DE1626340B1

DE1626340B1 - Einrichtung zum Speichern und Abgeben von tiefsiedender Flüssigkeit

Info

Publication number: DE1626340B1
Application number: DE19631626340
Authority: DE
Inventors: H William Lichtenberger; Paul Edward Loveday
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1962-07-06
Filing date: 1963-07-05
Publication date: 1970-08-06
Also published as: USRE26529E; DK128622B; BR6349784D0; US3241580A; BE634593A; GB969881A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spei- Wärmetauscher oder Zwischenbehälter, und unter

ehern und Abgeben von tief siedender Flüssigkeit, wie Verwendung mehrerer kleiner Behältereinheiten einen

Stickstoff, aus einem isolierten, Flüssigkeit und Gas hohen thermischen Wirkungsgrad gewährleistet. Die

unter Überdruck enthaltenden Behälter mit einer bis Wärmeverluste sollen sowohl beim Speichern als auch

in die unterste Zone des Behälters reichenden Ent- 5 beim Abgeben der Flüssigkeit gering gehalten werden,

nahmeleitung. ferner soll ein schnelles Abgeben der gesamten in dem

Es ist bereits eine Einrichtung zur Abgabe von Vorrat vorhandenen Flüssigkeitsmenge ohne zusätztief siedender Flüssigkeit bekanntgeworden (USA.- liehe Maßnahmen möglich sein. Der z. B. auf einem Patentschrift 2 040 059), der die Aufgabe zugrunde Kühlfahrzeug mitgeführte Kältevorrat soll raumspaliegt, Flüssigkeit unter relativ hohem Druck und unter 10 rend untergebracht werden können,
geringen Verlusten in Form von Gas oder Flüssigkeit Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gezu verschiedenen Aufnahmebehältern abzugeben. Bei löst, daß mit dem Entnahmebehälter ein oder mehrere dieser Einrichtung wird die Flüssigkeit aus einem isolierte, unter Überdruck stehende Behälter mittels großen Vorratsbehälter in verschiedene Aufnahme- je einer Überströmleitung in Reihe derart verbunden behälter unter Verwendung einer Austreibeinrich- 15 sind, daß in die oberste Zone des die Entnahmeleitung rung und eines zusätzlichen Hilfsbehälters überfuhrt. enthaltenden ersten Behälters eine Überströmleitung Eine solche Einrichtung hat sich in der Praxis nicht mündet, deren anderes Ende bis in die unterste Zone nur wegen der energieverbrauchenden, außerhalb des des zweiten Behälters reicht, und mit dem zweiten eigentlichen Vorrats-.und Transportbehälters ange- Behälter die gegebenenfalls weiteren Behälter in ordneten Austreibvorachtung und der aufwendigen ao gleicher Weise in Reihenschaltung verbunden sind.
Konstruktion als nachteilig erwiesen, sondern auch, Eine solche Einrichtung ermöglicht das Speichern weil für die Überführung der Flüssigkeit in die Auf- von tiefsiedender Flüssigkeit in einer Reihe hinternahmebehälter und die Rückführung des in dem einandergeschalteter Standardbehälter. Die Anzahl Hilfsbehälter verbleibenden Flüssigkeitsrestes in den der Standardbehälter ist nach der Größe des ge-Vorratsbehälter über einen Wärmetauscher mehrere 25 wünschten Vorrats beliebig veränderbar, ohne FüH-Ventile in ganz bestimmter Folge betätigt werden leitungen und Entnahmeleitungen ändern zu müssen müssen. oder neue Leitungen zu benötigen. Die tiefsiedende

Es ist ferner eine Anordnung hintereinanderge- Flüssigkeit wird schnell und vollständig aus ein und schalteter Behälter bekannt, die nacheinander mit demselben Behälter unabhängig von der Zahl der Beverflüssigten Gasen gefüllt werden sollen (deutsche 30 hälter über eine einzige Leitung abgegeben. Pumpen Patentschrift 315 659). Das Problem besteht dort oder äußere Verdampf er sind hierfür nicht notwendig, darin, eine bestimmte Menge an verflüssigtem Gas Die Behälter entleeren sich nacheinander vollständig, ohne Wägen abzumessen und zu verhindern, daß eine da der auf Grund der Flüssigkeitsabgabe eintretende Füllung der Behälter der Anordnung über ein vor- Druckabfall in einem Behälter durch Überströmen bestimmtes Maß hinaus erfolgt. 35 geringer Mengen an Flüssigkeit aus dem jeweils fol-

