EP4534888A1 - Installation for storing and supplying liquid carbon dioxide as refrigerant, particularly for filling air conditioning systems - Google Patents
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- EP4534888A1 EP4534888A1 EP24190389.7A EP24190389A EP4534888A1 EP 4534888 A1 EP4534888 A1 EP 4534888A1 EP 24190389 A EP24190389 A EP 24190389A EP 4534888 A1 EP4534888 A1 EP 4534888A1
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Definitions
- Carbon dioxide has a long history of use as a natural refrigerant in refrigeration technology, dating back to the 19th century. More recently, carbon dioxide has experienced a renaissance as an alternative refrigerant, known as R744. Carbon dioxide as a refrigerant is environmentally friendly, as it has a very low greenhouse gas impact (GHG) of one and an ozone depletion potential (ODP) of zero. Carbon dioxide is also readily available from natural sources and technological advances in its recovery from process gas. Compared to conventional fluorinated refrigerants, carbon dioxide is environmentally friendly and cost-effective. It is non-flammable, non-toxic, and colorless.
- the invention specifically provides a system for storing and supplying liquid carbon dioxide as a refrigerant, which is characterized by the features of claim 1 of the appended set of claims.
- Advantageous embodiments of the system are defined in the dependent claims (subclaims) of the set of claims.
- the first pressure range is 16 bar to 20 bar.
- the second pressure range and/or the third pressure range and/or the target pressure range is the range 60 bar to 70 bar.
- Liquid carbon dioxide is stored in a liquefied form under pressure in the carbon dioxide tank system (1). Temperature and pressure can typically be between -25 and -20 °C and 16 - 20 bar.
- the tank system can be a double-walled tank system with a stainless steel inner vessel.
- the intermediate space can be filled with a highly insulating material and additionally provided with a high vacuum.
- the fill level can be transmitted to a supplier via remote data transmission.
- the tank system can then be filled automatically via a commissioned CO2 liquid distribution system, depending on the tank level and consumption profile.
- the system for storing and distributing the refrigerant R744 (CO2 / carbon dioxide liquid) can comply with an appropriate safety concept.
- Recooler for liquid carbon dioxide to ensure the transfer specification at the transfer point to the consumers, especially the vehicle filling systems.
- the pipelines are equipped with the necessary fittings and safety valves for safe plant operation as well as for maintenance and repair purposes.
- Operating messages are information about the system status without any further reaction regarding the system and are only displayed.
- Danger messages are signaled on the control unit and lead to the immediate shutdown of the system or to the achievement of a safe state (e.g. frost protection circuit).
- a safe state e.g. frost protection circuit
- controllers e.g. Rockwell, B&R, Bosch, etc.
- Other controllers e.g. Rockwell, B&R, Bosch, etc.
- Buffer storage keeps the refrigerant CO2 available for consumers or production.
- a shut-off ball valve can be provided in front of the buffer tank, which closes in the event of an emergency stop, a gas warning, or when the buffer tank reaches the maximum fill level.
- the buffer tank fill level can be conveniently measured in [kg] and displayed in the main cabinet.
- the buffer tank pressure can be measured in [bar] and displayed in the main cabinet.
- Compact, water-cooled units can be used as chillers, which are available with ready-to-connect piping and wiring. Common designs and sizes are available, for example, with scroll compressors, separate condensers and fans, and robust coaxial evaporators. It is recommended to provide these units with large tank volumes relative to their relatively low power, making them suitable for a wide range of applications.
- the chillers can be equipped with proven compact controllers.
- a fire alarm control panel that can be used advantageously can signal the requirements for hazard shutdown via an open contact.
- CO2 tank system (1) Vacuum insulated storage container Depending on needs Pressure booster station (2) Redundant pump station to increase pressure to 70 bar Size depends on requirements Air heaters (3) Atmospheric evaporator Size depends on requirements Control cabinet (7) Control cabinet for controlling the system according to customer specifications CO2 buffer tanks (4) Insulated pressure vessel with integrated temperature control (heating and cooling) 1,450 liters CO2 - recoolers (5) Heat exchanger unit with connected chiller Size depends on requirements CO2 pipeline Stainless steel pipe, partially insulated as connection between buffer tank (4) and recooler (5) Dn25 H01 Shut-off valve, manually operated DN25 H02 Drain ball valve - welded DN15 H03 Drain ball valve - welded DN15 H04 Shut-off valve, manually operated DN25 H05 Drain ball valve - welded
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Abstract
Eine Anlage zur Lagerung von und Versorgung mit flüssigem Kohlendioxid als Kältemittel, umfasst eine Kohlendioxid-Tankanlage mit wenigstens einem Lagertank, in dem flüssiges Kohlendioxid mit einer Temperatur in einem ersten Temperaturbereich bei einem Druck in einem ersten Druckbereich lagerbar ist und welcher wenigstens Eingangsanschluss zur Zufuhr flüssigen Kohlendioxids etwas aus eine Tanklastwagen und wenigstens einen Ausgangsanschluss aufweist; wenigstens eine Druckerhöhungsstation, die an wenigstens einem Eingangsanschluss über eine Rohrleitung an dem Ausgangsanschluss des Lagertanks angeschlossen ist und dafür ausgeführt ist, an einem Ausgangsanschluss der Druckerhöhungsstation flüssiges Kohlendioxid mit einem gegenüber dem ersten Druckbereich erhöhten Druck in einem zweiten Druckbereich bereitzustellen; eine Temperierungsanordnung mit wenigstens einem direkt oder indirekt über wenigstens eine Rohrleitung an dem Ausgangsanschluss der Druckerhöhungsstation angeschlossenen Kohlendioxid-Pufferspeicher, welche dafür ausgeführt sind, flüssiges Kohlendioxid in dem Kohlendioxid-Pufferspeicher mit einer gegenüber dem ersten Temperaturbereich erhöhten Temperatur in einem zweiten Temperaturbereich bei einem Druck in einem dritten Druckbereich vorzuhalten; und wenigstens einen an einem Eingangsanschluss über wenigstens eine Rohrleitung an einem Ausgangsanschluss des Kohlendioxid-Pufferspeicher angeschlossene Kohlendioxid-Rückkühler, welcher