DE102010021625A1 - Verfahren und Behälter zum Bereitstellen verflüssigter Gasgemische - Google Patents

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Abstract

Bei der Entnahme von Gasgemischen aus einem Behälter, in dem eine flüssige Phase und eine Gasphase des Gemisches vorliegen, ändert sich bei der Entnahme die Gemischzusammensetzung der beiden Phasen derart, dass sich die schwerer siedende/n Komponente/n in der flüssigen Phase und die leichter siedende/n Komponente/n in der Gasphase anreichert, was fallweise zu Nachteilen führen kann. Erfindungsgemäß erfolgt eine Entnahme des Gemisches bis zum Erreichen eines bestimmten Grenzwerts der Konzentration einer Komponente aus der flüssigen Phase. Bei Überschreiten des Grenzwerts wird der Mengenstrom der entnommenen flüssigen Phase reduziert und zugleich Gemisch aus der Gasphase, in der die leichter siedende Komponente angereichert vorliegt, entnommen. Die entnommenen Mengenströme aus flüssiger Phase und Gasphase werden anschließend miteinander gemischt. Dadurch kann die Zusammensetzung des insgesamt entnommenen Gemisches innerhalb eines vorgegebenen Konzentrationsbereiches gehalten werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entnehmen von verflüssigten Gasgemischen aus einem Behälter. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Behälter zum Bereitstellen von verflüssigten Gasgemischen.
  • Als „verflüssigte Gasgemische” werden im folgenden Gemische von zwei oder mehr flüchtigen Komponenten verstanden, die in einem geschlossenen Behälter gelagert werden. Insbesondere werden darunter Gemische tiefkalt verflüssigter Gase verstanden, die in einem in der Regel thermisch isolierten Behälter bei Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur des Behälters gelagert werden. Bei der Entnahme von Gasgemisch aus einer der Phasen ändert sich aufgrund der unterschiedlichen Dampfdruckkurven die Mischungsverhältnisse der im Gemisch enthaltenen Gaskomponenten, was in der Praxis zu erheblichen Nachteilen führen kann. Dies sei im Folgenden am Beispiel eines auch als „synthetische Luft” oder „Flüssige Luft” bezeichneten binären Gasgemisches aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff näher erläutert:
    Aufgrund der unterschiedlichen Siedetemperaturen reichert sich im Laufe der Zeit die tiefer siedende Komponente (N2; Siedetemperatur: –196°C) in der Gasphase und die höher siedende (O2; Siedetemperatur: –183°C) in der Flüssigphase des Behälters an. Dabei kann sich die Konzentration in beiden Phasen soweit ändern, dass die Eigenschaft des entnommenen Produktes nicht mehr ausreicht, um Qualität oder Sicherheit bei der Verwendung zu gewährleisten. Sinkt beispielsweise der Füllstand eines mit flüssiger Luft (21 Vol.-% O2-Gehalt bei der Befüllung) befüllten Behälters durch Entnahme des flüssigen Produktes oder auch durch allmähliche Verdampfung aufgrund des nicht zu vermeidenden Restwärmeeintrags durch die Isolation auf 18% des Volumens der ursprünglichen Füllung, so erhöht sich die Sauerstoffkonzentration in der flüssigen Phase – abhängig vom Druck – auf beispielsweise ca. 23%. Bei weiterer Entnahme des Flüssigprodukts steigt dessen Sauerstoffanteil weiter stark an, bis der Punkt erreicht ist, an dem die Flüssigkeit vollständig entnommen ist. Zu diesem Zeitpunkt strömt stickstoffreiche Gasphase nach und der Sauerstoffgehalt des