DE3148426C2 - Extraction device for cold gas - Google Patents

Abstract

Der Flüssigkeits-Gas-Phasentrenner, mit welchem aus einem mit einer kryogenen Flüssigkeit gefüllten Isolierbehälter Kaltgas für ein Kühlsystem über eine Leitung entnehmbar ist, weist einen Schalldruckgenerator (1.2), insbesondere einen Ultraschallgeber auf, dessen schwingende Fläche bzw. Flächen (1.21, 1.22, 1.23) gegen die zuströmende Flüssigkeit (LH ↓2) gerichtet ist bzw. sind.The liquid-gas phase separator, with which cold gas for a cooling system can be taken from an insulating container filled with a cryogenic liquid via a line, has a sound pressure generator (1.2), in particular an ultrasound transmitter, the oscillating surface or surfaces (1.21, 1.22, 1.23) is or are directed against the inflowing liquid (LH ↓ 2).

Description

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2525th

Die Erfindung betrifft eine Entnahmevorrichtung für Kaltgas, welches aus einem mit einer kryogenen Flüssigkeit gefüllten Isolierbehälter für ein Kühlsystem entnommen wird.The invention relates to an extraction device for cold gas, which consists of a cryogenic Liquid-filled insulating container for a cooling system is removed.

Zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff, Helium, Stickstoff, etc. im schwerelosen Raum über eine längere Zeit ist es bekannt, die im wesentlichen aufgrund von Kapillarkräften im Isolierbehälter verteilte kryogene Flüssigkeit mittels eines auf Kapillarkräften beruhenden ": JSammelsystems in flüssiger Form abzuziehen und über ^v|ein Drosselventil sowie einen Wärmetauscher zu ¹K₁ !verdampfen (Cryogenic Engineering Conference, |i 0.—14.8.81, San Diego). Derartige Phasentrenner, die • '{die relativ geringe Oberflächenspannung von kryogeyjnen Flüssigkeiten zur Unterscheidung von Flüssigkeit „.And Gas ausnutzen, sind vergleichsweise aufwendig, "wobei die eigentliche Phasentrennung lediglich in einem Bereich mit extrem geringen Abmessungen (wenige μηι) •' stattfindet.To store liquid hydrogen, helium, nitrogen, etc. in weightless space over a longer period of time, it is known to draw off the cryogenic liquid, which is essentially distributed in the insulating container due to capillary forces, by means of a ": J collection system based on capillary forces in liquid form and via ^v | vaporize a throttle valve and a heat exchanger to ¹ K ₁ ! (Cryogenic Engineering Conference, August 8-14, 81, San Diego) Utilizing gas are comparatively expensive, "the actual phase separation only taking place in an area with extremely small dimensions (a few μm) • '.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Entnahmevorrichtung zu schaffen, mit welcher aus einem mit einer kryogenen Flüssigkeit gefüllten Isolierbehälter ausschließlich Kaltgas auch im schwerelosen Raum oder bei heftig bewegtem Isolierbehälter entnehmbar ist.It is the object of the invention to provide a removal device to create, with which from an insulating container filled with a cryogenic liquid exclusively Cold gas can also be removed in a weightless room or when the insulating container is vigorously moved.

Diese Aufgabe wird durch eine nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildete Entnahmevorrichtung gelöst.This object is achieved by a trained according to the characterizing features of claim 1 Removal device released.

Die erfindungsgemäße Entnahmevorrichtung liefert bereits am Schalldruckgenerator ausschließlich Gas bzw. Sattdampf, der dann nachfolgend nur noch durch konventionelle Drosselregelung weiterbehandelt wer-■den kann.The extraction device according to the invention supplies only gas at the sound pressure generator or saturated steam, which is then only further treated by conventional throttle control can.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger in den Figuren teilweise schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigtThe invention is described below with the aid of some exemplary embodiments that are partially shown schematically in the figures. It shows

F i g. 1 eine Entnahmevorrichtung für ein im Weltall zur Anwendung kommendes Kühlsystem;F i g. 1 a removal device for one in space cooling system used;

F i g. 2 eine Entnahmevorrichtung mit trichterförmiger Schallerzeugungsfläche;F i g. 2 a removal device with a funnel-shaped Sound generating area;

Fig.3 eine Entnahmevorrichtung gemäß Fig.2 mit Gasfluß durch den Schalfdruckgenerator,3 shows a removal device according to FIG Gas flow through the sleep pressure generator,

F i g. 4 eine Entnahmevorrichtung mit kegelförmiger Schüller/eufeungsfJilche und Gusiluß durch den Sehalldruckgeneraior. F i g. 4 a removal device with a conical Schüller / EufeungsfJilche and Gusiluß by the visual pressure generator.

