DE2329053A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRESSURIZING A CRYOGENIC CONTAINER - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR PRESSURIZING A CRYOGENIC CONTAINER

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Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWANPATENT Attorney DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32OFFICE: 8000 MUNICH 83 ELFENSTRASSE 32

7, Juni 1973June 7, 1973

UNION CARBIDE U.K. LIMITED 2329053 8, Grafton Street, London W1A 2LR / EnglandUNION CARBIDE U.K. LIMITED 2329053 8, Grafton Street, London W1A 2LR / England

Verfahren und Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines kryogenen BehältersMethod and apparatus for pressurizing a cryogenic container

Die Erfindung befaßt sich mit Tieftemperatureinrichtungen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters, vorzugsweise um auf diese Weise Flüssigkeiten aus dem Behälter abzugeben.The invention is concerned with cryogenic devices and relates in particular to a method and apparatus for pressurizing a cryogenic container, preferably um in this way to dispense liquids from the container.

Es ist bekannt, zum Abgeben von Flüssigkeiten aus kryogenen Behältern einen Druck in dem oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum des Behälters aufzubauen, der dann ausgenutzt wird, um Flüssigkeit aus dem Behälter über ein zweckentsprechendes Auslaßrohr auszutreiben. Dieses Rohr reicht, für gewöhnlich durch ein Verschlußteil hindurch, verhältnismäßig weit in den Behälter hinein, so daß sein freies offenes Ende in die im Behälter befindliche Flüssigkeit eingetaucht werden kann. Der über der Flüssigkeit herrschende Druck treibt dann Flüssigkeit durch das Rohr hindurch nach außen, nachdem ein außerhalb des Behälters vorgesehenes in der Leitung liegendes Absperrorgan geöffnet wird.It is known to dispense liquids from cryogenic containers to build up a pressure in the space of the container remaining above the liquid, which is then used to Liquid from the container through an appropriate outlet tube to drive out. This pipe is usually enough a closure part through, relatively far into the container into it, so that its free open end can be immersed in the liquid in the container. The one above Liquid pressure then drives liquid through the tube to the outside after an outside of the container provided shut-off device located in the line is opened.

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Es ist bekannt, den Druck in dem oberhalb der Flüssigkeit ver bleibenden Raum des Behälters mit Hilfe von Rührwerken, Schaufeln oder Heizgeräten zu erzeugen. Die bekannten Einrichtungen sind jedoch nicht voll zufriedenstellend. Die mechanischen Geräte weisen bewegte Teile ouf, 30 daß es zu einer Überhitzung der Lager und/oder der verwendeten Motore kommen kann. Andererseits besteht die Gefahr, daß Geräteteile Tieftemperaturbedingungen ausgesetzt werden und einfrieren. Werden Heizgeräte verwendet, kön nen diese unter den schwierigen Arbeitsbedingungen ausbrennen. It is known to generate the pressure in the ver remaining space above the liquid of the container with the help of agitators, paddles or heaters. However, the known devices are not entirely satisfactory. The mechanical devices have moving parts ou f, 30 that can lead to overheating of the bearings and / or of the motors used. On the other hand, there is a risk that parts of the device will be exposed to low temperature conditions and freeze. If heating devices are used, they can burn out under the difficult working conditions.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung wird der zum Austreiben der kryogenen Flüssigkeit erforderliche Druck dadurch aufgebaut, daB Druckluft in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum des Behälters eingepumpt wird. Die in den Behälter eingeleitete Luft enthält jedoch Wasserdampf, Verunreinigungen und dergleichen, die unter den im Behälter herrschenden Bedingungen auszufrieren suchen und eine auf der Flüssigkeitsober fläche schwimmende Schicht bilden. Das hat zur Folge, daß die Flüssigkeit · verunreinigt und die betreffende Vorrichtung insbesondere durch das gebildete Eis verschmutzt wird. Dieses Problem wird dadurch noch kritischer, da8 in der Praxis derartige Behälter niemals vollständig geleert, sondern für gewöhnlich mit einer frischen Flüssigkeitsmenge auf gefüllt werden, wenn dies erforderlich wird, so daß das Verhältnis von Verunreinigungen zu Flüssigkeit ständig zunimmt. In another known device, the pressure required to expel the cryogenic liquid is built up in that compressed air is pumped into the space of the container remaining above the liquid. However, the air introduced into the container contains water vapor, impurities and the like that seek to freeze out under the conditions prevailing in the container and form a layer floating on the surface of the liquid. The consequence of this is that the liquid is contaminated and the device in question is contaminated, in particular by the ice formed . This problem is never completely emptied even more critical DA8 in practice, such containers, but are usually filled with a fresh amount of liquid when this becomes necessary, so that the ratio of impurities to the liquid continuously increases.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters geschaffen, bei dem ein Teil derThe present invention provides a method of pressurizing a cryogenic container in which a portion of the