Bei einer anderen bekannten Anordnung sind zwei genden Behälter ausgeglichen wird. Ferner ermöglicht

Behälter während des Füllvorganges mit verflüssig- die erfindungsgemäße Einrichtung das Austauschen

tem Gas miteinander verbunden (deutsche Patent- einzelner bereits vollständig geleerter oder noch voll-

schrift 393 936). Dort soll das Problem gelöst werden, ständig voller Behälter sowie eine einfache und vor-

KälteverlustebeimFüllenvonBehältern mit verflüssig- 40 teilhafte Überprüfung des Inhalts der Gesamtfüllung,

ten Gasen dadurch zu vermeiden, daß die durch den Die Verwendung von mehreren in Reihe geschalteten

noch warmen Behälter beim Einfüllen von kalter Flüs- Standardbehältern, die sich nacheinander nahezu voll-

sigkeit erzeugte Dampfmenge zur Vorkühlung des ständig leeren, ist insbesondere für die Speicherung

zweiten Behälters benutzt wird. deswegen von Vorteil, weil die Dampfverluste infolge

Ferner ist eine Anlage zum Speichern und Abgeben 45 von Wärmeeinfall geringer sind als bei einer gleichen von feuergefähilichen Flüssigkeiten bekanntgewor- Anzahl parallelgeschalteter Behälter,
den (deutsche Patentschrift 224 477), die eine Reihe Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfinhintereinandergeschalteter Hilfsbehälter enthält, deren dung weist der jeweils letzte Behälter der Reihe ein jeder eine von dem tiefsten Abschnitt des Behälter- auf Druck ansprechendes Ventil auf, oder wenn mehinneren ausgehende Steigleitung aufweist, welche in 50 rere Behälter ein solches Ventil aufweisen, ist das die oberste Zone des jeweiligen entnahmeseitig vor- Ventil des letzten Behälters auf den niedrigsten Angeschalteten Behälters hineinführt, wobei die Steig- sprechdruck eingestellt. Auf diese Weise wird ein leitung des an dem Entnahmeende der Reihe angeord- unerwünschter Flüssigkeitsverlust in Form vonDampfneten Behälters die Entnahmeleitung für die gelagerte abgabe vermieden. Würde man das Dampfablaßventil Flüssigkeit ist. Die zwischen Vorratsbehälter und Ab- 55 einem mittleren Behälter zuordnen, so ergäbe sich gabeleitung eingeschalteten Hilfsbehälter sollen die nach einem Dampfablaß infolge der Druckabsenkung übermäßigen Verluste eines verwendeten Schutzgases eine Flüssigkeitsüberströmung von den nachfolgenden verhindern, sowie die Nutzfördermenge der Flüssig- Behältern. Bei langer Speicherzeit und dauerndem keit beim Befördern durch eine Pumpe aus dem Vor- Wärmeeinfall könnte sich somit das gesamte System ratsbehälter erhöhen. 60 allmählich entleeren. Ordnet man dagegen erfindungs-

Erfindungsgegenstand ist nicht eine Einrichtung gemäß das Dampfablaßventil dem letzten Behälter zu,

zum Speichern und Abgeben von beliebiger Flüssig- so öffnet sich dieses Ventil zwar bei einem Druck-

keit, sondern eine Einrichtung zum Speichern und anstieg im System ebenfalls, so daß der letzte Behälter

Abgeben von tief siedenden Flüssigkeiten. eine Druckabsenkung unterhalb des eingestellten

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Ein- 65 Sicherheitsdruckes erfährt und sich die anderen Berichtung zum Speichern und Abgeben tief siedender hälter über die Verbindungsleitung im Druck, eben-Flüssigkeiten, die bei geringem Aufwand an Leitun- falls ausgleichen können, nicht möglich ist jedoch, gen und Ventilen, ohne zusätzliche Heizeinrichtungen, daß Flüssigkeit von einem vorgeschalteten Behälter in