entnommenen Produkts sinkt schlagartig auf Werte ab, die deutlich unter der Sauerstoffkonzentration von Luft liegen. Beide Fälle können gravierende Folgen zeitigen: Wird die flüssige Luft beispielsweise für therapeutische Zwecke, etwa für die direkte Kühlung einer Kammer für die Kryotherapie, eingesetzt, so besteht bei zu hoher Sauerstoffkonzentration eine erhöhte Brandgefahr, ist dagegen die Stickstoffkonzentration zu hoch, besteht akute Erstickungsgefahr für eine sich in der Kammer aufhaltende Person. Demzufolge muss die Zusammensetzung des entnommenen Flüssigprodukts laufend überwacht werden; in vielen Fällen dürfte eine vollständige Entleerung des Behälters nicht möglich sein, ein erheblicher Teil der Füllung kann somit nicht genutzt werden. Der Behälter muss vielmehr häufig gewechselt bzw. wiederbefüllt werden, was einen entsprechend erhöhten logistischen Aufwand und höhere Kosten mit sich bringt.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Möglichkeit zur Bereitstellung von verflüssigten Gasen anzugeben, die die oben genannten Nachteile vermeidet.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Entnahme des Gasgemisches bis zum Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes des Mischungsverhältnisses der Komponenten – oder eines Mengenanteils einer Komponente – durch Entnahme der Flüssigphase erfolgt, anschließend zusätzlich zur oder anstelle eines Teils der Entnahmemenge Gasgemisch aus der Gasphase entnommen wird, das mit dem entnommenen Gasgemisch aus der flüssigen Phase vermischt wird. Bei der Entnahme von Gasgemisch aus der flüssigen Phase, die im Übrigen vom Druck der Gasphase getrieben sein oder mittels Pumpe erfolgen kann, ändert sich entsprechend den Gesetzmäßigkeiten für Gemische flüchtiger Komponenten die Zusammensetzung des Gemisches in beiden Phasen. Bei Erreichen eines bestimmten Grenzwerts des Mischungsverhältnisses in einer der beiden Phasen, insbesondere bei Überschreiten eines Grenzwerts der Konzentration einer oder mehrerer der höher siedenden Komponente (also der bzw. den Komponente/n mit der höheren Siedetemperatur) in der Flüssigphase, erfolgt erfindungsgemäß also eine Umstellung der Entnahme: Ein Teil des Gemisches wird aus der Gasphase entnommen und mit dem aus der flüssigen Phase entnommene Gemisch vermischt. Dadurch ändert sich die Zusammensetzung des insgesamt entnommenen Gemisches und weist einen höheren Anteil an der oder den tiefer siedenden Komponente/n (also der bzw. den Komponente/n mit der tieferen Siedetemperatur) auf als die flüssige Phase. Die genaue Zusammensetzung des insgesamt entnommenen Gemischs hängt dabei vom Verhältnis der Mengenströme der entnommenen Phasen ab. Die Erfindung ist insbesondere auch auf binäre Gemische anwendbar, jedoch nicht auf diese beschränkt.
  • Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn gleichzeitig mit dem Beginn der Entnahme aus der Gasphase der Mengenstrom des entnommenen Gemisches aus der flüssigen Phase reduziert wird. Die Reduzierung des Mengenstroms aus der flüssigen Phase kann – ebenso wie die Öffnung der Strömungsverbindung mit der Gasphase – mittels aktiver oder passiver Elemente erfolgen, beispielsweise über Schieber, Drosseln oder Klappen. Aus Sicherheitsgründen ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn der Mengenstrom an entnommener flüssiger Phase schlagartig reduziert wird.
