DE2429725B2 - Behaelter zum speichern und zum transport eines verfluessigten gases - Google Patents

Behaelter zum speichern und zum transport eines verfluessigten gases

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Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Speichern und zum Transport eines verflüssigten Gases, mit einem Flüssigkeitsraum und einem Gasraum, wobei der Gasraum mit mindestens einem Hilfsbehälter verbunden ist, in dem sich ein das verdampfende Flüssiggas absorbierendes Material befindet.
Ein derartiger Behälter mit einem Flüssigkeitsraum und einem Gasraum mit im Betrieb niedrigerem Temperaturpegel ist beispielsweise aus dem Buch von R.B. Scott, »Cryogenic Engineering« (D. van Nostrand Company, Inc. 1959), Seite 226, bekannt. Dabei ist im Dampfraum eines Dewar-Transportgefäßes für verflüssigten Wasserstoff eine Kühlschlange angeordnet, durch die gekühltes Helium fließt. Die Kühlschlange sorgt durch Rekondensation von durch Wärmeeinfluß verdampftem Wasserstoff dafür, daß der Druck im Dewar-Gefäß einen bestimmten Wert nicht überschreitet.
Eine derartige Konstruktion weist jedoch Nachteile auf. Die Verwendung der Heliumkühlmaschine macht das System verwickelt und teuer, während das Fahrzeug, das für den Transport des Dewar-Gefäßes sorgt, besonders groß ausgebildet sein muß, damit auch die Kühlmaschine untergebracht werden kann. Letzteres bedeutet zugleich höhere Transportkosten.
Wegen der strengen Sicherheitsvorschriften, die beim Transport von verflüssigten Gasen, wie verflüssigtem Wasserstoff, meistens beachtet werden müssen, werden an die thermische Isolierung und die übrige Konstruktion des Dewar-Transportgefäßes, der Transporttanks usw. strenge Anforderungen gestellt.
So muß beispielsweise in der Praxis die Bedingung erfüllt sein, daß ein Abblasen von durch Wärmeeinfluß gebildetem Wasserstoffdampf innerhalb von 110 Stun den nach dem Füllen des Tanks nicht notwendig ist (siehe beispielsweise die Veröffentlichung »The safe distribution and handling of hydrogen for commercial application«, Blatt Nr. 729209, 7th lntersoc. Energy Conversion Eng. Confer., San Siego, September 1972). Auf diese Weise wird erreicht, daß sich beim Transport keine Explosionsgefahr infolge Abblasens (Wasserstoff bildet mit dem Sauerstoff der Luft Knallgas) auftreten kann. Das bedeutet jedoch, daß die Verwendung einer hochwertigen Vakuumisolierung unumgänglich ist.
Aus der US-PS 19 01 446 und der ihr entsprechenden CH-PS 1 36 360 ist ein Behälter für verflüssigtes Gas bekannt, dessen Gasraum über Leitungen mit einem Hilfsbehälter in Verbindung steht, der ein gasabsorbierendes Material, nämlich Silicagel, enthält. Damit das Silicagel genügend Gas absorbiert, wird das Gel mit Flüssigkeit aus dem Behälter gekühlt. Dieses System hat den Nachteil, daß eine komplizierte und teure Konstruktion, nämlich eine Kühlspirale und Kühlleitungen sowie eine Isolierung des Hilfsbehälter, erforderlich ist. Außerdem treten Verluste an kryogener Flüssigkeit auf, weil das bekannte System nur funktioniert, wenn hin und wieder Gas abgelassen wird.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Dewar-Transportgefäß zu schaffen, das einfach und gedrängt konstruiert ist, das sicher ist und bei dem weniger hohe Anforderungen an die Behälterisolierung gestellt zu werden brauchen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Behälter der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das das verdampfende Flüssiggas absorbierende Material eine auf Umgebungstemperatur liegende Absorptionstemperatur aufweist und bei dem der Hilfsbehälter Wärmeübertragungsvorrichtungen zur Abführung der Absorptionswärme an die Umgebungsluft aufweist.
