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Einrichtung zum Einstellen eines Unterdruckes in Flüssigkeits-Lagertanks
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für Flüssigkeits-Lagertanks zum Einstellen
eines mit der Füllhöhe veränderlichen Unterdruckes im Luftraum des Tanks, bestehend
aus einem vom Boden des Tanks in die Atmosphäre führenden Tauchrohr sowie aus einem
an diesem Tauchrohr angeordneten U-rohrähnlichen Flüssigkeitsverschluß, dessen einer
Schenkel in Verbindung mit der Atmosphäre steht und eine vom Flüssigkeitsstand betätigte
Schalteinrichtung für eine Vakuumpumpe und für ein Alarmgerät enthält.
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Wie bekannt, läßt sich ein Austritt von Flüssigkeit aus den Tanks
durch Leckstellen dadurch vermeiden, daß im Luftraum des Flüssigkeitstanks ein Unterdruck
erzeugt und bei etwaigen Druckänderungen wiederhergestellt wird, der mindestens
so groß ist wie die hydrostatische Druckhöhe der Flüssigkeit an der tiefsten Stelle
des Tanks.
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Bei einer bekannten Lecksicherungseinrichtung dieser Art besteht
die Unterdruckanzeige- und Steuervorrichtung aus einem mit Quecksilber gefüllten
U-Rohr-Manometer, das außerhalb des Tanks angeordnet und durch eine Leitung mit
diesem verbunden ist. Die Anordnung des U-Manometers außerhalb des Tanks bedingt
einen Raumbedarf, der über den Raumbedarf des eigentlichen Tanks hinausgeht. Weiter
ist das U-Manometer wegen seiner Füllung mit Quecksilber verhältnismäßig teuer,
und es muß so angeordnet werden, daß es nicht beschädigt wird, was zum Verlust des
Quecksilberinhaltes führen könnte.
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Gegenstand eines älteren deutschen Patentes ist eine Einrichtung
zur Leckanzeige an Flüssigkeitsbehältern, bei der ein Tauchrohr vom Boden des Behälters
bis in die Atmosphäre führt, wobei an dem freien Ende dieses Tauchrohres ein U-rohrähnlicher
Flüssigkeitsverschluß angeordnet ist, dessen einer Schenkel in Verbindung mit der
Atmosphäre steht und eine vom Flüssigkeitsstand in diesem Schenkel betätigte Schalteinrichtung
für eine Vakuumpumpe und ein Alarmgerät enthält.
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Bei der Lagerung von Flüssigkeiten in Tanks sind von den Berufsgenossenschaften
herausgegebene Sicherheitsvorschriften zu beachten, die vorschreiben, daß der Unterdruck
immer um einen bestimmten Wert größer als derjenige Betrag ist, der erforderlich
ist, um die Flüssigkeit bei einem Leck an der tiefsten Stelle des Tanks in diesem
zurückzubehalten.
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Hierbei handelt es sich um die sogenannte Sicherheitshöhe. Der dieser
Sicherheitshöhe entsprechende Betrag des Unterdruckes hängt vom spezifischen Gewicht
der im Tank befindlichen Flüssigkeit ab.
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Bei den erwähnten bekannten bzw. vorgeschlagenen
Einrichtungen mit
U-rohrähnlichem Flüssigkeitsverschluß wird die sich mit dem spezifischen Gewicht
der im Tank gelagerten Flüssigkeit veränderliche Sicherheitshöhe nicht automatisch
berücksichtigt, da die Anzeige- und Steuervorrichtungen unabhängig vom spezifischen
Gewicht dieser Flüssigkeit und räumlich getrennt von dieser arbeiten. Bei Einfüllen
einer anderen Flüssigkeit in den Tank muß man die Steuervorrichtungen nacheichen,
um exakte Verhältnisse beizubehalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache aus unbeweglichen Teilen
bestehende Einrichtung zu schaffen, bei der sich die richtige Sicherheitshöhe ohne
äußeres Zutun immer von selbst einstellt und die in einem U-rohrähnlichen Flüssigkeitsverschluß
enthaltene Flüssigkeit nicht verdunsten kann bzw. verdunstete Flüssigkeit automatisch
und ohne äußeres Zutun ergänzt wird.
