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Verfahren und Vorrichtung zur Verzögerung des Druckanstieges und Verringerung
der Gasverluste beim Speichern und/oder Transportieren von bei tiefer Temperatur
siedender Flüssigkeit Es ist bekannt, daß die bei von einem Isoliermantel umgebenen
Behältern zum Lagern und/oder Transportieren von bei tiefer Temperatur siedender
Flüssigkeit durch die Isolation des Behälters und somit durch die Behälterwand unvermeidlich
einströmende Wärme in der die Behälterinnenwand berührenden Flüssigkeitsschicht
Dampf bildet, der, aufsteigend, sich im Dampfraum des Behälters sammelt und dort
zu einer verhältnismäßig raschen Druckerhöhung führt, wobei die Flüssigkeit im Behälterinneren
keine wesentliche Temperaturerhöhung erfährt und damit also, bezogen auf den im
Behälter steigenden Druck, in einen unterkühlten Zustand gerät. Die unvermeidlich
einströmende Wärme, die bei gegebenen Verhältnissen einen bestimmten Wert darstellt,
wird demnach nur auf ein sehr kleines und daher intensiv verdampfendes Flüssiggasvolumen
übertragen. Der zulässige Maximaldruck im Behälter wird vorzeitig schnell erreicht.
Eine weitere Steigerung des Druckes muß durch Dampfablassen aus dem Sicherheitsventil
vermieden werden, wodurch Gas- und damit wirtschaftliche Verluste eintreten. Um
das Auftreten der Temperaturschichtung und damit ein vorzeitiges Anwachsen des Druckes
.im Behälter zu verhindern, sind vornehmlich zwei Verfahren bekanntgeworden. Nach
dem einen Verfahren wird die Flüssigkeit im Behälter durch mechanische Mittel in
Bewegung gesetzt. Nach dem anderen Verfahren wird von einer Umwälzanlage Dampf aus
dem Dampfraum des Behälters entnommen und an dessen Unterseite durch feinverteilte
Bohrungen wieder eingeblasen, worauf er in den unterkühlten Schichten kondensieren
soll. Zur Durchführung beider vorstehend genannter Verfahren ist die Aufwendung
mechanischer Energie erforderlich, die sich in der Vorrichtung restlos in Wärmeenergie
umsetzt, die ihrerseits beinahe ausschließlich das Flüssiggas zusätzlich anwärmt.
Außerdem läßt sich ein weiterer zusätzlicher Wärmefuß in das Flüssiggas, der durch
die Bauteile der Vorrichtung stattfindet, nicht vermeiden. Durch diese zusätzliche
Wärmezufuhr wird naturgemäß die beabsichtigte Wirkung teilweise wieder aufgehoben.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verzögerung
des Druckanstieges und Verringerung der Gasverluste beim Speichern und/oder Transportieren
von bei tiefer Temperatur siedender Flüssigkeit in einem von einem Isoliermantel
umgebenen Behälter und ist dadurch gekennzeichnet, daß der sich an der Behälterinnenwand
bildende Dampf zumindest teilweise vor Eintreten in den Dampfraum des Behälters
aufgefangen und in die unterkühlten Zonen der Flüssigkeit geleitet wird. Ein besonderer
Verfahrensschritt gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen an
der Behälterwand gebildetem und aufgefangenem Dampf und unterkühlten Flüssigkeitszonen
ein Druckgefälle gebildet wird, mit dessen Hilfe Dampf in die unterkühlten Flüssigkeitszonen
geleitet wird. Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, bei der im
Inneren des Behälters ,im wesentlichen parallel zur Behälterwand verlaufende und
in geringem Abstand von dieser angeordnete Trennwände vorgesehen sind, wobei jeweils
der zwischen Behälterwand und Trennwand entstehende Raum (im folgenden kurz Trennraum
genannt) nach oben und nach den Seiten gegen den verbleibenden Behälterinnenraum
gasdicht abgetrennt ist und wobei die Ober- und Unterkanten der Trennwände etwa
horizontal liegen, und bei der von den Trennräumen Ableitungen für das gebildete
Gas zu den Zonen sich bildender unterkühlter Flüssigkeit vorgesehen sind.
