暖められる前述の請求項いずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
無泡二酸化炭素で前記ポンプに装入するために、第１ラインおよび／または前記ポンプで形成される気体の二酸化炭素は低圧タンク（１）に再循環される前述の請求項いずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
それぞれ液相および気相を収容するための低圧タンク（１）および高圧タンク（２）を有し、かつポンプ（４）を有する実質的に４０バールより大きな一定圧力で過冷却二酸化炭素の中断されない供給のための供給システム（３）であって、
前記ポンプは低圧タンク（１）と高圧タンク（２）の間に配置される場合、第１ライン（５）を通して前記低圧タンク（１）に接続され、かつ前記タンクは第２ライン（６）を通して前記高圧タンク（２）に接続されるシステム。
【請求項１３】
前記第２ライン（６）は、上部供給ライン（４０）および下部供給ライン（４１）に変態し、前記上部供給ライン（４０）は前記高圧タンク（２）の上部領域（１１）に開口し、かつ前記下部供給ライン（４１）は前記低圧タンク（１）の下部領域に開口する請求項１２記載の供給システム（３）。
【請求項１４】
前記高圧タンク（２）は、液相のための高圧タンク（２）の下部領域（１２）を気相のための高圧タンク（２）の上部領域（１１）と接続する前記高圧タンク（２）上の付加ライン（３０）に配置される第１ヒータ（２９）を有する請求項１２または１３記載の供給システム（３）。
【請求項１５】
前記高圧タンク（２）は、高圧タンク（２）の下部領域（１２）に配置される第２ヒータ（９）を有する請求項１２ないし１４いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項１６】
前記低圧タンク（１）および／または高圧タンク（２）は、熱断熱材（７）を有する請求項１２ないし１５いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項１７】
前記低圧タンク（１）は、冷却器（１０）を有する請求項１２ないし１６いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項１８】
前記低圧タンク（１）は、前記第１ライン（５）のための液相用口（１３）を有する請求項１２ないし１７いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項１９】
前記第２ライン（６）と前記低圧タンク（１）との間の返送ライン（１４）で特徴付けられる請求項１２ないし１８いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項２０】
前記高圧タンク（２）内の二酸化炭素量、前記低圧タンク（１）内の二酸化炭素量、前記高圧タンク（２）内の圧力、前記低圧タンク（１）内の圧力、前記高圧タンク（２）内の液相温度、前記高圧タンク（２）内の気相温度、前記低圧タンク（１）内の二酸化炭素温度および前記ポンプ（４）の温度の群から選ばれる少なくとも１つのパラメータを決定するセンサを有する器機使用システムで特徴付けられる請求項１２ないし１８いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項２１】
前記器機使用システムに接続される制御ユニットと、ポンプ、前記高圧タンク（２）中の液相用第２ヒータ（９）、前記高圧タンク中の液相用第１ヒータ、前記低圧タンク（１）の冷却器（１０）、前記第１ライン（５）の第１バルブ（２５）、前記第２ライン（６）の第２バルブ（２６）、前記第２ライン（６）の第３バルブ（４２）、前記第２ライン（６）と前記低圧タンク（１）間の返送ライン（２７）の返送ラインバルブ（２８）、前記低圧タンク（１）の第１安全バルブ（２３）および前記高圧タンク（２）の第２安全バルブ（２４）の群から選ばれる少なくとも１つの部品とで特徴付けられる請求項２０記載の供給システム（３）。
【請求項２２】
前記二酸化炭素を前記液相から引き取るために前記高圧タンク（２）は脱水バルブ（１６）および／または降下チューブを有する請求項１２ないし２１いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項２３】
前記ポンプ（４）は、操作中にガス収集がサクションスペース（４３）に実質的に形成できないように配置および／または構成される移動スペースを有するピストンポンプ、特にトリプルピストンポンプ、である請求項１２ないし２２いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項２４】
前記ポンプ（４）の入口（２１）と前記低圧タンク（１）の上部の間の引取ライン（２０）で特徴付けられる請求項１２ないし２３いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項２５】
