Gefäss zum Transport und zur Aufbewahrung verflüssigter Gase. Zum Transport und zur Aufbewahrung kleiner Mengen verflüssigter Gase ist das De- wargefäss aus Glas mit verspiegelten Wänden die nahezu ideale Lösung. Für grössere Men gen hat man dann nach demselben Prinzip Gefässe aus Metall hergestellt, deren Isola tionsvermögen ebenfalls einigermassen befrie digend war. Einer beliebigen Vergrösserung dieser Gefässe steht jedoch entgegen, dass sehr grosse Gefässe nicht mehr zuverlässig vakuum dicht hergestellt und auf genügend hohem Vakuum gehalten werden können, und dass sie bei grossen Dimensionen unverhältnismässig schwer werden.
Es sind daher für die Auf bewahrung flüssiger Luft von amerikanischer Seite (vergleiche unter anderem die amerika nische Patentschrift 673073) Konstruktionen vorgeschlagen worden, die in beliebig grossen Dimensionen ausgeführt werden können und dabei ausreichendes Isolationsvermögen bei nicht allzugrossem Gewicht aufweisen. Die nach diesen Konstruktionen ausgeführten Ge fässe bestehen aus einer Reihe von ineinander gesetzten Isoliermänteln, die mit Wollabfällen, Federn, Filz oder dergleichen Isoliermaterial gefüllt sind, durch das die aus der flüssigen Luft entstehenden kalten Gase durchstreichen müssen.
Diese Gefässe stellen jedoch weitaus noch nicht das Günstigste dar, was in kon sequenter Verfolgung dieses Prinzips erreich bar ist; namentlich aber versagen sie gänz lich beim Aufbewahren und beim Transport von beispielsweise flüssigem Wasserstoff, da das Isolationsvermögen von Wolle, Federn, Filz oder dergleichen Isoliermaterial, das mit Wasserstoff gefüllt ist, fünf- bis achtmal schlechter wird; als das Isolationsvermögen der gleichen Materialien mit Luft gefüllt.
Da nun gleichzeitig die Verdampfungswärme flüs sigen Wasserstoffes pro Liter fünfmal kleiner und der Kälteinhalt des aus einem Liter flüssigen Wasserstoffes entstehenden kalten Gases eineinhalbmal grösser ist als bei flüs siger Luft, würde ein gemäss diesen ameri kanischen Vorschlägen ausgeführtes Gefäss für flüssigen Wasserstoff eine mehr als zehn mal kleinere Aufbewahrungsdauer ergeben als für flüssige Luft.
(Auch Dewargefässe sind, da sie für wesentlichen nur die Verdampfungs- -värme, nicht aber den Kälteinhalt des ver dampften Gases ausnutzen, für flüssigen Was serstoff etwa drei- bis dreieinhalbmal schlech ter als für flüssige Luft.) Gerade für flüssigen Wasserstoff wäre je doch die Herstellung geeigneter Gefässe be sonders erwünscht, beispielsweise für den Be trieb von autogenen Schweissanlagen, nament lich aber zur Versorgung der immer grössere Dimensionen annehmenden Luftschiffe, indem der Wasserstoff anstatt in Stahlflaschen kom primiert in derartigen Gefässen verflüssigt transportiert werden könnte, was eine enorme Ersparnis an Transportgewicht zur Folge hätte.
Ein für flüssigen Wasserstoff geeignetes Gefäss wird dann auch für jedes andere tech nisch verwendbare Gas besonders geeignet sein, da gerade für flüssigen Wasserstoff in folge seiner kleinen Verdampfungswärme und seines ausserordentlich guten Wärmeleitver- mögens das Problem besonders schwierig zu lösen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Gefäss, das für alle verflüssigten Gase, ein schliesslich Wasserstoff, gleich gut brauchbar ist und die bisherigen Konstruktionen an Lei stungsfähigkeit erheblich übertrifft, und zu gleich ermöglicht die Erfindung auch wesent lich leichtere Gefässe herzustellen als die bis herigen.
Einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines gemäss der Er findung ausgeführten Gefässes gibt die bei liegende Figur. Das Gefäss besteht aus vier in einandergestellten Isoliermänteln, deren innere und äussere Begrenzung je durch die bei spielsweise aus Blech, Hartpapier oder der gleichen luftdicht hergestellten Behälter a und b, c und<I>d, e</I> und<I>f, g</I> und<I>in</I> gebildet wird, deren lichter Zwischenraum mit einem Isoliermaterial, beispielsweise mit Federn, Korkmehl, Magnesia oder dergleichen, aus gefüllt ist.