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Um in den Trennräumen aufgefangenen Dampf in die unterkühlten Flüssigkeitszonen
zu leiten, sind die Trennwände an der Unterkante in etwa horizontaler Richtung abgewinkelt
und .in das Innere des Behälters verlängert. Dabei ist es eine zweckmäßige Ausgestaltung,
wenn die an der Unterkante etwa horizontal abgewinkelten Trennwände uneben, vorzugsweise
wellblechförmig ausgebildet sind, wobei die Wellenrichtung .in Richtung der Unterkante
verläuft. Der aus den Trennräumen kommende Dampf wird sich an
der
Unterseite der abgewinkelten Trennwände gegen das Behälterinnere bewegen und dabei
infolge der in diesen Zonen herrschenden niederen Temperatur zumindest teilweise
kondensieren. In den an der Unterkante etwa horizontal abgewinkelten Trennwänden
sind über die Fläche verteilte Bohrungen angeordnet, durch die der nicht kondensierte
Teil des Dampfes hindurchperlt, wodurch er in die darüberhegenden, ebenfalls unterkühlten
Flüssigkeitszonen gerät und dort restlos kondensiert. Statt die Trennwände an der
Unterkante abzuwinkeln und in das Innere des Behälters zu verlängern, sind bei einer
anderen Ausbildungsform etwas oberhalb der Unterkante .der Trennwände etwa horizontal
verlaufende und in gewissem Abstand voneinander liegende Schienen mit verkehrt stehendem
rinnenfönm.igem Profil, von den Trennwänden. zum Behälterinnenraum führend, angeordnet.
Diese Schienen sind mit den Trennwänden gasdicht und fest verbunden, wobei der dachförmige
Innenraum durch eine Öffnung, z. B. eine Bohrung, in der Trennwand mit dem Trennraum
in Verbindung steht. Dadurch wird erreicht, .daß im Trennraum aufgefangener Dampf
durch diese Öffnung in den dachförmigen Raum der Schienen gelangt und in diesem
gegen das Behälterinnere, d. h. also in eine unterkühlte Zone, fortgeleitet wird,
wobei er laufend rückkondensiert wird. Um die Wirkung zu erhöhen, ist es, ähnlich
wie bei der vorstehend beschriebenen Ausbildungsart, vorgesehen, die Schienen mit
dem verkehrt stehenden, rinnenförmigen Profil an der Scheitelhöhe zu lochen, damit
wiederum im dachförmigen Raum der Schienen nicht kondensierter Dampf in die unterkühlten
Flüssigkeitszonen perlen und restlos kondensieren kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird aber auch erfüllt,
wenn aus den Räumen zwischen Behälterinnenwand und Trennwänden in gleichen oder
verschiedenen Höhen und in gewissen Abständen voneinander Röhrchen in das Innere
des Behälterraums, also in die unterkühlten Zonen, geführt sind. Bei dieser Ausgestaltung
strömt in den Trennräumen gebildeter Dampf infolge des Druckunterschiedes in die
Röhrchen und kondensiert in den unterkühlten Zonen im Behälterinnenraum.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß sowohl in dem eigentlichen Dampfraum
als auch in den zwischen Behälterwand und Trennwänden gebildeten Räumen an sich
bekannte Einrichtungen zur wahlweisen Dampf- bzw. Flüssigkeitsentnahme angeordnet
sind.
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Zum besseren Verständnis ist an Hand von Ausführungsbeispielen und
Figuren der Erfindungsgegenstand weiter beschrieben, dabei sind gleiche oder entsprechende
Teile in allen Figuren mit gleichen Ziffern bezeichnet.