前記高圧タンク（２）は、２トン未満、特に１．５トン未満、好ましくは１．２トン未満の二酸化炭素の容量を有する請求項１２ないし２４いずれか記載の供給システム（３）。
【請求項２６】
前記低圧タンク（１）は、少なくとも３トン、特に少なくとも７トン、好ましくは少なくとも１０トンの二酸化炭素の容量を有する請求項１２ないし２４いずれか記載の供給システム（３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実質的に４０バールより大きな一定圧力で液体過冷却された二酸化炭素の中断されない供給のための方法および供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ある用途において、高圧で大量の二酸化炭素が要求される。この場合の重要な視点は、圧力が可能な限り一定の状態で供給されるべきであり、かつ搬送される二酸化炭素の量ができる限り正確に測定されるべきであることである。
【０００３】
近年、二酸化炭素の使用は確立され、例えば約６０バール以上の二酸化炭素を必要としている。例えば、６０バールの液体二酸化炭素は臨界超過抽出、冷却、薄層のノズルを用いるプラズマ噴射または小さい二酸化炭素容器への装入でプラスチックを発泡するために必要とされている。
【０００４】
機械的吹き出し法によるポリスチレンフォーム（ＸＰＳ）の製造において、選択的に用いられる吹き出し剤二酸化炭素はダイアグラム計測ポンプシステムの使用にて約３５０バール以上で発泡押出機に押し入られる。高圧ポンプに対していくつかの製造業者らは低圧で貯蔵され、かつ計測ポンプに入れる前に過冷却される室温二酸化炭素の使用を命ずる。
【０００５】
現在、高圧で液体二酸化炭素を供給するために、据え付け高圧タンクは低圧（２０バールまで）で冷二酸化炭素にて満たされている。二酸化炭素は、それから暖められ、その結果として高圧タンク内の圧力は所望の最小圧力に増大する。補給中に、圧力は低圧レベルに戻るように減少される。圧力は、高圧タンクから気体の二酸化炭素を放出すことによって減少され、その放出はコスト上昇を招き、かつ一般的に環境にとって不快な汚染を現す。さらに、二酸化炭素の供給は充填期間中、中断される。二酸化炭素供給の中断を回避するために、択一的に装入および空にされる２つの高圧タンクは据え付けなければならない。２つの高圧容器の調達コストのみならず、噴出装置のためのそれらメインテナンスコストが無視できなくなる。
【０００６】
６０バールおよび２２℃で分離されない加熱可能圧力容器中の高圧貯蔵は高圧条件を連続的に保証することができない。工業規模の二酸化炭素消費のためタンクートラックは、常に低温、低圧二酸化炭素（１２バール／−３５℃）を供するので、高圧容器の圧力は補給中に衰弱する。二酸化炭素の供給圧力は、出力依存時間遅延を有する内部容器ヒータによって望ましい圧力レベルまで上昇されなければならない。
【０００７】
一般のタンカートラックポンプを用いて高圧二酸化炭素を装入することは、また問題を惹起し、それゆえ容器内の圧力は最大可能ポンプ圧力に装入する前に放出されるべきである。
【０００８】
低圧タンク内への低圧液体二酸化炭素の貯蔵およびポンプを用いる高圧での液体二酸化炭素のプラントへの供給は、二酸化炭素によるプラントの供給がポンプ欠陥の発生で中断され、それによって少なからぬコストの上昇を招く不利益を有する。
【０００９】
二酸化炭素がその沸点近傍で供される従来の方法での不利益がやはりあった。それら沸点近傍の液体は、蒸気形態になる傾向を有し、それは計測をより困難にし、かつ発生する圧縮ロスのために輸送を相対的にエネルギー集中でなされる。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の目的は、それゆえ液体二酸化炭素が実質的に４０バールより大きな一定圧力で中断されずに安価に供給できることによる改良された方法および供給システムを特定することである。
【００１１】
この目的は、請求項１に係る特徴を有する方法および請求項１の特徴を有する供給システムを本発明によって達成される。有益な具体例およびそれぞれの個々に供されることができるか、または他の一つを望まれるように組み合わせることができる開発は、それぞれの従属請求項の事柄である。
【００１２】
４０バール以上の一定圧力で流体過冷却二酸化炭素の中断されない供給のための本発明の方法は、次の処理工程を含む：
液体二酸化炭素が低圧力で供給される；
前記二酸化炭素が低圧タンク（１）に装入され、かつそこに一時貯蔵される；
前記液体二酸化炭素が前記低圧タンク（１）から高圧タンク（２）にポンプ（２）によって吸い上げられ、前記二酸化炭素の圧力が増加される；
前記二酸化炭素が液相と気相の間の熱力学不均衡に移転まで前記高圧力タンク（２）に貯蔵されるか、一時的に貯蔵される。
【００１３】
二酸化炭素の対の暫定的貯蔵は、二酸化炭素の中断されない供給を許容する。プラント、特にポンプで欠陥が生じると、高圧タンク内に存在される二酸化炭素の量は前記プラントが修復されるまで供給のために用いられることができる。高圧タンクは、緩衝貯蔵器の機能を有する。