dafür ausgeführt ist, über einen Ausgangsanschluss des Kohlendioxid-Rückkühlers flüssiges Kohlendioxid an wenigstens einem Verbraucher mit einer Temperatur in einem Soll-Temperaturbereich bei einem Druck in einem Soll-Temperaturbereich bereitzustellen. A system for storing and supplying liquid carbon dioxide as a refrigerant comprises a carbon dioxide tank system with at least one storage tank in which liquid carbon dioxide can be stored at a temperature in a first temperature range and at a pressure in a first pressure range, and which has at least one inlet connection for supplying liquid carbon dioxide from a tank truck and at least one outlet connection; at least one pressure boosting station, which is connected at least one inlet connection via a pipeline to the outlet connection of the storage tank and is designed to provide liquid carbon dioxide at an outlet connection of the pressure boosting station at a pressure in a second pressure range that is higher than the first pressure range; a temperature control arrangement with at least one carbon dioxide buffer storage device connected directly or indirectly via at least one pipeline to the outlet connection of the pressure boosting station, which is designed to store liquid carbon dioxide in the carbon dioxide buffer storage device at a temperature in a second temperature range that is higher than the first temperature range and at a pressure in a third pressure range; and at least one carbon dioxide recooler connected to an inlet connection via at least one pipe to an outlet connection of the carbon dioxide buffer storage, which is designed to provide liquid carbon dioxide to at least one consumer at a temperature in a target temperature range at a pressure in a target temperature range via an outlet connection of the carbon dioxide recooler.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Lagerung von und Versorgung mit flüssigem Kohlendioxid (CO2; im Folgenden in der Regel als CO2 angesprochen) als Kältemittel, insbesondere zur Befüllung von Klimaanlagen. Diesbezüglich wird vor allem an Klimaanlagen im Automotive-Bereich gedacht. Die vorliegende Erfindung betrifft damit auch ein R744-Versorgungskonzept zur Befüllung von Klimaanlagen im Automotive-Bereich und eine hierfür ausgelegte Anlage zur Lagerung von und Versorgung mit dem Kältemittel R744.The present invention relates to a system for storing and supplying liquid carbon dioxide ( CO2 ; hereinafter generally referred to as CO2) as a refrigerant, in particular for filling air conditioning systems. This is primarily intended for air conditioning systems in the automotive sector. The present invention thus also relates to an R744 supply concept for filling air conditioning systems in the automotive sector and a system designed for this purpose for storing and supplying the refrigerant R744.
Kohlendioxid hat als natürliches Kältemittel eine lange Tradition in der Kältetechnik, die bis weit ins 19. Jahrhundert reicht. In jüngerer Zeit hat Kohlendioxid eine Renaissance als alternatives Kältemittel mit der Bezeichnung R744 erlebt. Kohlendioxid als Kältemittel ist umweltfreundlich, da es einen sehr niedrigen Treibhausgaseffekt (GWB) von eins hat und das Ozonabbaupotenzial (ODB) null beträgt. Auch ist die Verfügbarkeit von Kohlendioxid durch natürliche Quellen und den technologischen Fortschritt in der Rückgewinnung aus Prozessgas gegeben. Gegenüber herkömmlichen fluorierten Kältemitteln ist Kohlendioxid umweltfreundlich und kostengünstig. Es ist nicht brennbar, nicht toxisch und farblos.Carbon dioxide has a long history of use as a natural refrigerant in refrigeration technology, dating back to the 19th century. More recently, carbon dioxide has experienced a renaissance as an alternative refrigerant, known as R744. Carbon dioxide as a refrigerant is environmentally friendly, as it has a very low greenhouse gas impact (GHG) of one and an ozone depletion potential (ODP) of zero. Carbon dioxide is also readily available from natural sources and technological advances in its recovery from process gas. Compared to conventional fluorinated refrigerants, carbon dioxide is environmentally friendly and cost-effective. It is non-flammable, non-toxic, and colorless.
Anspruchsvoll sind der hohe Betriebsdruck dieses Kältemittels, der niedrige kritische Punkt, die Möglichkeit von Trockeneisbildung bei Unterschreitung des Tripelpunktes und ein vergleichsweise hoher Stillstandsdruck. Es ergeben sich entsprechende anspruchsvolle Anforderungen an eine zur Lagerung und Versorgung mit dem Kältemittel dienenden Anlage und natürlich auch an dieses Kältemittel verwendende Geräte und Anlagen, wie etwa eine Fahrzeug-Klimaanlage.The high operating pressure of this refrigerant, its low critical point, the possibility of dry ice formation when the triple point is exceeded, and its comparatively high standstill pressure are all challenging. This results in correspondingly demanding requirements for a system used to store and supply the refrigerant, as well as for devices and systems using this refrigerant, such as a vehicle air conditioning system.
Erfindungsgemäß wird die Verwendung von spezieller Versorgungstechnik für Kohlendioxid-Flüssig R744 (CO2) vorgeschlagen, die diese Anforderungen vorteilhaft erfüllt.According to the invention, the use of special supply technology for carbon dioxide liquid R744 (CO2) is proposed, which advantageously meets these requirements.
Die Erfindung stellt speziell eine Anlage zur Lagerung von und Versorgung mit flüssigem Kohlendioxid als Kältemittel bereit, die sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 des angehängten Anspruchssatzes auszeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage sind in den abhängigen Ansprüchen (Unteransprüchen) des Anspruchssatzes definiert.The invention specifically provides a system for storing and supplying liquid carbon dioxide as a refrigerant, which is characterized by the features of
Vorzugsweise ist der erste Temperaturbereich der Bereich minus 25 °C bis minus 20 °C.Preferably, the first temperature range is between minus 25 °C and minus 20 °C.
Vorzugsweise der erste Druckbereich der Bereich 16 bar bis 20 bar.Preferably the first pressure range is 16 bar to 20 bar.
Der dritte Druckbereich kann dem zweiten Druckbereich im Wesentlichen entsprechen. Der Soll-Druckbereich kann dem dritten Druckbereich im Wesentlichen entsprechen.The third pressure range may substantially correspond to the second pressure range. The target pressure range may substantially correspond to the third pressure range.