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In Fig. 1 ist der Schnitt durch einen z. B. zylindrischen Behälter
zum Lagern und/oder Transportieren von bei tiefer Temperatur siedender Flüssigkeit
dargestellt. Die Behälterwand 1 ist von einer Isolationsschicht 2 umgeben. Im Inneren
des Behälters sind im wesentlichen parallel zur Behälterwand 1 verlaufende und in
geringem Abstand von dieser angeordnete Trennwände 3 vorgesehen, wobei jeweils der
zwischen Behälterwand 1 und Trennwand 3 entstehende Raum, der Trennraum 4, oben
bei 5 und nach den. Seiten (hier nicht dargestellt) gegen den verbleibenden Behälterinnenraum
6 gasdicht abgetrennt ist und wobei etwas oberhalb der Unterkante 7 der Trennwände
etwa horizontal verlaufende und in gewissem Abstand voneinander liegende Schienen
8 mit verkehrt stehendem, rinnenförmigem Profil von den Trennwänden 3 zum Behälterinnenraum
führend angeordnet sind. Diese Schienen mit verkehrt stehendem, rinnenförmigem Profil
sind an der Scheitelhöhe bei 9 gelocht. Sowohl in dem eigentlichen Dampfraum 10
als auch in den zwischen Behälterwand 1 und Trennwänden 3 gebildeten Trennräumen
4 sind an sich bekannte Einrichtungen 11 zur wahlweisen Dampf- bzw. Flüssigkeitsentnahme
angeordnet. Mit 12 sei der Spiegel der in dem Behälter befindlichen tiefsiedenden
Flüssigkeit bezeichnet.
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Bei einem gefüllten Behälter, der sich im Augenblick der Betrachtung
im Gleichgewichtszustand befindet und in dem kein Überdruck herrscht, steht die
Flüssigkeit sowohl im Behälterinnenraum 6 als auch in den Trennräumen 4 auf gleicher
Höhe, z. B. dargestellt durch den Flüssigkeitsspiegel 12, und darüber befindet sich
eine Dampfatmosphäre. Unter .der Voraussetzung, daß weder ein Zu- noch Abfließen
des Behälterinhaltes .stattfindet und der Behälter verschlossen ist, wird im nächsten
Augenblick durch die Isolationsschicht 2 des Behälters und seine Wandung 1 Wärme
einströmen. Diese einströmende Wärmemenge bningt die Randschicht der Flüssigkeit
auf Siedetemperatur und zum Verdampfen. Dadurch steigen an den Behälterwänden Dampfblasen
auf, die in den Trennräumen 4 gesammelt werden (zumindest teilweise) und eine Drucksteigerung
verursachen, wodurch die Flüssigkeit in den Trennräumen nach abwärts gedrückt wird.
Dieser Vorgang findet so lange statt, bis der Flüssigkeitsspiegel in den Trennräumen
4 einen tiefen Stand erreicht hat und die Dampfblasen die zwischen den beiderseitigen
Trennräumen 4 geführten Schienen 8 erreicht haben. Nunmehr strömen Dampfblasen im
dachförmigen Innenraum der Schienen 8, die mit verkehrt stehendem rinnenförmigem
Profil ausgerüstet sind, gegen die Mitte .des Behälters. wo sie abgekühlt und teilweise
kondensiert werden Der nicht kondensierte Teil des Dampfes perlt durch die Löcher
9 in die kalten Zonen des Flüssiggases, wobei er kondensiert. Die sich an der Bauchseite
der Behälterwand 1 bildenden Dampfblasen, soweit sie nicht längs der Wand hochsteigen
und in die Trennräume 4 gelangen, perlen direkt in unterkühlte Flüssigkeitszonen,
wo sie kondensieren.
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Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch einen z. B. zylindrischen oder
kugelförmigen Behälter 1, in dem im wesentlichen an seinen Seitenflächen sich teilweise
überlappende Trennwände 13 und 14 bzw. 15 und 16 angeordnet sind, wobei die Unterkanten
der Trennwände in etwa horizontaler Richtung bei 17 bzw. 18, 19 und 20 abgewinkelt
und in das Innere des Behälters verlängert sind. Dabei sind diese verlängerten Unterkanten
21 bzw. 22, 23 und 24 vorzugsweise wellblechförmig ausgebildet, wobei die Wellenrichtung
in Richtung der Unterkante verläuft. Auch hierbei wird der an der Behälterinnenwand
.gebildete und in den Trennräumen gesammelte Dampf an der Unterseite der Flächen
21 bis 24 gegen das unterkühlte Behälterinnere geführt und teilweise kondensiert,
.der Rest perlt in der Flüssigkeit hoch, wobei er weiterkondensiert wird.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen z. B. aufrecht stehenden zylindrischen
Behälter 25, der ebenfalls mit einer Isolationsschicht 2 versehen ist. In dem Behälter
sind Trennwände 3 angeordnet, so daß zwischen der Behälterinnenwand 25 und den Trennwänden