【００１４】
熱力学均衡の二酸化炭素は、小さい温度低下または温度増加の場合に急激に沸騰することを始める。熱力学不均衡の二酸化炭素の中間貯蔵は、知られた手法でこの不利益を示さない過冷却二酸化炭素の供給を許容する。二酸化炭素は気泡を形成せず、従ってより容易に輸送され、計測される。ここで、熱力学不均衡は、液体二酸化炭素の温度が広く行われている圧力および蒸気−圧力曲線によって与えられる均衡温度より低いことを意味する。この熱力学不均衡は、高圧タンク内の非均質温度分布の結果として、特に高圧タンク内の二酸化炭素の気相および液相間の温度勾配の結果として起こる。気相の温度が液相のそれより高いと、過冷却液体が存在される。
【００１５】
本発明方法の大きな有益さは、条件付けされた二酸化炭素を供することができることである。特に、（微細）気泡形態の傾向を有さず、容易にポンプで吸い上げ可能であり、一定圧力で存在され、かつ高信頼性で中断されずに供される。二酸化炭素の次の条件付けのコストは、少なくとも一部で回避される。そのような方法の操作は、比較的に安価である。
【００１６】
高圧タンクは、４０および８０バールの間の圧力を受けることができるように設計される。このため、高圧タンクは特に熱断熱材、好ましくはＰＵ気泡断熱材を有し、かつアルミニウムまたは亜鉛メッキ鋼の金属ジャケットを有する球状容器として便宜上設計される。多くの用途は高圧で液体二酸化炭素を必要とされるので、高圧タンクは二酸化炭素の液相および気相の共存を示す。しかしながら、理論的に、高圧タンクは７３．７バールと呼ばれる超臨界範囲で操作されることができる。７３．７バールより高い圧力において、二酸化炭素は高密度気相相当できる単一均質相の熱力学均衡で存在される。
【００１７】
前記低圧タンクは、低圧として、特に４０バール以下の圧力、特に３０バール以下、好ましくは２５バール以下として設計される。低圧タンクは、球状容器として設計される必要がなく、水平または垂直にできる。好都合に、それは圧力増強デバイスおよび液相の二酸化炭素のための接続を有する。前記低圧タンクは、熱断熱、特に真空断熱を有する。前記低圧タンクは、従来の二酸化炭素タンカートラックから装入されることができる。前記低圧タンクにおいて、二酸化炭素の液相および気相は熱力学均衡で共存される。
【００１８】
前記ポンプによって、二酸化炭素の圧力は前記低圧タンクの低レベルから前記高圧タンクの高レベルに増加される。高圧タンク内の二酸化炭素の量が前もってセットされた値を超えるやいなや、液体二酸化炭素は前記低圧タンクから前記高圧タンクに汲み上げられる。これは、前記高圧タンクが十分な量の二酸化炭素、特に最大容量の２／３、好ましくは３／４を定常的に有することを保証する。これは、システム、特にポンプの短い期間の故障でさえ、十分な液体二酸化炭素が供給のためになお存在されることを保証する。前記ポンプは、前記高圧タンクと前記低圧タンクの間の圧力勾配を保証する。
【００１９】
二酸化炭素の対の暫定的貯蔵、低圧レベルでの暫定的貯蔵および高圧レベルでの貯蔵、の結果として、液体二酸化炭素の中断されない供給が可能になる。特に、二酸化炭素は高圧にて二酸化炭素の供給を中断せずに、従来のタンカートラックを用いる簡単な手法で低圧にて配送されることができる。
【００２０】
本発明方法の具体例において、前記低圧タンクの液相からの二酸化炭素は前記高圧タンク内の圧力上昇のために液相を前記高圧タンクに導入される。液体二酸化炭素を高圧タンク内の液相に直接添加することによって、前記高圧タンク内の気体二酸化炭素の温度は実質的に変化しない。前記高圧タンク内における液相の体積率の増加は、前記高圧タンク内の圧縮気相の追加生成によってもたらされ、その圧縮気相は前記高圧タンク内の圧力を増大する。
【００２１】
本発明方法の別の具体例において、前記低圧タンクからの液体二酸化炭素は前記高圧タンク内の圧力を減少するために前記高圧タンク内の気相に導入される。冷液体二酸化炭素を前記低圧タンクから前記高圧タンク内の二酸化炭素の気相に添加する結果として、気体二酸化炭素の部分液化が生じる。その結果、前記高圧タンク内の圧力が減少する。
【００２２】
好都合に、前記高圧タンク内の二酸化炭素の圧力は、前記高圧タンク内の流通圧力に依存する、液体二酸化炭素が前記高圧タンク内に気相または液相のいずれかを供給する行為によって制御される。前記高圧タンク内の圧力があまりにも低いか、またはあまりにも高いかのいずれに依存して前記高圧タンク内の圧力は液体二酸化炭素を前記高圧タンク内の二酸化炭素の液相に直接供給するか、または液体二酸化炭素を二酸化炭素の気相に添加する、例えばその液体二酸化炭素を前記気相に噴射する、ことによって一定に保つことができる。
【００２３】
本発明の別の具体例において、前記高圧タンク内の液相の温度は０℃と１０℃の間、好ましくは２℃と５℃の間である。６０バールの周囲圧力でのこれらの温度は、均衡蒸気圧力曲線による温度に相当しない。その液体は、従って過冷却である。温度は、熱力学不均衡のために上昇する。この不均衡は、液相と気相の間の非均質温度分布によってもたらされる。過冷却液体二酸化炭素は、蒸発する傾向を有さない有利さを有し、かつ容易にポンプで吸い上げ可能である。