Vorzugsweise ist der zweite Druckbereich oder/und der dritte Druckbereich oder/und der Soll-Druckbereich der Bereich 60 bar bis 70 bar.Preferably, the second pressure range and/or the third pressure range and/or the target pressure range is the range 60 bar to 70 bar.
Der dritte Temperaturbereich kann dem zweiten Temperaturbereich im Wesentlichen entsprechen. Der Soll-Temperaturbereich kann dem dritten Temperaturbereich im Wesentlichen entsprechen.The third temperature range may substantially correspond to the second temperature range. The target temperature range may substantially correspond to the third temperature range.
Vorzugsweise ist der zweite Temperaturbereich oder/und der dritte Temperaturbereich oder/und der Soll-Temperaturbereich der Bereich 15 °C bis 20 °C.Preferably, the second temperature range and/or the third temperature range and/or the target temperature range is the range 15 °C to 20 °C.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, zu welchem auf die beigefügte Zeichnung verwiesen wird, deren Figuren folgendes zeigen:
- Fig. 1
- zeigt eine Gesamtübersicht eines Fließdiagramms eines Beispiels für eine erfindungsgemäße Anlage.
- Fig. 2
- zeigt in den Teilfiguren
Fig. 2a bis Fig. 2g vergrößerte Teilausschnitte des Fließdiagramms derFig. 1 .
- Fig. 1
- shows an overall overview of a flow diagram of an example of a plant according to the invention.
- Fig. 2
- shows in the subfigures
Fig. 2a to Fig. 2g enlarged sections of the flow chart of theFig. 1 .
Eine vorteilhafte Anlage zur Lagerung und Verteilung des Kältemittels R744 (CO2 / Kohlendioxid-Flüssig) eines Ausführungsbeispiels beispielsweise entsprechend oder basierend auf den
- CO2-Tankanlage (1)
- CO2-Druckerhöhungsstation (2), vorzugsweise mit einem redundanten Kompressor
- CO2-Luftanwärmer (3)
- CO2-Pufferbehälter (4) mit Heizung und Kühlung für die Konditionierung des CO2
- CO2-Rückkühler (5), d.h. ein sog. Kaltwassersatz, vorzugsweise redundant, besonders zweckmäßig vor ggf. vorgesehener R744-Befülltechnik an einer Montagelinie
- Versorgungsrohrleitungen (6) zwischen Lagertank → Druckerhöhungsstation → Luftanwärmer → Pufferbehälter → Rückkühlung vor der Befülltechnik → Befülltechnik
- CO2 filling station (1)
- CO2 booster station (2), preferably with a redundant compressor
- CO2 air heaters (3)
- CO2 buffer tank (4) with heating and cooling for conditioning the CO2
- CO2 recooler (5), ie a so-called chiller, preferably redundant, particularly useful before any R744 filling technology on an assembly line
- Supply pipes (6) between storage tank → pressure booster station → air heater → buffer tank → recooling before filling technology → filling technology
Kohlendioxid-Flüssig wird in der Kohlendioxidtankanlage (1) unter Druck verflüssigt gelagert. Temperatur und Druck können typischerweise zwischen -25 und -20 °C und 16 - 20 bar liegen. Es kann sich um eine doppelwandige Tankanlage mit einem Innenbehälter aus Edelstahl handeln. Der Zwischenraum kann mit einem hochisolierenden Material gefüllt sein und zusätzlich mit einem Hochvakuum versehen sein. Der Füllstand kann über eine Datenfernübertragung an einen Lieferanten übermittelt werden. Die Befüllung der Tankanlage kann dann in Abhängigkeit von Tankstand und Verbrauchsprofil automatisch über eine beauftragte CO2-Flüssigdistribution erfolgen.Liquid carbon dioxide is stored in a liquefied form under pressure in the carbon dioxide tank system (1). Temperature and pressure can typically be between -25 and -20 °C and 16 - 20 bar. The tank system can be a double-walled tank system with a stainless steel inner vessel. The intermediate space can be filled with a highly insulating material and additionally provided with a high vacuum. The fill level can be transmitted to a supplier via remote data transmission. The tank system can then be filled automatically via a commissioned CO2 liquid distribution system, depending on the tank level and consumption profile.
Über eine isolierte Rohrleitung (6) wird Kohlendioxid einer Druckerhöhungsstation (2) oder einer jeweiligen von mehreren Druckerhöhungsstationen (2) zugeführt. Diese fördert das CO2 in die nachfolgende Rohrleitung (6) und erhöht den Druck auf den verfahrenstechnisch erforderlichen Wert von typischerweise ca. 70 bar. Die Druckerhöhungsstation(en) ist/sind für größtmögliche Verfügbarkeit redundant ausgeführt. Bei Ausfall eines Kompressors wird durch die Anlagensteuerung automatisch auf den redundanten Kompressor innerhalb der Druckerhöhungsstation umgeschaltet.Carbon dioxide is fed to a pressure booster station (2) or to one of several pressure booster stations (2) via an insulated pipeline (6). This pumps the CO2 into the downstream pipeline (6) and increases the pressure to the process-required value of typically approximately 70 bar. The pressure booster station(s) is/are designed redundantly for maximum availability. If a compressor fails, the system control automatically switches to the redundant compressor within the pressure booster station.
Nach der Druckerhöhung wird das CO2 vermittels der Umgebungstemperatur, mit einem luftbeheizten Anwärmer (3), etwa auf Umgebungstemperatur angewärmt und in den nachgeschalteten Pufferbehälter (4) gefördert. Dies reduziert die benötigte elektrische Energie und verkleinert den CO2-Fußabdruck, um das R744 auf die verfahrenstechnisch erforderliche Temperatur zu bringen.After the pressure increase, the CO2 is warmed to approximately ambient temperature using an air-heated heater (3) and pumped into the downstream buffer tank (4). This reduces the electrical energy required and reduces the CO2 footprint to bring the R744 to the temperature required for the process.
