DE19949336A1 - Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten - Google Patents

Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten

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Abstract

Ein verbesserter Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten weist einen Hauptbehälter 12 auf, in dem ein Ausgleichsbehälter 30 angeordnet ist. Der obere Teil 19 des Hauptbehälters 12 steht über eine Rohrleitung 36 und eine Öffnung 32 im Ausgleichsbehälter 30 mit dem unteren Teil 38 des Ausgleichsbehälters 30 in Verbindung. Die Rohrleitung 36 ist derart dimensioniert und angeordnet, daß sich der Hauptbehälter 12 mit der eingeleiteten Tieftemperaturflüssigkeit füllt, während der Ausgleichsbehälter 30 in erster Linie leer bleibt. Der eingeschränkte Zufluß in den Ausgleichsbehälter 30 bewirkt eine Verringerung des Zuflusses an kryogenem Gemisch in den Hauptbehälter 12, wenn der Hauptbehälter 12 annähernd gefüllt ist. Diese Verringerung des Zuflusses wird genutzt, um die Füllung des Behälters zu beenden. Die Entnahme des Produktes aus dem Hauptbehälter 12 verringert den Druck und den Flüssigkeitspegel darin, so daß Flüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter 30 fließt und nicht zurückfließen kann.

Description

Die Erfindung betrifft Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten, insbesondere verbesserte Vorratsbehälter für derartige Flüssigkeiten, die sich durch eine verbesserte Ausgleichsbehälteranordnung auszeichnen.
Tieftemperaturflüssigkeiten sind verflüssigte Gase, deren Siedepunkt im allgemeinen bei atmosphärischen Druck unter -110,11°C (-150°F) liegt. Beispiele für Tieftemperaturflüssigkeiten sind z. B. Flüssignaturgas (LNG), Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, Methan und Wasserstoff.
Tieftemperaturflüssigkeiten werden normalerweise in thermisch isolierten Behältern gelagert, die aus einem inneren Vorratsgefäß bestehen, daß innerhalb einer äußeren Schale angeordnet ist. Der Freiraum zwischen dem inneren Gefäß und der äußeren Schale ist typischerweise mit Isolierungsmaterial gefüllt, und ein Vakuum kann innerhalb des Freiraums erzeugt werden. Eine solche Anordnung minimiert den Wärmeübergang von der Umgebung zu der in dem Behälter gelagerten Tieftemperaturflüssigkeit, so daß die Verdampfung minimiert wird.
Ein Tieftemperaturvorratsbehälter wird jedoch unabhängig davon, wie gut er isoliert ist, immer darunter leiden, daß ein Wärmeübergang zwischen der Umgebung und dem flüssigen kryogenen Gemisch erfolgt. Als Ergebnis erwärmt sich die Tieftemperaturflüssigkeit mit der Zeit. Dadurch dehnt sich die Tieftemperaturflüssigkeit aus, so daß sich der Druck innerhalb des Behälters erhöht. Wenn weitere Zeit verstreicht, setzt sich der Anstieg des Drucks innerhalb des Behälter fort. Sobald der Druck ein kritisches Niveau erreicht, wird es notwendig, den Behälter zu lüften und einen Teil des Dampfes zu entlassen.
Einzelleitungs- oder Schlauchfüllung derartiger Behälter wird durch das Sprühen unterkühlter Tieftemperaturflüssigkeit, d. h., Tieftemperaturflüssigkeit bei einer Temperatur und einem Druck unterhalb ihres Verdampfungspunktes, in das obere Ende des Behälters erreicht. Dadurch kann der Dampf im Behälter zusammengedrückt und Flüssigkeit rekondensiert werden. Dadurch wird das Lüften während des Füllens nicht benötigt, und die damit verbundenen Produktverluste werden vermieden. Zusätzlich ist die Dosierung stark vereinfacht, da aufgrund des Fehlens der Entlüftung keine Ausflußmenge von dem gelieferten Produkt abgezogen werden muß.
Eine Nachteil der Einzelleitungsfüllung besteht jedoch darin, daß sie die Füllung eines Behälters mit Flüssigkeit bis nahezu 100% erlaubt. Dadurch, daß kein Freiraum zum Ausgleichen der Ausdehnung des kryogenen Gemischs während dessen Aufwärmung vorhanden ist, wird die Haltezeit des Behälters stark reduziert.