Die in Fig. 1 dargestellte Entnahmevorrichtung dient beispielsweise innerhalb eines kryogenen Kühlsystem;· mit flüssigem Wasserstoff für die Anwendung im Weltraum da/u, daii an ihrem Austritt nur noch reines Gas anfällt, das über ein nachgeschaltetes Abgat,rohrsystem 2 /ur Kühlung von beispielsweise Strahlungsschilden. Infrarotsystemen u.dgl. verwendet wird, bevor es in den Weltraum abströmt. Da die eigentliche Trennung zwischen der Gas- und der Flüssigkeitsphase bereits am Ausgang der Entnahmevorrichtung 1 abgeschlossen ist und an dem nachgeschaltete,) Drossel-Regelventil 3 nur noch Gas ankommt, findet die zur Selbstkühlung der kryogenen Flüssigkeit über den Wärmetauscher 4 erforderliche Temperatursenkung nur noch in der Gasphase statt. Durch diese Temperatursenkung und den Wärmetausch des abströmenden Gases mit der flüssigen Phase innerhalb des Isolierbehälters 5 wird ,errejchi, daß die auch bei guier Isolierung verbleibende restliche Wärmebelastung durch Strahlung u. dgl. nicht 4zur Erwärmung der kryogenen Flüssigkeit im Tank führt.The extraction device shown in Fig. 1 is used, for example, within a cryogenic cooling system; · with liquid hydrogen for use in space because only pure gas is obtained at its outlet, which is via a downstream exhaust pipe system 2 / for cooling, for example Radiation shields. Infrared systems and the like before it is released into space. Since the actual separation between the gas and the liquid phase has already been completed at the outlet of the extraction device 1 and only gas arrives at the downstream,) throttle control valve 3, the temperature reduction required for self-cooling of the cryogenic liquid via the heat exchanger 4 only takes place in the gas phase instead. This lowering of temperature and the heat exchange of the outflowing gas with the liquid phase within the insulating container 5 ensures that the residual heat load from radiation and the like, which remains even with good insulation, does not lead to the warming of the cryogenic liquid in the tank.

Die innerhalb des Isolierbehällers angeordnete Entnahmevorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1.1, in dessen Mitte ein Schalldruckgenerator L2, vorzugsweise ein Ultraschallgeber, z.B. auf der Basis eines Schwingquarzes, so angeordnet ist, daß dip über ein Rohrstück 1.3 zuströmende Flüssigkeit, z. B. flüssiger Wasserstoff, in Richtung auf die schallerzeugende Fläche 1.21 strömt. Die Frequenz des Schalldruckgenerators und die Abmessungen des Rohres 13 sind so bemessen, daß innerhalb des Rohres eine stehende Welle erzeugt wird, die einen Schalldruck besitzt, der groß genug ist, um ein vollständiges Eindringen des Wasserstoffs im flüssigen Zustand in das Rohr 1.3 zu verhindern. Der Strömungsdruckverlust innerhalb des Rohres und im Gehäuse sowie in der Leitung 6 bis zum Drossel-Regelventil 3 wird so bemessen, daß er stets erheblich kleiner ist als der Druckabfall in dem Ventil 3 selbst.The arranged within the Isolierbehälers removal device consists of a housing 1.1, in the middle of a sound pressure generator L2, preferably an ultrasonic generator, for example based on a quartz crystal, is arranged so that dip over a pipe section 1.3 inflowing liquid, z. B. liquid hydrogen, flows in the direction of the sound-generating surface 1.21. The frequency of the sound pressure generator and the dimensions of the pipe 13 are such that a standing wave is generated within the pipe which has a sound pressure high enough to prevent complete penetration of the hydrogen in the liquid state into the pipe 1.3. The flow pressure loss within the pipe and in the housing as well as in the line 6 up to the throttle control valve 3 is dimensioned so that it is always considerably smaller than the pressure drop in the valve 3 itself.