【００２４】
多くの用途は、液体冷二酸化炭素に必要とするので、熱力学不均衡は前記高圧タンク内で作るか維持されなければならない。前記不均衡を作るか維持するために、本発明によれば前記高圧タンク内の液相は気相に蒸発および／または転換されるある箇所で位置的に暖められる。特に、不均衡は気体二酸化炭素の場所的加熱および／または液体二酸化炭素の蒸発および／または冷二酸化炭素を前記低圧タンクから前記高圧タンクに添加することによって作られるかまたは維持されることができる。場所的加熱は、前記高圧タンク内の圧力安定をもたらす。液体二酸化炭素は、したがって前記蒸発−圧力曲線に相当するそれより低い温度で供される。
【００２５】
場所的な加熱で加熱出力の適切なレベルを選択することは、気体二酸化炭素の凝縮による気体二酸化炭素の損失を補償する。加熱出力の適切な選択は、液体二酸化炭素を取り去ることによる前記高圧タンク内の圧力降下をやはり補償する。
【００２６】
更なる圧力安定化のためおよび前記高圧タンク内の最小圧力を保証するために、特に前記低圧タンクから冷二酸化炭素を補給中に、前記高圧タンク内の液相および／または気相は暖められる。この加温は、特に、分離加熱システムによってなされる。
【００２７】
例えば前記低圧タンクからの冷二酸化炭素が気相を経由して前記高圧タンクに供給されるならば、前記高圧タンク内の液体二酸化炭素の温度は降下する。その結果、気体二酸化炭素は前記高圧タンク内で凝縮する。温度低下は、前記蒸気−圧力曲線に関連する圧力の落下を生じる。装入中にそのような圧力変動を避けるために、供給された液体冷二酸化炭素は前記高圧タンク内の気相および液相の両方に規定された比率で通過される。
【００２８】
前記低圧タンクから冷二酸化炭素を添加するために前記高圧タンク内の液相温度の過度な降下は、第２ヒータによって防止される。前記第２ヒータによって、低温度に向かう過冷却の二酸化炭素は制限される。
【００２９】
好都合に、前記高圧タンク内の二酸化炭素の体積または質量が前もってセットされた値以下に降下するや否や二酸化炭素は前記低圧タンクから前記高圧タンクに供給される。適切な制御系統は、十分な液体二酸化炭素が前記高圧タンクに常に存在することによって保証する。特に、液体二酸化炭素での前記高圧タンクへの供給でのポンプ欠陥または一時的制限の発生において、この緩衝は欠陥を補修するために利用されることができる安全期間を保証する。例えば、前記高圧タンクが３／４満タン未満になるや否や前記高圧タンクは液体二酸化炭素で満たされる。欠陥の発生において、したがって少なくとも３／４満タン高圧タンクの体積は有益である。この測定は、供給の安全を少なからぬ増大する。
【００３０】
本発明の一つの具体例において、低圧は４０バール未満、好ましくは２５バール未満である。低圧において、従来のタンカートラックを用いる輸送は簡単かつ廉価である。
【００３１】
好都合に、前記低圧タンクの最小圧力を保証するために、前記低圧タンク内の液体二酸化炭素は暖められる。これは、前記低圧タンクで固体二酸化炭素（ドライアイス）を形成することを防ぐ。特に、ポンプが前記低圧タンクから比較的多量の二酸化炭素を撤去し、かつそれらを前記高圧タンクの供給する場合、前記低圧タンク内の圧力は不十分な液体二酸化炭素が蒸発し、かつ圧力競合のために気相中に通過するならば低下する。
【００３２】
低温二酸化炭素がタンカートラックから前記低圧タンクに供給されると、冷たい二酸化炭素の添加で前記低圧タンク内の温度が降下し、かつその圧力が前記蒸気−圧力曲線に一致した温度の降下につづくので、前記低圧タンク内の圧力もまた通常、低下する。二酸化炭素の加熱は、圧力降下が補償できる手段によって温度上昇をもたらす。
【００３３】
本発明の一つの具体例において、無泡二酸化炭素で前記ポンプに装入するために、第１ラインおよび／または前記ポンプで形成される気体二酸化炭素は前記低圧タンクに再循環される。これは気体二酸化炭素の不要な圧縮を避けるので、前記ポンプの効率はそれによって増大する。
【００３４】
４０バールより大きな一定圧力で過冷却二酸化炭素の中断されない供給のための本発明の供給システムは、それぞれ液相および気相を収容するための低圧タンクおよび高圧タンクを備え、前記ポンプは前記低圧タンクと高圧タンクの間に配置される場合、第１ラインを通して前記低圧タンクに接続され、かつ前記タンクは第２ラインを通して前記高圧タンクに接続される。好都合に、前記第２ラインは上部および下部の供給ラインに変態し、前記上部供給ラインは前記高圧タンクの上部領域に開口し、かつ前記下部供給ラインは前記低圧タンクの下部領域に開口する。
【００３５】
前記低圧タンクおよび高圧タンクは、前記第１ライン、前記ポンプおよび上部または下部の供給ラインを経由して互いに接続される。前記ポンプは、前記２つのタンク内の圧力レベル間の圧力差を生じる。
【００３６】