Im nachgeschalteten, isolierten Pufferbehälter (4) wird R744 unter den prozesstechnisch erforderlichen Parametern gelagert und für die Weiterleitung zu den Befüllsystemen bereitgehalten. Eine integrierte, redundante Heizung und eine Kältemaschine stellen die Einhaltung der Verfahrensparameter bei variierender Umgebungstemperatur sicher. Die Befüllung des Pufferbehälters erfolgt gewichtsabhängig über Wägetechnik.In the downstream, insulated buffer tank (4), R744 is stored under the process-specific parameters and kept ready for transfer to the filling systems. An integrated, redundant heater and a chiller ensure compliance with the process parameters despite varying ambient temperatures. The buffer tank is filled based on weight using weighing technology.
Nach Transport durch die Druckleitung (6) in die Produktionshalle zu den Verbrauchern wird das flüssige Kohlendioxid über wenigstens eine Rückkühleinheit und wenigstens einen Wärmetauscher des CO2-Rückkühlers oder Kaltwassersatzes (5) (oder eines von mehreren CO2-Rückkühlers oder Kaltwassersätzen (5)) direkt vor der Befülltechnik an der Linie auf das gewünschte Temperaturniveau gekühlt und der Befülltechnik übergeben. Vor der Grundeinheit wird der Druck und die Temperatur des Kohlendioxids gemessen und erfasst.After being transported through the pressure line (6) to the consumers in the production hall, the liquid carbon dioxide is cooled to the desired temperature level via at least one recooling unit and at least one heat exchanger of the CO2 recooler or chiller (5) (or one of several CO2 recoolers or chillers (5)) directly upstream of the filling equipment on the line and transferred to the filling equipment. The pressure and temperature of the carbon dioxide are measured and recorded upstream of the base unit.
Vorteilhaft kann die Anlage zur Lagerung und Verteilung des Kältemittels R744 (CO2 / Kohlendioxid-Flüssig) einem zweckmäßigen Sicherheitskonzept genügen.Advantageously, the system for storing and distributing the refrigerant R744 (CO2 / carbon dioxide liquid) can comply with an appropriate safety concept.
So kann die Kohlendioxid-Tankanlage aufgrund ihrer Konstruktion und der verwendeten Materialien vorteilhaft als bauartgeprüft gelten. Der Druck in der Tankanlage kann durch einen Druckregler konstant gehalten werden. Allerdings könnte der Druck in der Tankanlage durch Einfall von Umgebungswärme ansteigen, sollte über einen längeren Zeitraum keine Entnahme von CO2 erfolgen.Due to its design and the materials used, the carbon dioxide tank system can advantageously be considered type-tested. The pressure in the tank system can be kept constant by a pressure regulator. However, the pressure in the tank system could rise due to ambient heat if no CO2 is extracted for an extended period.
Um ein Überschreiten des maximal zulässigen Drucks der Tankanlage bei Erwärmung zuverlässig zu verhindern, kann die Anlage mit redundanten mechanischen Sicherheitsventilen ausgerüstet sein. Zur Verhinderung der Überfüllung durch ein CO2-Tankfahrzeug kann die Tankanlage mit einer Sicherheitsabsperrarmatur versehen sein.To reliably prevent the tank system from exceeding its maximum permissible pressure when heated, the system can be equipped with redundant mechanical safety valves. To prevent overfilling by a CO2 tanker, the tank system can be equipped with a safety shut-off valve.
Unter Druck verflüssigtes Kohlendioxid erwärmt sich bei fehlender oder geringer Entnahme bzw. bei längerem Stillstand in den Rohrleitungen und Anlagenteilen. Dies führt zu einem Druckanstieg. Um den Druck nicht über den zulässigen Druck der Bauteile ansteigen zu lassen, können sämtliche Anlagenabschnitte, in denen Kohlendioxid während des normalen Betriebes eingeschlossen wird oder werden könnte, mit bauteilgeprüften Sicherheitsventilen versehen seinPressurized liquefied carbon dioxide heats up in the pipes and system components if there is no or little extraction, or if the system is shut down for a long time. This leads to a pressure increase. To prevent the pressure from rising above the permissible pressure of the components, all system sections in which carbon dioxide is or could be trapped during normal operation can be equipped with type-tested safety valves.
Vorteilhaft kann die Einstellung des Abblasedrucks der Sicherheitsventile unter fachmännischer Aufsicht eines Mitarbeiters einer Zertifizierungs- oder Überwachungsorganisation (etwa der sog. TÜV) vorgenommen werden.It is advantageous if the adjustment of the relief pressure of the safety valves can be carried out under the professional supervision of an employee of a certification or monitoring organization (such as the so-called TÜV).
Vorteilhaft vorgesehene Sicherheitsventile im Gebäude dienen dazu, den bei Fehlbedienung von Absperrarmaturen durch thermische Expansion ansteigenden Druck abzuführen. Die Abblaseleitungen können vorteilhaft z.B. über Dach geführt werden.Safety valves are advantageously provided in the building to relieve the pressure that increases due to thermal expansion when shut-off valves are incorrectly operated. The relief lines can be conveniently routed, for example, above the roof.
Die eingesetzten Rohrleitungen sind vorzugsweise aus Edelstahlrohren gefertigt. Die einzelnen Rohr-Segmente können zweckmäßig miteinander verschweißt sein. Die Rohrleitung sollte der nach Fertigstellung und vor Inbetriebnahme auf Festigkeit und Dichtigkeit geprüft worden. Durch die Schweißverbindungen gilt die Rohrleitung als dauerhaft technisch dicht.The pipelines used are preferably made of stainless steel pipes. The individual pipe segments can be welded together for practical purposes. The pipeline should be tested for strength and leak tightness after completion and before commissioning. Due to the welded joints, the pipeline is considered to be permanently technically leak-tight.