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Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs definierten Art für
ein Alarmgerät löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß der Flüssigkeitsverschluß
aus zwei am Boden des Tanks konzentrisch zueinander liegenden Töpfen besteht, das
Tauchrohr mit seinem unteren Ende in den inneren nach oben offenen Topf ragt, während
der äußere, unten offene Topf über den inneren gestülpt ist und mit seinem obenliegenden
ringförmigen Boden das Tauchrohr dichtend umfaßt.
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Wegen dieser Anordnung des Flüssigkeitsverschlusses im Tank ist es
immer mit der gleichen Flüssigkeit gefüllt wie dieser selbst. Die vom spezifischen
Gewicht der Flüssigkeit abhängige Sicherheitshöhe wird automatisch eingehalten.
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Ein aus zwei ineinandergestülpten Töpfen bestehender Flüssigkeitsverschluß
ist außerdem im Aufbau sehr einfach und kann auch nachträglich in Tanks leicht eingebaut
werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung haben die beiden Töpfe
zur Bildung eines schmalen Ringspaltes nur wenig verschiedene Durchmesser.
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Im Betrieb muß der Ringspalt mit Luft gefüllt sein.
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Diese Luft wird aus dem inneren Topf nachgesaugt, in dem die Flüssigkeit
nach oben steigt. Der Ringspalt muß so schmal sein, daß die aus dem inneren Topf
abgesaugte Luft immer ausreicht, um den Ringspalt vollständig mit Luft zu füllen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das untere, in die
Töpfe hineinragende Ende des Tauchrohres gezahnt. Diese Zahnung bewirkt, daß vom
Tauchrohr in den inneren Topf eintretende Luftblasen zerteilt werden und damit in
Form von kleineren Bläschen in dem Topf hochsteigen. Große Luftblasen könnten z.B.
bei plötzlicherVergrößerung des Unterdruckes im Tauchrohr aus diesem heraustreten.
Die Zerteilung einer solchen großen Luftblase in kleinere Bläschen stellt sicher,
daß aus dem inneren Topf keine größere Flüssigkeitsmengen in den Ringspalt hineingeschleudert
oder mitgerissen werden.
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Dem gleichen Zweck, nämlich der Zerteilung von in dem inneren Topf
hochsteigenden Luftblasen in kleinere Bläschen, dient gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung ein Sieb, das in den inneren Topf unter dessen Oberkante eingesetzt
ist und mit seinem Innenrand das Tauchrohr umschließt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt der Innenrand des
obenliegenden ringförmigen Bodens des äußeren Topfes, der das Tauchrohr dichtend
umfaßt, unter Bildung einer nach innen abfallenden Kegelfläche tiefer als der Außenrand.
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Von unten auf den Boden aufprallende Flüssigkeitstropfen laufen nach
innen und damit wieder in den inneren Topf ab. Auch dadurch wird dessen ständige
Füllung mit Flüssigkeit gewährleistet.
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Dem gleichen Zweck dient gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
ein in das Tauchrohr eingestecktes und in dessen unterem Ende offen mündendes weiteres
Rohr, dessen oberes Ende z. B. an den Rücklauf einer Flüssigkeitspumpe angeschlossen
ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 den mittleren Teil eines Tanks, in den die erfindungsgemäße Vorrichtung
eingesetzt ist, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Flüssigkeitsvel schlusses,
Fig. 3 eine andere Ausführung des Flüssigkeitsverschlusses.
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Ein Flüssigkeits-Lagertank 10 enthält ein Rohr 12, über das die Flüssigkeit
auf übliche Weise entnommen wird. Ein weiteres Rohr 14, das an eine Vakuumpumpe
angeschlossen ist, mündet im Deckel des Tanks. Ein Entlüftungsstutzen 16 führt zu
einem auf dem Deckel des Tanks befestigten Dom 18. Dieser ist einerseits über ein
Sicherheitsüberdruckventil 20 und andererseits über ein Tauchrohr 22 mit dem Inneren
des Tanks verbunden.