3 4

einen nachgeschalteten Behälter strömen kann, da können in dem letzten Behälter der Reihe auch noch

die Verbindungsleitungen zwischen den beiden Be- zusätzliche Entlüftungsmittel in Gestalt einer ge-

hältern im Dampfraum und nicht im Flüssigkeitsraum trennten Leitung 26, die ein Ventil 28 enthält, vor-

des vorgeschalteten Behälters beginnen. gesehen werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist 5 Jeder der Behälter der Reihe ist vorzugsweise mit

für die gesamte Behälterreihe lediglich eine Einfüll- getrennten Druckbegrenzungsmitteln, wie auf Druck

leitung vorgesehen, die in den auch die Entnahme- ansprechenden Ventilen 30 und 32 und Bruchplatten

leitung enthaltenden Behälter mündet. Auf diese 34 und 36, versehen, die derart eingestellt werden,

Weise wird mittels einer einfachen Leitungsführung daß sie einen angemessenen Druck, der die Abgabe der beim Füllen jeweils nachgeschaltete Behälter in io der Flüssigkeit aus den Behältern gestattet, aufrecht-

an sich bekannter Weise durch überströmenden erhalten.

Dampf vorgekühlt. Der Füllvorgang läuft durch Be- Während der Zeiträume, in denen keine Flüssigkeit

tätigung eines einzigen Ventils automatisch ab, ohne entnommen wird, sucht der Druck innerhalb der Ein-

daß die Fülleitung umgeschaltet werden muß. richtung die Druckstärke der niedrigsten Druckbe-

Der Füllvorgang kann dadurch beschleunigt wer- 15 grenzungsventileinstellung zu erreichen. Um eine un-

den, daß entsprechend einer weiteren Ausgestaltung erwünschte Abgabe von Flüssigkeit zu vermeiden, ist

der Erfindung ein mit der obersten Zone des letzten das auf den niedrigsten Druck ansprechende Ventil

Behälters der Reihe verbundenes Absperrventil vor- im letzten Behälter der Reihe angeordnet,

gesehen ist. Durch das Öffnen des Ventils wird ver- Soll Flüssigkeit aus der Einrichtung abgegeben wer-

hindert, daß sich beim Füllen ein die Einfüllströmung 20 den, so wird ein Ventil 38 in der Entnahmeleitung 40

behindernder Druck aufbaut. geöffnet, und aus dem ersten Behälter 10 fließt auf

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Grund des in dem ersten Behälter herrschenden ÜberErfindung verbindet die obersten Zonen je zweier drucks Flüssigkeit. Mit dem Sinken des Flüssigkeitsbenachbarter Behälter eine Leitung, die ein in Ent- pegels und des Druckes in dem Behälter 10 beginnt nahmerichtung sperrendes Rückschlagventil enthält. 25 Flüssigkeit aus der unteren Zone des Behälters 12 Hierdurch wird einerseits das Einfüllen der Flüssig- in der Leitung 20 zu steigen. Erreicht diese Flüssigkeit in die gesamte Behälterreihe erleichtert, da die keit den aus der Isolierung des Behälters 12 ragenden in den Behältern hochsteigende Flüssigkeit nicht dem Leitungsteil, so verdampft sie. Der entstehende Dampf Einfülldruck entgegenwirkt, andererseits werden die strömt zum Druckausgleich in die obere Zone des jeweils nachfolgenden Behälter im oberen Abschnitt 30 Behälters 10. Auch bei schneller Flüssigkeitsabgabe besser vorgekühlt. aus dem Behälter 10 fließt somit nur eine geringe

Die F i g. 1 und 2 zeigen schematisch Darstellungen Menge an Flüssigkeit aus dem Behälter 12 nach,

von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Abgabe des Behälters 10 erfolgt auf diese

In F i g. 1 sind zwei Behälter 10 und 12 erfindungs- Weise nahezu vollständig, bis der Flüssigkeitspegel

gemäß in Reihe miteinander verbunden. Der Behälter 35 das untere Ende der Entnahmeleitung 40 erreicht hat,

10 wird mit einer tiefsiedenden Flüssigkeit, wie z. B. ohne daß aus dem Behälter 12 wesentliche Mengen

flüssigem Stickstoff, über eine Leitung 14 gefüllt. Eine an Flüssigkeit in den Behälter 10 überführt werden,

nicht dargestellte Quelle ist bei 16 angeschlossen. Der Sobald der Flüssigkeitspegel in dem Behälter 10 das

