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Einrichtung zur Speicherung und Abgabe von tiefsiedenden Flüssiggasen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Speicherung und Abgabe von tiefsiedenden
Flüssiggasen. Als tiefsiedend können Gase mit
Siedepunkten unter 2300 K bei atmosphärischem
Druck, wie z. B. Sauerstoff und Stickstoff bezeichnet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Einrichtung zur Abgabe derartiger, in flüssiger Form gespeicherter Materialien in Gasform unter einem Überdruck zur sofortigen Verwendung.
Zur Aufbewahrung eines auf einer niedrigen Temperatur befindlichen Flüssiggases und zur Verdampfung und Abgabe des Gases unter einem geregelten Überdruck werden gewöhnlich isolierte Umwandler verwendet. Diese Umwandler dienen auch als sehr wirksame Speichergefässe zur Aufbewahrung des Flüssiggases in längeren Entnahmepausen. Da die in diese Umwandler eingeführte Flüssigkeit normalerweise in bezug auf einen niedrigen Abgabedruck gesättigt ist, d. h. dass sie sich im Wärmegleichgewicht mit ihrem Dampf befindet, sind besondere Massnahmen erforderlich, um einen höheren Nichtgleichgewichtsdruck zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, der den Anforderungen des Verbrauchssystems entspricht.
Einige der bekannten Umwandler ziehen die Flüssigkeit aus einem unteren Bereich des Umwandlers unter dem Schweredruck der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit s. b, wodurch einem zur Druckerzeugung dienenden Verdampfer unabhängig von dem in dem Gefäss herrschenden Druck unter Schwerkraftwirkung strömende Flüssigkeit zugeführt wird. Die Druckerzeugung muss dann durch ein Absperrorgan gesteuert werden, dass gewöhnlich in der in das Gefäss zurückführenden Dampfleitung angeordnet ist.
Wenn das für diesen Zweck verwendete Absperrorgan nicht lecksicher ist, kann das Druckerzeugungssystem nicht vollständig ausser Betrieb gesetzt werden, weil die in dem Behälter gespeicherte Flüssigkeit ständig eine Antriebskraft erzeugt. Wenn in solchen Umwandlern ein Lecken des Absperrorgans auftritt und das Verbrauchssystem während eines beträchtlichen Zeitraumes ausser Betrieb ist, wird infolge des mangelhaften Abschlusses des Austritts des
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der mit einem automatisch arbeitenden Druckerzeugung-un Verdampfungssystem versehen ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Abgabe eines in flüssiger Form gespeicherten tiefsiedenden Gasmaterials in Gasform ist gekennzeichnet durch einen wärmeisolierten Behälter zur Speicherung des verflüssigten Gasmaterials unter einem vorherbestimmten Überdruck, einen mit einem Verdampfer versehenen Entnahmeanschluss für eine Verbrauchereinrichtung, eine offene Flüssigkeitsentnahmeleitung, deren eines Ende in einem unteren Bereich des Behälters angeordnet ist und die sich von dort über den Flüssigkeitsspiegel des normal gefüllten Behälters hinaus aufwärts erstreckt und mit ihrem andern Ende an den Entnahmeanschluss angeschlossen ist,
so dass sie einen freien Strömungskanal zwischen dem unteren
Bereich des Behälters und dem Entnahme- anschluss bildet und Flüssigkeit durch diese
Entnahmeleitung ungehindert zu dem Entnahme- anschluss gelangen kann, wenn zwischen den
Enden der Flüssigkeitsentnahmeleitung ein Druck- unterschied herrscht, der dem Strömungswider- stand in dieser Leitung mindestens entspricht, ferner durch eine Gasentnahmeleitung, die den oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des normal gefüllten Behälters liegenden oberen Bereich desselben mit einer oberhalb dieses Flüssigkeits- spiegels liegenden Stelle der Flüssigkeitsent- nahmeleitung verbindet, ein in der Gasent- nahmeleitung angeordnetes normalerweise ge- schlossenes Absperrorgan, das auf den Behälter- druck derart anspricht, dass es den oberen Be- reich des Behälters zu dem Entnahmeanschluss hin öffnet,
wenn der Druck in dem Behälter auf einen gewünschten über dem vorbestimmten
Druck liegenden Wert steigt, so dass dann dem oberen Bereich des Behälters gasförmiges Material entnommen wird, und durch einen Druckerzeuger, der den Druck in dem Behälter aufrechterhält und ein aussenliegendes Strömungssystem aufweist, das eine Zuführungsleitung besitzt, die am einen Ende mit einer solchen Stelle der Flüssigkeitsentnahmeleitung verbunden ist, dass Flüssigkeit unter Schwerkraftwirkung aus der Flüssigkeitsentnahmeleitung in die Zuführungsleitung fliesst, ferner einen an das andere Ende der Zuführungsleitung angeschlossenen Verdampfer, der so angeordnet ist, dass ihm Flüssigkeit aus der Zuführungsleitung unter Schwerkraftwirkung zufliesst,
und eine Rückleitung zur Zuführung von verdampftem Material von dem Verdampfer zu einer über dem Flüssigkeitsspiegel des normal gefüllten Behälters gelegenen Stelle desselben.