  • Die Zusammensetzung einer der Phasen oder beider Phasen kann beispielsweise laufend gemessen und bei Erreichen des Grenzwertes mittels einer entsprechenden Steuerung eine Armatur betätigt werden, die den Zustrom aus der Gasphase in die Entnahmeleitung öffnet und gegebenenfalls den Mengenstrom der entnommenen flüssigen Phase drosselt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Grenzwert jedoch direkt durch den Füllstand, d. h. die Füllhöhe der flüssigen Phase im Füllvolumen bestimmt. Bevorzugt wird der Grenzwert des Mischungsverhältnisses durch eine Füllhöhe der flüssigen Phase im Füllvolumen und/oder der Füllhöhe der flüssigen Phase im Füllvolumen festgelegt. In diesem Fall wird ausgenutzt, dass zwischen der Zusammensetzung eines verflüssigten Gasgemisches und der Füllhöhe (bzw. dem mit der flüssigen Phase befüllten Restvolumen des Füllvolumens) ein direkter Zusammenhang besteht. Wird beim Befüllen das Füllvolumen stets bis zu einer bestimmten Füllhöhe (Ausgangshöhe) befüllt, so entspricht eine durch Entnahme der flüssigen Phase oder durch Verdampfen erreichte niedrigere Füllhöhe einer geänderten Zusammensetzung des Gemisches in der flüssigen Phase, was in Bezug auf das jeweilige Füllvolumen und das jeweilige Gemisch vor Inbetriebnahme berechnet bzw. empirisch festgestellt werden kann. Diese Ausführungsform kommt also lediglich mit einer Erfassung der Füllhöhe der flüssigen Phase des Gemisches im Füllvolumen aus und kann auf aufwändige Verfahren zum Messen der Zusammensetzung des Gemischs verzichten.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verhältnis der entnommenen Mengenströme aus der flüssigen Phase und der Gasphase der entnommenen flüssigen Phase in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gemisches geregelt wird. Dabei wird der entnommene Mengenstrom einer Phase oder es werden die entnommenen Mengenströme beider Phasen variiert, um insgesamt das gewünschte Verhältnis aus beiden Komponenten zu erhalten. Beispielsweise wird der Strömungsquerschnitt einer Leitung zur Entnahme einer der Phasen umso stärker reduziert, je tiefer der Füllstand bzw. je höher die Konzentration der höher siedenden Komponente in der flüssigen Phase ist.
  • In einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem verflüssigten Gasgemisch um ein binäres Gemisch aus flüssigem Stickstoff und flüssigem Sauerstoff.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Behälter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
  • Der erfindungsgemäße Behälter weist also ein Füllvolumen auf, in dem in einem Betriebszustand des Behälters eine flüssige Phase und eine Gasphase eines verflüssigten Gasgemisches vorliegen. Im geodätisch unteren Bereich des Füllvolumens mündet eine Entnahmeleitung zum Entnehmen des verflüssigten Gasgemisches ein, die über eine Flüssigentnahmeleitung mit der flüssigen Phase in Strömungsverbindung steht. Zugleich weist der erfindungsgemäße Behälter jedoch auch eine Gasentnahmeleitung auf, mittels der die Entnahmeleitung mit der Gasphase in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei Sperrmittel vorgesehen sind, die oberhalb eines vorgegebenen Werts der Füllhöhe die Strömungsverbindung zur Gasphase zumindest teilweise sperren, unterhalb des vorgegebenen Wertes der Füllhöhe die Strömungsverbindung zur Gasphase jedoch öffnen. Der erfindungsgemäße Behälter nutzt für die sichere Entnahme des Gemisches also die an sich bekannte Tatsache aus, dass zwischen dem Füllstand eines verflüssigten Gasgemisches und den Mischungsverhältnissen der Komponenten in den beiden Phasen ein Zusammenhang besteht. Die Konzentration der höher siedenden Komponente/n in der Flüssigphase erhöht sich mit sinkendem Füllstand, in der Gasphase erhöht sich entsprechend der Anteil der tiefer siedenden Komponente/n. Unterhalb einer vorgegebenen Füllhöhe wird der Entnahmeleitung somit Gasgemisch aus der Gasphase zugeführt, die mit der oder den leichter siedenden Komponente/n angereichert ist. Das insgesamt entnommene Gasgemisch weist somit stets eine Zusammensetzung auf, in der der Anteil der leichter siedenden Komponente einen (durch den durch die Gasentnahmeleitung geführten Mengenstrom maßgeblich bestimmten) Mindestwert nicht unterschreitet. Als Mittel zum Sperren der Gasentnahmeleitung in Abhängigkeit vom Füllstand kann beispielsweise eine mit einem Füllstandsmesser, etwa einem Schwimmer, wirkverbundene Absperrarmatur zum Einsatz kommen, jedoch kann auch die im Füllvolumen vorliegende flüssige Phase selbst in Abhängigkeit von ihrem Füllstand dazu genutzt werden, eine Strömungsverbindung der Entnahmeleitung mit der Gasphase herzustellen oder zu unterbrechen.
  • Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigentnahmeleitung mit Mitteln zur Beeinflussung des Strömungsquerschnitts der Flüssigentnahmeleitung ausgerüstet ist. In diesem Fall kann zugleich mit der Eröffnung der Zuführung von Gasgemisch aus der Gasphase auch der Zustrom von Gasgemisch aus der flüssigen Phase gedrosselt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich der erfindungsgemäße Behälter dadurch aus, dass die Entnahmeleitung behälterinnenseitig mit einem stirnseitig mit einer Ablauföffnung versehenen Entnahmestutzen in das Füllvolumen hinein vorsteht, und eine das Füllvolumen mit der Entnahmeleitung verbindende Bypassleitung vorgesehen ist, welche Bypassleitung geodätisch unterhalb von der Ablauföffnung des Entnahmestutzens in das Füllvolumen ausmündet. Die Höhe des in das Füllvolumen hinragenden Entnahmestutzens, bzw. die Lage von dessen Ablauföffnung markiert somit bei dieser Ausführungsform einen Grenzwert für die maximale Konzentration der höher siedenden Komponente/n in der flüssigen Phase. Liegt die Füllhöhe des Gemisches oberhalb der Ablauföffnung des Entnahmestutzens wird die flüssige Phase bei Entnahme aufgrund eines in der Gasphase herrschenden Überdrucks gegenüber dem Druck in der Entnahmeleitung an deren strömungstechnisch vom Füllvolumen entgegen gesetzten Ende von beispielsweise 0,5 bis 5 bar hinausgedrückt. Hinzu kommt der hydrostatische Drucks der flüssigen Phase aus dem Behälter. Fällt der Füllstand unterhalb dieser Höhe, ist eine Entnahme der flüssigen Phase nur noch über die Bypassleitung möglich. Zugleich wird über die Ablauföffnung des Entnahmestutzens eine Strömungsverbindung mit der Gasphase geöffnet, durch die der Druck auf die flüssige Phase an der Bypassleitung schlagartig auf den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule in der flüssigen Phase sinkt. Sofern ein deutlicher Überdruck in der Gasphase vorliegt, sinkt damit auch der Mengenstrom des entnommenen Flüssigprodukts drastisch. Gleichzeitig wird Gasgemisch in der die leichter siedende Komponente des Gasgemisches angereichert vorliegt, aus der Gasphase durch den Entnahmestutzen abgeführt, das sich.
  • Der Mengenstrom der so entnommenen Gasphase, vermischt sich in der Entnahmeleitung mit dem über die Bypassleitung entnommenen Mengenstrom der flüssigen Phase, wodurch insgesamt der Anteil an leichter siedender Komponente des Gasgemisches gegenüber dem der reinen flüssigen Phase erhöht wird. Auf diese Weise sinkt der Anteil der leichter siedenden Gaskomponente im entnommenen Produkt nie unterhalb eines im Wesentlichen durch die geometrischen Verhältnisse des Entnahmestutzens bzw. der Bypassleitung sowie der Druckverhältnisse bestimmten Grenzwerts ab. Der erfindungsgemäße Behälter zeichnet sich bei dieser Ausführungsform somit durch die zumindest weitgehende Abwesenheit störanfälliger beweglicher oder elektronischer Bauteile aus. Bevorzugt mündet die Bypassleitung in den geodätisch tiefsten Bereich des Füllvolumens derart ein, dass eine vollständige Entleerung des Füllvolumens ermöglicht und die Anreicherung schwerer siedender Komponenten im Sumpf vermeiden wird.