Nach dem Stand der Technik wird versucht, dieses Problem zu lösen, indem mechanische und elektronische Flüssigkeitspegelmeßeinrichtungen eingesetzt werden, die den Zufluß des kryogenen Gemischs in den Behälter stoppen, bevor dieser zu 100% gefüllt ist. Derartige Einrichtungen nutzen jedoch entweder bewegliche Teile innerhalb des Behälters, die zum Einfrieren neigen, und/oder externe elektronische Verbindungen, die zu Beschädigungen neigen oder korrosionsanfällig sind. In Anbetracht der Nachteile einer derartigen Flüssigkeitspegelmessung zur Abstellung wurden Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten entwickelt, die Ausgleichsbehälter aufweisen.
Das US-Patent Nr. 5,404,918 (Gustafson) offenbart einen Tieftemperaturvorratsbehälter, der einen Hauptvorratsbehälter mit einem darin angeordneten kleineren Ausgleichsbehälter aufweist. Die Behälter sind über einen relativ engen Durchgang im Boden des Ausgleichsbehälters verbunden. Der Durchgang hat eine Durchflußmengenkapazität bis zum 30% der Füllungsleitung des Hauptbehälters. Da die Füllungsleitung bedeutend größer als der Durchgang ist, wird der Hauptbehälter mit Flüssigkeit gefüllt, während der Ausgleichsbehälter bis auf den Tieftemperaturdampf im wesentlichen leer bleibt. Sobald der Hauptbehälter voll wird, tritt ein starker Druckanstieg auf, der auf den gestiegenen Fließwiderstand im Durchgang zurückzuführen ist. Als Ergebnis wird der Zufluß in den Hauptbehälter dramatisch verringert. Dies wird durch eine externe Zuflußüberwachungseinrichtung ermittelt, und der Füllungsvorgang wird gestoppt. Der in dem Ausgleichsbehälter zurückbleibende Dampfraum bietet Platz für die durch Erwärmung auftretende Ausdehnung der Flüssigkeit.
Das flüssige kryogene Gemisch im Hauptbehälter kühlt die Wände des Ausgleichsbehälters, so daß der darin enthaltende Dampf bis auf die Temperatur der Flüssigkeit in dem Hauptbehälter gekühlt wird. Dadurch kondensiert ein Teil des Dampfes im Ausgleichsbehälter, so daß der Druck darin sinkt. Die Flüssigkeit im Ausgleichsbehälter erreicht ebenfalls die gleiche Temperatur wie die Flüssigkeit im Hauptbehälter. Der geringfügige Druckunterschied zwischen den Kopfräumen des Hauptbehälters und des Ausgleichsbehälters veranlaßt die Flüssigkeit dazu, in den Ausgleichsbehälter zu fließen. Dadurch neigen die Flüssigkeitpegel und die Kopfraumdrücke in dem Hauptbehälter und dem Ausgleichsbehälter dazu, sich auszugleichen. Sobald das Produkt aus dem Haupttank entnommen wird, fließt Flüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter, so daß die Flüssigkeitspegel und die Kopfraumdrücke in den beiden Behältern erneut ausgeglichen werden.
Obwohl der bekannte Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeit eine drastische Verbesserung der Haltezeit eines Tanks, der zu 100% mit flüssigem kryogenen Gemisch gefüllt ist, schafft, ist der für die Expansion zur Verfügung gestellte Druckraum nicht konstant. Z. B. wird ein zur Hälfte gefüllter Behälter, der für eine geraume Zeitdauer ruhig gestanden hat, im allgemeinen einen halbgefüllten Ausgleichsbehälter aufweisen. Wenn der Hauptbehälter dann wieder aufgefüllt wird, steht nur die Hälfte des Ausgleichsbehälters zu dessen beabsichtigtem Zweck zur Verfügung.
Ein anderes System zur Überwachung des Flüssigkeitspegels ist aus dem US- Patent Nr. 5,411,374 (Gram) bekannt. Diese Druckschrift offenbart ein System, in dem ein zweiter Behälter vor der Entnahme von Flüssigkeit aus dem Hauptbehälter geleert wird. Der zweite Behälter steht mit wenigstens zwei Leitungen in Verbindung. Eine Leitung erlaubt der Flüssigkeit aus dem Hauptbehälter, sich in den zweiten Behälter auszudehnen. Die zweite Leitung erlaubt die Entnahme aus dem zweiten Behälter. Die Entnahmeleitungen des Hauptbehälters und des zweiten Behälters sind extern mit einem Überwachungssystem verbunden, das feststellt, wann Flüssigkeit von jedem Behälter entnommen werden kann, um den zweiten Behälter zuerst zu leeren und den Druck im Hauptbehälter zu kontrollieren. Obwohl das System nach dem US- Paten Nr. 5,411,374 effektiv ist, ist es schwierig zu bauen und benötigt den Einsatz einer externen Überwachung. Diese externen Überwachungen erhöhen die Kosten und die Instandhaltungsmaßnahmen für das System.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde einen verbesserten Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten zu schaffen, der die Überwachung des Flüssigkeitspegels im Ausgleichsbehälter erlaubt.
Desweiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten zu schaffen, der die Überwachung des Ausgleichsbehälterpegels aufgrund thermodynamischer Prinzipien anstelle von mechanischen oder elektrischen Steuerungen ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten, der sich durch einen Hauptbehälter mit einem darin angeordneten Ausgleichsbehälter auszeichnet. Der obere Teil des Hauptbehälters steht mit dem Ausgleichsbehälter über eine im wesentlichen senkrecht angeordnete Rohrleitung in Verbindung. Die Rohrleitung, die innerhalb des Ausgleichsbehälters angeordnet ist, hat eine effektive Durchflußrate, die geringer als die Durchflußrate der Füllungsleitung für den Hauptbehälter ist, so daß sich der Ausgleichsbehälter im wesentlichen nicht mit Flüssigkeit füllt, wenn der Hauptbehälter gefüllt wird. Ist der Hauptbehälter gefüllt, steigt der Druck im Hauptbehälter aufgrund der Drosselung in dem Ausgleichsbehälter an. Dadurch sinkt die Durchflußmenge. Das sinken der Durchflußmenge wird ermittelt, um den Füllungsvorgang zu beenden.
Der Ausgleichsbehälter wird dann durch die ihn umgebende Tieftemperaturflüssigkeit gekühlt, so daß der Dampf im Ausgleichsbehälter die gleiche Temperatur wie die Flüssigkeit annimmt. Dadurch kollabiert der Druckraum in dem Ausgleichsbehälter, so daß die Tieftemperaturflüssigkeit über die Rohrleitung in den Ausgleichsbehälter fließen kann. Somit ermöglicht der Ausgleichsbehälter, die Expansion der Flüssigkeit in dem stillstehenden Hauptbehälter auszugleichen.
Die Entnahme von Tieftemperaturflüssigkeit aus dem Hauptbehälter bewirkt eine Senkung des Drucks im Hauptbehälter relativ zu dem Ausgleichsbehälter. Aufgrund der Druckdifferenz fließt Tieftemperaturflüssigkeit vom Boden des Ausgleichsbehälters über die Rohrleitung in den Hauptbehälter. Wenn der Flüssigkeitspegel im Hauptbehälter unterhalb von ca. 90% ist, steht lediglich der Dampf des Hauptbehälters mit dem Ausgleichsbehälter in Verbindung. Der Ausgleichsbehälter wird somit vor dem Hauptbehälter vollständig von Flüssigkeit geleert, so daß dessen totales Expansionsvolumen zur Verfügung steht, wenn der Hauptbehälter wieder befüllt werden sollte bevor dieser leer ist. Die Verfügbarkeit des maximalen Ausgleichsbehältervolumens kann ferner dadurch festgestellt werden, daß der Ausgleichsbehälter entlang einer äußeren Wand angeordnet wird, wo der Wärmeübergang in den Ausgleichsbehälter einen hohen Druck im Ausgleichsbehälter relativ zu dem Hauptbehälter erzeugt.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1A und 1B geschnittene Darstellungen einer Ausführungsform des verbesserten Vorratsbehälters für Tieftemperaturflüssigkeiten gemäß der Erfindung am Ende eines Füllungsvorgangs bzw. nachdem sich ein stabiler Zustand eingestellt hat;
Fig. 2 eine geschnittene Darstellung einer zweiten Ausführungsform des verbesserten Vorratsbehälters für Tieftemperaturflüssigkeiten mit einem Ausgleichsbehälter der gegenüber der äußeren Wand thermisch isoliert ist;
Fig. 3 eine geschnittene Darstellung einer dritten Ausführungsform des verbesserten Vorratsbehälters für Tieftemperaturflüssigkeiten gemäß der Erfindung in vertikaler Ausführung;
Fig. 1A zeigt eine Ausführungsform des verbesserten Vorratsbehälters für Tieftemperaturflüssigkeiten der vorliegenden Erfindung, der mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Der Vorratsbehälter 10 weißt einen Hauptvorratsbehälter 12 auf, der von einer Ummantelung 14 umgeben ist, wodurch ein isolierender Freiraum 16 geschaffen wird. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, werden der Hauptvorratsbehälter 12 und die Ummantelung 14 über eine fordere Behälterstütze 18 und eine hintere Behälterstütze 20 verbunden. Der Freiraum 16 kann mit isolierendem Material gefüllt und ein Vakuum kann darin erzeugt werden, um den Wärmeübergang zwischen der Umgebung und dem Innern des Hauptbehälters 12 zu minimieren. Das Innere des Hauptvorratsbehälters 12 weist einen oberen Teil 19 und einen unteren Teil 21 auf.