Zufluß in die Leitung 14 wird durch ein Ventil 18 untere Ende der Steigleitung 40 erreicht hat, strömt

gesteuert. Jeder während der Füllung des Behälters 40 wegen des raschen Druckabfalls im Behälter 10 plötz-

10 entstehende Dampf wird aus der obersten Zone lieh ein großer Teil der Flüssigkeit aus dem Behälter

des Behälters 10 durch eine Leitung 20 in die un- 12 in den Behälter 10, so daß die kontinuierliche

terste Zone des nächsten Behälters 12 der Reihe ge- schnelle Abgabe von Flüssigkeit aus dem Behälter 10

leitet. Dieser abströmende Dampf kühlt den Behälter über die Entnahmeleitung 40 nicht unterbrochen

12 vor und wird aus dessen oberster Zone durch eine 45 wird. Die Überführung von Flüssigkeit aus gegebenen-

Leitung 22 entweder in einen weiteren folgenden Be- falls jeweils nachgeschalteten Behältern erfolgt auf

hälter oder, wenn der Behälter 12 der letzte der Reihe gleiche Weise. Somit werden alle nachgeschalteten

ist, beispielsweise über ein Absperrventil 24 in die Behälter der Reihe nacheinander über den ersten Be-

Atmosphäre abgelassen. Das Ventil 24 in der Leitung halter in der Reihenfolge, in der sie gefüllt werden,

22 ist in diesem Fall während des Füllens geöffnet, 50 geleert.

um das Entweichen von Dampf zu ermöglichen. Es Um den der einzufüllenden Flüssigkeit entgegenwird nach Beendigung des Füllens geschlossen. tretenden Druck zu vermindern und damit die zum

Der Behälter 10 wird auf eine vorbestimmte, durch Füllen der Einrichtung erforderliche Zeit herabzudie Lage des Endes der Leitung 20 in ihm bestimmte setzen, kann die Einfülleitung 114 in den oberen Höhe gefüllt, da, sobald der Flüssigkeitspegel das 55 Dampfraum des ersten Behälters 110 münden, wie untere Ende der Überströmleitung20 in der oberen in Fig. 2 dargestellt. Flüssigkeitseinfüllen in den Zone des Behälters 10 übersteigt, der Dampf nicht Dampfraum hat den Vorteil, daß der Flüssigkeitsmehr entweichen kann und sich ein abgeschlossener strömungswiderstand geringer ist und zum Füllen aus Dampfbereich ausbildet. Infolge des beim weiteren der Versorgungsleitung 116 weniger Druck benötigt Einfüllen in den ersten Behälter steigenden Druckes 60 _wi_rd. Beim Füllen in den Dampfraum ist eine gelangt Flüssigkeit aus der oberen Zone durch die getrennte Entnahmeleitung 140, die vom unteren Teil Leitung 20 in die untere Zone des in der Reihe fol- des ersten Behälters ausgeht, vorgesehen (F i g. 2). genden Behälters 12. Beim Füllen des Behälters 12 F i g. 2 zeigt ebenfalls getrennte Leitungen 142 und auf eine vorbestimmte Höhe, die wiederum von der 144, die die oberen Zonen der aufeinanderfolgenden Lage des Endes der Leitung 22 in ihm bestimmt ist, 65 Behälter miteinander verbinden, damit diese ebenfalls wird, wenn er der letzte Behälter der Reihe ist, die über den Dampfraum gefüllt werden können und der Flüssigkeitszufuhr von der Versorgungsleitung durch Flüssigkeitsströmungswiderstand beim Einfüllen auf Schließen des Ventils 18 beendet. Wenn gewünscht, ein Minimum herabgesetzt wird.

