DE2329053A1 - Verfahren und vorrichtung zum unterdrucksetzen eines kryogenen behaelters - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum unterdrucksetzen eines kryogenen behaelters

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Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN
BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32
7, Juni 1973
UNION CARBIDE U.K. LIMITED 2329053 8, Grafton Street, London W1A 2LR / England
Verfahren und Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters
Die Erfindung befaßt sich mit Tieftemperatureinrichtungen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters, vorzugsweise um auf diese Weise Flüssigkeiten aus dem Behälter abzugeben.
Es ist bekannt, zum Abgeben von Flüssigkeiten aus kryogenen Behältern einen Druck in dem oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum des Behälters aufzubauen, der dann ausgenutzt wird, um Flüssigkeit aus dem Behälter über ein zweckentsprechendes Auslaßrohr auszutreiben. Dieses Rohr reicht, für gewöhnlich durch ein Verschlußteil hindurch, verhältnismäßig weit in den Behälter hinein, so daß sein freies offenes Ende in die im Behälter befindliche Flüssigkeit eingetaucht werden kann. Der über der Flüssigkeit herrschende Druck treibt dann Flüssigkeit durch das Rohr hindurch nach außen, nachdem ein außerhalb des Behälters vorgesehenes in der Leitung liegendes Absperrorgan geöffnet wird.
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Es ist bekannt, den Druck in dem oberhalb der Flüssigkeit ver bleibenden Raum des Behälters mit Hilfe von Rührwerken, Schaufeln oder Heizgeräten zu erzeugen. Die bekannten Einrichtungen sind jedoch nicht voll zufriedenstellend. Die mechanischen Geräte weisen bewegte Teile ouf, 30 daß es zu einer Überhitzung der Lager und/oder der verwendeten Motore kommen kann. Andererseits besteht die Gefahr, daß Geräteteile Tieftemperaturbedingungen ausgesetzt werden und einfrieren. Werden Heizgeräte verwendet, kön nen diese unter den schwierigen Arbeitsbedingungen ausbrennen.
Bei einer anderen bekannten Einrichtung wird der zum Austreiben der kryogenen Flüssigkeit erforderliche Druck dadurch aufgebaut, daB Druckluft in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum des Behälters eingepumpt wird. Die in den Behälter eingeleitete Luft enthält jedoch Wasserdampf, Verunreinigungen und dergleichen, die unter den im Behälter herrschenden Bedingungen auszufrieren suchen und eine auf der Flüssigkeitsober fläche schwimmende Schicht bilden. Das hat zur Folge, daß die Flüssigkeit · verunreinigt und die betreffende Vorrichtung insbesondere durch das gebildete Eis verschmutzt wird. Dieses Problem wird dadurch noch kritischer, da8 in der Praxis derartige Behälter niemals vollständig geleert, sondern für gewöhnlich mit einer frischen Flüssigkeitsmenge auf gefüllt werden, wenn dies erforderlich wird, so daß das Verhältnis von Verunreinigungen zu Flüssigkeit ständig zunimmt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters geschaffen, bei dem ein Teil der
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kryogenen Flüssigkeit aus dem Behälter abgezogen und verdampft wird und bei dem das so erhaltene Gas in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum des Behälters eingeleitet wird.
Mit der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Abziehen von kryogener Flüssigkeit aus einem kryogenen Behälter geschaffen, .bei dem der mittels des vorstehend genannten Verfahrens erzeugte Druck ausgenutzt wird, um die Flüssigkeit aus dem Behälter herauszutreiben .
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zum Aufbau eines Druckes in einem kryogenen Behälter geschaffen, die eine Pumpeinrichtung aufweist, mittels deren ein Teil der kryogenen Flüssigkeit aus dem Behälter über eine Leitung abziehbar ist, die in eine dem Behälterboden benachbarte Stellung bringbar ist und über die der Flüssigkeitsteil zur Bildung eines Gases zu einem Verdampfer leitbar ist, und die ferner mit einer Leitungsanordnung zum Einleiten des Gases in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum des kryogenen Behälters versehen ist. Vorzugsweise sind dabei die Pumpeinrichtung und der Verdampfer derart in Reihe geschaltet, daß aus dem Behälter abgezogene Flüssigkeit unmittelbar zum Verdampfer gelangt und die Pumpeinrichtung nur mit dem erhaltenen Gas in Berührung kommt. Beide Leitungen können zweckmäßig durch ein Behälterverschlußteil hindurchreichen und über einen Teil ihrer Länge mit dem Verschlußteil in Eingriff stehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zum
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Austreiben einer kryogenen Flüssigkeit aus einem kryogenen Behälter geschaffen, die die vorstehend erläuterte Einrichtung zum Aufbau eines Druckes im Behälter aufweist, und bei der- ferner eine weitere Leitung vorgesehen ist, durch die hindurch die kryogsne Flüssigkeit aus dem kryogeoen Behälter herausgetrieben werden kann, Die weitere Leitung kann durch das Verschlußteil hindurchreichen und über einen Teil ihrer Länge mit dem Verschlußteil in Eingriff stehen. Dabei reicht die weitere Leitung in den Raum hinein, der von der zu speichernden kryogenen Flüssigkeitsmenge eingenommen wird, die anschließend aus dem kryogenen Behälter herausgetrieben werden soll.