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kryogenen Flüssigkeit aus dem Behälter abgezogen und verdampft wird und bei dem das so erhaltene Gas in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum des Behälters eingeleitet wird.cryogenic liquid is withdrawn from the container and evaporated is and in which the gas thus obtained in the above the liquid remaining space of the container is initiated.

Mit der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Abziehen von kryogener Flüssigkeit aus einem kryogenen Behälter geschaffen, .bei dem der mittels des vorstehend genannten Verfahrens erzeugte Druck ausgenutzt wird, um die Flüssigkeit aus dem Behälter herauszutreiben .The invention also provides a method for withdrawing cryogenic Liquid created from a cryogenic container, where the pressure generated by the above method is used to drive the liquid out of the container .

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zum Aufbau eines Druckes in einem kryogenen Behälter geschaffen, die eine Pumpeinrichtung aufweist, mittels deren ein Teil der kryogenen Flüssigkeit aus dem Behälter über eine Leitung abziehbar ist, die in eine dem Behälterboden benachbarte Stellung bringbar ist und über die der Flüssigkeitsteil zur Bildung eines Gases zu einem Verdampfer leitbar ist, und die ferner mit einer Leitungsanordnung zum Einleiten des Gases in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum des kryogenen Behälters versehen ist. Vorzugsweise sind dabei die Pumpeinrichtung und der Verdampfer derart in Reihe geschaltet, daß aus dem Behälter abgezogene Flüssigkeit unmittelbar zum Verdampfer gelangt und die Pumpeinrichtung nur mit dem erhaltenen Gas in Berührung kommt. Beide Leitungen können zweckmäßig durch ein Behälterverschlußteil hindurchreichen und über einen Teil ihrer Länge mit dem Verschlußteil in Eingriff stehen.According to the invention, a device for building a Pressure created in a cryogenic container, which has a pump device, by means of which a part of the cryogenic liquid can be withdrawn from the container via a line which can be brought into a position adjacent to the container bottom and via which the liquid part can be conducted to an evaporator to form a gas, and furthermore with a line arrangement for introduction of the gas is provided in the space of the cryogenic container remaining above the liquid. Preferably are there the pumping device and the evaporator connected in series in such a way, that withdrawn from the container liquid goes directly to the evaporator and the pumping device only with the received Comes into contact with the gas. Both lines can expediently extend through a container closure part and over part of them Length with the locking part in engagement.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung zumIn a further embodiment of the invention, a device for

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Austreiben einer kryogenen Flüssigkeit aus einem kryogenen Behälter geschaffen, die die vorstehend erläuterte Einrichtung zum Aufbau eines Druckes im Behälter aufweist, und bei der- ferner eine weitere Leitung vorgesehen ist, durch die hindurch die kryogsne Flüssigkeit aus dem kryogeoen Behälter herausgetrieben werden kann, Die weitere Leitung kann durch das Verschlußteil hindurchreichen und über einen Teil ihrer Länge mit dem Verschlußteil in Eingriff stehen. Dabei reicht die weitere Leitung in den Raum hinein, der von der zu speichernden kryogenen Flüssigkeitsmenge eingenommen wird, die anschließend aus dem kryogenen Behälter herausgetrieben werden soll.Expelling a cryogenic liquid from a cryogenic container created, which has the device explained above for building up a pressure in the container, and in the case of which, furthermore, one another line is provided through which the cryogenic liquid can be driven out of the cryogeogenic container, The further line can extend through the closure part and engage the locking member over part of their length. The other line extends into the room, the is ingested by the amount of cryogenic liquid to be stored, which is then driven out of the cryogenic container shall be.