液体二酸化炭素は、前記低圧タンクの頂部から前記上部供給ラインを経由して高圧タンクに供給される。液体二酸化炭素は、それによって気体二酸化炭素が凝縮される結果として前記高圧タンク内の気相を通して落下する。これは、前記高圧タンク内の圧力を降下することをもたらす。
【００３７】
液体二酸化炭素は、前記低圧タンクから前記下部供給ラインを経由して高圧タンク内の液体二酸化炭素に供給される。その結果、前記高圧タンク内の液相の体積が増大し、それによって前記気相が圧縮される。これは、前記高圧タンク内の圧力を増大することをもたらす。
【００３８】
本発明の供給システムの特別な具体例において、前記高圧タンクは液相のための高圧タンクの下部領域を気相のための高圧タンクの上部領域と接続する前記高圧タンク上の追加ラインに配置される第１ヒータを有する。
【００３９】
前記第１ヒータを用いることで、液体二酸化炭素は前記高圧タンク内を最小圧力にするためにある箇所で位置的に蒸発される。熱力学不平衡は、これによって生成されるかまたは維持される。前記熱力学不非平衡で、ある箇所での二酸化炭素の場所的加熱は、液相から気相に通過する二酸化炭素の蒸発速度によって気相から凝縮する二酸化炭素の凝縮速度を補償する。
【００４０】
前記第１ヒータによる加温の中断および前記低圧タンクからの冷二酸化炭素の添加による冷却によって、過冷却液体二酸化炭素は高圧および前もってセット可能な温度で前記高圧タンクによって供される。これは、少なくとも一部で、二酸化炭素の条件に対して少なからぬコストを抑える。
【００４１】
前記上部供給ラインは、前記高圧タンクの上部領域に有益的に開口する。液体二酸化炭素が気相を含む前記高圧タンクの上部領域を通して前記低圧タンクから高圧タンクに通過されるならば、前記高圧タンク内の温度分布は均一になる。温度分布の均一性は、気相および／または液相の目標となる場所的加熱によって順番に変えることができる。均一性と非均一性の間の中断は、定常的高圧で条件付けされた、すなわち液体および過冷却と呼ばれる、二酸化炭素を供給するために、制御に関連して用いられる。
【００４２】
前記低圧タンクから二酸化炭素で以って前記高圧タンクへの適確な供給を制御することによって、供給の安全は相当に増大される。多量の液体二酸化炭素は前記ポンプの補修または置き換えの時間の間に二酸化炭素の供給を維持するために存在するので、前記ポンプの技術的欠陥は二酸化炭素の供給の中断を必然的に導かない。
【００４３】
前記高圧タンク内の最小圧力の更なる維持のため、および前記高圧タンク内の最小温度をやはり保証するために前記高圧タンクは前記高圧タンクの下部領域に配置される第２ヒータを有する。例えば、前記高圧タンク内の液体二酸化炭素の温度が前記低圧タンクからの冷二酸化炭素の添加によって前もってセットされた値以下に降下すると、その温度は前記第２ヒータによって増大される。前記第２ヒータを用いることで、前記低圧タンク内の液相および気相間の温度差は一様な標準から外れることができる。
【００４４】
前記低圧タンクは、４０バール未満、特に３０バール未満、好ましくは２５バール未満の低圧力を有するので、前記低圧タンクは従来の二酸化炭素用タンカートラックによって装入することができる。前記低圧タンクは、冷二酸化炭素、特に−１０℃未満の二酸化炭素、を貯蔵できるために、前記低圧タンクは熱断熱材を有する。本発明の特別な具体例において、前記低圧タンクは前記低圧タンクの圧力を増強することを意味する圧力増強デバイスを有する。
【００４５】
前記高圧タンクはそれぞれの用途によって要求される圧力を受領できるように構成されている。前記高圧タンクは、少なくとも４０バール、特に少なくとも５０バール、好ましくは少なくとも６０バールの圧力に耐えることができる。前記高圧タンクは、過冷却液体二酸化炭素を保持できるように前記高圧タンクは便宜上熱的に断熱されている。
【００４６】
前記低圧タンク内の二酸化炭素の一般的な加温を防ぐために、前記低圧タンクは冷却器を有する。これは、前記低圧タンク内の過剰な圧力増加を防ぐ。
【００４７】
特に低温二酸化炭素がタンカートラックから加えられる場合、前記低圧タンク内の最小温度は別の二酸化炭素液相用ヒータにより加熱することによって保証される。前記高圧タンクによって、かつこのヒータを用いる加熱によって前記低圧タンクからの液体二酸化炭素の高引取の発生でさえも、十分な液体二酸化炭素は蒸発され、かつ前記低圧タンク内の圧力降下を防ぐために気相に転換される。
【００４８】
二酸化炭素を前記低圧タンクから高圧タンクに効果的に輸送するために、前記低圧タンクは前記第１ラインに対して液相用接続を有する。圧縮機が気体の内部エネルギーを増大する動作のみで大きな程度までなすため、多量の二酸化炭素はその圧縮機を持つポンプを用いて輸送してもよい。費やされる動作の一部は、熱を失い、かつ二酸化炭素の実際のポンプで吸い上げるのに使用されない。
【００４９】
特別な具体例において、返送ラインは気体二酸化炭素が前記低圧タンクに再循環できるラインに返送することによって前記第２ラインと前記低圧タンクの間に供される。これは、多くの気体二酸化炭素がポンププの冷却中に形成されるならばポンプの作動する際に特に重要である。