Die in Fig.2 dargestellte Entnahmevorrichtung ist ähnlich der in Fig. 1 gezeigten aufgebaut, weist jedoch eine trichterförmige Schallerzeugungsfläche 1.22 auf. Der Vorteil einer derartigen Schallerzeugungsfläche besteht darin, daß eine Schallkonzentration (Fokussierung) erzeugt wird und daß die den Schall emittierende Fläche bei gleicher Stirnfläche größer ist.The removal device shown in Figure 2 is similar to that shown in Fig. 1, but has a funnel-shaped sound generating surface 1.22. The advantage of such a sound generating surface is that a sound concentration (focus) is generated and that the sound emitting Area is larger with the same frontal area.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Entnahmevorrichtungen unterscheiden sich von den vorherigen dadurch, daß bei ihnen das Resonatorrohr entfallen kann. Das entweder von einer trichterförmigen Schallerzeugungsfläche 1.22 (Fig.3) bzw. kegelförmigen Schallerzeugungsfläche 1.23 (Fig.4) erzeugte Schallfeld 7 wird direkt in die kryogene Flüssigkeit, z. B. flüssiger Wasserstoff abgestrahlt. Die Flüssigkeit selbst wird dadurch an einem Vordringen in den Bereich vor der Schailerzeugungsfiäche gehindert. Durch ein? jeweils in der Trichter- bzw. Kegelachse angeordnete Bohrung 1.4 innerhalb des Schalldruckgenerators 1.2 strömt daher ausschließlich gasförmiger Wasserstoff ab. Der Ausgang des Kanals 1.4 ist dazu von einem Gehäuse 1.2 umgeben und somit gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Der gasförmige Wasserstoff wird dann über eine Leitung 6, ähnlich wie in Fig. 1, einem nicht mehr dargestellten Drossel-RegeJventiJ zugeführt.The removal devices shown in FIGS differ from the previous ones in that they do not have a resonator tube can. The either a funnel-shaped sound generating surface 1.22 (Fig.3) or a conical one Sound generating surface 1.23 (Fig.4) generated sound field 7 is directly in the cryogenic liquid, z. B. liquid hydrogen emitted. The liquid itself is thereby prevented from advancing into the area hindered the shail production area. Through a? each arranged in the funnel or cone axis Bore 1.4 within the sound pressure generator 1.2 therefore exclusively gaseous hydrogen flows off. The output of the channel 1.4 is surrounded by a housing 1.2 and thus opposite the Environment completed. The gaseous hydrogen is then via a line 6, similar to FIG. 1, a throttle RegeJventiJ not shown any more fed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Entnahmevorrichtung für Kaltgas, welches aus einem mit einer kryogencn Flüsigkeit gefüllten Isolierbehälter für ein Kühlsystem entnommen wird, gekennzeichnet durch einen am Kaltgasaustritt angeordneten Schalldruckgenerator (1.2). insbesondere einen Ultraschallgeber, dessen schwingende Fläche (1.21, 1.22, 1.23) gegen die ihn umgebende Flüssigkeil gerichtet isl.1. Extraction device for cold gas, which from one filled with a cryogenic liquid Insulating container for a cooling system is removed, characterized by a sound pressure generator (1.2) arranged at the cold gas outlet. in particular an ultrasonic transducer whose oscillating surface (1.21, 1.22, 1.23) against the one surrounding it Liquid wedge directed isl. 2. Entnahmevorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldruckgcnerator in der schwingenden Fläche (1.22, 1.23) eine zentrale Öffnung (1.4) aufweist, durch welche das vor der schwingenden Fläche vorhandene Kaltgas abgeführt wild(Fig. 3und4).2. Removal device according to claim 1. characterized characterized in that the sound pressure generator in the vibrating surface (1.22, 1.23) has a has central opening (1.4) through which the cold gas present in front of the vibrating surface discharged wild (Fig. 3 and 4). 3. Entnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Fläche (1.21, 1.22, 1.23) des SchaJJdruckgenerators (1.22) eben, kegel- oder trichterförmig ist.3. Removal device according to claim 1 or 2, characterized in that the vibrating The surface (1.21, 1.22, 1.23) of the pressure generator (1.22) is flat, conical or funnel-shaped. 1515th