Die drei obengenannten Leitungen, das heißt die Flüssigkeitsabzugsleitung, die Leitung zum Einführen eines Gases in den Behälter und die Flüssigkeitsaustreibleitung können hinsichtlich ihrer Lange variabel sein, um an kryogene Behälter unterschiedlicher Größe angepaßt werden zu können. Vorzugsweise sind die Flüssigkeitsabzugsleitung und die Flüssigkeitsaustreibleitung so bemessen, daß sie in eine Stellung benachbart dem Boden eines kryogenen Behälters gebracht werden können, mit dem zusammen die Vorrichtung verwendet werden soll.The three above-mentioned lines, that is to say the liquid discharge line, the line for introducing a gas into the container and the liquid discharge line, can be variable in terms of their length in order to be able to be adapted to cryogenic containers of different sizes. Preferably, the liquid discharge line and the liquid discharge line are dimensioned such that they can be brought into a position adjacent the bottom of a cryogenic container with which the device is to be used.

Mit der Erfindung wird ferner ein kryogener Behälter geschaffen, der mit einer Vorrichtung der vorstehend erläuterten Art ausgestattet ist. Eine alle oder eine Kombination der drei obenbeschriebenen Leitungen kann teilweise oder ganz in den Wandungen des kryogenen Behälters untergebracht sein.The invention also provides a cryogenic container, which is equipped with a device of the type explained above. All or a combination of the three above Lines can be partially or completely housed in the walls of the cryogenic container.

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Die Erfindung wird im folgenden ar. Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung naher erläutert, die einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung zeigt.The invention is described in the following ar. Hand of an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the accompanying drawing, which shows a schematic cross section through an arrangement according to the invention.

Der veranschaulichte kryogene Behälter 10 nimmt eine Menge 12 einer kryogenen Flüssigkeit auf. Der Behälter 1O ist mit einem Hals 14 versehen. In der Öffnung 16 des Halses 14 sitzt ein Verschlußteil 18.The illustrated cryogenic container 10 holds a quantity 12 a cryogenic liquid. The container 1O is with a Neck 14 provided. In the opening 16 of the neck 14 sits a closure part 18th

Die insgesamt mit 2O bezeichnete Vorrichtung weist eine kleine Vakuumpumpe 22 auf, die über ein Kupferkapillarrohr 24 mit einem Verdampfer 26 in Form einer Kupferschlange verbunden ist. Ein Rohr 28 verläuft von der Einlaßseite des Verdampfers 26 durch das Verschlußteil 18 hindurch bis fast zum Boden 29 des Behälters. Ein weiteres Rohr 3O, dessen Innendurchmesser größer als derjenige des Rohrs 28 ist, reicht von einer ebenfalls nahe der Innenseite des Behälterbodens liegenden Stelle durch das Verschlußteil 18 hindurch und endet in einem Düsenteil 32. Ein Ablaß- oder Absperrorgan 34 ist im Rohr 30 angeordnet.The device designated as a whole by 2O has a small one Vacuum pump 22, which via a copper capillary tube 24 with a Evaporator 26 is connected in the form of a copper coil. A Tube 28 runs from the inlet side of the evaporator 26 through the closure part 18 to almost the bottom 29 of the container. Another tube 3O, the inner diameter of which is greater than that of the tube 28 extends from a point also located near the inside of the container bottom through the closure part 18 and ends in a nozzle part 32. A drain or shut-off element 34 is arranged in the pipe 30.

Ein weiteres Rohr 36 reicht von der Auslaßseite der Vakuumpumpe 22 durch das Verschlußteil 18 hindurch in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum 38 (das heißt das freie Volumen über der im Behälter 1O untergebrachten Flüssigkeitsmenge 12).Another pipe 36 extends from the outlet side of the vacuum pump 22 through the closure part 18 into the one above the liquid remaining space 38 (that is to say the free volume above the amount of liquid 12 accommodated in the container 1O).

Der Behälter 10 wird mit einer Menge einer kryogenen FlüssigkeitThe container 10 is filled with a quantity of a cryogenic liquid

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beispielsweise flüssigem Stickstoff, gefüllt. Das Verschlußteil 18 wird dann aufgesetzt und die Vorrichtung zum Unterdrucksetzen des Behälters und Austreiben der Flüssigkeit aufgebracht. Zweckmäßigerweise bildet das Verschlußteil 18 einen Teil der Vorrichtung, ,die auf diese Weise einfach und rasch von einem leeren zu einem vollen Behälter überführt werden kann.for example liquid nitrogen. The closure part 18 is then put on and the pressurizing device of the container and expelling the liquid applied. Appropriately, the closure part 18 forms part of the Device that is made in this way easily and quickly from an empty can be transferred to a full container.