  • In einer besonders einfach aufgebauten Variante dieser Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als Bypassleitung eine Durchführung in der Wandung des Entnahmestutzens, im Betriebszustand des Behälters geodätisch unterhalb der Ablauföffnung, vorgesehen ist.
  • Eine abermals vorteilhafte Variante der zuvor beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Bypassleitungen vorgesehen sind, die im Betriebszustand des Behälters in jeweils unterschiedlichen geodätischen Höhen innerhalb des Füllvolumens ausmünden. Diese Bypassleitungen können ihrerseits gleiche oder unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen, sodass der Mengenstrom der entnommenen Flüssigphase abhängig von der Füllhöhe der flüssigen Phase im Behälter ist. Beispielsweise handelt es sich dabei um vertikal voneinander beabstandete Durchführungen in der Wandung des Entnahmestutzens.
  • Bevorzugt sind Mittel vorgesehen, um in der Gasphase einen höheren Druck aufrecht zu erhalten, als an dem vom Füllvolumen strömungstechnisch abgewandten Ende der Entnahmeleitung. In diesem Fall ist der Behälter beispielsweise als Druckbehälter ausgestaltet, und die Herstellung des Überdrucks erfolgt in einfacher Weise durch Druckaufbau infolge der Verdampfung des Gemisches. In einer anderen möglichen Ausgestaltung ist am von Füllvolumen strömungstechnisch abgewandten Ende der Entnahmeleitung eine Pumpe vorgesehen, die im Betrieb eine entsprechende Druckdifferenz gegenüber dem Inneren des Füllvolumens aufbaut.
  • Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Behälters besteht in der Versorgung einer Kältekammer, insbesondere für therapeutische Anwendungen, oder eines Kühlhauses. Bei einer solchen Kältekammer oder einem solchen Kühlhaus befindet sich eine oder mehrere Personen in einem Raum, der mit einem Gasgemisch geflutet wird. Im Falle, dass als Gasgemisch flüssige Luft zum Einsatz kommt, kann sich die Person ohne Atemschutzgeräte innerhalb der Kältekammer aufhalten. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Behälters kann in einfacher Weise sichergestellt werden, dass innerhalb der Kammer eine atembare Atmosphäre vorliegt und somit der Aufenthalt in der Kammer gefahrlos möglich ist.
  • Anhand der Zeichnung sollen nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. In schematischer Ansicht zeigen:
  • 1: Einen erfindungsgemäßen Behälter zum Speicherung und Entnehmen von verflüssigten Gasgemischen,
  • 2: Den Anschlussstutzen eines erfindungsgemäßen Behälters in einer anderen Ausführungsform,
  • 3: Einen erfindungsgemäßen Behälter in einer weiteren Ausführungsform.
  • Der in 1 gezeigte Behälter 1 zum Speichern und Entnehmen von verflüssigten Gasgemischen umfasst ein von Füllvolumen 2, in welchem das im Behälter gespeicherte Gasgemisch in einer Gasphase 3 und einer flüssigen Phase 4 vorliegt. Die Gasphase 3, die im Füllvolumen mit einem Druck von beispielsweise 5 bar vorliegt, ist mit einer im Folgenden nicht weiter interessierenden Ableitungs- und Befüllarmatur 5 verbunden, die auch ein hier nicht gezeigtes Sicherheitsventil mit umfasst. In einem im Betriebszustand geodätisch unteren Bereich des Behälters 1 mündet eine Entnahmeleitung 6 ein. Der durch die Entnahmeleitung 6 hindurch fließende Fluidstrom kann mittels einer beispielsweise motorgetriebenen Armatur 7 gesteuert werden. Die Entnahmeleitung 6 steht mit einem Entnahmestutzen 8 in das Innere des Füllvolumens 2 vor. An seiner in das Füllvolumen 2 hineinragenden Stirnseite weist der Entnahmestutzen 8 eine Entnahmeöffnung 9 auf. Geodätisch gesehen unterhalb der Entnahmeöffnung 9 ist in der Wandung des Entnahmestutzens 8 eine Bypassleitung 10 hindurchgeführt. Die Bypassleitung 8 kann dabei so angeordnet sein, dass sie unmittelbar an der Verbindungsstelle des Entnahmestutzens 10 mit der unteren Wandung des Füllvolumens 2 in dieses ausmündet und somit bei Bedarf die vollständige Entleerung des Füllvolumens 2 ermöglicht.