Während der isolierende Freiraum 16 den Wärmeübergang zu dem in dem Behälter gelagerten kryogenen Gemisch minimiert, ist eine gewisser Wärmeübergang unvermeidlich, der das flüssige kryogene Gemisch zum Expandieren bringt. Um die Haltezeit ohne Lüften zu maximieren, muß diese Expansion ausgeglichen werden. Der größte Wärmeübergang findet durch die vordere und hintere Behälterstütze 18, 20 statt.
Eine Füllungsleitung 22 mit einem Sprühkopf 24 ist vorgesehen, um die Tieftemperaturflüssigkeit in das Innere des Hauptbehälters 12 zu leiten. Obwohl die Füllungsleitung 22 derart dargestellt ist, daß sie in den oberen Teil 19 des Hauptbehälters 12 ragt, ist es ebenso möglich, daß der Behälter gemäß Erfindung auch mit einer bodenseitigen Füllung funktioniert, da der Füllungsvorgang nicht sonderlich von einer Versenkung des Sprühkopfes 24 beeinflußt wird.
Ein zweiter oder Ausgleichsbehälter 30 ist innerhalb des Hauptbehälters 12, wie in Fig. 1A dargestellt, angeordnet. Das tatsächliche Volumenverhältnis zwischen dem Hauptbehälter 12 und dem Ausgleichsbehälter 30 variiert aufgrund der Betriebsdruckschwankungen und der Geometrie der Behälter. Jedoch beträgt das Volumen des Ausgleichsbehälters 30 annähernd 5-25% des Volumens des Hauptbehälters 12 in einer bevorzugten Ausführungsform.
Der Ausgleichsbehälter 30 weist eine einzige Öffnung 32 in der Nähe dessen oberen Teiles 34 auf. Eine Rohrleitung 36 schließt an die Öffnung 32 an und führt zum unteren Teil 38 des Ausgleichsbehälters 30. Die effektive Durchflußrate der Rohrleitung 36 beträgt vorzugsweise 15% der Durchflußrate der Füllungsleitung 22, um die Füllung des Hauptbehälters 12 mit Tieftemperaturflüssigkeit zu ermöglichen, während der Ausgleichsbehälter 30 im wesentlichen leer bleibt. Die effektive Durchflußrate der Rohrleitung 36 wird in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Öffnung 32, dem Durchmesser und der Länge der Rohrleitung 36 und/oder dem Abstand des unteren Endes der Rohrleitung 36 zum Boden des Ausgleichsbehälters 30 variieren. Obwohl die Rohrleitung 36 als ein gerader Rohrabschnitt in einer im wesentlich vertikalen Ausrichtung dargestellt ist, versteht es sich von selbst, daß die Rohrleitung 36 alternativ eine Vielzahl von verschiedenen Formen und Ausrichtungen aufweisen kann. Die verschiedenen Formen und Ausrichtungen können ebenfalls auf die effektive Durchflußrate der Rohrleitung 36 einwirken. Wenn die Rohrleitung 36 beispielsweise eine starke Krümmung aufweist, würde deren effektive Durchflußrate sinken.
Wenn z. B. die Füllungsleitung 22 einen Durchmesser von 1,27 cm (½ Inch) aufweist, wäre die Kombination einer Öffnung 32 mit einem Durchmesser von 0,47625 cm (3/16 Inch) (und somit auch für die Rohrleitung 36) mit einer Länge der Rohrleitung 36 von 55,88 cm (22 Inch) geeignet, wenn ein ausreichender Abstand zwischen dem unteren Teil der Rohrleitung und dem Boden des Ausgleichsbehälters 30 gegeben ist. Ferner wird die effektive Durchflußrate dadurch gesenkt, daß das untere Ende der Rohrleitung in der Nähe des Bodens des Ausgleichsbehälters 30 angeordnet wird. Offensichtlich bestehen eine Vielzahl von geeigneten Kombinationen von Größen für die Öffnungen 32 und die Rohrleitung 36 sowie von Abständen zwischen dem Boden des Ausgleichsbehälters 30 und dem unteren Ende der Rohrleitung für eine vorgegebene Größe der Füllungsleitung.
Im Betrieb ist eine Quelle 40 mit flüssigem kryogenen Gemisch und eine Durchflußüberwachungseinrichtung 42 mit der Füllungsleitung 22 verbunden. Unterkühlte Tieftemperaturflüssigkeit wird dann in den Hauptbehälter 12 eingeleitet. Die Öffnung 32 ist vorzugsweise derart angeordnet, daß sie nicht untertaucht bis der Hauptbehälter 12 zu ca. 90% gefüllt ist.