Wenn die Vorrichtung in die Betriebsstellung gebracht ist, muß sichergestellt werden, daß, während die Rohre 28 und 30 möglichst weit in den Behälter hineinreichen und infolgedessen in die Flüssigkeit eintauchen, bis der Behälter praktisch leer ist, das Rohr 36 gerade durch das Verschlußteil 18 hindurch und in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum 38 reicht, der stets verbleibt, selbst wenn der Behälter gerade gefüllt wurde.When the device is brought into the operating position, it must be ensured that, while the tubes 28 and 30 as possible Reach far into the container and consequently into the liquid Submerge the tube until the container is practically empty 36 extends straight through the closure part 18 and into the space 38 remaining above the liquid, which always remains, even if the container has just been filled.

Wenn sich das Rohr 36 in den von der kryogenen Flüssigkeit eingenommenen Raum erstreckt, sollte es nicht so weit in diesen Raum hineinreichen, daß ein nennenswerter Teil des aus dem Rohr 36 herausgepumpten Gases in das Rohr 3O oder das Rohr 28 gelangt.When the tube 36 is in the ingested by the cryogenic liquid Space, it should not extend so far into this space that an appreciable part of the from the pipe 36 pumped out gas enters the pipe 3O or the pipe 28.

Die Pumpe wird dann eingeschaltet; eine kleine Menge der kryogenen Flüssigkeit wird aus dem Behälter über das Kapillarrohr 28 entnommen und in den Verdampfer 26 gezogen, wo die Flüssigkeit in Gas umgewandelt wird. Am Einlaß der Pumpe kommt es zu einem Druckanstieg. Das an dieser Stelle vorhandene Gas ist verhältnismäßig warm und kann die Pumpe durchströmen, ohne daß Schäden verursacht werden oder andere Schwierigkeiten eintreten.The pump is then switched on; a small amount of the cryogenic liquid is withdrawn from the container via capillary tube 28 and drawn into vaporizer 26 where the liquid is converted to gas. There is a pressure increase at the inlet of the pump. The existing gas at this point is relatively warm and may flow through the pump to be caused without damage occurs or other difficulties.

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Die Pumpe leitet dann das warme Gas in den oberhalb der Flüssigkeit Verbleibenden Raum 38 des Behälters. Dort bewirkt das Gas, daß ein Teil der im Behälter vorhandenen Flüssigkeit siedet, wo-The pump then directs the warm gas into the area above the liquid Remaining space 38 of the container. There the gas causes that part of the liquid in the container is boiling, where-

durch für weiteres unter Druck stehendes Gas gesorgt wird.is provided by for further under D r piece is filled with gas.

Die beschriebene Einrichtung ist aus Werkstoffen aufgebaut, die in bekannter Weise den Bedingungen standhalten, unter denen die Einrichtung arbeitet.The device described is made up of materials that withstand in a known manner the conditions under which the facility operates.

Die kombinierte Vorrichtung zum Abziehen von Flüssigkeit und Unterdrucksetzen des Behälters wurde in Verbindung mit einer ReiheThe combined liquid withdrawal and pressurization device the container was in conjunction with a number

2 von Behältern benutzt und mit Drücken zwischen 0,25 und 2,8 kp/cm betrieben. Dabei wurde Flüssigkeit in einer Menge von 1,5 bis ' 20 l/min abgegeben.2 used by containers and with pressures between 0.25 and 2.8 kp / cm operated. Liquid was delivered in an amount of 1.5 to 20 l / min.

Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß sich die bewegten Teile der Vorrichtung außerhalb des Behälters befinden und praktisch unter Raumtemperatur arbeiten. Das bedeutet, daß die Vakuumpumpe unter den Bedingungen arbeitet, für die sie normalerweise ausgelegt ist, und daß nicht für umfangreiche Vorkehrungen gesorgt werden muß.The arrangement described has the advantage that the moving parts of the device are outside the container and are practical work under room temperature. This means that the vacuum pump works under the conditions for which it normally works is designed, and that extensive precautions need not be taken.

