DE302532C

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Publication number: DE302532C
Application number: DENDAT302532D
Authority: DE
Priority date: 1921-01-03
Also published as: US1540806A

Description

Zum Transport und zur Aufbewahrung kleiner Mengen verflüssigter Gase ist das Dewargefäß aus Glas mit verspiegelten Wänden die nahezu ideale Lösung. Für größere Mengen hat man dann nach demselben Prinzip Gefäße aus Metall hergestellt, deren Isolationsvermögen ebenfalls einigermaßen be_r friedigend war. Einer beliebigen Vergrößerung dieser Gefäße steht jedoch entgegen,

ίο daß sehr große Gefäße nicht mehr zuverlässig vakuumdicht hergestellt und auf genügend hohem Vakuum gehalten werden können; und daß sie bei großen Dimensionen unverhältnismäßig schwer werden. Es sind daher für die Aufbewahrung flüssiges Luft von amerikanischer Seite (vgl. u. a. amerikanische Patentschrift 673073) Konstruktionen vorgeschlagen worden, die in beliebig großen' Dimensionen ausgeführt werden können und dabei ausreichendes Isolationsvermögen bei nicht a!lzugroßem Gewicht aufweisen. Die nach dieser Konstruktion ausgeführten Gefäße bestehen aus einer Reihe von ineinander ge-"setzten Isoliermänteln, die mit Wollabfällen, Federn, Filz ο. dgl. gefüllt sind, in oder zwischen denen die aus der flüssigen Luft entstehenden kalten verdampften Gase durchstreichen müssen. Diese Gefäße stellen jedoch weitaus noch nicht das Günstigste daj·, was.

in konsequenter Verfolgung· dieses Prinzips erreichbar ist, namentlich aber versagen sie gänzlich beim Aufbewahren und beim Transport von, beispielsweise flüssigem Wasserstoff, da das Isolationsvermögen von Wolle, Federn, Filz ο. dgl., die mit Wasserstoff gefüllt sind, fünf- bis achtmal schlechter wird, als das Isolationsvermögen der gleichen Ma- terialien mit Luft gefüllt. Da nun gleich-, zeitig die Verdampfungswärme flüssigen Wasserstoffs pro Liter fünfmal kleiner und der Kälteinhalt des aus einem Liter flüssigen Wasserstoffs entstehenden kalten Gases nur eineinhalbmal größer ist als bei flüssiger Luft, würde ein gemäß diesen amerikanischen Vorschlägen ausgeführtes Gefäß für flüssigen Wasserstoff eine mehr als zehnmal kleinere Aufbewahrungsdauer ergeben als für flüssige Luft. (Auch Dewar-Gefäße sind, da sie im wesentlichen nur die Verdampfungswärme, nicht aber den Kälteinhalt des verdampften Gases ausnutzen, für flüssigen Wasserstoff etwa drei- bis dreiemhalbmal schlechter als für flüssige Luft.)

Gerade für flüssigen Wasserstoff wäre jedoch die Herstellung geeigneter Gefäße besonders erwünscht, beispielsweise für den Betrieb von autogenen Schweißanlagen, namentlich aber zur Versorgung der immer größere Dimensionen annehmenden Luftschiffe, indem der Transport anstatt in Stahlfiaschen komprimiert in derartigen Gefäßen verflüssigt erfolgen könnte', was eine enorme Ersparnis an Transportgewicht zur Folge hätte.

Ein für flüssigen Wasserstoff geeignetes Gefäß wird dann auch für jedes andere technisch vorkommende Gas besonders geeignet sein, da gerade für flüssigen Wasserstoff infolge seiner kleinen Verdampfungswärme und

(2. Auflage, ausgegeben am 22. Januar ir/x>.)

seines ' außerordentlich ,guten Wärmeleitvermögens das Problem besonders schwierig zu lösen ist.

In_: folgendem soll daher eine Konstruktion' beschrieben werden, die für alle verflüssigten Gase, einschließlich Wasserstoff gleich gut bräuchbar ist und die bisherigen Konstruktionen an . Leistungsfähigkeit erheblich übertrifft, zugleich auch wesentlich leichtere Gefäße■-herzustellen erlaubt als die bisherigen.