Die drei obengenannten Leitungen, das heißt die Flüssigkeitsabzugsleitung, die Leitung zum Einführen eines Gases in den Behälter und die Flüssigkeitsaustreibleitung können hinsichtlich ihrer Lange variabel sein, um an kryogene Behälter unterschiedlicher Größe angepaßt werden zu können. Vorzugsweise sind die Flüssigkeitsabzugsleitung und die Flüssigkeitsaustreibleitung so bemessen, daß sie in eine Stellung benachbart dem Boden eines kryogenen Behälters gebracht werden können, mit dem zusammen die Vorrichtung verwendet werden soll.
Mit der Erfindung wird ferner ein kryogener Behälter geschaffen, der mit einer Vorrichtung der vorstehend erläuterten Art ausgestattet ist. Eine alle oder eine Kombination der drei obenbeschriebenen Leitungen kann teilweise oder ganz in den Wandungen des kryogenen Behälters untergebracht sein.
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Die Erfindung wird im folgenden ar. Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung naher erläutert, die einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung zeigt.
Der veranschaulichte kryogene Behälter 10 nimmt eine Menge 12 einer kryogenen Flüssigkeit auf. Der Behälter 1O ist mit einem Hals 14 versehen. In der Öffnung 16 des Halses 14 sitzt ein Verschlußteil 18.
Die insgesamt mit 2O bezeichnete Vorrichtung weist eine kleine Vakuumpumpe 22 auf, die über ein Kupferkapillarrohr 24 mit einem Verdampfer 26 in Form einer Kupferschlange verbunden ist. Ein Rohr 28 verläuft von der Einlaßseite des Verdampfers 26 durch das Verschlußteil 18 hindurch bis fast zum Boden 29 des Behälters. Ein weiteres Rohr 3O, dessen Innendurchmesser größer als derjenige des Rohrs 28 ist, reicht von einer ebenfalls nahe der Innenseite des Behälterbodens liegenden Stelle durch das Verschlußteil 18 hindurch und endet in einem Düsenteil 32. Ein Ablaß- oder Absperrorgan 34 ist im Rohr 30 angeordnet.
Ein weiteres Rohr 36 reicht von der Auslaßseite der Vakuumpumpe 22 durch das Verschlußteil 18 hindurch in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum 38 (das heißt das freie Volumen über der im Behälter 1O untergebrachten Flüssigkeitsmenge 12).
Der Behälter 10 wird mit einer Menge einer kryogenen Flüssigkeit
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beispielsweise flüssigem Stickstoff, gefüllt. Das Verschlußteil 18 wird dann aufgesetzt und die Vorrichtung zum Unterdrucksetzen des Behälters und Austreiben der Flüssigkeit aufgebracht. Zweckmäßigerweise bildet das Verschlußteil 18 einen Teil der Vorrichtung, ,die auf diese Weise einfach und rasch von einem leeren zu einem vollen Behälter überführt werden kann.
Wenn die Vorrichtung in die Betriebsstellung gebracht ist, muß sichergestellt werden, daß, während die Rohre 28 und 30 möglichst weit in den Behälter hineinreichen und infolgedessen in die Flüssigkeit eintauchen, bis der Behälter praktisch leer ist, das Rohr 36 gerade durch das Verschlußteil 18 hindurch und in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum 38 reicht, der stets verbleibt, selbst wenn der Behälter gerade gefüllt wurde.
Wenn sich das Rohr 36 in den von der kryogenen Flüssigkeit eingenommenen Raum erstreckt, sollte es nicht so weit in diesen Raum hineinreichen, daß ein nennenswerter Teil des aus dem Rohr 36 herausgepumpten Gases in das Rohr 3O oder das Rohr 28 gelangt.