Im Folgenden werden ohne Beschränkung der Allgemeinheit in Frage kommende konkrete Ausgestaltungen der vorstehend behandelten Komponenten der Anlage als Beispiele dargelegt:In the following, possible concrete designs of the components of the system discussed above are presented as examples without limiting the generality:
- Tankanlage: Horizontaler oder vertikaler Tank, vakuumisoliertTank system: Horizontal or vertical tank, vacuum insulated
- geom. Volumen: nach Bedarf beispielsweise zwischen 6.400 und 30.000 Liter (L) (größere Volumina, etwa 100.000 Liter, sind nicht ausgeschlossen)Geometric volume: as required, for example, between 6,400 and 30,000 liters (L) (larger volumes, such as 100,000 liters, are not excluded)
- Tankhöhe: beispielsweise 8.150 mmTank height: for example 8,150 mm
- Tankdurchmesser: beispielsweise zwischen 1.600 mm und 3.600 mm max. Betriebsdruck:22 barTank diameter: for example between 1,600 mm and 3,600 mm max. operating pressure: 22 bar
- Eigenverdampfung: 0,35 % CO2/Tag (ohne Rückkühlung, abhängig von der Tankgröße)Self-evaporation: 0.35% CO2/day (without recooling, depending on tank size)
-
Material Außenbehälter: Baustahl, S235 JRG 2 / 1.0038Outer container material: structural steel,
S235 JRG 2 / 1.0038 - Material Innenbehälter: Edelstahl, X5CrNi1810 / 1.4301Inner container material: stainless steel, X5CrNi1810 / 1.4301
Die Behälteranlage besteht vorzugweise aus einem doppelwandigen, vakuumisolierten Standtank (Druckbehälter), der mit allen für den selbsttätigen Betrieb erforderlichen Armaturen und Regelgeräten ausgestattet ist. Der Innenbehälter besteht vorzugsweise aus Edelstahl, der Außenbehälter vorzugsweise aus Baustahl.The tank system preferably consists of a double-walled, vacuum-insulated vertical tank (pressure vessel) equipped with all the fittings and control devices required for automatic operation. The inner tank is preferably made of stainless steel, and the outer tank is preferably made of structural steel.
Die Anlage kann für die Aufstellung im Freien vorgesehen und auf ein Betonfundament gestellt sein.The system can be designed for outdoor installation and placed on a concrete foundation.
CO2-Druckerhöhungsstation, mit pneumatischem Antrieb für die Außenaufstellung in beheiztem Schaltschrank. Das System kann vorteilhaft redundant mit zwei Kompressoren ausgerüstet sein.CO2 pressure booster station with pneumatic drive for outdoor installation in a heated control cabinet. The system can be advantageously equipped with two redundant compressors.
Beispielhafte technische Daten:
- Standard-Liefermenge (kontinuierlicher Betrieb) max. 80 kg CO2/h (bei max. 70 bar)
- Druckluftverbrauch: ca. 0,4 Nm3/kg CO2
- Druckluftnetzdruck: 6 bar ü
- Anzahl Kompressoren: 2 Stück
- Standard delivery quantity (continuous operation) max. 80 kg CO2/h (at max. 70 bar)
- Compressed air consumption: approx. 0.4 Nm3/kg CO2
- Compressed air network pressure: 6 bar g
- Number of compressors: 2 pieces
Abmessungen Kompressorstation (beispielhafte ca. Angaben):
Luftbeheizter Hochdruck-Rippenrohranwärmer mit medienführenden Rohrleitungen aus Edelstahl, vorzugsweise Ausführung für die Außenaufstellung.Air-heated high-pressure finned tube heater with media-carrying pipes made of stainless steel, preferably designed for outdoor installation.
Beispielhafte Leistungsdaten:
- Druckstufe: PS 400 bar
- Elektrische Leistungsaufnahme: entfällt
- Anschlussspannung: entfällt
- Abmessungen (LxBxH): beispielsweise ca. 1.120 x 720 x 4.000 mm
- Pressure level: PS 400 bar
- Electrical power consumption: not applicable
- Connection voltage: not applicable
- Dimensions (LxWxH): for example, approx. 1,120 x 720 x 4,000 mm
Isolierter Pufferbehälter vorzugweise in liegender Ausführung. Der Behälter kann vorteilhaft auf einer elektronischen Wägezelle stehen, die in einem (ggf. verzinkten) Stahlrahmen eingebaut sein kann. Der Behälterdruck kann durch eine eingebaute, redundante Heizung und eine Kältemaschine im prozesstechnisch erforderlichen Bereich gehalten werden.Insulated buffer tank, preferably in horizontal design. The tank can advantageously stand on an electronic load cell, which is mounted in a (possibly galvanized) Steel frame can be installed. The vessel pressure can be maintained within the process-technically required range by a built-in, redundant heater and a chiller.
Beispielhafte Leistungsdaten:
- Druckstufe:
PS 80 bar - Isolierung:100 mm mit Blechmantel, 1mm
- Behälterwerkstoff: P355NL o. vgl.
- Heizung: z.B. zwei Heizregister mit je ca. 5,0 kW Heizleistung
- Kältemaschine: ca. 2,0 kW
- Anschlussspannung:400 V / 50 Hz
- Abmessungen (LxBxH): ca. 2.400 x 2.500 x 2.000 mm
- Betriebsgewicht: ca. 4.000 kg
- Pressure level:
PS 80 bar - Insulation: 100 mm with sheet metal jacket, 1 mm
- Container material: P355NL or similar
- Heating: e.g. two heating registers with approx. 5.0 kW heating output each
- Chiller: approx. 2.0 kW
- Supply voltage: 400 V / 50 Hz
- Dimensions (LxWxH): approx. 2,400 x 2,500 x 2,000 mm
- Operating weight: approx. 4,000 kg
Es handelt sich um zur Veranschaulichung dienende Beispielangaben. Die Ausführung des Pufferbehälters (Größe, Volumen, Abmessung) ist abhängig vom Verbrauch und der Spezifikation der Befüllanlagentechnik zu wählen.These are examples for illustrative purposes only. The design of the buffer tank (size, volume, dimensions) depends on consumption and the specifications of the filling system technology.
Rückkühler für Kohlendioxid-flüssig zur Gewährleistung der Übergabespezifikation am Übergabepunkt zu den Verbrauchern, vor allem den Fahrzeug -Befüllsystemen.Recooler for liquid carbon dioxide to ensure the transfer specification at the transfer point to the consumers, especially the vehicle filling systems.