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Das Tauchrohr 22 steht mit seinem unteren Ende in zwei übereinandergestülpten
Töpfen, die allgemein mit 24 bezeichnet sind und einen Flüssigkeitsverschluß bilden.
Der innere Topf 26 ist nach oben offen. Bei dem konzentrisch über dem inneren Topf
26 liegenden äußeren Topf 28 liegt der Boden 30 oben.
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Durch diesen trichterartigen Boden 30 ist das Rohr 22 hindurchgeführt.
Unter dem oberen Rand des inneren Topfes 26 ist ein Sieb 32 angeordnet. Das untere
Ende 34 des Rohres 22 ist gezahnt. Im Rohr 22 liegen übereinander zwei Meßelemente
36 und 38, die z. B. als temperaturabhängige, von Strom durch-
Aossene elektrische
Widerstandselemente ausgebildet sind.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei am Beispiel
von Fig. 3 erläutert. Zur besseren Veranschaulichung wird der Ölstand in der linken
Hälfte durch Schraffur angegeben. Es sei angenommen, daß der Tank über eine nicht
gezeigte Leitung unter Atmosphärendruck mit einer Flüssigkeit gefüllt wird. Auf
Grund ihres hydrostatischen Druckes drückt sich die Flüssigkeit in dem Ringspalt
zwischen den Töpfen 26 und 28 nach oben, läuft über die Oberkante des Topfes 26,
füllt diesen Topf und steigt dabei gleichzeitig in dem Tauchrohr 22 nach oben. Das
Rohr 22 ist mit der Atmosphäre verbunden und setzt somit dem Aufsteigen der Flüssigkeit
keinen Widerstand entgegen. Unter dem oberen Boden 30 bleibt jedoch ein Luftpolster
stehen.
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In Abhängigkeit von der Füllhöhe wird dieses Luftpolster mehr oder
weniger zusammengedrückt, bleibt aber auf jeden Fall erhalten.
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Nach vollständiger Füllung wird der Tank vakuumfest verschlossen
und die Vakuumpumpe eingeschaltet. Diese saugt Luft über das Rohr 14 ab. Der dabei
im flüssigkeitsfreien Raum des Tanks entstehende Unterdruck bewirkt, daß die Flüssigkeitssäule
in dem Tauchrohr 22 nach unten gezogen wird.
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Die aus dem Tauchrohr 22 nach unten gesaugte Flüssigkeit steigt in
dem Topf 26 nach oben, läuft über dessen Oberkante in dem Ringspalt zwischen den
beiden Töpfen nach unten, bis sie an der Unterkante der Töpfe in den freien Tankraum
einfließt.
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Gleichzeitig hat die Vakuumpumpe die unter dem Boden stehende Luftblase
in den Ringspalt hineingesaugt. Hierbei ist von Bedeutung, daß der Ringspalt 26
eng ist und damit nur kleinen Rauminhalt hat.
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Die aus dem Topf 26 abgesaugte Luft, der ein größeres Volumen als
der Ringspalt hat, reicht damit immer aus, um den Ringspalt vollständig mit Luft
zu füllen.
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Wenn die Valxuumlpumpe die Flüssigkeit in dem Tauchrohr 22 nach unten
saugt, muß sie diese Flüssigkeit gleichzeitig in dem Topf 26 bis zu dessen Oberkante
anheben. Das heißt, daß die wirksame Länge des durch das Tauchrohr 22 gebildeten
Schenkels des Flüssigkeitsverschlusses um die Strecke vergrößert wird, um die die
Flüssigkeit in dem Topf 26 angehoben werden muß. Im Endzustand steht die Flüssigkeit
im Tauchrohr 22 in der Höhe des unteren Meßelementes 36. Die in Fi3. 3 eingezeichnete
Strecke a stellt somit den Betrag dar, um den die wirksame Länge des Schenkels des
Flüssigkeitsverschlusses vergrößert wird.
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Wenn die Flüssigkeitssäule im Tauchrohr 22 bis auf die Höhe des Meßelementes
36 abgesunken ist, wird die Vaknumpumpe abgeschaltet. Der dann im Luftraum des Tanks
herrschende Unterdruck ist gleich der Summe des hydrostatischen Druckes der Flüssigkeitssäule
zwischen dem Fülispiegel und dem Meßelement 36 und des Druckes der Flüssigkeitssäule
mit der Höhe a.