Die Pumpe wird dann eingeschaltet; eine kleine Menge der kryogenen Flüssigkeit wird aus dem Behälter über das Kapillarrohr 28 entnommen und in den Verdampfer 26 gezogen, wo die Flüssigkeit in Gas umgewandelt wird. Am Einlaß der Pumpe kommt es zu einem Druckanstieg. Das an dieser Stelle vorhandene Gas ist verhältnismäßig warm und kann die Pumpe durchströmen, ohne daß Schäden verursacht werden oder andere Schwierigkeiten eintreten.
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Die Pumpe leitet dann das warme Gas in den oberhalb der Flüssigkeit Verbleibenden Raum 38 des Behälters. Dort bewirkt das Gas, daß ein Teil der im Behälter vorhandenen Flüssigkeit siedet, wo-
durch für weiteres unter Druck stehendes Gas gesorgt wird.
Die beschriebene Einrichtung ist aus Werkstoffen aufgebaut, die in bekannter Weise den Bedingungen standhalten, unter denen die Einrichtung arbeitet.
Die kombinierte Vorrichtung zum Abziehen von Flüssigkeit und Unterdrucksetzen des Behälters wurde in Verbindung mit einer Reihe
2 von Behältern benutzt und mit Drücken zwischen 0,25 und 2,8 kp/cm betrieben. Dabei wurde Flüssigkeit in einer Menge von 1,5 bis ' 20 l/min abgegeben.
Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß sich die bewegten Teile der Vorrichtung außerhalb des Behälters befinden und praktisch unter Raumtemperatur arbeiten. Das bedeutet, daß die Vakuumpumpe unter den Bedingungen arbeitet, für die sie normalerweise ausgelegt ist, und daß nicht für umfangreiche Vorkehrungen gesorgt werden muß.
Da ferner für den Aufbau des Drucks die kryogene Flüssigkeit, beispielsweise Stickstoff, benutzt wird, ist die Gefahr einer Verunreinigung der Flüssigkeit oder der zugehörigen Anlagenteile verringert oder vollkommen ausgeräumt.
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Claims (8)

  1. - 8 Ansprüche
    . !Verfahren zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters unter Verwendung eines Gases, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch Abziehen eines Teils der kryogenen Flüssigkeit aus dem Behälter und Verdampfen dieses Flüssigkeitsteils gewonnen und das so gebildete Gas zwecks Aufbau des gewünschten Drukkes in den Behälter unter Druck eingeleitet wird.
  2. 2. Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpeinrichtung (22) vorgesehen ist, mittels deren ein Teil der kryogenen Flüssigkeit aus dem kryogenen Behälter (10) über eine Leitung (28) abziehbar ist, die in eine dem Behälterboden (29) benachbarte Stellung bringbar ist und über die der Flüssigkeitsteil zur Bildung eines Gases zu einem Verdampfer (26) leitbar ist, und daß eine Leitung (36) zum Einleiten des so gebildeten Gases in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum (38) des kryogenen Behälters (10) vorhanden ist»
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung (22) und der Verdampfer (26) derart in Reihe geschaltet sind, daß aus dem Behälter (10) abgezogene Flüssigkeit unmittelbar zum Verdampfer gelangt und die Pumpeinrichtung nur mit dem erhaltenen Gas in Berührung kommt.
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  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder· 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide- Leitungen (28, 36) durch ein Behalterverschiußtei1 (18) hindurchreichen und über einen Teil ihrer Lange mit diesem VerschlußteiL in Eingriff stehen.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Austreiben von kryogener Flüssigkeit aus dem Behälter (10) eine weitere Leitung (30) vorgesehen ist, die durch das Verschlußteil (18) hindurchreicht und über einen Teil ihrer Länge mit dem Verschlußteil in Eingriff steht.
  6. 6. Kombination einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis mit einem Behälter (1O) für eine kryogene Flüssigkeit.
  7. 7. Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Behälterwand eine weitere, permanente Leitung vorgesehen ist, durch die hindurch kryogene Flüssigkeit aus dem Behälter (10) austreibbar ist.
  8. 8. Verfahren zum Abziehen von kryogener Flüssigkeit aus einem diese Flüssigkeit enthaltenden kryogenen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 erzeugte Druck benutzt wird, um die Flüssigkeit aus dem Behälter (1O) über eine Flüssigkeitsaustreibleitung (3O) auszutreiben.
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