Da die Rohrleitung 36 die Durchflußmenge stärker beschränkt als die Füllungsleitung 22, steigt der Druck im Hauptbehälter 12 bedeutend an, wenn dieser voll wird. Wie in Fig. 1A gezeigt, fließt die Tieftemperaturflüßigkeit dann durch die Rohrleitung 36 in den Ausgleichsbehälter 30 (da der Druck im Hauptbehälter 12 größer als der Druck im Ausgleichsbehälter 30 ist). Dadurch sinkt die Durchflußmenge an Tieftemperaturflüssigkeit in den Hauptbehälter 12 stark ab. Dieses Absinken der Durchflußmenge veranlaßt eine Durchflußüberwachungseinrichtung 42, den Zufluß von Tieftemperaturflüssigkeit in den Hauptbehälter 12 zu beenden. Bei der Durchflußüberwachungseinrichtung 42 kann es sich um jede Einrichtung handeln, die zur Messung einer fließenden Flüssigkeit in einer Röhre geeignet ist, wie z. B. eine Staudüse oder einen Leitschaufeldurchflußmesser. Alternativ können Druckmesser eingesetzt werden, um die Druckanstiege in der Leitung 40 zu messen.
Fig. 1B zeigt den Vorratsbehälter 10 einige Zeit später, nachdem er einen stabilen Zustand erreicht hat. Genauer gesagt, nachdem die Einfüllung des kryogenen Gemisches in den Hauptbehälter 12 vollendet ist, wird die Flüssigkeit in dem Hauptbehälter 12 langsam fortfahren über die Rohrleitung 36 in den Ausgleichsbehälter 30 zu fließen bis der Flüssigkeitspegel in dem Hauptbehälter unter das Niveau der Öffnung 32 fällt und der Ausgleichsbehälter im wesentlichen gefüllt ist.
Die resultierenden Dampfräume oberhalb des flüssigen kryogenen Gemischs in den oberen Teilen 19 bzw. 34 des Hauptbehälters bzw. des Ausgleichsbehälters erlauben eine Ausdehnung der Tieftemperaturflüssigkeit, so daß die Haltezeit des Behälters 10 bedeutend erhöht werden kann.
Wenn das Produkt über eine Nutzleitung 54 aus dem Hauptbehälter 12 entnommen wird, steigt der Druck im Hauptbehälter 12 an. Die resultierende Druckdifferenz zwischen Ausgleichsbehälter 30 und Hauptbehälter 12 veranlaßt das flüssige kryogene Gemisch, von dem unteren Teil 38 des Ausgleichsbehälters 30 durch die Rohrleitung 36 in den Hauptbehälter 12 zu fließen. Mit anderen Worten beginnt die Tieftemperaturflüssigkeit, aus dem Ausgleichsbehälter und zurück in den Hauptbehälter 12 zu fließen, da die Druckhöhe im Ausgleichsbehälter größer ist als die des Drucks im Hauptbehälter 12 und weil der Hauptbehälter 12 nicht länger voll ist.
Da die Öffnung 32 des Ausgleichsbehälters 30 in der Nähe des oberen Endes des Hauptbehälters 12 angeordnet ist, fließt die Flüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter 30 und kann nicht zurückfließen. Der Ausgleichsbehälter 30 ist somit lange vor dem Hauptbehälter 12 entleert. Demzufolge ist ein großer Teil des Ausgleichsbehälters, wenn nicht sogar der gesamte Behälter, wieder verfügbar, um dessen Funktion zu erfüllen, sobald der Hauptbehälter 12 wieder aufgefüllt wird.
Obwohl die oben beschriebene Anordnung gut in Situationen arbeitet, in denen die Benutzung des Behälters 10 Druckschwankungen im Hauptbehälter 12 auslöst, d. h. höhere Drücke, nach dem Auffüllen oder nach Phasen der Nichtbenutzung mit niedrigem Druck nach der Entnahme der Flüssigkeit, werden einige Behälter für Tieftemperaturflüssigkeiten, wie z. B. Flüssignaturgasbehälter für Fahrzeuge, bei nahezu konstantem Druck betrieben. In derartigen Situationen gleicht die eintretende Hitze den Abfluß des Produktes aus, so daß der Druck in dem Hauptbehälter 12 annähernd konstant bleibt. Dadurch ist, sobald die Drücke in dem Ausgleichsbehälter 30 und dem Hauptbehälter 12 ausgeglichen sind, die Druckdifferenz unzureichend, als daß Flüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter getrieben werden kann. Unter diesen Bedingungen ist es wünschenswert, eine mit dem Ausgleichsbehälter 30 in Verbindung stehende Wärmequelle einzusetzen, um einen höheren Druck als im Hauptbehälter 12 zu erzeugen.