Diese und andere Zwecke, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Zeichnung hervor. In dieser zeigt Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch einen erfindunggemäss ausgebildeten Behälter und Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines Behälters, der dem nach Fig. 1 ähnlich ist, aber ein ab- geändertes Gasentnahmesystem besitzt.
Der in den Zeichnungen dargestellte, beim
Kunden vorgesehene Behälter oder Umwandler 16 stellt ein spezielles System zur Abgabe eines in der flüssigen Phase gespeicherten Materials in Gasform und unter einem vorherbestimmten Abgabedruck dar. Die Entnahme durch den Kunden wird einfach dadurch bewirkt, dass die Entnahmeleitung 60 an die (nicht gezeigte) Kundenleitung angeschlossen wird, die gewöhnlich mit einem Druckregelorgan versehen ist.
Die Entnahmeleitung 60 ist über eine zwischen dem Behältermantel j ! 7 und einem Innengefäss 18 angeordnete Verdampferrohrschlange 64 sowohl mit der flüssigen als auch mit der Gasphase des Gefässes 18 verbunden. Die Verbindung mit der flüssigen Phase besteht aus einem Steigrohr 66, das von einer in der Nähe des Bodens des Gefässes 18 gelegenen Stelle aufwärts zu einer Schleife 68 führt, an der es umgebogen ist und von der es sich abwärts zu einer Leitung 70 erstreckt, die radial auswärts zu einem T-Stück 72 führt, das die Flüssigkeitsentnahmeleitung, die Gasentnahmeleitung 74 und eine zum Eintrittsende der Verdampferrohrschlange 64 führende Leitung 76 untereinander verbindet.
Die Gasentnahmeleitung 74 ist über einen vorzugsweise im Kopf 80 des Umwandlers 16 angeordneten Gegendruckregler oder Gasströmungsregler 78 mit der Gasphase des Gefässes verbunden. Der Regler 78 besitzt eine Kammer M, die zu dem Gasraum des Gefässes 18 hin über einen Durchlass 82 offen ist und einen Ventil- stössel 84 besitzt, der mit einer Wellrohrmem- bran 86 verbunden ist und durch eine auf die eine Seite der Membran wirkende Druckfeder 88 normalerweise in die Schliessstellung gedrückt wird. Die andere Seite der Membran ist dem der Feder entgegenwirkenden Druck in dem
Gasraum ausgesetzt, der bei einem den Einstellwert des Reglers überschreitenden Druck den Stössel 84 hebt und dadurch den Gasraum über den Regler 78, die Leitungen 74 und 76 und die Rohrschlange 64 mit dem Entnahmeanschluss 60 verbindet.
Wenn daher der Druck in dem Gefäss 18 infolge einer auf einen Wärmeeintritt zurückzuführenden Verdampfung höher ist als der Einstellwert des Reglers, wird dieser geöffnet und bleibt so lange offen, bis der Druck wieder unter diesen Einstellwert gesunken ist. Wenn der Druck in dem Gefäss zu Beginn einer Entnahmeperiode über dem Einstellwert liegt oder während der Entnahmeperiode über den Einstellwert steigt, erfolgt die Entnahme automatisch aus der Gasphase des Gefässes, bis der Druck in dem Gefäss etwas unter den Einstellwert des Reglers 78 gefallen ist.