  • Im Betrieb wird der Behälter 1 mit verflüssigtem Gasgemisch bis beispielsweise zur Höhe eines Füllstands 12 befüllt. Der Füllstand 12 liegt dabei oberhalb der Entnahmeöffnung 9. Die Entnahme des Gasgemisches erfolgt dabei zunächst ausschließlich aus der flüssigen Phase über die Entnahmeleitung 6 sowohl durch den Entnahmestutzen 8 als auch durch die Bypassleitung 10. Treibende Kraft der Entnahme ist dabei beispielsweise eine Druckdifferenz zwischen dem im Füllvolumen 2 vorliegenden Druck (beispielsweise 5 bar) gegenüber dem Druck am strömungstechnisch vom Füllvolumen 2 abgewandten Ende der Entnahmeleitung 6, (beispielsweise 1 bar) vorliegt, oder eine hier nicht gezeigte Pumpe. Das entnommene verflüssigte Gasgemisch wird einem Verbraucher, beispielsweise einer Kältekammer oder einem Kühlhaus, zugeführt. Durch fortlaufende Entnahme von verflüssigtem Gasgemisch durch die Entnahmeleitung 6 und/oder durch Verdampfen von flüssigem Gasgemisch sinkt der Füllstand im Laufe der Zeit ab. Dabei steigt der Anteil der schwerer siedenden Komponente/n in der flüssigen Phase 4 an; zugleich steigt der Anteil der leichter siedenden Komponente/n in der Gasphase 3. Sinkt der Füllstand auf ein Niveau unterhalb der Entnahmeöffnung 9, also beispielsweise auf die durch die Linie 13 gekennzeichnete Höhe, kann über die Entnahmeöffnung 9 kein Gasgemisch aus der flüssigen Phase 4 mehr nachströmen. Gasgemisch aus der flüssigen Phase 4 gelangt in die Entnahmeleitung 6 nunmehr nur noch über die Bypassleitung 10, jedoch aufgrund der geänderten Druckverhältnisse nur noch im verminderten Maße. Zugleich besteht nun jedoch eine Strömungsverbindung der Entnahmeleitung 6 mit der Gasphase 3 über die Entnahmeöffnung 9. Bei fortlaufender Entnahme wird nun also Gasgemisch sowohl aus der flüssigen Phase 4 über die Bypassleitung 10 als auch aus der Gasphase 3 über die Entnahmeöffnung 9 entnommen. Da jedoch, wie oben erwähnt, der Anteil der leichter siedenden Komponente in der Gasphase 3 bei diesem Füllstand sehr viel höher ist als der in der flüssigen Phase 4, ist der Anteil der leichter siedenden Komponente in dem insgesamt über die Entnahmeleitung 6 entnommenen Gasgemisch höher als der der flüssigen Phase 4 (bei dieser Füllhöhe). Auf diese Weise wird gewährleistet, dass auch bei niedrigen Füllhöhen der Anteil der leichter siedenden Komponente einen gewissen, durch die Höhe des Entnahmestutzens 8, des Drucks der Gasphase 3 und der Strömungsquerschnitte des Entnahmestutzens 8 bzw. der Bypassleitung 10 wesentlich mitbestimmten Wert nicht unterschreitet.