Eine Möglichkeit die Wärmequelle am Ausgleichsbehälter 30 anzubringen besteht darin, diese in der Nähe einer Behälterstütze anzubringen, wie z. B. der Behälterstütze 20 wie sie in Fig. 1A dargestellt ist. Die Behälterstütze 20 ist im Gegensatz zu dem Rest des Behälters nicht gut isoliert, so daß sie Wärme von der Umgebung auf den Ausgleichsbehälter 30 überträgt. Dies geschieht unabhängig von jeglichem Druckanstieg im Hauptbehälter 12 aufgrund der Flüssigkeitsentnahme daraus. Die eintretende Hitze bietet den zusätzlichen Vorteil der Verhinderung der Gasverflüssigung und der späteren Ansammlung von Flüssigkeit innerhalb des Ausgleichsbehälters während der Ruhephasen. Obwohl der Ausgleichsbehälter in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an einer der Stützen des Hauptbehälters angeordnet ist, würde jede Wärmequelle für den Ausgleichsbehälter 30 ausreichen.
In den Situationen, in denen der Anmeldungsgegenstand Druckschwankungen im Hauptbehälter 12 verursacht, trägt eine Wärmequelle wie z. B. die Stütze 20 in Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter 30 weiterhin zu einer verbesserten Leistung bei. Genauer gesagt wird die Druckdifferenz zwischen dem Hauptbehälter 12 und dem Ausgleichsbehälter 30 nicht nur durch die Entnahme von Tieftemperaturflüssigkeit aus dem Hauptbehälter 12 und dem daraus resultierenden Druckabfall darin, sondern auch durch die Aufheizung des kryogenen Gemischs und dem daraus resultierenden Druckanstieg im Ausgleichsbehälter 30 erhöht. Die erhöhte Druckdifferenz veranlaßt die Tieftemperaturflüssigkeit, schneller durch die Rohrleitung 36 und in den Hauptbehälter 12 zu fließen, so daß ein größerer Teil des Ausgleichsbehälters 30 für die Bildung des Dampfraumes zur Verfügung steht.
Wie in Fig. 1A gezeigt, kann der Ausgleichsbehälter 30 optional mit einer Entlastungseinrichtung 60 versehen sein, um ein Platzen des Ausgleichsbehälters zu verhindern, wenn die Rohrleitung 36 durch Fremdmaterial oder Eis blockiert wird, und der Behälter bis zur Umgebungstemperatur erwärmt werden kann. Die Entlastungseinrichtung würde derart eingestellt sein, daß der Inhalt des Ausgleichsbehälters 30 in den Hauptbehälter 12 entlassen wird, sollte der Druck innerhalb des Ausgleichsbehälters ein vorherbestimmtes Niveau überschreiten. Wie in Fig. 1A mit dem Bezugszeichen 62 dargestellt, kann die Entlastungseinrichtung auch derart angeordnet werden, daß der Druck innerhalb des Ausgleichsbehälters an die Umgebung abgegeben wird. Der Aktivierungsdruck der Entlastungseinrichtung 60 (oder 62) wäre niedrig genug, um ein Platzen des Ausgleichsbehälters zu vermeiden, würde aber oberhalb des Druckes liegen, der für die Rückkehr der Tieftemperaturflüssigkeit über die Rohrleitung 36 in den Hauptbehälter erforderlich ist. Geeignete Entlastungseinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und würden eine Berstscheibe oder ein Entlastungsventil umfassen.
Alternative Ausführungsformen gemäß der Erfindungen sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt, in denen die Elemente, die den Elementen aus den Fig. 1A und 1B ähneln, mit den selben Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 2 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Ausgleichsbehälter 30 von der äußeren Wand 14 des Hauptbehälters thermisch isoliert ist. Genauer gesagt wird der Ausgleichsbehälter 30 innerhalb des Hauptbehälters durch Metallträger 64 gestützt, die derart dimensioniert sind, daß der Wärmeübergang minimiert ist. Alternativ kann eine dreibeinähnliche Struktur eingesetzt werden, um den Ausgleichsbehälter innerhalb des Hauptbehälters zu unterstützen. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Ausgleichsbehälter 30 in den Boden eines vertikalen Vorratsbehälters eingesetzt ist. Die Funktionsweise der Behälter aus den Fig. 2 und 3 entspricht der Funktionsweise der Behälter, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B beschrieben wurden.