【００５０】
前記供給システムの開ループンまたは閉ループのために、センサを有する器具使用システムは前記高圧タンク内の二酸化炭素の量または二酸化炭素の質量、前記低圧タンク内の二酸化炭素の量または二酸化炭素の質量、前記高圧タンク内の圧力、前記低圧タンク内の圧力、前記高圧タンク内の液相温度、前記低圧タンク内の二酸化炭素温度および前記ポンプの温度の群から選ばれる少なくとも１つのパラメータを決定することを供する。
【００５１】
前記高圧タンク内の炭素量を決めることで、例えば二酸化炭素量決定はポンプを用いる二酸化炭素による前記低圧タンクから前記高圧タンクへの補給が必要であるときによって確立する。
【００５２】
前記低圧タンク内の二酸化炭素量または二酸化炭素質量を決定することによって、配送データはタンカートラックからの新たな二酸化炭素に対して確立される。
【００５３】
前記高圧タンク内および前記低圧タンク内の圧力は、第１に前記高圧タンク内の過剰な過圧を防ぐために、第２に前記供給システムの操作での欠陥を考慮するために測定される。特に、一定高圧力を特別に必要とする用途にとって高圧タンク内の圧力監視は必要である。
【００５４】
前記高圧タンク内の液体二酸化炭素の温度を測定する目的で、多くの用途で必要とされる最小温度は保証される。温度が前もってセットされた値以下に降下するならば、加熱がなされる。温度測定は、前記高圧タンク内の二酸化炭素の最小温度が超えないこと保証するためにやはり必要である。
【００５５】
前記低圧タンク内の二酸化炭素および前記ポンプの温度を測定することは、前記供給システムの状態を検査にとって便宜的である。
【００５６】
好都合に、前記供給システムは前記器機使用システムと、ポンプ、前記高圧タンク中の液相用第２ヒータ、前記高圧タンク中の液相用第１ヒータ、前記低圧タンクの冷却器、前記第１ラインの第１バルブ、前記第２ラインの第２バルブ、前記第２ラインの第３バルブ、前記第２ラインと前記低圧タンク間の返送ラインの返送ラインバルブ、前記低圧タンクの第１安全バルブおよび前記高圧タンクの第２安全バルブの群から選ばれる少なくとも１つの部品とに接続される制御ユニットを備える。
【００５７】
前記制御ユニットおよび前記ポンプによって、前記高圧タンク内の十分な液体レベルは例えば保証される。
【００５８】
前記高圧タンク内の液体二酸化炭素用第２ヒータによって、前記高圧タンク内の液体二酸化炭素の温度が保証される。
【００５９】
前記第１ヒータを用いることで、液体二酸化炭素は前記高圧タンク中のある箇所で場所的に蒸発され、それは前記高圧タンク内の熱力学不均衡を増強しかつ維持する。
【００６０】
冷却を制御することは、前記低圧タンク内の最小圧力およびそれによる最小温度が超えないことを保証する。
【００６１】
前記第１バルブを用いることで、前記ポンプが必要とされないときの時間で前記ポンプは前記低圧タンクから切り離されることができ、それによって低温で前記ポンプに加わるストレスが回避される。
【００６２】
前記第２バルブを用いることで、前記ポンプが操作しないときの期間において前記ポンプは前記高圧タンクから切り離される。
【００６３】
前記第２ラインの第３バルブを用いることで、冷液体二酸化炭素は前記高圧タンク内の液体二酸化炭素中に直接通過され、それによって前記高圧タンク中の圧力が増加されるか、または前記高圧タンク内の気相中に通過され、それによって前記圧力が減少される。
【００６４】
前記第２ラインと前記低圧タンクの間の返送ラインにおける返送バルブによって、気体二酸化炭素は前記低圧タンク中に制御された手法で再循環することができる。これは、特に前記ポンプを作動する上で液体二酸化炭素が前記ポンプの冷却中に蒸発される際に重要である。
【００６５】
前記低圧タンク上の第１安全バルブおよび前記高圧タンク上の第２安全バルブを制御することは、前記低圧タンクまたは前記高圧タンクが過度に負荷を受けることから防ぐ。
【００６６】
本発明供給システムの有益な具体例において、前記液相から前記二酸化炭素を取り去るために、前記高圧タンクは脱水バルブおよび／または降下チューブを有する。前記脱水バルブおよび／または降下チューブによって、前記二酸化炭素の液相は前記高圧タンクから簡単に取り去られる。
【００６７】
好都合に、前記ポンプはガスが操作中にサクションスペースに収集できないように配置および／または構成される移動スペースを有するピストンポンプ、特にトリプルピストンポンプである。したがって、移動スペースでのガス収集は多大に防がれる。
【００６８】
前記ポンプによって適用される動作は、液体二酸化炭素をポンプで吸い上げるために用いられないが、二酸化炭素の気相を圧縮するために用いられるので、前記移動スペースでのガスの収集は高エネルギー損失を導く。これは、前記二酸化炭素の内部エネルギーを増加すること、特にその温度を上昇することにのみを導き、かつエネルギーを消費する。
【００６９】