Die Anzahl der als Teil der Anlage vorgesehenen Rückkühler richtet sich nach der Anzahl der Verbraucher bzw. Befüllanlagen. Die Rückkühlung erfolgt durch Wasser oder ein Ethylenglykol/Wasser Gemisch als Wärmeträger. In Verbindung mit dem eingebauten Pufferbehälter wird die Einhaltung der R744-Übergabespezifikation auch bei stark schwankendem Abnahmeprofil gewährleistet. Der Wärmeträgerbehälter ist drucklos.The number of recoolers included in the system depends on the number of consumers or filling stations. Recooling is achieved using water or an ethylene glycol/water mixture as the heat transfer medium. In conjunction with the built-in buffer tank, compliance with the R744 transfer specification is ensured even with significantly fluctuating consumption profiles. The heat transfer tank is pressureless.
Die Rückkühlereinheit kann vorteilhaft im Wesentlichen bestehen aus:
- Pufferbehälter
- Kältemaschine frequenzgeregelt
- Umwälzpumpe (redundant)
- Wasser/CO2 Wärmetauscher
- Elektrischer Steuerung
- Absperr- und Sicherheitsarmaturen
- Buffer tank
- Frequency-controlled chiller
- Circulation pump (redundant)
- Water/CO2 heat exchanger
- Electrical control
- Shut-off and safety valves
Betreffend den Rückkühler wird beispielsweise an die folgenden Leistungsdaten gedacht:
- Druckstufe: PS 10/100 bar
- Elektrische Leistungsaufnahme gesamt: 5,0 kW
- Anschlussspannung:400 V / 50 Hz
- Maximaler Betriebsstrom16 A
- Kältemittel: R513A
- Kältemittelmenge: 3,0 kg
- Abmessungen (LxBxH): je 1000 x 1500 x 2.000 mm
- Gewicht: je ca. 500 kg
- Pressure level: PS 10/100 bar
- Total electrical power consumption: 5.0 kW
- Supply voltage: 400 V / 50 Hz
- Maximum operating current 16 A
- Refrigerant: R513A
- Refrigerant quantity: 3.0 kg
- Dimensions (LxWxH): 1000 x 1500 x 2,000 mm each
- Weight: approx. 500 kg each
Betreffend den Wärmetauscher wird beispielsweise an die folgenden Leistungsdaten gedacht:
- Medien: CO2 / Wasser-Ethylenglykol-Gemisch oder reines Wasser
- Anzahl Platten: 40
- Volumen: 2 x 2 Liter
- Gewicht: 28 kg
- Abmessung (LxBxH): 98 x 425 x 203 mm
- Isolierung: Ggfs. Armaflex
- Media: CO2 / water-ethylene glycol mixture or pure water
- Number of plates: 40
- Volume: 2 x 2 liters
- Weight: 28 kg
- Dimensions (LxWxH): 98 x 425 x 203 mm
- Insulation: Armaflex if necessary
-
A) Tankanlage -> Druckerhöhungsstation:
Edelstahlrohrleitung, geschweißtA) Tank system -> pressure booster station:
Stainless steel pipeline, welded -
B) Druckerhöhungsstation -> Anwärmung -> Pufferbehälter -> CO2-Befüllsystem einschließlich Rückkühler und Wärmetauscher an den Eingängen der R744-Befüllsysteme auf der Befüllbühne über dem Montageband:
Edelstahlrohrleitung, geschweißt.B) Pressure booster station -> heating -> buffer tank -> CO2 filling system including recooler and heat exchanger at the inlets of the R744 filling systems on the filling platform above the assembly line:
Stainless steel pipeline, welded.
In Frage kommende Kenndaten:
- Druckstufe: ND: PS 40/ HD: PS 100
- Nennweite: DN 15/25 (18x1,5; 28x1,5 mm) Werkstoff: 1.4571
- Isolation: nicht zwingend erforderlich
- Pressure stage: ND: PS 40/ HD: PS 100
- Nominal diameter: DN 15/25 (18x1.5; 28x1.5 mm) Material: 1.4571
- Isolation: not mandatory
Den Rohrleitungen sind die benötigten Armaturen und Sicherheitsventile für einen sicheren Anlagenbetrieb sowie für Wartungs- und Instandhaltungszwecke zugehörig.The pipelines are equipped with the necessary fittings and safety valves for safe plant operation as well as for maintenance and repair purposes.
Für die Steuerung der Versorgungsanlage kann zweckmäßig eine Steuerung eingesetzt werden, die vorteilhaft beispielsweise die folgenden Funktionen bereitstellen kann:To control the supply system, a control system can be used which can advantageously provide the following functions, for example:
Alle auftretenden Gefahr-, Stör-, Warn- und Wartungsmeldungen werden zu einer Sammelstörmeldung zusammengefasst und regen eine Meldelampe am Schaltschrank zum Blinken an. Die Meldungen werden einzeln am Bediengerät angezeigt. Meldungen sind beispielsweise wie folgt zu unterscheiden:All occurring danger, fault, warning, and maintenance messages are summarized into a collective fault message and cause an indicator lamp on the control cabinet to flash. The messages are displayed individually on the control panel. Messages can be differentiated, for example, as follows:
Betriebsmeldungen sind Informationen über den Anlagenzustand ohne weitere Reaktion bezüglich der Anlage und werden nur angezeigt.Operating messages are information about the system status without any further reaction regarding the system and are only displayed.
Eine Betriebsmeldung hat keinen Einfluss auf die Sammelstörlampe.An operating message has no influence on the collective fault lamp.
Wartungsmeldungen werden am Bediengerät signalisiert. Es werden keine Schalthandlungen durchgeführt.Maintenance messages are signaled on the control unit. No switching operations are performed.
Die Sammelstörlampe blinkt. Dieser Zustand bleibt bis zur Störungsbeseitigung und Quittierung erhalten.The collective fault lamp flashes. This condition remains until the fault is rectified and acknowledged.
Warnmeldungen werden am Bediengerät signalisiert und können die betroffene Anlage abschalten. Die Sammelstörlampe blinkt. Dieser Zustand bleibt bis zur Störungsbeseitigung und Quittierung erhalten.Warning messages are signaled on the control panel and can shut down the affected system. The collective fault lamp flashes. This status remains until the fault is rectified and acknowledged.
Störmeldungen ohne Anlagenabschaltung werden am Bediengerät signalisiert und schalten nur das gestörte Aggregat ab.Fault messages without system shutdown are signaled on the control unit and only switch off the faulty unit.