  • 2 zeigt einen Entnahmestutzen 14 eines erfindungsgemäßen Behälters in einer anderen Ausführungsform. Ähnlich dem Entnahmestutzen 6 im Behälter 1 ragt auch der Entnahmestutzen 14 in das Innere des Füllvolumens 15 des Behälters hinein. Dabei sind in der Wandung des hier an seiner in das Füllvolumen 15 hineinragenden Stirnseite geschlossenen Entnahmestutzens 14 mehrere vertikal voneinander beabstandete Durchführungen 16, 17, 18 angeordnet. Die Durchführung 16 fungiert dabei in ähnlicher Weise wie die Entnahmeöffnung 9 des Entnahmestutzens 6, d. h. unterschreitet der Füllstand im Füllvolumen 15 die Höhe der Durchführung 16 erfolgt die Entnahme des Gasgemisches aus der flüssigen Phase nur noch über die Durchführungen 17, 18. Gleichzeitig strömt Gasgemisch aus der mit der/den leichter siedenden Komponente/n angereicherten Gasphase über die Durchführung 16 in die Entnahmeleitung 19. Unterschreitet der Füllstand auch die Höhe der Durchführung 17, erfolgt die Entnahme des Gasgemisches aus der flüssigen Phase nur noch über die Durchführung 18. Gleichzeitig strömt Gasgemisch aus der Gasphase über die Durchführungen 16 und 17 in die Entnahmeleitung 19. Bei der Ausgestaltung nach 5 erfolgt somit bei sehr tiefen Füllhöhen eine weitere Anpassung der Zusammensetzung des insgesamt entnommenen Gasgemisches.
  • Bei der Ausführungsform nach 3 umfasst ein erfindungsgemäßer Behälter 20 eine Entnahmeleitung 23, die mit einem Füllvolumen 22 zur Aufnahme eines verflüssigten Gasgemisches strömungsverbunden ist. Stromauf zu einer Armatur 24, das den Mengenstrom des durch die Entnahmeleitung hindurch geführten Gasgemisches reguliert, verzweigt die Entnahmeleitung 23 in eine Hauptentnahmeleitung 25 und eine Bypassleitung 26. Beim Betrieb des Behälters 20 erfolgt – ähnlich wie beim Behälter 1 – so lange eine Entnahme von Gasgemisch aus der im Füllvolumen 22 vorliegenden flüssigen Phase 27 wie der Füllstand 28 geodätisch oberhalb einer Entnahmeöffnung 29 der Hauptentnahmeleitung 25 befindet. Unterschreitet die Füllhöhe 28 die Höhe der Entnahmeöffnung 29, wird Gasgemisch aus der flüssigen Phase 27 nur noch über die Bypassleitung 26 entnommen, zugleich steht Hauptentnahmeleitung 25 über die Entnahmeöffnung 29 mit der Gasphase des Gasgemisches 30 in Strömungsverbindung. In den Leitungen 25, 26 können weiterhin hier nicht gezeigte Armaturen oder sonstige Einbauten, wie beispielsweise Blenden o. ä. vorgesehen sein, um den Mengenstrom des jeweils durch die Leitung 25, 26 geführten Fluids zu regulieren und den jeweiligen Anforderungen anzupassen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren stellen eine preiswert zu realisierende Möglichkeit dar, bei der Entnahme von im verflüssigten Zustand gespeicherten Gasgemischen zu gewährleisten, dass die Anteile des im entnommenen Gemisch enthaltenen Komponenten einen vorgegebenen Konzentrationsbereich nicht verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Behälter
    2
    Füllvolumen
    3
    Gasphase
    4
    Flüssige Phase
    5
    Ableitungs- und Befüllarmatur
    6
    Entnahmeleitung
    7
    Armatur
    8
    Entnahmestutzen
    9
    Entnahmeöffnung
    10
    Bypassleitung
    11
    12
    Füllstand
    13
    Linie
    14
    Entnahmestutzen
    15
    Füllvolumen
    16
    Durchführung
    17
    Durchführung
    18
    Durchführung
    19
    Entnahmeleitung
    20
    Behälter
    21
    22
    Füllvolumen
    23
    Entnahmeleitung
    24
    Armatur
    25
    Hauptentnahmeleitung
    26
    Bypassleitung
    27
    Flüssige Phase
    28
    Füllstand
    29
    Entnahmeöffnung
    30
    Gasphase

Claims (12)