Dadurch, daß die verdampfte Flüssigkeit absorbiert bzw. adsorbiert wird und der Druckpegel daher innerhalb akzeptierbarer Grenzen bleibt, brauchen an die Behälterisolierung weniger hohe Anforderungen gestellt zu werden, oder es kann die Zeitspanne zwischen dem Füllen des Behälters mit verflüssigtem Gas und dem ersten Abblasevorgang von Gas wesentlich vergrößert werden. Außerdem kann bei einer geeigneten Wahl des Absorptionsmaterials erreicht werden, daß der Dampfdruck über dem Flüssigkeitsbad konstant gehalten wird, so daß auch die Temperatur dieses Bades konstant bleibt.
Der Hilfsbehälter ist zweckmäßigerweise außerhalb des Behälters angeordnet und über eine enge Verbindungsleitung mit dem Gasraum verbunden. Die frei werdende Absorptionswärme braucht dann nicht noch zusätzlich aus dem Behälter hinausgeführt zu werden, während das Eindringen von Wärme in den Behälter aus dem Hilfsbehälter wegen der engen Leitung fast ausgeschlossen ist.
Eine besonders günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters, wobei das verflüssigte Gas flüssiger Wasserstoff ist, weist das Kennzeichen auf, daß das absorbierende Material eine oder mehrere der Verbindungen der Formel ABn enthält, wobei A für Ca oder eines oder mehrere der Elemente der Seltenen Erden, gegebenenfalls zusammen mit Th und/oder Zr und/oder Hf, wobei B für Ni und/oder Co, gegebenen-
b5 falls zusammen mit Fe und/oder Cu steht und wobei η einen Wert zwischen etwa 3 und etwa 8,5 hat. Das Element Y wird in diesem Zusammenhang zu den Elementen der Seltenen Erden gerechnet.
Derartige Verbindungen sind an sich aus der BE-PS 7 44 825 bzw. der GB-PS 12 91 976 bekannt. Sie weisen die sehr günstigen Eigenschaften auf, daß sie bei Raumtemperatur pro Gewichtsmenge ABn sehr viel Wasserstoff absorbieren können; außerdem kann der gebundene Wasserstoff nachher leicht desorbiert werden, so daß die Verbindungen im Hilfsbehälter aufs neue verwendbar sind.
Dadurch, daß die Verbindungen ihre sehr gute Absorptionswirkung bei Raumtemperatur aufweisen, kann sich der Hilfsbehälter im Betrieb auf Raumtemperatur befinden. Die Absorptionswärme kann dann auf einfache Weise über die als Kühler ausgebildete Wärmeübertragungsvorrichtung an die Umgebungsluft abgegeben werden. Zusätzliche Kühlmittel, wie beispielsweise ein geschlossenes Kühlsystem, in dem ein Kühlmittel umläuft, sind dann überflüssig.
Für jede der Legierungen können in ein Diagramm, in dem senkrecht der Wasserstoffgasdruck und waagerecht die aufgenommene Wasserstoffmenge aufgetragen ist, Isothermen eingezeichnet werden (siehe Fig. 2 der genannten BE-PS 7 44 825 bzw. GB-PS 12 91 976). Jede Isotherme weist bei einem bestimmten Druck einen horizontalen Verlauf — die sogenannte »Ebene«
— auf.
Beim Druck dieser Ebene ist es möglich, mit Hilfe einer geringfügigen Druckänderung in einem reversiblen Prozeß verhältnismäßig viel Wasserstoffgas aufnehmen bzw. abgeben zu lassen.
Beim erfindungsgemäßen Behälter bietet dies den Vorteil, daß bei verhältnismäßig großer Verdampfung
— wodurch ein steigender Dampfdruck auftritt —, die Verbindung ABn viel Wasserstoff aufnehmen wird, während bei verhältnismäßig geringer Verdampfung und folglich niedrig bleibendem Dampfdruck die Verbindung wenig dazu neigt. Wasserstoff aufzunehmen. Das Resultat ist, daß sich ein konstanter Druck einstellt, was einer bestimmten konstanten Temperatur des flüssigen Wasserstoffes entspricht.
Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters enthält das absorbierende Material eine oder mehrere der Verbindungen LaNi1, wobei 4,8 S χ i 5; LaNi5-y Cu^, wobei 0 < y < 1; La*NL, wobei La* 85 Gewichtsprozent La und 15 Gewichtsprozent andere Seltene Erden enthält und 4,8 S ζ < 5 ist.
Diese Verbindungen weisen bei Raumtemperatur folgende günstige Kombination von Eigenschaften auf: ein sehr großes Absorptionsvermögen und einen niedrigen Ebenendruck. Es ist also auf einfache Weise möglich, mit Drücken von etwa 1 at über dem flüssigen Wasserstoff zu arbeiten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Der Behälter 1 enthält einen Flüssigkeitsraum 2a und einen Dampfraum 2b, der von einem Strahlungsschirm 3 und einem Vakuummantel 4 umgeben ist. Der Dampfraum 2b ist über eine Leitung 5 mit einem Absperrelement 6 mit einem Hilfsbehälter 7 verbunden. An die Leitung 5 schließt sich weiter eine Fülleitung 8 an, in die ein Absperrelement 9 aufgenommen ist.
Im Flüssigkeitsraum 2a befindet sich flüssiger Wasserstoff, während der Hilfsbehälter 7 mit LaNi4,5Cuo.5 gefüllt ist, das bei Zimmertemperatur einen Ebenendruck von etwa 1 at hat.
Die Wände 7a des Hilfsbehälters 7 sind aus wärmeleitendem Material und mit Rippen versehen.
Der Hilfsbehälter 7 bildet auf diese Weise einen Kühler.
Infolge in den Behälter 1 einströmender Wärme tritt
eine Verdampfung des flüssigen Wasserstoffs auf. Der gebildete Dampf strömt über eine enge Leitung 5 zum Hilfsbehälter 7, in dem der Wasserstoff durch das LaNi4.5Cuo.5 bei 1 at absorbiert wird. Die dabei frei werdende Absorptionswärme wird über die wärmeleitenden Wände 7a des Hilfsbehälters 7 an die Umgebung abgeführt.
Beim Transport können beispielsweise durch Regelung des entlanggeführten Luftstromes oder mit Hilfe eines Kühlmittelsystems die wärmeleitenden Wände 7a auf einer bestimmten konstanten Temperatur gehalten werden.
Wenn der Transportbehälter seinen Bestimmungsort erreicht hat, kann der Wasserstoff durch Erwärmung des Hilfsbehälters 7 aus dem LaNi^sCuo.s desorbiert werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Behälter zum Speichern und zum Transport eines verflüssigten Gases, mit einem Flüssigkeitsraum und einem Gasraum, wobei der Gasraum mit mindestens einem Hilfsbehälter verbunden ist, in dem sich ein das verdampfende Flüssiggas absorbierendes Material befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine auf Umgebungstemperaturebene liegende Absorptionstemperatur aufweist und daß der Hilfsbehälter Wärmeübertragungsvorrichtungen zur Abführung der Absorptionswärme an die Umgebungsluft aufweist.
2. Behälter nach Anspruch 1, wobei das verflüssigte Gas flüssiger Wasserstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß das absorbierende Material eine oder mehrere der Verbindungen der Formel ABn enthält, wobei A für Ca oder eines oder mehrere der Elemente der Seltenen Erden, gegebenenfalls zusammen mit Th und/oder Zr und/oder Hf steht, wobei B für Ni und/oder Co gegebenenfalls zusammen mit Fe und/oder Cu steht und wobei η einen Wert zwischen etwa 3 und etwa 8,5 hat.
3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das absorbierende Material eine oder mehrere der Verbindungen LaNix, wobei 4,8iiS 5; LaNis-jCuy, wobei OSySi; und La*Ni, enthält, wobei La* 85 Gewichtsprozent La und 15 Gewichtsprozent andere Seltene Erden enthält und 4,8 S ζ < 5 ist.
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