Claims (20)

1. Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten aufweisend
einen Hauptbehälter (12) zur Aufnahme von Tieftemperaturflüssigkeit über eine Füllungsleitung (22),
einen Ausgleichsbehälter (30), der innerhalb des Hauptbehälters (12) angeordnet ist und eine Öffnung (32) aufweist,
eine Rohrleitung (36), die an beiden Enden geöffnet und mit der Öffnung (32) des Ausgleichsbehälters (30) verbunden ist, um Flüssigkeit zwischen einem unteren Teil (38) des Ausgleichsbehälters (30) und einem oberen Teil (19) des Hauptbehälters (12) zu transportieren,
wobei die Rohrleitung (36) eine kleinere effektive Durchflußrate als die Füllungsleitung (22) aufweist, so daß sich der Ausgleichsbehälter (30) nicht mit Flüssigkeit füllt bis der Hauptbehälter (12) gefüllt ist und der Ausgleichsbehälter (30) die Flüssigkeit schneller als der Hauptbehälter (12) entleert, wenn Flüssigkeit aus dem Hauptbehälter (12) entnommen wird, was auf eine Druckdifferenz zwischen den beiden Behältern zurückzuführen ist.
2. Vorratsbehälter nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (32) in einem oberen Teil (34) des Ausgleichsbehälters (30) angeordnet ist und sich die Rohrleitung (36) in den Ausgleichsbehälter (30) erstreckt.
3. Vorratsbehälter nach Anspruch 1, ferner aufweisend
eine Ummantelung (14), die den Hauptbehälter (12) umgibt, so daß dazwischen ein isolierender Freiraum (16) besteht, und
eine Behälterstütze (20) mit relativ hoher thermischer Leitfähigkeit, die in dem isolierenden Freiraum (16) zwischen dem Hauptbehälter (12) und der Ummantelung (14) angeordnet ist, wobei der Ausgleichsbehälter (30) an die Behälterstütze (20) angrenzend angeordnet ist, so daß Wärme von der Behälterstütze (20) an den Ausgleichsbehälter (30) übertragen wird, um den Druck im Ausgleichsbehälter (30) zu erhöhen.
4. Vorratsbehälter nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Wärmequelle für den Ausgleichsbehälter (30), so daß dieser unter Druck gesetzt und die darin befindliche Tieftemperaturflüssigkeit zum Zurückfließen in den Hauptbehälter (12) gezwungen wird, wenn Flüssigkeit aus dem den Hauptbehälter (12) entnommen wird.
5. Vorratsbehälter nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Entlastungseinrichtung (60, 62) zum Ablassen des Drucks aus dem Ausgleichsbehälter (30), wenn der Druck innerhalb des Ausgleichsbehälters (30) eine vorherbestimmte Druckhöhe überschreitet.
6. Vorratsbehälter nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Entlastungseinrichtung (60) zum Ablassen des Drucks aus dem Ausgleichsbehälter (30) in den Hauptbehälter (12), wenn der Druck innerhalb des Ausgleichsbehälters (30) eine vorherbestimmte Druckhöhe überschreitet.
7. Vorratsbehälter nach Anspruch 1, bei dem das Volumen des Ausgleichsbehälters (30) annähernd 5 bis 25% des Volumens des Hauptbehälters (12) beträgt.
8. Vorratsbehälter nach Anspruch 1, bei dem die effektive Durchflußrate der Rohrleitung (36) nicht größer als 30% der Durchflußrate der Füllungsleitung (22) ist.
9. Vorratsbehälter nach Anspruch 1, bei dem die Rohrleitung (36) derart angeordnet ist, daß keine Flüssigkeit in den Ausgleichsbehälter gelangt, ehe der Hauptbehälter annähernd zu 90% gefüllt ist.
10. Ein Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten aufweisend
einen Hauptbehälter (12) zur Aufnahme von Tieftemperaturflüssigkeit über eine Füllungsleitung (22),
einen Ausgleichsbehälter (30), der innerhalb des Hauptbehälters (12) angeordnet ist und eine Öffnung (32) aufweist,
eine Rohrleitung (36), die mit der Öffnung (32) des Ausgleichsbehälters (30) verbunden derart angeordnet ist, um Flüssigkeit zwischen einem unteren Teil (38) des Ausgleichsbehälters (30) und einem oberen Teil (19) des Hauptbehälters (12) zu transportieren, so daß sich, wenn Flüssigkeit aus dem Hauptbehälter (12) entnommen wird, eine Druckdifferenz aufbaut, die die Tieftemperaturflüssigkeit zwingt, von dem Ausgleichsbehälter (30) über die Rohrleitung (36) in den Hauptbehälter (12) zu fließen, und
wobei die Rohrleitung (36) eine kleinere effektive Durchflußrate als die Füllungsleitung (22) aufweist, so daß der Ausgleichsbehälter (30) im wesentlichen leer bleibt, während der Hauptbehälter (12) befüllt wird.