Zwischen je zwei Isoliermänteln bleiben dann Zirkulationsräume, deren im vorliegen- den Beispiel also drei vorhanden sind, die durch die Blechbehälter<I>b</I> und<I>c, d</I> und e, f und g begrenzt werden. Das im innersten Behälter a verdampfende kalte Gas tritt bei 1c in den ersten Zirkulationszwisclrenraum ein, den es bei 1 verlässt, um in den zweiter:
Zirkulationszwischenraumeinzutreten,aus dein es bei in und in' in den dritten Zirkulations- zwischenraum übertritt; aus diesem strömt es dann durch das Rohr :c ins Freie, nach dem es auf dem beschriebenen Wege nahezu seinen gesamten Kälteinhalt zur Neutrali sation von aussen eindringender Wärme ab gegeben hat.
-Die Wände der Isoliermäntel<I>a</I> und b bis y und la sind luftdicht hergestellt; aus jedem der Isoliermäntel führt ein Röhrchen <I>o,</I> p), <I>q, r</I> nach aussen, durch das der Mantel mit einem entsprechenden Gas gefüllt wer den kann.
Für die Wahl dieser Füllgase ist folgende Erkenntnis entscheidend: durch exakte Ver suche lässt sich feststellen, dass das Isolations vermögen eines bestimmten Packmaterials, etwa Federn, um so besser wird, je dichter die mittlere Temperatur der betreffenden, durch das Packungsmaterial und das Füllgas ge bildeten Isolierschicht an dein Kondensations punkt des zur Füllung verwandten Gases liegt, so dass also beispielsweise das Isola- tionsvermögen einer bestimmten, mit Luft gefüllten Federschicht bei etwa -1G0 G vier bis fünfmal besser ist als bei 0 C.
Man kann demnach das Isolationsvermögen der artiger Gefässe dadurch bedeutend steigern, dass man die einzelnen Isoliermäntel, das heisst die Zwischenräume in dein beispielsweise aus Federn bestehenden Isoliermaterial mit Gasen füllt, deren Kondensationspunkt dicht unter halb der im Durchschnitt in dem betreffen den Mantel herrschenden Temperatur liegt, so dass also, von innen nach aussen gezählt, Füllgase mit steigenden Kondensationspunkten zu verwenden sind.
(Bei Füllung des Ge fässes mit Wasserstoff wäre zum Beispiel der innerste .Mantel mit Wasserstoff, der nächste mit Stickstoff, der nächste mit Stickoxyd, der nächste mit Kohlensäure zu füllen, um möglichst günstige Isolationsverhältnisse zu erzielen.) Ferner lässt sich experimentell zeigen, dass das Isolationsvermögen zum Beispiel einer Federschicht von bestimmter Dicke bei so tiefen Temperaturen keineswegs um so höher wird, je mehr Federn man in den betreffen den Raum hineinstopft, wie dies bei gewöhn licher Temperatur der Fall ist.
Bei tiefen Temperaturen besteht vielmehr für jedes Füll gas eine ganz bestimmte Federndichte, bei der das Optimum der Isolierfähigkeit erreicht wird, während eine weitere Steigerung der Federndichte nur noch eine Vermehrung des Gewichtes, aber keine Verbesserung des Iso lationsvermögens mehr ergibt.
Man wird daher jeden Isoliermantel nur mit der seiner mittleren Temperatur und seinem Füllgas entsprechenden optimalen Federndichte füllen, um ein möglichst ge ringes Gewicht zu erreichen. (Dieses Optimum beträgt beispielsweise für eine bestimmte Sorte von Daunenfedern für - 160 C 15 bis 20 g pro Liter bei Luftfüllung, 50 bis 70 g bei Füllung mit Wasserstoff.) Während nun bei den bisherigen Gefässen ähnlicher Konstruktion die einzelnen Isolier- mäntel in ihrer ganzen Ausdehnung gleich dick gemacht wurden, zeigt eine einfache Überlegung,
dass man zweckmässig die Dicke der Isolierschicht proportional der an jedem Punkt zwischen Innen- und Aussenseite des Iso- liermantels vorhandenen Temperaturdifferenz ausführt, die immer in der Nähe der Durch lassstellen k, l gn, in', <I>n,</I> die einen Zirkula- tionszwischenraum mit dem nächsten verbin den, nahezu gleich Null ist, um jedesmal am Gegenpunkt einer solchen Durchlassstelle ein Maximum zu erreichen.