3 Trennräume 4 gebildet werden. 12 sei der Flüssigkeitsspiegel des gefüllten Behälters.
Im überdrucklosen Anfangsstadium der Betrachtung steht die Flüssigkeit im Behälterinneren
und in den Trennräumen 4 auf gleicher
Höhe. Die durch die Behälterwand
25 einströmende Wärme bringt in den Trennräumen die Flüssigkeit auf Siedetemperatur
und zum Verdampfen. Der gebildete Dampf steigt in den Trennräumen hoch und drückt
somit den Flüssigkeitsspiegel in den Trennräumen nach unten. Aus jedem Trennraum
4 führen ein oder mehrere Röhrchen 26 in die inneren Zonen der Flüssigkeit, wobei
ihre Austrittsöffnung 27 etwa an die kälteste Stelle verlegt ist. Der Dampfdruck
in den Trennräumen 4 ist die Summe aus dem Dampfdruck im Dampfraum über dem Flüssigkeitsspiegel
12 und der Flüssigkeitshöhe zwischen dem Flüssigkeitsspiegel 12 und dem im Trennraum
4 befindlichen Flüssigkeitsspiegel. Bei fortschreitender Ansammlung von Dampf in
den Trennräumen wird durch die .damit verursachte Drucksteigerung der Flüssigkeitsspiegel
immer mehr nach abwärts gedrückt. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel im Trennraum 4 unter
das Niveau, auf dem die Öffnung 27 des Röhrchens 26 liegt, dann entsteht zwischen
dem Dampf im Trennraum 4 und der Zone um die Öffnung 27 ein Druckgefälle, so daß
Dampf aus dem Trennraum 4 durch das Röhrchen 26 .in das Innere des Behälters strömen
wird, wobei er im Röhrchen 26 zumindest teilweise kondensiert und der Rest, der
gegebenenfalls gasförmig bei 27 ausritt, beim Hochperlen ebenfalls kondensiert wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein dreifacher Effekt erzielt.
Erstens werden die an der Behälterwand gebildeten Dampfblasen, die in Behältern
ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung im Dampfraum des Behälters eine unzulässige
Erhöhung des Dampfdruckes verursachen würden, in den kältesten Schichten der Flüssigkeit
selbst abgekühlt und größtenteils kondensiert, zweitens wird durch die an gewisse
Stellen der kalten Flüssigkeit zugeführte Wärme, die dem Dampf entzogen wird und
an die Flüssigkeit übergeht, eine gewünschte und vorteilhafte Zirkulation innerhalb
der Flüssigkeit im Behälter hervorgerufen, und drittens ergibt sich im Behälter
durch die Entstehung einer Dampfschicht in den Trennräumen eine zusätzliche Isolation,
weil der Wärmeübergang von der Behälterwand an den Dampf und durch die Dampfschicht
an die Trennwand und durch diese an die Flüssigkeit wesentlich schlechter ist als
der Wärmeüberg angvon der B ehälterwand direkt an dieFlüssigkeit.
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Dadurch, daß die Dampfentnahme entweder aus dem Dampfraum über der
Flüssigkeit oder aber aus den Trennräumen erfolgen kann, ergeben sich zusätzliche
Vorteile der Anordnung. Durch diese verschiedene Schaltungsmöglichkeit kann bei
einem vorauszusehenden Entnahmeprogramm der Betrieb des Behälters unter Ausnützung
der thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten in wirtschaftlichster Form durchgeführt
werden.
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Da der Druckunterschied beiderseits der Trennwände nicht sehr groß
ist, können die Trennwände leicht und ohne besondere Verankerung ausgeführt sein.
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Als besondere Vorteile .der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber
dem Bekannten seien zusammengestellt 1. Sie ist einfacher und billiger, hat keine
bewegten Teile und keine Störungsquelle.
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2. Eine Überführung von mechanischer Energie in Form von Wärmeenergie
an die Flüssigkeit findet nicht statt.
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3. Gasverluste, soweit sie überhaupt vermeidbar sind, entstehen nicht.
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4. Der unvermeidliche Wärmeübergang von außen durch die Isolation
und die Behälterwand an das Flüssiggas wird verkleinert. Die Möglichkeit der wahlweisen
Entnahme des Gases aus dem Dampf- bzw. den Trennräumen bringt zusätzliche Vorteile.