  1. Verfahren zum Entnehmen eines verflüssigten Gasgemisches aus einem Behälter (1, 20), bei dem in einem Füllvolumen (2, 22) des Behälters (1, 20) eine Gasphase (3, 30) und eine flüssige Phase (4, 27) des Gasgemisches vorliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme des Gasgemisches bis zum Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes des Mischungsverhältnisses der beiden Komponenten durch Entnahme der flüssigen Phase (4, 27) erfolgt, bei Erreichen des Grenzwertes jedoch Gasgemisch aus der Gasphase (3, 30) entnommen wird und das entnommene Gasgemisch aus der Gasphase (3, 30) mit dem entnommenen Gasgemisch aus der flüssigen Phase (4, 27) vermischt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit dem Beginn der Entnahme aus der Gasphase (3, 30) der Mengenstrom des entnommenen Gemisches aus der flüssigen Phase (4, 27) reduziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert des Mischungsverhältnisses durch eine Füllhöhe (12, 28) der flüssigen Phase (4, 27) im Füllvolumen (2,22) festgelegt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenstrom der entnommenen flüssigen Phase (4, 27) in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gemisches und/oder der Füllhöhe (2, 28) der flüssigen Phase im Füllvolumen (2,22) geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasgemisch ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff vorgesehen ist.
  6. Behälter zum Bereitstellen von verflüssigten Gasgemischen, mit einem Füllvolumen (2, 22), in dem in einem Betriebszustand des Behälters (1, 20) eine bis zu einer Füllhöhe (12, 28) vorliegende flüssige Phase (4, 27) und eine darüberliegende Gasphase (3, 30) des Gemisches vorliegen, mit einer Entnahmeleitung (6, 23), die über eine Flüssigentnahmeleitung (8, 10, 17, 18, 25, 26) mit der flüssigen Phase (4, 27) in Strömungsverbindung steht, mit einer Gasentnahmeleitung, mittels der die Entnahmeleitung (6, 23) mit der Gasphase (3, 30) in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei Sperrmittel vorgesehen ist, die oberhalb eines vorgegebenen Werts der Füllhöhe (12, 28) die Strömungsverbindung zur Gasphase zumindest teilweise sperren, unterhalb des vorgegebenen Wertes der Füllhöhe die Strömungsverbindung zur Gasphase jedoch öffnen.
  7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigentnahmeleitung (8, 10, 17, 18, 25, 26) mit Mitteln zur Beeinflussung des Strömungsquerschnitts der Flüssigentnahmeleitung (8, 10, 17, 18, 25, 26) ausgerüstet ist.
  8. Behälter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeleitung (6, 23) behälterinnenseitig mit einem stirnseitig mit einer Ablauföffnung (9, 29) versehenen Entnahmestutzen (8, 14) in das Füllvolumen (2, 22) hinein vorsteht und eine das Füllvolumen (2, 22) mit der Entnahmeleitung (6, 23) verbindende Bypassleitung (10, 17, 18, 26) vorgesehen ist, welche Bypassleitung (10, 17, 18, 26) geodätisch unterhalb von der Ablauföffnung (9, 29) des Entnahmestutzens (8, 14) in das Füllvolumen (2, 22) ausmündet.
  9. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Bypassleitung (10, 17, 18) eine Durchführung in der Wandung des Entnahmestutzens (14), im Betriebszustand des Behälters (1, 20) geodätisch unterhalb der Ablauföffnung (9), vorgesehen ist.
  10. Behälter nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bypassleitungen (17, 18) vorgesehen sind, die im Betriebszustand des Behälters (1, 20) in jeweils unterschiedlichen geodätischen Höhen innerhalb des Füllvolumens (2, 22) ausmünden.
  11. Behälter nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um in der Gasphase (3, 30) einen höheren Druck aufrecht zu erhalten, als an dem vom Füllvolumen strömungstechnisch abgewandten Ende der Entnahmeleitung (6, 23).
  12. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder eines Behälters (1, 20) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 zum Betreiben einer Kältekammer oder eines Kühlhauses.
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