Die Sammelstörlampe blinkt. Dieser Zustand bleibt bis zur Störungsbeseitigung und Quittierung erhalten.The collective fault lamp flashes. This condition remains until the fault is rectified and acknowledged.
Störmeldungen mit Anlagenabschaltung werden am Bediengerät signalisiert und führen zum sofortigen Abschalten der Anlage.Fault messages with system shutdown are signaled on the control unit and lead to immediate shutdown of the system.
Die Sammelstörlampe blinkt. Dieser Zustand bleibt bis zur Störungsbeseitigung und Quittierung erhalten.The collective fault lamp flashes. This condition remains until the fault is rectified and acknowledged.
Gefahrmeldungen werden am Bediengerät signalisiert und führen zum sofortigen Abschalten der Anlage bzw. zum Erreichen eines gefahrlosen Zustandes (z.B. Frostschutzschaltung).Danger messages are signaled on the control unit and lead to the immediate shutdown of the system or to the achievement of a safe state (e.g. frost protection circuit).
Die Sammelstörlampe blinkt. Dieser Zustand bleibt bis zur Störungsbeseitigung und Quittierung erhalten.The collective fault lamp flashes. This condition remains until the fault is rectified and acknowledged.
Bei allen Schaltbefehlen erfolgt eine Kontrolle durch eine Rückmeldung mit einer Laufzeitüberwachung. Ist nach Ablauf der Laufzeit keine Rückmeldung erfolgt, so wird der Schaltbefehl als gestört gemeldet. Über diese Schaltbefehlsstörung können Anlagen oder Anlagenteile abgeschaltet werden.All switching commands are monitored by a feedback signal with a runtime monitor. If no feedback is received after the runtime has expired, the switching command is reported as faulty. This switching command fault can be used to shut down systems or system components.
Es kann vorteilhaft ein DDC-System eingesetzt werden, bei dem die DDC-Programme über den Systembus (Ethernet) von der Leitwarte aus bearbeitet und herunter- und hochgeladen werden können. Die Automationsstationen erfüllen vorzugweise durch standardisierte und geprüfte Funktionsbausteine für Versorgungstechnik und andere gebäudetechnische Anlagen alle Automations- und Optimierungsaufgaben autark und zuverlässig. Die modularen Softwarebausteine aus einer standardisierten Bibliothek lassen sich je nach Anforderung für die individuelle Anlage frei kombinieren und mit den notwendigen Betriebsparametern versehen.A DDC system can be advantageously used, where the DDC programs can be edited, downloaded, and uploaded from the control room via the system bus (Ethernet). The automation stations, preferably using standardized and tested function modules for utility technology and other building services systems, perform all automation and optimization tasks independently and reliably. The modular software modules from a standardized library can be freely combined and configured with the necessary operating parameters depending on the requirements of the individual system.
Im Schaltschrank kann zweckmäßig eine DDC vom Fabrikat Siemens 1515F -2 PN/ DP mit Erweiterungsmodulen IM155 - 6PN ST eingesetzt werden. Vor Ort kann die Anlage über ein Touchpanel etwa des Typs 1200 Comfort bedient und beobachtet werden. Die DDC kann im TIA Portal V16 programmiert und über eine Ethernet Schnittstelle an die GLT angebunden sein.A Siemens 1515F-2 PN/DP DDC with IM155-6PN ST expansion modules can be conveniently installed in the control cabinet. The system can be operated and monitored via a touch panel, such as the 1200 Comfort. The DDC can be programmed in TIA Portal V16 and connected to the building management system via an Ethernet interface.
Alternativ können auch andere Steuerungen (z.B. Rockwell, B&R, Bosch, usw.) eingesetzt werden.Alternatively, other controllers (e.g. Rockwell, B&R, Bosch, etc.) can be used.
Die Anlage kann vorteilhaft auf ein übergeordnetes Leitsystem aufgeschaltet sein. Das Leitsystem kann dann übergeordnete Funktionen zur optimalen Betriebsführung übernehmen und kann zur zentralen Bedienung und Beobachtung aller versorgungstechnischen Anlagen dienen. Das Leitsystem könnte den Zugriff zu allen angeschlossenen Anlagen ermöglichen und Optimierungs-, Management- und Statistikfunktionen bearbeiten.The system can advantageously be connected to a higher-level control system. The control system can then assume higher-level functions for optimal operational management and can serve as a centralized control and monitoring system for all utility systems. The control system could provide access to all connected systems and handle optimization, management, and statistical functions.
Der Lagertank (1) arbeitet vorzugweise autark. Füllstand und Druck vom Versorgungstank könnten standardmäßig nur Vor-Ort angezeigt werden. Eine Anzeige im Hauptschrank ist aber ebenfalls möglich und zweckmäßig. Es kann vorgesehen sein, dass der Tankfüllstand vorteilhaft per Datenfernübertragung direkt zum CO2-Lieferanten kommuniziert wird.The storage tank (1) preferably operates autonomously. By default, the fill level and pressure of the supply tank can only be displayed locally. However, a display in the main cabinet is also possible and appropriate. It can be provided that the tank fill level is communicated directly to the CO2 supplier via remote data transmission.
Die vorzugsweise verwendeten Kompressoren sind im Prinzip in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar. Sie dienen dazu, unter Druck verflüssigte Gase zu fördern und auf hohe Drücke zu verdichten. Die Kompressoren können vorteilhaft durch Druckluft im Bereich von 1 bis 10 bar angetrieben werden und werden abhängig von der Masse im Pufferspeicher freigegeben.The compressors used primarily can be used in a wide variety of applications. They are used to convey liquefied gases under pressure and compress them to high pressures. The compressors can be advantageously driven by compressed air in the range of 1 to 10 bar and are released depending on the mass in the buffer tank.
Einstellung beispielsweise:
- Masse < 400 kg START Kompressoren
- Masse > 800 kg STOP Kompressoren
- Mass < 400 kg START Compressors
- Mass > 800 kg STOP compressors
Pufferspeicher hält das Kältemittel CO2 für die Verbraucher bzw. Produktion zur Verfügung.Buffer storage keeps the refrigerant CO2 available for consumers or production.