Das Verbinden der oberen Zonen aufeinanderfolgender Behälter der Reihe miteinander sowie das Verbinden jeweils der unteren Zone eines jeden nachfolgenden Behälters mit der oberen Zone des vorgeschalteten Behälters bringt einen weiteren Vorteil für das Füllen der in F i g. 2 dargestellten Abgabeeinrichtung mit sich. Während Flüssigkeit aus der Versorgungsleitung 116 in die obere Zone des ersten Behälters 110 der Reihe geleitet wird, drückt eine erste Druckwelle durch die Leitungen 120 und 121 sowie die Leitungen 142 und 144 mit den Rückschlagventilen 146 und 148 Dampf nacheinander in jeden der nachfolgenden Behälter. Während die Flüssigkeit weiter in den ersten Behälter läuft, veranlaßt die Druckabnahme darin, die von der Dampfkondensation infolge des Flüssigkeitseintritts erfolgt, den übergeströmten Dampf, durch die Leitungen 120 und 121 wieder in den Behälter HO zurückzuströmen. Wenn dann die Flüssigkeit in dem Behälter 110 den Punkt erreicht, wo. sie durch die Leitung 142 in den nächsten Behälter 111 hinüberströmt, entsteht eine ähnliche erste Druckwelle mit anschließender Dampfkondensation in dem Behälter Ul und so fort bis zum letzten Behälter 112 der Reihe, Wenn zur vollständigen Füllung erforderlich, kann durch eine geeignete Dampfleitung mit einem entsprechenden Ventil, beispielsweise einem Drucksteuerventil, Dampf aus dem letzten Behälter abgelassen werden. Wegen der Rück-Icondengation wird ein übermäßiger Dampfverlust aus dem letzten Behälter verhindert.

Die Flüssigkeitsabgabe aus der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung durch die Leitung 140 und das Ventil 138. geschieht auf die im Zusammenhang mit Fig, 1 beschriebene Weise, wobei die Rückschlagventile 146 und 148 in den Leitungen 142 und 144 ein Zurückströmen des Dampfes aus den nachfalgend.en Behältern verhindern. Jeder Behälter kann vorzugsweise mit Druckbegrenzungsventilen ähnlich den in Fig. 1 gezeigten versehen sein, wobei das Druckbegrenzungsventil am letzten Behälter 112, wenn mehrere Behälter solche Ventile tragen, auf den niedrigsten Druck eingestellt ist.

Die Ventile der Einrichtungen gemäß Fig. 1 und 2 gönnen von Hand oder auch automatisch betrieben werden und im letzteren Falle entweder elektrisch oder pneumatisch. Ferner können FJüssigkeitsstandsme.ßemrichtungen zur einfachen Bestimmung der in dem System enthaltenen Flüssigkeitsmenge benutzt werden. Auch können zur Überwachung des Füllvorganges in dem letzten Behälter eine Reihe Mittel zum Messen des Flüssigkeitsstandes angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Speichern und Abgeben von tiefsiedender Flüssigkeit, wie Stockstoff, aus einem isolierten, Flüssigkeit und Gas im Überdruck enthaltenden Behälter mit einer bis in die unterste Zone des Behälters reichenden Entnahmeleituig, dadurch gekennzeichnet, daß mit diesem Behälter (10; 110) ein oder~mehrere isolierte, unter Überdruck stehende Behälter (12; 111, 112) mittels je einer Überströmleitung (20; 120, 121) in Reihe derart verbunden sind, daß in die oberste Zone des die Entnahmeleitung (40; 140) enthaltenden ersten Behälters (10; UO) eine Überströmleitung (20; 120) mündet, deren anderes Ende bis in die unterste Zone des zweiten Behälters (12; 111) reicht, und mit dem zweiten Behälter (111) die gegebenenfalls weiteren Behälter in gleicher Weise in Reihenschaltung verbunden sind,

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils letzte Behälter ein auf Druck ansprechendes Ventil (32) aufweist oder, wenn mehrere Behälter ein auf Druck ansprechendes Ventil (30, 32) aufweisen, das Ventil (32) des letzten Behälters (12) auf den niedrigsten Ansprechdruck eingestellt ist.

" 3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Behälterreihe lediglich eine Emfülleitung (14; 114) vorgesehen ist, die in den auch die Entnahmeleitung (40; 140) enthaltenden Behälter (IQ; UO) mündet.

4. Einrichtung nach,Anspruch3,. dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der obersten Zone des letzten Behälters (12; 112) der Reihe verbundenes Absperrventil (24; 124) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obersten Zonen je zweier benachbarter Behälter mittels einer Leitung (142, 144) verbunden sind, die ein in Entnahmerichtung sperrendes Rückschlagventil (146, 148) enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen