DE19909997C1 - Behälter zur Speicherung kryogener Medien - Google Patents
Behälter zur Speicherung kryogener MedienInfo
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Abstract
Bei Behältern (1) zur Speicherung kryogener Medien mit einem Heber (10) zur Entnahme des gespeicherten Mediums, wobei der Heber (10) ein Einflußende (13) und ein Ausflußende (15) aufweist, werden die thermodynamischen Schwingungen des Hebers (10) weitestgehend ausgeschlossen und der Wärmeeinfall in den Heber (10) und in den Behälter (1) dadurch reduziert, daß das Ausflußende (15) des Hebers (10) bei Nichtentnahme von kryogenem Medium aus dem Behälter (1) in Strömungsverbindung mit dem Behälter (1) steht.
Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Behälter zur Speicherung kryogener
Medien mit einem Heber zur Entnahme des gespeicherten Mediums, wobei
der Heber ein Einflußende und ein Ausflußende aufweist.
Behälter dieser Art werden als Transporteinheiten für kryogene Medien
eingesetzt, denen am Einsatzort das kryogene Medium bei möglichst
geringer Erwärmung entnommen werden kann.
So ist etwa aus der DE 690 07 942 T2 ein Behälter dieser Art bekannt, bei
denen ein Heber derart ausgeführt ist, daß sein Einflußende im unteren
Bereich des Behälters mündet und sein Ausflußende außerhalb des
Behälters durch ein Heberventil verschlossen wird. Zur Entnahme des
kryogenen Mediums aus dem Behälter wird der Heber mit einem dem
Heberventil in Strömungsrichtung nachgeschalteten Anschluß an den
Verbraucher angeschlossen. Bei geöffnetem Heberventil kann dann dem
Behälter kryogenes Medium entnommen werden. Da das Einflußende des
Hebers im unteren Bereich des Behälters mündet, wird dem Behälter in der
Regel kryogenes Medium in flüssiger Form entnommen. Bei Nichtentnahme
von kryogenem Medium aus dem Behälter wird das Heberventil
geschlossen.
Bei vakuumisolierten Herbern kommt es bei dieser Konfiguration leicht zu
thermodynamischen Schwingungen, sog. Taconis-Schwingungen, die eine
hohe Verdampfung des flüssigen kryogenen Mediums zur Folge haben. Aus
diesem Grund wird der Heber, speziell bei der Speicherung von flüssigem
Helium, bei Nichtgebrauch aus dem Behälter ausgebaut oder zumindest aus
der Flüssigkeit gezogen. Das hat zur Folge, daß sich der Heber erwärmt und
für jede Entnahme neu gekühlt werden muß, wodurch kryogenes Medium
verdampft. Dieser Vorgang ist ferner umständlich und bei brennbaren
kryogenen Medien mit einer Verbrennungsgefahr verbunden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der
Erfindung darin, einen Behälter zur Speicherung kryogener Medien mit
einem Heber zur Entnahme des gespeicherten Mediums vorzuschlagen, bei
dem die thermodynamischen Schwingungen des Hebers weitestgehend
ausgeschlossen und der Wärmeeinfall in den Heberund in den Behälter
reduziert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Behälter der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß der Behälter 1 eine Anschluß
einrichtung aufweist, an der das Ausflußende 15 des Hebers 10 zur
Herstellung einer Strömungsverbindung bei Nichtentnahme von kryogenem
Medium mit dem Behälter 1 verbindbar ist.
Durch diese Anordnung ist es möglich, daß das Ausflußende des Hebers bei
Nichtentnahme von kryogenem Medium im Druckausgleich mit dem Behälter
steht. Durch die Strömungsverbindung des Ausflußendes des Hebers mit
dem Behälter kann das Heberventil in diesem Zustand geöffnet werden, so
daß ein Druckausgleich zwischen dem Heber und dem Behälter entsteht, der
die thermodynamischen Schwingungen unterbindet. Ebenso wird bei einer
möglichen Undichtigkeit des Heberventils das austretende Medium in den
Behälter zurückgeführt.