Vor dem Pufferbehälter kann ein Absperrkugelhahn vorgesehen sein, welches bei Not-Aus und Gaswarnung und bei Füllstand Max Pufferbehälter schießt.A shut-off ball valve can be provided in front of the buffer tank, which closes in the event of an emergency stop, a gas warning, or when the buffer tank reaches the maximum fill level.
Nach dem Pufferbehälter kann ein weiteres Absperrkugelhahn vorgesehen sein, welches bei Not-Aus und Gaswarnung schließt.A further shut-off ball valve can be provided after the buffer tank, which closes in the event of an emergency stop or gas warning.
Die Füllstandsmenge des Pufferbehälters kann zweckmäßig in [kg] gemessen und im Hauptschrank angezeigt werden. Der Druck des Pufferbehälters kann in [bar] gemessen und im Hauptschrank angezeigt werden.The buffer tank fill level can be conveniently measured in [kg] and displayed in the main cabinet. The buffer tank pressure can be measured in [bar] and displayed in the main cabinet.
Zur Gasüberwachung kann vorteilhaft eine Gaswarnanlage eingesetzt werden, die beispielsweise eine Auswerteeinheit des Typs Regard 2410 und Sensoren des Typs PIR 7000 umfasst.For gas monitoring, a gas warning system can be advantageously used, which includes, for example, a Regard 2410 evaluation unit and PIR 7000 sensors.
Als Kältemaschinen können zweckmäßig wassergekühlte kompakte Maschinen verwendet werden, die anschlussfertig verrohrt und verdrahtet beziehbar sind. Es können übliche Bauarten und übliche Baugrößen eingesetzt werden, beispielsweise mit Scroll-Verdichter, separatem Verflüssiger und Lüfter und robustem Koaxialverdampfer. Es empfiehlt sich, für diese Maschinen relative zur vergleichsweise kleinen Leistung groß dimensionierte Tankvolumina vorzusehen, sodass die Kältemaschinen für ein breites Anwendungsspektrum geeignet sind. Die Kältemaschinen können mit im Fachgebiet bewähren Kompaktreglern ausgestattet sein.Compact, water-cooled units can be used as chillers, which are available with ready-to-connect piping and wiring. Common designs and sizes are available, for example, with scroll compressors, separate condensers and fans, and robust coaxial evaporators. It is recommended to provide these units with large tank volumes relative to their relatively low power, making them suitable for a wide range of applications. The chillers can be equipped with proven compact controllers.
Das vorgeschlagene Gesamtkonzept und eine zweckmäßig vorzusehende, präzise arbeitende Mess-und Regeltechnik mit speziell auf die Anwendung zugeschnittener Mikroprozessorsteuerung ermöglichen eine exakte Temperaturführung. Bei der Anforderung werden die Kältemaschinen freigegeben und die Störungen werden auf dem Hauptschrank und Bediengerät sowie dem Leitsystem angezeigt.The proposed overall concept and appropriate, precise measurement and control technology with a microprocessor controller specifically tailored to the application enable precise temperature control. Upon request, the chillers are enabled, and faults are displayed on the main cabinet and control panel, as well as on the control system.
Eine vorteilhaft einsetzbare Brandmeldezentrale kann signalisiert über einen geöffneten Kontakt die Anforderungen zur Gefahrenabschaltung signalisieren.A fire alarm control panel that can be used advantageously can signal the requirements for hazard shutdown via an open contact.
Die Schaltanlage der CO2-Versorgungsanlage kann mit einem geschlossenen potentialfreien Kontakt signalisieren, das kein Hauptalarm der Gaswarnanlage vorliegt.The switchgear of the CO2 supply system can signal with a closed potential-free contact that there is no main alarm of the gas warning system.
Es können ein Not-Aus-Taster außen im Behälterbereich und ein Not-Aus-Taster am Schaltschrank vorgesehen sein, die in einem Sicherheitskreis arbeiten und alle Komponenten ausschalten. Der Not-Aus kann am Schaltschrank in der Technikzentrale quittierbar sein.An emergency stop button can be provided outside the container area and an emergency stop button on the control cabinet, which operate in a safety circuit and deactivate all components. The emergency stop button can be acknowledged on the control cabinet in the technical center.
Ergänzend zu den
Selbstverständlich können bei der konkreten Realisierung einer erfindungsgemäßem Anlage auch andere Teile bzw. Komponenten verwendet werden, und es können auch Teile bzw. Komponenten weggelassen oder/und ergänzt werden.Of course, other parts or components can also be used in the concrete implementation of a system according to the invention, and parts or components can also be omitted and/or added.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202023105729.2U DE202023105729U1 (en) | 2023-10-04 | 2023-10-04 | System for storing and supplying liquid carbon dioxide as a refrigerant, especially for filling air conditioning systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP4534888A1 true EP4534888A1 (en) | 2025-04-09 |
Family
ID=89808604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP24190389.7A Pending EP4534888A1 (en) | 2023-10-04 | 2024-07-23 | Installation for storing and supplying liquid carbon dioxide as refrigerant, particularly for filling air conditioning systems |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4534888A1 (en) |
| DE (1) | DE202023105729U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050126188A1 (en) * | 2002-02-07 | 2005-06-16 | Harald Winter | Method for non-intermittent provision of fluid supercool carbon dioxide at constant pressure above 40 bar as well as the system for implementation of the method |
| US20130180620A1 (en) * | 2005-01-21 | 2013-07-18 | Andreas Praller | Carbon dioxide supply for injection-molding systems |
| US20150033768A1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-05 | Martin Blanke | Installation and method for preparing liquid and/or gaseous carbon dioxide |
| DE102016006132A1 (en) * | 2016-05-18 | 2017-11-23 | Daimler Ag | Filling plant for filling air conditioning systems of vehicles with a refrigerant, in particular with carbon dioxide |
-
2023
- 2023-10-04 DE DE202023105729.2U patent/DE202023105729U1/en active Active
-
2024
- 2024-07-23 EP EP24190389.7A patent/EP4534888A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050126188A1 (en) * | 2002-02-07 | 2005-06-16 | Harald Winter | Method for non-intermittent provision of fluid supercool carbon dioxide at constant pressure above 40 bar as well as the system for implementation of the method |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE202023105729U1 (en) | 2024-01-15 |
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