DE1501736A1 - Stationaerer Vorratsbehaelter grossen Fassungsvermoegens zur Aufbewahrung verfluessigter Gase - Google Patents

Stationaerer Vorratsbehaelter grossen Fassungsvermoegens zur Aufbewahrung verfluessigter Gase

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DE1501736A1 DE19661501736 DE1501736A DE1501736A1 DE 1501736 A1 DE1501736 A1 DE 1501736A1 DE 19661501736 DE19661501736 DE 19661501736 DE 1501736 A DE1501736 A DE 1501736A DE 1501736 A1 DE1501736 A1 DE 1501736A1
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Description

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V.
Stationärer Vorratsbehälter großen Passungsvermögens zur Aufbewahrung verflüssigter Gase
Die Erfindung betrifft einen stationären Vorratstank großen Passungsvermögens zur Aufbewahrung verflüssigter Gase, bestehend aus einem von einem evakuierbaren Mantelbehälter umschlossenen, zur Aufnahme der Flüssigkeit dienenden Innenbehälter.
Zur Aufbewahrung größerer Mengen verflüssigter Gase sind Behälter bekannt, bei denen unabhängig von der Form (liegender Zylinder, stehender Zylinder o.a.) jeweils ein die Flüssigkeit aufnehmender Innenbehälter von einem ihn allseitig umgebenden Mantelbehälter umschlossen ist. Dabei ist der Innenbehälter durch Stützen unterschiedlicher Art im Außenbehälter so gelagert, daß die Last des gefüllten Innenbehälters mögliehst gleichmäßig auf die Wandung und die Stützen des Außenbehälters übertragen wird. Zur Verminderung der Wärmeeinstrahlung zum Innenbehälter wird der Raum zwischen Mantelbehälter und Innenbehälter häufig mit einem Isolationsmaterial, beispielsweise Kork oder Kunststoffschaum in Platten bzw. Stücken oder Pulverisolierung (SiOg-Pulver, ΑΙρΟ-,-Pulver u.a.m.), gefüllt. Andererseits ist es auch üblich, den mit dem Isoliermaterial gefüllten Zwischenraum zwischen Mantelbehälter und Innenbehälter zur Verminderung der Wärmezufuhr zu evakuieren.
Die bekannten Behälter großen Fassungsvermögens haben im allge meinen den Nachteil einer relativ hohen Abdampfrate, die bei längerem Betrieb zu fühlbaren Flüssigkeitsverlusten und entspre chend hohen Unkosten führt. Sie ergibt sich in erster Linie daraus, daß über die zur Auflage des Innenbehälters dienenden Stutzen oder die den Innenbehälter tragende Isolierschicht zu viel Wärme nach innen gelangt. Auch bei Isolierungen ohne Tragwirkung ist häufig die Isolierwirkung des Materials nicht optimal.
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Andererseits sind Vorratsgefäße für verflüssigte Gase mit kleinem Fassungsvermögen (bis etwa 250 1) bekannt, bei denen ein im allgemeinen kugelförmiger Innenbehälter nur an dem zur Füllung und Flüssigkeiten! ahme dienenden dünnen Halsrohr aus schlecht wärmeleitendem Material im Mantelbehälter gehaltert ist. Derartige Behälter sind meist durch einen von polierten Flächen begrenzten hoch evakuierten Raum war aisoliert. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums ist häufig en der Wand des kalten Innenbehälters ein Behälter mit einem Adsorptionsmittel angebracht.