前記制御バルブの適切な配置によって、前記ピストンポンプの移動スペースは常に液体二酸化炭素で満たされる。気体二酸化炭素は、前記サクションスペースから逃散でき、気体二酸化炭素の収集が回避される。
【００７０】
前記変位空間から気体二酸化炭素を特に前記低圧タンクに導き出すオリフィスまたはチャンネルを追加的に設計することは、前記変位空間が液体二酸化炭素だけで常に満たされることを保証するために便宜的である。
【００７１】
好都合に、前記サクッションスペースから気相を取り払うために、引取ラインは前記ポンプの入口と前記低圧タンクの上部の間に存在される。気体二酸化炭素は、したがって前記ピストンポンプのサクッションスペースから逃散し、かつ前記引取ラインを経由して前記低圧タンクに通過する。
【００７２】
本発明供給システムの特別な具体例において、前記高圧タンクは２トン未満、特に１．５トン未満、好ましくは１．２トン未満の二酸化炭素の容量を有する。
【００７３】
工業規模用途のための通例である高圧タンクに比べて本発明供給システムの高圧タンクは小さい。そのような小さい高圧タンクは、安価であり、かつ前記低圧タンクと高圧タンク間の相互作用によって大量に二酸化炭素の中断されない連続流を供するのに完全に十分である。
【００７４】
前記低圧タンクは、少なくとも３トン、特に少なくとも７トン、好ましくは少なくとも１０トンの二酸化炭素の容量を有益に有する。そのような大きな寸法の低圧タンクの結果、十分に大量の二酸化炭素は工業規模用途に対応して高二酸化炭素消費のために一時的に貯蔵され、それによって前記供給システムはタンカートラックからの二酸化炭素の配給の間に、短期間供給制限が比較的に自由である。
【００７５】
さらに有益な具体例は、以下に図面を参照して記述される。図面は、本発明の範囲を制限することがないが、例示のためにこれを説明する。
【００７６】
図１は、それぞれ液体および気体の二酸化炭素が相共存として存在される低圧タンク１および高圧タンク２を有する本発明供給システム３を示す。前記低圧タンク１は、第１ライン５を通してポンプ４に、第２ライン６または上部供給ライン４０および下部供給ライン４１を通して前記ポンプ４から前記高圧タンク３の接続されている。
【００７７】
前記第１ライン５の第１バルブ２５および前記第２ライン６の第２バルブ２６によって、前記ポンプ４はそのポンプ４が操作されないか、または修理保存しなければならないときに前記低圧タンク１および高圧タンク２から切り離すことができる。入口バルブ３７を有する入口チューブ３６を経由して前記低圧タンク１はタンカートラックから３５℃、１５バールで冷二酸化炭素が装入される。
【００７８】
前記低圧タンク内の圧力を制限するために、二酸化炭素は断熱材７によってその断熱材７が前記低圧タンク内の二酸化炭素への外部からの熱束を低減する温度に安定化される。冷却器１０は、外部からの熱束のために二酸化炭素の加温を妨げるタンクを有する。安全バルブ２３は、過剰な温度増大の発生において最大許容最大圧力が超えないことを保証する。
【００７９】
圧力がこの最大圧力の達すると、気体二酸化炭素は液体二酸化炭素の温度が液体二酸化炭素の蒸発熱による降下する結果として放出される。
【００８０】
前記ポンプ４は、液体ポート１３で前記低圧タンク１から液体二酸化炭素を引き取る。あまりに多くの液体二酸化炭素は、前記低圧タンク１中の圧力が前記低圧タンク１内の二酸化炭素の温度低下でもたらされる過剰に降下する前記低圧タンク１から引き取られるか、またはあまりに多くの冷二酸化炭素が前記低圧タンクに装入されるならば、前記低圧タンク１内の液相は加熱される。
【００８１】
前記ポンプ４は、ピストンポンプとして構成され、かつ返送バルブ２８が配置される返送ライン２７を経由して前記低圧タンク１に接続される入口２１を有する。前記返送ライン２７によって、前記第１ライン５または前記ポンプ４のいずれかで形成された気体二酸化炭素は前記低圧タンク１に返送され、それによって前記ポンプ４は液体二酸化炭素のみ装入され、気体二酸化炭素を装入されない。冷開始相の間で、返送バルブ１５を有する返送ライン１４によって、第２ライン６中の液体および／または気体の二酸化炭素は前記第２バルブ２６が閉じられている時に前記低圧タンク１に再循環される。これらの測定は、二酸化炭素の内部エネルギーを増大させるためのみ作動の十分な部分としてなされる二酸化炭素の気相の圧縮によって前記ポンプ４による作動の少なからぬ部分を損失から防ぐ。
【００８２】
前記高圧タンク２は、二酸化炭素の気相用上部領域１１および二酸化炭素の液相用下部領域１２を有する。上部供給ライン４０は、前記高圧タンク２の上部領域１１に開口する。前記下部供給ライン４１は、前記下部領域１２に開口する。流通圧力に依存して第３バルブおよび第４バルブは二酸化炭素流れを前記上部供給ライン４０または下部供給ライン４１を経由して前記高圧タンク２に通過させる。二酸化炭素が前記下部供給ライン４１を通して供給されるならば、液相上の気相は圧縮され、かつ高圧容器内の圧力が増大する。
【００８３】