Die zu der Rohrschlange 64 führende Leitung 76 ist etwa in Höhe des Flüssigkeitsspiegels des normal gefüllten Behälters mit einem weiteren T-Stück 90 versehen,
von dem sich eine Leitung 92 senkrecht abwärts zu einem Rückschlagventil am einen Ende einer Verdampfer-
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rohrschlange 96 erstreckt, die einen Teil einer Einrichtung bildet, die in dem Gefäss 18 während der Entnahme einen Druck erzeugt und im wesentlichen konstant hält, damit Material aus der flüssigen Phase der Verdampferrohrschlange 64 zugeführt wird und unter dem im wesentlichen konstanten gewünschten Druck zu dem Entnahmeanschluss 60 gelangt. Der Eintrittsteil der Verdampferrohrschlange 96 ist unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Gefässes 18 und gemäss Fig. 1 vorzugsweise unterhalb der tiefsten Stelle des Bodens des Gefässes 18 angeordnet.
Vom andern Ende der Rohrschlange 96 führt eine Dampfrückleitung 98 zum oberen Teil des Gefässes 18 zur Abgabe des verdampften Materials in den Gasraum, damit in diesem ein Nichtgleichgewichtsdruck aufgebaut wird.
Der Druckerzeuger arbeitet automatisch. Wenn in der Leitung 92 Flüssigkeit vorhanden ist, wird Gas zur Druckerzeugung gebildet. Eine Einrichtung, die eine Strömung nur in einer Richtung gestattet, z. B. ein Rückschlagventil 94, verhindert eine Rückströmung von Dampf aus dem Gasraum des Gefässes über den Druckerzeuger zum Verbraucher und bewirkt, dass der in der Druckerzeugungsrohrschlange 96 erzeugte Dampf nur in den Gasraum des Gefässes, strömen kann. An Stelle der Anordnung eines Rückschlagventils kann die Leitung 92 in Form eines langgestreckten Flüssigkeitsverschlusses fortgesetzt werden, der direkt an der Aussenwand des Behälters angebracht und mit ihr gut wärmeleitend verbunden ist.
Die aufwärtsgerichteten Schenkel eines solchen Verschlusses würden sich über den Flüssigkeitsspiegel des normal gefüllten Behälters erstrecken, wobei ein Schenkel an den Anschluss 90 angeschlossen ist und der andere abwärts zur Druckerzeugungsrohrschlange 96 zurückführt. Durch eine ungedrosselte Leitung dieser Gestalt kann die Flüssigkeit von dem Anschluss 90 frei zu dem der Druckerzeugung dienenden Verdampfer gelangen, während der Dampf infolge der in dem Verschluss befindlichen Sperrflüssigkeit normalerweise nicht über die Leitung zu dem Anschluss 90 zurückströmen kann.
Wenn ein Kunde eine Entnahme vornehmen will, wird durch die Verbindung des Entnahmeanschlusses mit einer Verbrauchsstelle ein Druckunterschied zwischen der Leitung 60 und dem Inneren des Gefässes 18 erzeugt. Wenn der Druck in dem Gasraum über dem Einstellwert des Reglers 78 liegt, erfolgt die Entnahme wie vorstehend beschrieben aus der Gasphase.
Wenn der Druck in dem Gefäss dagegen unter dem Einstellwert des Reglers liegt, bewirkt der hergestellte Druckunterschied, dass die Flüssigkeit in dem Steigrohr 66 aufwärts, dann über die Schleife 68 und abwärts über die Leitungen 70 und 76 in die Verdampferrohrschlange 64 gedrückt wird. Gleichzeitig bewirkt das Einströmen der Flüssigkeit in die Leitung 76 auch das Füllen der senkrechten Leitung 92 zwischen dem T-Stück 90 und dem Rückschlag- ventil 94. Der in der Leitung 92 sich einstellende Überdruck, der durch die höhere Flüssigkeits- säule hervorgerufen wird, bewirkt, dass unter der Wirkung dieses Druckes Flüssigkeit in die Rohrschlange 94 fliesst, dort verdampft wird und über die Leitung 98 als Gas zum Gasraum des Behälters zurückkehrt.
Gemäss Fig. 2 kann der Schweredruck in der Leitung 96a zur Zuführung von Flüssigkeit zur Rohrschlange 96 verwendet werden.