Zur Vermeidung der Nachteile der bekannten Vorratsbehälter großen Fassungsvermögens für verflüssigte Gase wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Innenbehälter in dem Mantelbehälter an einem Weithalsrohrstück aufzuhängen und in dem Mantelbehälter an definierten Stellen Zentrier- und Distanzbolzen anzuordnen, άό cf.pnc:. der Innenbehälter in warmem Zustand anliegt. Ein derartiger,Behälterbesitzt den Vorteil : r bekannten Kleinbehälter, daß der Innenbehälter im kalten Zustand lediglich über das aus schlecht wärmeleitendem Material herstellbare Weithalsrohr mit dem Mantelbehälter verbunden ist. Darüber hinaus ist durch die Zentrierbolzen, an denen der Innenbehälter in warmem Zustand anliegt, der sichere Transport des leeren Vorratsbehälters gewährleistet, es besteht andererseits im gefüllten Zustand aber kein Kontakt zwischen dem durch die Abkühlung schrumpfenden Innenbehälter und den Zentrierbolzen, so daß eine Wärmezufuhr über die Zentrierbolzen vermieden wird, ohne daß an der Stellung der Zentrierbolzen eine Veränderung vorzunehmen wäre.
Ih einer vorteilhaften AusfUhrungsform der Erfindung kann der Durchmesser des Ihnenbehälters seiner Höhe entsprechen. Damit wird erreicht, daß unter Beibeh ltung der für die Fertigung günstigen Aufteilung des Behälters in ein zylind rförmiges Mittel stück und zwei annähernd kugelsegmentförmige Endstücke das hinsichtlich der Raumausnutzung günstigste Kugelvolumen nahezu erreicht wird.
BAD OFi]GiNAL
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Es kann ferner günstig sein, die Außenwand des Innenbehälters mit einer Superisolierung zu umschließen, welche nur einen Teil des evakuierbaren Zwischenraumes zwischen dem Mantelbehälter und dem Innenbehälter erfüllt. Die Superisolierung, die aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Lagen aus metallbedampften Kunststoffolien oder abwechselnd einem schlecht wärmeleitenden Material und einem die Strahlung reflektierenden Material besteht, hat bekanntlich den Vorteil, die Wärme,·instrahlung auf den kalten Innenbehälter erheblich zu verringern. Ihre Wirkung wird jedoch begrenzt durch den Umstand, daß eine gewisse Wärmeleitung über die aufeinanderliegenden Lagen des Isoliermaterials nicht zu vermeiden ist. Bei nur teilweiser Erfüllung des Zwischenraumes zwischen Innenbehälter und Mantelbehälter mit Superisolierung ergibt sich der Vorteil der Kombination einer Superisolierung mit einer echten Vakuumisolierung nach Dewar, d, h. die Superisolierung ist von einem Raum umgeben, in dem der Druck so niedrig gehalten wird, daß die freien Weglängen der noch vorhandenen Molekeln größer sind als die Raumdimensionen, so daß die Wärmeleitung wesentlich unterdrückt wird.
Zweckmäßig ist es, bei einem Behälter entsprechend der Erfindung einen am Mantelbehälter angeordneten Anschlußstutzen für die Pumpausrüstung mit einer Absperrvorrichtung zu versehen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, eine bspw. bei Reparaturen notwendig werdende Nachevakuierung des Vakuumraumes mit beliebigen, bereits vorhandenen Pumpen vorzunehmen.
Bei einer günstigen Ausbildung des Behälters kann zwischen dem Mantelbehälter und dem Innenbehälter mindestens eine vakuumdichte elastische Durchführung angeordnet sein. Die elastische Durchführung hat den Vorteil, daß sie bei Schrumpfungoder Ausdehnung des Innenbehälters nicht beschädigt wird, sondern der Bewegung nachgibt. Andererseits ermöglicht eine derartige Durchführung die Anordnung bspv/. einer Einlauföffnung an einer bezüglich des FlUssiggaserzeugers optimalen Stelle des Vorratsbehälters.
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Es kann weiter zweckmäßig sein, in die elastische Durchführung ein teilweise vakuumisoliertes Einlaufrohr einzusetzen. Damit wird erreicht, daß die zulaufende kalte Flüssigkeit nicht mit den oberen, bei einem großen Behälter zwangsläufig wärmeren Gasschichten in Berührung kommt, wobei ein Teil der Flüssigkeit sogleich wieder verdampfen würde, sondern daß die Flüssigkeit erst nahe dem oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegels aus dem vakuumisolierten Teil des Einlaufrohres austritt und mit der Umgebung im Innenbehälter in Wärmekontakt kommt.