Zweckmäßig ist es dann, daß der zum Ausflußende des Hebers führende
Teil des Hebers an der Oberseite des Behälters aus dem Behälter geführt
wird. Durch diese Anordnung strömt die flüssige Phase des kryogenen Me
diums, die sich zum Zeitpunkt des Schließens des Heberventils in dem Teil
des Hebers befand, der außerhalb des Behälters angeordnet ist, bei einem
Druckausgleich des Hebers mit dem Behälter in den Behälter zurück. Somit
befindet sich bei Nichtentnahme von kryogenem Medium in dem Heber nur
kryogenes Medium in dampfförmiger Phase. Durch die Verbindung des
Heberendes wieder mit dem Behälter werden Toconisschwingungen, die zu
einer zusätzlichen Verdampfung der Flüssigkeit im Behälter führen,
weitestgehend ausgeschlossen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Heber
außerhalb des Behälters einen flexiblen Schlauch aufweist. Durch diesen
flexiblen Schlauch kann der außerhalb des Behälters befindliche Teil des
Hebers verschwenkt werden. Damit kann sein Ausflußende einfacher von
dem Verbraucher zu dem Behälter geschwenkt werden, um bei
Nichtentnahme von kryogenem Medium eine Strömungsverbindung des
Ausflußendes mit dem Behälter herzustellen.
Der Wärmeeinfall in den Behälter oder die Teile des Hebers, die sich
außerhalb des Behälters befinden, kann weiter verringert werden, wenn der
Behälter und/oder der Schlauch des Hebers vakuum-isoliert sind.
Um auch nach längeren Standzeiten ohne Entnahme von kryogenem
Medium aus dem Behälter Schäden an dem Behälter zu vermeiden, die
durch den durch verdampfende Flüssigkeit erzeugten Überdruck
hervorgerufen werden, ist es zweckmäßig, wenn der erfindungsgemäße
Behälter einen Sicherheitsaufsatz aufweist. Ein solcher Sicherheitsaufsatz
steht bevorzugt in Verbindung mit einer Überströmeinrichtung. Bei einer
derartigen Anordnung kann bei Erreichen eines vorher festgelegten
Druckniveaus in dem Behälter gasförmiges kryogenes Medium durch die
Überströmeinrichtung aus dem Behälter strömen, wodurch eine Reduzierung
des Innendrucks des Behälters sowie eine Kühlung der Einbauten und Teile
des Heberrohres ermöglicht wird.
In einer konstruktiv besonders einfachen Ausführung des
erfindungsgemäßen Behälters steht das Ausflußende des Hebers bei
Nichtentnahme von kryogenem Medium in Strömungsverbindung mit dem
Sicherheitsaufsatz des Behälters. Dies ermöglicht es, daß das Ausflußende
des Hebers in Strömungsverbindung mit dem Innenraum des Behälters
gebracht werden kann, ohne daß die Vakuumisolierung des Behälters durch
einen Anschluß für das Ausflußende unterbrochen wird.
Zur Reduzierung des Wärmeeinfalls in das kryogene Medium durch das
Heberrohr ist es von Vorteil, wenn ein Rohr des Hebers durch den
Sicherheitsaufsatz geführt wird. Dadurch wird dieses Rohr durch
verdampftes kryogenes Medium, das durch das Behälterhalsrohr und den
Sicherheitsaufsatz zur Überströmeinrichtung strömt, gekühlt und somit die
Wärmeeinleitung in den Behälter reduziert.
Um bei längeren Standzeiten ohne Entnahme von kryogenem Medium den
Wärmeeintrag über den Heber in den Behälter zu reduzieren, ist es
zweckmäßig, wenn der Heber vollständig aus dem Behälter entnehmbar ist.
Das kryogene Medium kann dann in dem verschlossenen Behälter ohne
Heber gespeichert werden.
Um Thermosiphonströmungen im Heber zu vermeiden, die wiederum
Wärme in das gespeicherte kryogene Medium bringen können, kann es
sinnvoll sein, die Strömungsverbindung vom Ausflußende des Hebers in den
Behälter hinein auch vakuumisoliert auszuführen. Wenn der Behälter mit 2
Entnahmehebern ausgerüstet werden soll, kann auch der 2. Heber als
Strömungsverbindung genutzt werden.