Man gibt daher den Isoliermänteln zweckmässig konische Quer schnitte, etwa wie in der Figur gezeichnet, wobei mit dem gleichen Aufwand an Isolier material eine Steigerung des Isolationsver mögens im Verhältnis 1 : 1,6 oder bei glei chem Isolationsvermögen eine Gewichtserspar nis von etwa 30 Prozent erzielt werden kann.
Man erhält so Gefässe, die bei einem Fas sungsvermögen von 1000 Liter eine Auf- bewahrungsdauer von über 50 Tagen bei Fül lung mit flüssiger Luft, bei Füllung mit flüs sigem Wasserstoff von etwa 30 Tagen er geben und somit sogar für flüssige Luft die nach dem Dewarschen Prinzip hergestellten Gefässe übertreffen. Dabei beträgt ihr CTewicht nur 0,2 bis 0,3 kg pro Kubikmeter verfüg baren Gases, während die zur Zeit-zum Trans port der Gase in komprimiertem Zustande verwandten Stahlflaschen etwa 12 bis 15 kg pro Kubikmeter Gas wiegen.
Endlich bietet die beschriebene Konstruk tion noch die Möglichkeit leichter Regelung der Verdampfungsgeschwindigkeit durch Aus schaltung eines oder mehrerer Zirkulations- zwischenräume, was man bisher durch ver schieden tiefes Eintauchen von Metallstäben zu erreichen suchte, die sich jedoch an ihrem herausragenden Ende rasch mit Eis über zogen und dadurch ungenügend wirkten. Man braucht zu diesem Zweck das verdampfte Gas nur anstatt aus dem Rohr n schon aus (in der Figur nicht gezeichneten) besonderen Röhrchen austreten zu lassen, die von den Zir- kulationszwischenräumen nach aussen führen.
Vessel for transporting and storing liquefied gases. For the transport and storage of small quantities of liquefied gases, the glass container with mirrored walls is the almost ideal solution. For larger quantities, the same principle was used to manufacture metal vessels, the insulation properties of which were also reasonably satisfactory. Any enlargement of these vessels is opposed, however, by the fact that very large vessels can no longer be reliably produced vacuum-tight and kept at a sufficiently high vacuum, and that they become disproportionately heavy with large dimensions.
There are therefore for the storage of liquid air from the American side (see, inter alia, the American American patent 673073) constructions have been proposed that can be made in any size and have sufficient insulation with not too great a weight. The vessels executed according to these structures consist of a number of nested insulating jackets that are filled with wool waste, feathers, felt or the like insulating material through which the cold gases arising from the liquid air must pass through.
However, these vessels are by far not the cheapest that can be achieved in consistent pursuit of this principle; in particular, however, they fail completely when storing and transporting liquid hydrogen, for example, since the insulation properties of wool, feathers, felt or similar insulation material filled with hydrogen are five to eight times worse; than the insulation capacity of the same materials filled with air.
Since the heat of evaporation of liquid hydrogen per liter is five times smaller and the cold content of the cold gas produced from one liter of liquid hydrogen is one and a half times greater than that of liquid air, a container for liquid hydrogen designed according to these American proposals would be more than ten times Storage times are shorter than for liquid air.
(Dewar flasks are also about three to three and a half times worse for liquid hydrogen than for liquid air, because they only use the heat of evaporation and not the cold content of the vaporized gas for essentials.) However, this would be especially true for liquid hydrogen The manufacture of suitable vessels is particularly desirable, for example for the operation of autogenous welding systems, but specifically to supply the ever larger airships, as the hydrogen could be transported in liquefied form in such vessels instead of compressed in steel bottles, which is an enormous saving Transport weight would result.
A vessel suitable for liquid hydrogen will then also be particularly suitable for any other technically usable gas, since the problem is particularly difficult to solve for liquid hydrogen due to its low evaporation heat and its extraordinarily good thermal conductivity.