11. Vorratsbehälter nach Anspruch 10, bei dem die Öffnung (32) in einem oberen Teil (34) des Ausgleichsbehälters (30) angeordnet ist und sich die Rohrleitung (36) in den Ausgleichsbehälter (30) erstreckt.
12. Vorratsbehälter nach Anspruch 10, ferner aufweisend eine Wärmequelle für den Ausgleichsbehälter (30), so daß dieser unter Druck gesetzt und die darin befindliche Tieftemperaturflüssigkeit zum Zurückfließen in den Hauptbehälter (12) gezwungen wird, wenn Flüssigkeit aus dem den Hauptbehälter (12) verteilt wird.
13. Vorratsbehälter nach Anspruch 10, ferner aufweisend eine Entlastungseinrichtung (60, 62) zum Ablassen des Drucks aus dem Ausgleichsbehälter (30), wenn der Druck innerhalb des Ausgleichsbehälters (30) eine vorherbestimmte Druckhöhe überschreitet.
14. Vorratsbehälter nach Anspruch 10, ferner aufweisend eine Entlastungseinrichtung (60) zum Ablassen des Drucks aus dem Ausgleichsbehälter (30) in den Hauptbehälter (12), wenn der Druck innerhalb des Ausgleichsbehälters (30) eine vorherbestimmte Druckhöhe überschreitet.
15. Vorratsbehälter nach Anspruch 10, bei dem das Volumen des Ausgleichsbehälters (30) annähernd 5 bis 25% des Volumens des Hauptbehälters (12) beträgt.
16. Vorratsbehälter nach Anspruch 10, bei dem die effektive Durchflußrate der Rohrleitung (36) nicht größer als 30% der Durchflußrate der Füllungsleitung (22) ist.
17. Vorratsbehälter nach Anspruch 10, bei dem die Rohrleitung (36) derart angeordnet ist, daß keine Flüssigkeit in den Ausgleichsbehälter gelangt, ehe der Hauptbehälter annähernd zu 90% gefüllt ist.
18. Ein Vorratsbehälter für Tieftemperaturflüssigkeiten aufweisend
einen Hauptbehälter (12) zur Aufnahme von Tieftemperaturflüssigkeit über eine Füllungsleitung (22),
einen Ausgleichsbehälter (30), der innerhalb des Hauptbehälters (12) angeordnet ist und eine Öffnung (32) aufweist,
eine Rohrleitung (36), die an beiden Enden geöffnet und mit der Öffnung (32) des Ausgleichsbehälters (30) verbunden ist, um Flüssigkeit zwischen einem unteren Teil (38) des Ausgleichsbehälters (30) und einem oberen Teil (19) des Hauptbehälters (12) zu transportieren,
wobei die Rohrleitung (36) eine kleinere effektive Durchflußrate als die Füllungsleitung (22) aufweist, so daß eine meßbare Verringerung des Durchflusse durch die Füllungsleitung (22) auftritt, nachdem der Hauptbehälter (12) gefüllt ist, wobei die Rohrleitung (36) derart angeordnet ist, daß der Ausgleichsbehälter (30) von Flüssigkeit entleert wird, wenn Flüssigkeit aus dem Hauptbehälter (12) entnommen wird, was auf eine Druckdifferenz zwischen den beiden Behältern zurückzuführen ist.
19. Vorratsbehälter nach Anspruch 18, bei dem die Öffnung (32) in einem oberen Teil (34) des Ausgleichsbehälters (30) angeordnet ist und sich die Rohrleitung (36) in den Ausgleichsbehälter (30) erstreckt.
20. Vorratsbehälter nach Anspruch 18, ferner aufweisend
eine Ummantelung (14), die den Hauptbehälter (12) umgibt, so daß dazwischen ein isolierender Freiraum (16) besteht, und
eine Behälterstütze (20) mit relativ hoher thermischer Leitfähigkeit, die in dem isolierenden Freiraum (16) zwischen dem Hauptbehälter (12) und der Ummantelung (14) angeordnet ist, wobei der Ausgleichsbehälter (30) an die Behälterstütze (20) angrenzend angeordnet ist, so daß Wärme von der Behälterstütze (20) auf den Ausgleichsbehälter (30) übertragen wird, um den Druck im Ausgleichsbehälter (30) zu erhöhen.
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