Vorzugsweise ist ein Absperrventil, das einen Anschluß des Hebers an den
Behälter ermöglicht, als selbsttätig schließendes, federbelastetes Ventil
ausgeführt, das eine einfache Handhabung der Ankupplung des Hebers an
den Behälter ermöglicht. Ebenso kann das den Heber verschließende
Heberventil als selbsttätiges, federbelastetes Ventil ausgeführt sein.
Um ein Kaltfahren des Hebers zu ermöglichen, nachdem dieser erneut in den
Behälter eingeführt worden ist, ist es zweckmäßig, wenn das Heberventil
zusätzlich eine Handbetätigung aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur der
Zeichnung einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Behälter.
Die Figur zeigt einen vakuum-isolierten Behälter 1 zur Speicherung von
kryogenen Medien, der sich aus einem Außenbehälter 2 und einem
Innenbehälter 3 zusammensetzt. Der Innenbehälter 3 weist an seinem oberen
Ende ein Halsrohr 4 der Außenbehälter 2 einen das Halsrohr 4 umgebenden
Entnahmestutzen 5 auf. Das Halsrohr 4 mündet in einem Flansch 6. Der
Entnahmestutzen 5 des Außenbehälters 2 wird über einen Flansch 7 so mit
dem Halsrohr 4 des Innenbehälters 3 verbunden, daß der Außenbehälter 2
und dessen Entnahmestutzen 5 eine geschlossene Hülle um den
Innenbehälter 3 und dessen Halsrohr 4 bilden.
An den Flansch 6 des Halsrohres 4 des Innenbehälters 3 ist ein
Sicherheitsaufsatz 8 angeschlossen, der mit den zum Betrieb notwendigen
Armaturen (nicht dargestellt) ausgerüstet ist. An dem Sicherheitsaufsatz 8
ist eine Überströmeinrichtung 9 angeschlossen.
Der Behälter 1 weist ferner einen Heber 10 zur Entnahme des kryogenen
Mediums aus dem Innenbehälter 3 auf. Dieser Heber 10 weist ein in dem
Innenbehälter 3 befindliches Rohr 11 auf und einen außerhalb des Behälters
1 an das Rohr 11 angeschlossenen Schlauch 12. Der Heber 10 weist an dem
unteren Ende des Rohrs 11 ein Einflußende 13 auf sowie ein an dem dem
Behälter abgewandten Ende des Schlauchs als Anschlußstutzen 14
ausgeführtes Ausflußende 15. Dem Anschlußstutzen 14 in
Strömungsrichtung vorgelagert ist ein Heberventil 16 an dem Schlauch
angebracht.
Der Anschlußstutzen 14 des Schlauchs 12 kann an ein Absperrventil 17
angeschlossen werden, das an dem Sicherheitsaufsatz 8 angebracht ist. Um
Thermosiphonströmungen zu vermeiden, die Wärme von außen in den
Behälter bringen, ist die Strömungsverbindung zwischen dem Absperrventil
17 und dem Behälter 1 vakuum-isoliert (nicht dargestellt).
Im folgenden wird beschrieben, wie dem Behälter 1 kryogenes Medium über
den Heber 10 entnommen werden kann. Hierzu werden das Heberventil 16
und das Absperrventil 17 geschlossen. Anschließend wird der
Anschlußstutzen 14 von dem Absperrventil 17 getrennt und an einen zur
Aufnahme des Anschlußstutzens 14 angepaßten Stutzen eines Verbrauchers
oder eines Adapters angeschlossen. Anschließend wird das Heberventil 16
geöffnet, so daß der Verbraucher dem Behälter 1 über den Heber 10 aus
dem Innenbehälter 3 kryogenes Medium entnehmen kann. Da das
Einflußende 13 des Rohrs 11 des Hebers 10 in den unteren Bereich des
Innenbehälters 3 mündet, wird dem Innenbehälter 3 über den Heber 10
solange kryogenes Medium in flüssiger Phase entnommen, bis ein minimaler
Füllstand erreicht ist, bei dem das Einflußende 13 des Rohrs 11 des Hebers
10 nicht mehr in der flüssigen Phase des kryogenen Mediums mündet.
Im folgenden wird beschrieben, wie der Anschlußstutzen 14 des Hebers 10
in Strömungsverbindung mit dem Sicherheitsaufsatz 8 gebracht wird, falls
die Entnahme von kryogenem Medium aus dem Behälter 1 über den Heber
10 beendet wird. Zu diesem Zweck wird das Heberventil 16 geschlossen,
und der Anschlußstutzen 14 von dem Verbraucher entfernt.
Nachdem das Heberventil 16 geschlossen worden ist, wird der
Anschlußstutzen 14 von dem Verbraucher entkoppelt und mit dem
Absperrventil 17 des Sicherheitsaufsatzes 8 verbunden. Anschließend
werden das Absperrventil 17 und das Heberventil 16 geöffnet. Dadurch ist
es möglich, daß sich ein Druckausgleich zwischen dem Druck des kryogenen
Mediums in dampfförmiger Phase in dem Sicherheitsaufsatzes 8 und dem
Heber einstellt.
Damit ist gewährleistet, daß thermodynamische Schwingungen (Taconis-
Schwingungen) im Heber und ein daraus folgender Wärmeeinfall in den
Heber und in den Behälter reduziert werden.
Claims (15)
1. Behälter zur Speicherung kryogener Medien mit einem Heber zur
Entnahme des gespeicherten Mediums, wobei der Heber ein
Einflußende und ein Ausflußende aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter (1) eine Anschlußeinrichtung aufweist, an der das
Ausflußende (15) des Hebers (10) zur Herstellung einer
Strömungsverbindung bei Nichtentnahme von kryogenem Medium
mit dem Behälter (1) verbindbar ist.
2. Behälter flach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußeinrichtung für das Ausflußende (15) des Hebers
(10) bei Nichtentnahme von kryogenem Medium aus dem Behälter (1)
im oberen Teil des Behälters (1) angeordnet ist.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zum Ausflußende (15) führende Teil des Hebers (10) an der
Oberseite des Behälters (1) aus dem Behälter (1) geführt wird.
4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter (1) einen Innenbehälter (3) mit Halsrohr (4) aufweist
und daß der Heber (10) mit einem Heberrohr (11) durch das Halsrohr
geführt ist.
5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heber (10) außerhalb des
Behälters (1) einen flexiblen Schlauch (12) aufweist.
6. Behälter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Heber (10) ganz oder teilweise vakuum-isoliert ist.
7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter (1) vakuum-isoliert ist.
8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter (1) einen Sicherheitsaufsatz (8) aufweist, der in
Verbindung mit einer Überströmeinrichtung (9) steht und bei dem
das Heberrohr (11) von außen von dem über das Halsrohr (4) und
die Überströmeinrichtung (9) ausströmende Gas kühlbar ist.
9. Behälter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausflußende (15) des Hebers (10) bei Nichtentnahme von
kryogenem Medium aus dem Behälter (1) in Strömungsverbindung
mit dem Sicherheitsaufsatz (8) und/oder dem Halsrohr (4) steht.
10. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Heber (10) vollständig aus dem Behälter (1) entnehmbar ist.
11. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Absperrventil (17) des Behälters (1) als selbsttätig
schließendes Ventil ausgeführt ist, das durch den Kupplungsvorgang
geöffnet wird.
12. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Heberventil (16) am Ausflußende (15) des Hebers (10) als
selbsttätig schließendes Ventil ausgeführt ist, das durch den
Kupplungsvorgang geöffnet wird.
13. Behälter nach Anspruch 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Heberventil (16) eine Handbetätigung aufweist.
14. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungsverbindung zwischen dem Ausflußende (15) und
dem Behälter (1) vakuum-isoliert ist.
15. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungsverbindung zwischen dem Behälter (1) und dem
Ausflußende (15) des Hebers (10) als zweiter Heber ausgeführt ist,
wobei die beiden Ausflußenden der Heber (10) miteinander in
Strömungsverbindung stehen, wenn dem Behälter (1) kein
kryogenes Medium entnommen wird.
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