Zur Entnahme von Flüssigkeit ohne Erhöhung des Druckes im Behälter kann es von Vorteil sein, daß am tiefsten Punkt des Innenbehälters eine flexible Auslaßleitung angeschlossen ist, die frei durch den Vakuumraum an ein außen liegendes Ventil geführt ist.
Um die Verstopfung der Auslaßöffnung durch eventuell vorhandenes Eis zu verhindern, kann es nützlich sein, vor dem Eingang der Auslaß-leitung ein Sieb anzuordnen.
Bei einer zweckmäßigen Ausbildung kann ferner der Eingang der Auslaßleitung durch einen Stopfen verschließbar sein, und es können der die Auslaßleitung verschließende Stopfen und das Sieb über das Halsrohr zugänglich sein. Damit ist die Möglichkeit gegeben, bei einem bspw. am Flüssigkeitsentnahmeventil auftretenden Schaden die Auslaßleitung abzusperren.
Für die drucklose Flüssigkeitsentnahme kann es vorteilhaft sein, das außen liegende Ventil der Auslaßleitung als Kupplungselement für anzuschließende Vakuummantelheber auszubilden.
Bei einer nützlichen Weiterbildung der Erfindung ist am Mantelbehälter im Bereich der Auslaßleitung ein Sicherheitsventil vorgesehen, damit der bei einem möglicherweise auftretenden Bruch der Auslaßleitung im Zwischenraum zwischen Innenbehälter und Mantelbehälter durch Verdampfung von Flüssigkeit entstehende Druck einen zulässigen Wert nicht überschreiten kann.
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Um den Druck im Innenbehälter, die Füllhöhe u.a.m. messen zu können, kann es günstig sein, im Deckelflansch mindestens eine Durchführung zur Aufnahme von Meßinstrumenten vorzusehen.
Um gegebenenfalls auch Flüssigkeit in größere Transportbehälter abfüllen zu können, kann es vorteilhaft sein, im Deckelflansch eine Durchführung zur Aufnahme eines Entnahmehebers vorzusehen. Der Entnahmeheber kann geschwenkt werden und ist in der Höhe verschiebbar, so daß die Abfüllung in unterschiedliche Behälter möglich ist. Zur Einleitung des Überlaufs kann der Druck über der Flüssigkeit durch Einleiten von Druckgas oder auch durch eine Zusatzheizung im Innenbehälter erhöht werden.
Da die Druckerhöhung im Innenbehälter zum Zweck der Flüssigkeitsentnahme nicht ohne Schwierigkeiten zu erreichen ist und immer mit Flüssigkeitsverlusten verbunden ist, kann es zweckmäßig sein, an dem Entriahmeheber eine Flüssigkeitspumpe anzuordnen. Damit ist die drucklose Flüssigkeitsentnahme auch über einen in den Deckelflansch eingesetzten Entnahmeheber möglich.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt; es zeigen
Figur 1 einen Schnitt durch den Vorratsbehälter mit Einlaufrohr, FlUssigkeitsstandanzeige und Flüssigkeitsentnanmeleitung in schematischer Darstellung,
Figur 2 einen Teilschnitt durch den Vorratsbehälter mit Entnahmeheber und angeschlossenem Transportbehälter sowie angeschlossener Diffusionspumpe ti schematischer Darstellung.
Wie Figur 1 zeigt, ist in einem Mantelbehälter 1 ein Innenbehälter 2 angeordnet, der im Mantelbehälter 1 an einem Weithalsrohr 3 aufgehängt ist. Zur Verringerung der Wärmezuleitung über das Halsrohr 3 sowie aus statischen und fertigungstechnischen Gründen kann es dabei zweckmäBig sein, das Halsrohr in der gezeigten Welse über die Ansatzstelle des Innenbehälters 2
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hinaus nach innen zu verlängern und wieder nach oben zur Ansatz stelle zu führen. Der Innenbehälter 2 ist allseitig mit einer Schicht von Superisolierung 4 umgeben, die bspw. aus geknitter ter metallbedampfter Kunststoffolie besteht. Der zweckmäßig evakuierte Zwischenraum 5 zwischen dem Innenbehälter 2 und dem Mantelbehälter 1 ist nicht vollständig mit der Superisolierung ausgefüllt, sondern es bleibt ein freier Raum zwischen Superiso lierung 4 und Mantelbehälter 1. Im senkrechten Teil des Mantel behälters 1 sind Zentrier- und Distanzbolzen 6, vorzugsweise 3 auf dem Umfang, angeordnet, an denen der Innenbehälter 2 im warmen Zustand anliegt. Bei Füllung des Innenbehälters 2 mit Flüssiggas und damit Abkühlung schrumpft der Innenbehälter 2 um so viel (ca. 4 mm vom Durchmesser bei einem 2000-1-Tank), daß der Wärmekontakt zwischen den Zentrierbolzen 6 und dem Innenbe hälter 2 unterbrochen ist. Im kalten Zustand gelangt also über die Zentrierbolzen 6 keine Wärme zum Innenbehälter 2.
Es wurde bereits erwähnt, daß der Zwischenraum 5 evakuiert sein soll, so daß die Superisolierung in Richtung zum Mantelbehälter von einem Vakuumraum umgeben ist. Die gute Isolierwirkung eines Vakuums hinsichtlich Wärmeleitung ist seit Dewar allgemein bekannt und gilt auch in Verbindung mit irgendwelchen im Vakuum anzuordnenden Isoliermaterialien. Im letzteren Fall besteht allerdings die Schwierigkeit, ein Isoliermaterial zu verwenden, welches die Aufrechterhaltung eines möglichst niedrigen Druckes gestattet, d. h. die Gasabgabe des Isoliermaterials im Vakuum muß möglichst gering sein oder aber nach einer gewissen Zelt des Evakuierens auf einen konstanten niedrigen Wert absinken, damit ein Nachevakuieren des Zwischenraumes 5 nur selten erforderlich wird.
Zur Verbesserung des Vakuums ist es zweckmäßig, am Innenbehälter 2 einen Siebbehälter 7 mit einem Adsorptionsmittel 8 anzubringen.
Wie Figur 1 zeigt, besteht der Mantelbehälter 1 aus zwei durch einen Flansch 9 miteinander verbundenen Teilen. Dies ermöglicht es, ohne zu großen Aufwand'an den Innenbehälter 2 gelangen zu
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können. Scheint das nicht erforderlich, kann der Flansch 9 entfallen und der Mantelbehälter aus einem Stück bestehen.
Außer über das Halsrohr ist der Innenbehälter 2 mit dem Mantelbehälter 1 mit einer elastischen Durchführung 10 verbunden. In diese elastische Durchführung 10 ist ein Einlaufrohr 11 eingesetzt, welches über einen Teil seiner Länge vakuumisoliert ist, und über welches das Kältemittel direkt aus dem Verflüssiger, dessen Auslaufarm 11a in der Zeichnung skizziert ist, in den Behälter eingefüllt wird. Diese Art der Einlaufdurchführung hat den Vorteil, daß der Behälter leicht an eine vorgegebene Verflüssigungsanlage anpaßbar ist, und zwar sowohl hinsichtlich der Höhe der Einlauföffnung als auch hinsichtlich der Länge des Auslaufarms des Verflüssigers. Analoge elastische Durchführungen können natürlich auch anderen Zwecken dienen.
Das Weithalsrohr 3 ist durch einen Deckelflansch 12 verschlossen, der eine Durchführung 13 aufweist, in die ein Flüssigkeitsstandanzeiger 14 eingesetzt ist, der hier aus einem Schwimmer 15 mit einem Anzeigestab 16 besteht, der aus dem Behälter herausragt und in einem auf die Durchführung 13 aufgesetzten kalibrierten Rohr 17 (bspw. aus Plexiglas) geführt ist. An die Durchführung Ij5 ist ferner ein Sicherheitsventil 18 und ein Überströmventil 19 angeschlossen. Das Sicherheitsventil 18 wird auf den maximal im Innenbehälter zulässigen Druck eingestellt, während das Überströmventil I9 zur Einstellung eines vorwählbaren, für die Druckentnahme von Flüssigkeit benötigten geringeren Druckes verwendet werden kann.
Figur 1 zeigt ferner die am tiefsten Punkt des Innenbehälters 2 angeschlossene, frei durch den Vakuumraum 5 nach außen geführte Auslaßleitung 20, die außerhalb des Mantelbehälters 1 von einem als Vakuummantel dienenden, an den Mantelbehälter 1 angeschlossenen mehrteiligen Rohrstutzen 21 umgeben und durch ein vakuumisoliertes Ventil 22 absperrbar ist. Ein an dem Stutzen 21 angeordneter Stirnflansch 23 ist federnd gehalten und dient als Sicherheitsventil, durch welches im Vakuumraum 5 bspw. durch Schaden an der AuslaßleJtuna JPQ -Auftretender Überdruck auf einen
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zulässigen Wert begrenzt wird. Über die Auslaßleitung 20 und das Ventil 22 ist die drucklose Entnahme von Flüssigkeit möglich. Bei dem hier gezeichneten AusfUhrungsbeispiel ist der Auslaufstutzen 24 des Ventils 22 als normaler Auslauf ausgebildet. In Fällen, in denen die über das Ventil 22 entnommene Flüssigkeit über einen Vakuummantelheber einem Verbraucher direkt zugeführt werden soll, ist es empfehlenswert, den Auslaufstutzen 24 als Kupplungselement für Vakuummantelheber auszubilden.
Um Verstopfungen der Auslaßleitung 20 bzw. des Ventils 22 durch Εΐε Stückchen zu vermeiden, ist in den Eingang 25 der Auslaßleitung 20 ein Sieb 26 eingesetzt. Dieses Sieb 26 kann, falls Schaden am Kaltventil 22 auftreten, durch einen hier nicht gezeichneten Stopfen ersetzt werden, welcher dann die Auslaßleitung 20 verschließt. Das Sieb 26 bzw. der Stopfen sind mit Hilfe eines nicht gezeigten Betätigungselementes über das Halsrohr 3 des Behälters zugänglich.
Figur 2 zeigt neben bereits beschriebenen Bauelementen des Behälters, die jeweils die gleichen Nummern wie in Figur 1 tragen, daß an Mantelbehälter 1 ein Anschlußstutzen 27 mit einem Ventil 28 zum Anschluß einer Pumpe 29 vorgesehen ist. Die Pumpe 29 dient zur Evakuierung des Zwischenraumes 5 und wird nur bei Bedarf angeschlossen ■. Der Mantelbehälter 1 ist ferner mit einem oder mehreren Anschlußflanschen 30, 3I versehen, an die ein Druckmeßgerät 32 oder sonstige Meßinstrumente angeschlossen werden können.
In Figur 2 ist in eine weitere im Deckelflansch 12 vorgesehene Durchführung 33 ein Entnahmeheber 34 eingesetzt, der mit einem Transportgefäß 35 in Verbindung steht. Der Entnahmeheber 34 ist vakuumisoliert und trägt an seinem unteren Ende eine Flüssigkeitspumpe 36. Über den Entnahmeheber 34 kann entweder mit Hilfe der Flüssigkeitspumpe 36 drucklos Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter entnommen oder - bei Wegfall der Flüssigkeitspumpe über der Flüssigkeit im Innenbehälter 2 ein leichter Überdruck erzeugt und damit Flüssigkeit übergehebert werden.