Da ferner für den Aufbau des Drucks die kryogene Flüssigkeit, beispielsweise Stickstoff, benutzt wird, ist die Gefahr einer Verunreinigung der Flüssigkeit oder der zugehörigen Anlagenteile verringert oder vollkommen ausgeräumt.Furthermore, since the cryogenic liquid, for example Nitrogen, is used, the risk of contamination of the liquid or associated equipment is reduced or completely cleared out.

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Claims (8)

- 8 Ansprüche - 8 claims . !Verfahren zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters unter Verwendung eines Gases, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch Abziehen eines Teils der kryogenen Flüssigkeit aus dem Behälter und Verdampfen dieses Flüssigkeitsteils gewonnen und das so gebildete Gas zwecks Aufbau des gewünschten Drukkes in den Behälter unter Druck eingeleitet wird.. ! Procedure for pressurizing a cryogenic container Use of a gas, characterized in that the gas is obtained by withdrawing part of the cryogenic liquid the container and evaporation of this liquid part and the gas thus formed for the purpose of building up the desired pressure is introduced into the container under pressure. 2. Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines kryogenen Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpeinrichtung (22) vorgesehen ist, mittels deren ein Teil der kryogenen Flüssigkeit aus dem kryogenen Behälter (10) über eine Leitung (28) abziehbar ist, die in eine dem Behälterboden (29) benachbarte Stellung bringbar ist und über die der Flüssigkeitsteil zur Bildung eines Gases zu einem Verdampfer (26) leitbar ist, und daß eine Leitung (36) zum Einleiten des so gebildeten Gases in den oberhalb der Flüssigkeit verbleibenden Raum (38) des kryogenen Behälters (10) vorhanden ist»2. Device for pressurizing a cryogenic container, characterized in that a pump device (22) is provided is, by means of which part of the cryogenic liquid can be drawn off from the cryogenic container (10) via a line (28) which can be brought into a position adjacent to the container bottom (29) and via which the liquid part is formed a gas can be conducted to an evaporator (26), and that a line (36) for introducing the gas thus formed into the above the liquid remaining space (38) of the cryogenic container (10) is present » 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung (22) und der Verdampfer (26) derart in Reihe geschaltet sind, daß aus dem Behälter (10) abgezogene Flüssigkeit unmittelbar zum Verdampfer gelangt und die Pumpeinrichtung nur mit dem erhaltenen Gas in Berührung kommt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the pump device (22) and the evaporator (26) in such a way in series are connected so that the liquid withdrawn from the container (10) reaches the evaporator and the pumping device only comes into contact with the gas received. 309851/0493309851/0493 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder· 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide- Leitungen (28, 36) durch ein Behalterverschiußtei1 (18) hindurchreichen und über einen Teil ihrer Lange mit diesem VerschlußteiL in Eingriff stehen.4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that that both lines (28, 36) through a Behalterverschiußtei1 (18) pass through and over part of its length with this Closing part are in engagement. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Austreiben von kryogener Flüssigkeit aus dem Behälter (10) eine weitere Leitung (30) vorgesehen ist, die durch das Verschlußteil (18) hindurchreicht und über einen Teil ihrer Länge mit dem Verschlußteil in Eingriff steht.5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that that a further line (30) is provided for expelling cryogenic liquid from the container (10), which extends through the closure part (18) and is in engagement with the closure part over part of its length. 6. Kombination einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis mit einem Behälter (1O) für eine kryogene Flüssigkeit.6. Combination of a device according to one of claims 2 to with a container (1O) for a cryogenic liquid. 7. Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Behälterwand eine weitere, permanente Leitung vorgesehen ist, durch die hindurch kryogene Flüssigkeit aus dem Behälter (10) austreibbar ist.7. Combination according to claim 6, characterized in that a further permanent line is provided in the container wall is through which cryogenic liquid can be expelled from the container (10). 8. Verfahren zum Abziehen von kryogener Flüssigkeit aus einem diese Flüssigkeit enthaltenden kryogenen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 erzeugte Druck benutzt wird, um die Flüssigkeit aus dem Behälter (1O) über eine Flüssigkeitsaustreibleitung (3O) auszutreiben.8. Method of withdrawing cryogenic liquid from one of these Cryogenic container containing liquid, characterized in that the one produced by means of the method according to Claim 1 Pressure is used to expel the liquid from the container (1O) via a liquid discharge line (3O). 309851/0493309851/0493 LeerseiteBlank page
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