前記低圧タンク１からの液体二酸化炭素の添加の結果として、前記高圧タンク２内の温度が降下する。前記高圧タンク２は位置的加熱、および熱力学不平衡を増強または維持する液体二酸化炭素の蒸発のための第３ヒータ２９を含む。
【００８４】
前記上部供給ライン４０および前記下部供給ライン４１での異なる方法の供給と前記第３ヒータ２９とによって、二酸化炭素の過冷却状態は作られかつ維持される。
【００８５】
前記高圧タンク２は、気相を加熱するための第２ヒータ９を有し、その第２ヒータは二酸化炭素の最小温度をセットするために用いることができる。
【００８６】
液体二酸化炭素が脱水バルブ１６を有する引取箇所２０を経由して前記高圧タンク２から引き取られるならば、前記高圧タンク２内の圧力は最初に減少する。
【００８７】
前記第１ヒータ２９を用いることで、液体二酸化炭素は気相に転換されることができ、それによって熱力学不平衡は一定圧力で前記高圧タンク２内に維持される。
【００８８】
過冷却液体二酸化炭素は、二酸化炭素の気相が液相および異なる温度を有する２つの相で熱力学平衡にならないことの行為によって供される。
【００８９】
しかしながら、蒸気−圧力曲線のために温度差は相境界で二酸化炭素の蒸発または凝縮を導く。特に過冷却二酸化炭素の場合において、これは気体二酸化炭素を相境界で凝縮することおよび液相に転移することを導く。十分な液体二酸化炭素が第１ヒータ２９を使用することの補償のために追加ライン３０を経由して気相を供給しないならば、この凝縮および前記気相中の二酸化炭素の関連される損失は前記低圧タンク２での圧力降下を導く。前記第１ヒータ２８の加熱出力レベルの選択を通して、前記高圧タンク２での圧力降下は防ぐことができる。
【００９０】
前記第２ヒータ９は、前記高圧タンク２での液相の前もってセットされた最小の温度を保証するタンクを有する。
【００９１】
前記ヒータ９、２９および冷却器１０は、制御ユニット１８によって接続されている。この制御ユニット１８は、器具使用システム１７によって決定されるデータ、例えば圧力、温度および前記供給システム３の液体レベル、の作用で前記ヒータ９、２９、冷却器１０およびポンプを制御する。
【００９２】
前記高圧タンク２での二酸化炭素の一般的な加温は、前記低圧タンク１からの冷二酸化炭素の付加の結果としての冷却を防ぐ。前記高圧タンク２でのヒータ出力レベルの適切な選択および前記高圧タンク２への二酸化炭素の供給によって、過冷却二酸化炭素は約６０バールの一定圧力で中断されずに供される。
【００９３】
安全バルブ２４は、過剰過圧から前記高圧タンク２を保護する。
【００９４】
前記高圧タンクからの液体二酸化炭素は、前記引取箇所２０または降下チューブのいずれかを経由して引き取ることができる。
【００９５】
図２は、ドライブ３２および移動スペース３１を有する本発明供給システムに用いられるポンプ４を示す。
【００９６】
前記サクッションバルブは、液体二酸化炭素のみが前記移動スペースに通るように配置され、結果として気体二酸化炭素の圧縮によるエネルギー損失が回避される。
【００９７】
実質的に４０バールより大きな一定圧力で液体化冷却二酸化炭素の中断されない貯蔵のための本発明方法は、次の処理工程：液体二酸化炭素が低圧力で供給される；前記二酸化炭素が低圧タンク１に装入され、かつそこに一時貯蔵される；前記二酸化炭素が前記低圧タンク１から高圧タンク２にポンプで吸い上げられ、前記二酸化炭素の圧力が増加され、かつ前記二酸化炭素が引取まで熱力学不均衡の高圧タンク２に一時的に貯蔵される、を含む。
【００９８】
方法を遂行するための適切な方法および供給システム３は、それらの高い性能、中断されない効率および実質的に４０バールより大きな一定圧力で液体化冷却二酸化炭素の安価な供給によって区別される。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明供給システムを示す図。
【図２】図１に係る本発明供給システムに用いられるピストンポンプを示す図。
【符号の説明】
【０１００】
１…低圧タンク、２…高圧タンク、３…供給システム、４…ポンプ、５…第１ライン、６…第２ライン、７…断熱材、９…第２ヒータ、１０…冷却器、１１…上部領域、１２…下部領域、１３…液体ポート、１４…返送ライン、１５…返送ラインバルブ、１６…脱水バルブ、１７…器具使用システム、１８…制御ユニット、１９…気体置換ライン、２０…引取箇所、２１…入口、２３、２４…安全バルブ、２５…第１バルブ、２６…第２バルブ、２７…返送ライン、２８…返送ラインバルブ、２９…第１ヒータ、３０…付加ライン、３１…移動スペース、３２…ドライブ、３３…ピストン、３４…第１バルブ、３５…支持体、３６…取入チューブ、３７…取入バルブ、３８…ハウジング、３９…第２バルブ、４０…上部供給ライン、４１…下部供給ライン、４２…第３バルブ、４３…セクッションスペース。
【図１】
2005517144.tif 000003
【図２】
2005517144.tif 000004
【国際調査報告】
2005517144.tif 000005
2005517144.tif 000006
2005517144.tif 000007