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Sowohl Figur 1 als auch Figur 2 zeigen, daß der Mantelbehälter auf Füßen 37 ruht.
Ein Behälter dieser Bauart mit einem Fassungsvermögen von 2 000 1 besitzt eine Abdampf rate von maximal 0,48 ^6 pro Tag.
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Claims (16)

  1. Patentansprüche
    Stationärer Vorratstank großen Fassungsvermögens zur Aufbewahrung verflüssigter Gase, bestehend aus einem von einem evakuierbaren Mantelbehälter umschlossenen, zur Aufnahme der Flüssigkeit dienenden Innenbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (2) in dem Mantelbehälter (1) an einem Weithalsrohrstück (3) fest aufgehängt ist ^daß in dem Mantelbehälter (1) an definierten Stellen Zentrier- und Distanzbolzen (6) angeordnet sind, an denen der Innenbehälter (2) in warmem Zustand anliegt.
  2. 2) Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Innenbehälters (2) seiner Höhe entspricht.
  3. 3) Vorratstank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Innenbehälters (2) von einer Superisolierung (4) umschlossen ist, welche nur einen Teil des evakuierbaren Zwischenraumes (5) zwischen dem Mantelbehälter (1) und dem Innenbehälter (2) erfüllt.
  4. 4) Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem am Mantelbehälter (1) angeordneten AnschluSstutzen (27) für die Pumpausrüstung (29) eine Absperreinrichtung (28) vorgesehen ist.
  5. 5) Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mantelbehälter (1) und dem Innenbehälter (2) mindestens eine vakuumdichte, elastische Durchfuhrung (10) angeordnet ist.
  6. 6) Vorratstank nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in
    die elastische Durchführung (10) ein teilweise TafctÄBBisoliertes Einlaufrohr (11) eingesetzt ist·
  7. 7) Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* daß am tiefsten Funkt des Inneöbehälters (2) eise flexible Avtslaflleitimg (2Q>) »ageschlossen ist« die frei durch den Vhkuu·- raum (5) am ein auSen liegendes Yakuuaiisallertes Ventil (32) geführt ist. 909844/Oßti
  8. 8) Vorratstank nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eingang der Auslaßleitung (20) ein Sieb (26) angeordnet ist.
  9. 9) Vorratstank nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Auslaßleitung (20) mittels eines Stopfens verschließbar ist.
  10. 10) Vorratstank nach Anspruch 8 und 9* dadurch gekennzeichnet, daß der die Auslaßleitung (20) verschließende Stopfen und das Sieb (26) über das Halsrohr (3) zugänglich sind.
  11. 11) Vorratstank nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß das außen liegende Ventil (22) der Auslaßleitung (20) als Kupplungselement für anzuschließende Vakuummantelheber ausgebildet ist.
  12. 12) Vorratstank nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Mantelbehälter (1) im Bereich der Auslaßleitung (20) ein Sicherheitsventil vorgesehen ist.
  13. 13) Vorratstank nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flansch (23) an dem die Auslaßleitung (20) umgebenden rohrförmigen Stutzen (21) des Mantelbehälters (1) als Sicherheitsventil ausgebildet ist.
  14. 14) Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckelflansch (12) mindestens eine Durchführung (13) zur Aufnahme von Meßinstrumenten (14) vorgesehen ist.
  15. 15) Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckelflanseh (12) eine Durchführung (33) zur Aufnahme eines Entnahmehebers (34) vorgesehen ist.
  16. 16) Vorratstank nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Entnahmeheber '34) eine Flüssigkeitspumpe (36) angeordnet ist.
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DE19661501736 1966-09-24 1966-09-24 Stationaerer Vorratsbehaelter grossen Fassungsvermoegens zur Aufbewahrung verfluessigter Gase Pending DE1501736A1 (de)

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