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Man hat es in der Hand, durch die Bemessung der beiden Töpfe und
der Lage des Meßelementes 36 die Strecke a und damit die Sicherheitshöhe zu verändern,
um die der Unterdruck größer als der hydrostatische Druck an der tiefsten Stelle
des Tanks sein soll.
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Für einen ordnungsgemäßen Betrieb ist wesentlich, daß der Ringspalt
mit Luft und der Topf 26 mit Flüssigkeit gefüllt ist. Zu diesem Zweck muß man
vermeiden,
daß z. B. bei plötzlicher ruckartiger Vergrößerung des Unterdruckes aus dem Tauchrohr
22 angesaugte Luftblasen in dem Topf 26 so schnell nach oben steigen, daß sie die
Flüssigkeit mitreißen.
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Hierzu dient das Sieb 32, das auftreffende Luftblasen zerteilt und
an einem Mitreißen von größeren Flüssigkeitsmengen hindert. Dem gleichen Zweck dient
die Zahnung des unteren Endes 34 des Rohres 22.
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Bei einem glatten Rand würde eine Luftblase mit einem Mal übertreten
und damit als große Luftblase in dem Topf 26 nach oben steigen. Durch die Zahnung
wird die Luftblase zerteilt und tritt damit in Form von kleineren Bläschen in den
Topf 26 ein.
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Von den kleineren Luftblasen etwa noch mitgerissene Flüssigkeitstropfen
prallen auf den trichterartig abgeschrägten Boden 30 und laufen von dort in den
Topf 26 zurück.
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Das in Fig. 3 gezeigte Rohr 40 ist mit seinem oberen Ende an den
Rücklauf der die Lagerflüssigkeit aus dem Tank fördernden Pumpe angeschlossen.
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Mit seinem unteren Ende liegt es im Topf 26. Durch das Rohr 40 nachströmende
Flüssigkeit wird dadurch in dem Topf 26 nach oben gezogen, läuft dann im Ringspalt
hinab und vermengt sich mit dem Tankinhalt. Hierdurch wird erreicht, daß der Topf
26 immer ganz mit Flüssigkeit gefüllt ist und daß durch die sich in dem Topf 26
einstellende Flüssigkeitsströmung etwaige Verunreinigungen mitgenommen werden, die
sich sonst am Boden des Topfes ablagern und damit die Funktion gefährden könnten.
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Das Tauchrohr 22 dient auch dazu, den Tank zu belüften. Dem Tank
entnommene Flüssigkeit muß durch Luft ersetzt werden, da sonst der Unterdruck zu
hoch wird. Die zum Ausgleich dieser entnommenen Flüssigkeit erforderliche Luft strömt
durch das Tauchrohr 22 nach, perlt in den Topf 22 nach oben und tritt über den Ringspalt
in den Tank 10 ein.
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Eine weitere Aufgabe erfüllt das Tauchrohr 22, wenn ein Leck auftritt
und der Tankinhalt unter Beibehaltung des noch bestehenden Unterdruckes abgesaugt
werden soll. Dann kann der Tank 10 über das Rohr 22 leergepumpt werden, ohne daß
der Tank geöffnet werden muß und damit die Druckverhältnisse gestört werden.
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Wenn die Flüssigkeit mit zunehmendem Unterdruck im Tauchrohr 22 sinkt,
wird zuerst das Widerstandselement 38 trocken. Wegen der dabei nachlassenden Wärmeabfuhr
steigt dessen Temperatur, so daß sich sein Widerstand erhöht und ein Schaltvorgang
ausgelöst wird. Mit diesem Schaltvorgang wird die Vakuumpumpe in einen Langsamgang
geschaltet.
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Ist die Flüssigkeitssäule bei Sollhöhe des Unter-
druckes bis zum Meßelement
36 abgesunken, liegt auch dieses trocken. Dadurch wird die Vakuumpumpe ganz abgeschaltet.