In diesem Falle ist am unteren Ende der senkrechten Leitung ein T -Stück 90 a vorgesehen, über das die in der Leitung befindliche Flüssigkeit sowohl zu der Verdampferrohrschlange 64 als auch über das Rückschlagventil 94 in die zur Druckerzeugung dienende Verdampferrohrschlange 96 gelangt. Dafür könnte jedoch eine grössere Leitung erforderlich sein, die sowohl die für die Verdampfer- als auch die für die Druckerzeugungsrohrschlange erforderlichen Strömungsmengen aufnehmen kann. Die grössere Leitung würde eine grössere Flüssigkeitsmenge enthalten, die am Ende eines Flüssigkeitsentnahmezeitraumes über die Druckerzeugungsrohrschlange 96 ablaufen muss, so dass ein weniger erwünschter, höherer Überdruck in dem Gefäss 18 erhalten wird.
Wenn der Behälterdruck während der Flüssigkeitsentnahme den Einstellwert des Reglers 78 erreicht, öffnet sich das Absperrorgan 84. Wenn sich dieses Absperrorgan öffnet, ist der Druckabfall zwischen dem T-Stück 72 und dem Gasraum niedriger als der Druckabfall über die Leitungen 66, 68 und 70. Die Flüssigkeits- strömung hört daher auf ; und die weitere Entnahme erfolgt aus der Gasphase. Da an dem T-Stück 90 keine Flüssigkeit zur Abgabe an die Leitung 92 mehr vorhanden ist, tritt der Druckerzeuger automatisch ausser Betrieb, bis der Druck in dem Gefäss unter den Einstellwert des Reglers 78 fällt, so dass das Absperrorgan 84 geschlossen wird.
Um eine fortgesetzte Flüssigkeitsentnahme beim Öffnen des Absperrorgans 84 zu verhindern, muss das T-Stück 72 etwa auf oder vorzugsweise über dem Niveau des Flüssigkeitsspiegels des normal gefüllten Behälters angeordnet sein, so dass jede Siphonwirkung, die eine fortgesetzte Flüssigkeitsströmung bewirken könnte, verhindert wird.
Die Schleife 68 erstreckt sich über den Flüssigkeitsspiegel des normal gefüllten Behälters, so dass sie bei übermässig gefülltem Behälter als Gasverschluss dient. Bei übermässig gefülltem Behälter verdampft und expandiert daher bei Beendigung einer Entnahme in der Rohrschlange 64 verbliebene Flüssigkeit oder es expandiert in der Rohrschlange 64 verbliebenes Gas und das Druckgas drückt die Flüssigkeit aus dem abwärtsgerichteten Schenkel der Schleife 68 über den Scheitel der Schleife zurück und bildet einen Gasverschluss, der eine Zuführung von Flüssigkeit in die relativ warmen Verdampferrohrschlangen 64 und 96 verhindert.
Wenn sich der Scheitel des Steigrohres unter dem Flüssig-
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terials in Gasform, bestehend aus einem wärmeisolierten Behälter (16) zur Speicherung des
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Flüssigkeitsentnahmeleitung (66), die sich von dem unteren Bereich des Behälters (16) über den Flüssigkeitsspiegel des normal gefüllten Behälters (16) hinaus aufwärts erstreckt und an den Entnahmeanschluss (60) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine Gasentnahmeleitung (74), die den oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des normal gefüllten Behälters (16) liegenden Bereich desselben mit einer oberhalb dieses Flüssigkeitsspiegels gelegenen Stelle der Flüssigkeitsentnahmeleitung (66) verbindet,
ein in der Gasentnahmeleitung (74) angeordnetes,
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das auf den Innendruck des Behälters anspricht und den oberen Bereich des Behälters (16) zu dem Entnahmeanschluss (60) hin öffnet, ferner durch ein druckerzeugendes, den Druck in dem Behälter (16) aufrechterhaltendes, aussenliegendes Strömungssystem (92, 96, 98), bestehend aus einer Zuführungsleitung (92) die mit der Flüssigkeitsentnahmeleitung (66) verbunden ist, so dass Flüssigkeit unter Schwerkraftwirkung aus der Flüssigkeitsentnahmeleitung (66) in die Zuführungsleitung (92) fliesst, einem an das andere Ende der Zuführungsleitung (92) angeschlossenen Verdampfer (96),
und einer Rückleitung (98) zur Zuführung von verdampftem Material von dem Verdampfer (96) zu einer über dem Flüssigkeitsspiegel des normal gefüllten Behälters (16) gelegenen Stelle desselben.