The present invention relates to a vessel that is equally useful for all liquefied gases, including hydrogen, and significantly exceeds previous constructions in terms of performance capability, and at the same time the invention also enables the vessels to be manufactured wesent Lich lighter than the previous ones.
A schematic cross section through an embodiment of a vessel designed according to the invention is given in the enclosed figure. The vessel consists of four juxtaposed insulating jackets, the inner and outer boundaries of which are each defined by the containers a and b, c and <I> d, e </I> and <I> f, made from sheet metal, hard paper or the same airtight , g </I> and <I> in </I>, the clear space of which is filled with an insulating material, for example with feathers, cork flour, magnesia or the like.
Circulation spaces then remain between every two insulating jackets, of which there are three in the present example, which are delimited by the sheet metal containers <I> b </I> and <I> c, d </I> and e, f and g . The cold gas evaporating in the innermost container a enters the first circulation space at 1c, which it leaves at 1 to enter the second:
To enter the circulation gap, from which it passes at in and in 'into the third circulation gap; from this it then flows through the pipe: c into the open, after which it has given off almost all of its cold content on the route described to neutralize heat penetrating from the outside.
-The walls of the insulating jackets <I> a </I> and b to y and la are made airtight; A tube <I> o, </I> p), <I> q, r </I> leads to the outside from each of the insulating jackets, through which the jacket can be filled with a corresponding gas.
The following knowledge is decisive for the choice of these filler gases: through exact tests it can be determined that the insulation capacity of a certain packing material, such as springs, is the better, the closer the mean temperature of the relevant one formed by the packing material and the filler gas The insulating layer is at the point of condensation of the gas used for the filling, so that, for example, the insulation capacity of a certain spring layer filled with air is four to five times better at around -1G0 G than at 0 C.
Accordingly, the insulating capacity of such vessels can be increased significantly by filling the individual insulating jackets, i.e. the spaces in the insulating material made of springs, for example, with gases whose condensation point is just below the average temperature prevailing in the jacket in question, so that, counting from the inside out, filling gases with increasing condensation points are to be used.
(If the vessel were to be filled with hydrogen, for example, the innermost jacket would have to be filled with hydrogen, the next with nitrogen, the next with nitrogen oxide, and the next with carbonic acid in order to achieve the best possible insulation.) Furthermore, it can be shown experimentally that the insulation capacity of a feather layer of a certain thickness at such low temperatures, for example, is by no means all the higher, the more feathers are stuffed into the room concerned, as is the case at ordinary temperatures.
At low temperatures, there is a very specific feather density for each filling gas, at which the optimum insulation capacity is achieved, while a further increase in the feather density only results in an increase in weight but no improvement in the insulation capacity.
You will therefore fill each insulating jacket only with the optimal spring density corresponding to its mean temperature and its filling gas in order to achieve the lowest possible weight. (For example, for a certain type of down feathers for - 160 C, this optimum is 15 to 20 g per liter when filled with air, 50 to 70 g when filled with hydrogen.) Whereas in the previous vessels of a similar construction the individual insulating jackets in their entirety Expansion were made the same thickness shows a simple consideration,
that the thickness of the insulating layer is expediently made proportional to the temperature difference present at each point between the inside and outside of the insulating jacket, which is always in the vicinity of the passages k, l gn, in ', <I> n, </I> which connects one circulation gap with the next, is almost equal to zero, in order to reach a maximum each time at the opposite point of such a passage point.
The insulating jackets are therefore suitably conical cross-sections, roughly as shown in the figure, with the same amount of insulating material increasing the insulating capacity in a ratio of 1: 1.6 or a weight saving of about 30 percent with the same insulating capacity can be.
The result is vessels which, with a capacity of 1000 liters, can be stored for over 50 days when filled with liquid air and approximately 30 days when filled with liquid hydrogen, and thus even for liquid air after washing Outperform the vessels manufactured on principle. Their C-weight is only 0.2 to 0.3 kg per cubic meter of available gas, while the steel cylinders currently used to transport the gases in a compressed state weigh around 12 to 15 kg per cubic meter of gas.
Finally, the construction described offers the possibility of easy control of the evaporation rate by switching off one or more circulation spaces, which was previously attempted by immersing metal rods at different depths, which, however, were quickly covered with ice at their protruding end and therefore worked inadequately. For this purpose, one only needs to let the vaporized gas escape from special tubes (not shown in the figure) instead of from the tube n, which lead to the outside from the circulation spaces.