Einen schematischen Querschnitt eines gemäß dieser 'Konstruktion ausgeführten Gefäßes gibt die beiliegend-e Figur. Das Gefäß besteht aus beispielsweise vier ineinandergestellten Isoliermänteln, deren innere-und äußere Begrenzung, je durch die beispielsweise aus Blech, Hartpapier o. dgl. luftdicht hergestellten Behälter α und b, c und d; e und f., g und H gebildet wird, deren lichter Zwischenräum beispielsweise mit Federn, Korkmehl, Magnesia o. dgl. ausgefüllt sein kann. Zwischen je zwei Isoliermänteln bleiben dann Zirkulationsräume, deren im vorliegenden Beispiel also drei vorhanden sind, die durch die Blechmäntel b und c, d und e, f und g begrenzt werden. Das im innersten Gefäß α verdampfende kalte Gas tritt bei k in den ersteh Zirkulationszwischenraum ein, den es bei I verläßt, um in den zweiten Zirkulations-Zwischenraum einzutreten, aus dem: es bei w und in' in den dritten Zirkulationszwischen-

■ raum übertritt; aus diesem strömt es dann durch das Rohr η - η ins Freie, nachdem, es auf dem beschriebenen Weg nahezu seinen gesamten Kälteinhalt zur Neutralisation von außen eindringender Wärme abgegeben hat.

Die Wände der Isoliermäntel α und b bis g

' und h sind luftdicht hergestellt; aus jedem der Isöliermäntel führt ein Röhrchen "0, p, q, χ nach außen, durph das der Mantel mit einem entsprechenden· Gas gefüllt werden kann.

Für die Wahl, dieser Füllgase ist folgende' Erkenntnis entscheidend: durch exakte Versuche läßt sich feststellen,· daß das Isolationsvermögen eines bestimmten Packmaterials, etwa Federn," um so besser wird, je dichter die mittlere Temperatur der betreffenden Isolierschicht dem Kondensationspunkt des zur Füllung verwandten Gases liegt, so daß also· beispielsweise das Isolationsvermögen einer bestimmten, mit Luft gefüllten Federschicht bei etwa — i6o° C vier- bis fünfmal besser ist als bei O⁰C. Man kann demnach das Isplaüonsvermögen derartiger Gefäße dadurch bedeutend steigern, daß man die einzelnen Isohermäntel¹ mit Gasen zwischen den beispielsweise Federn füllt, .deren Kondensationspunkt dicht unterhalb der im Durchschnitt in dem betreffenden Mantel herrschenden Temperatur liegt, so daß' also, von innen nach außen gezählt, Füllgase mit steigenden Kondensationspunkten zu verwenden sind. (Bei Füllung des Gefäßes mit Wasserstoff wäre also der innerste Mantel mit Wasserstoff, der nächste mit Stickstoff, der nächste mit Stickoxyd, der nächste mit Kohlensäure zu füllen, um möglichst .günstige Isolationsverhältnisse zu erzielen.)

Ferner läßt sich experimentell zeigen, daß das Isolationsvermögen z.B. einer Federschicht von bestimmter Dicke bei so tiefen Temperaturen keineswegs um so höher wird, je mehr Federn man in den betreffenden Raum hineinstopft, wie dies bei gewöhnlicher Temperatur der Fall ist. Bei tiefen Temperatüren besteht vielmehr für jedes Füllgas eine ganz bestimmte.. Federndichte, bei der das Optimum der Isolierfähigkeit erreicht wird, während eine weitere Steigerung der Federndichte nur noch eine Vermehrung des Gewichtes, aber keine Verbesserung des Isolationsvermögens mehr ergibt- Man wird daher zweckmäßig jeden Isoliermantel nur mit der seiner mittleren Temperatur und seinem Füllgas entsprechenden optimalen Federndichte füllen, Um ein möglichst günstiges Gewicht zu erreichen. (Dieses Optimum beträgt beispielsweise für eine bestimmte Sorte ^svon Daunenfedern für — 160 ⁰C 15 bis 20 g pro Liter bei Luftfüllung, 50 bis .70 g bei Füllung mit Wasserstoff.) .....·

Während nun bei den bisherigen Gefäßen ähnlicher Konstruktion die einzelnen Isoliermäntel, in ihrer ganzen Ausdehnung gleich . dick gemacht würden, zeigt eine einfache Überlegung, daß man zweckmäßig die Dicke der Isolierschicht proportional der an jedem Punkt: zwischen Innen- und Außenseite des Isoliermantels vorhandenen Temperaturdifferenz wählt. Beispielsweise ist die Temperaturdifferenz zwischen'Innen- uhd^! Außenseite eines Isotierrnantels immer in der Nähe der Durchlaßstellen k, I, m, n, die einen Zirkutetiohszwischenraum mit dem nächsten verbinden, nahezu gleich Null, um jedesmal am Gegempunkt einer solchen Durchlaßstelle ein Maximum zu erreichen. Man gibt daher den : Isoliermänteln zweckmäßig konische Querschnitte, etwa wie in der Figur gezeichnet, wobei mit dem gleichen Aufwand an Isoliermaterial eine Steigerung des Isolationsvermögens im Verhältnis 1:1,6 oder bei gleichem Isolationsvermögen · eine Gewichtsersparnis von etwa 30 Prozent erzielt werden kann.

Man erhält'. so . Gefäße, die bei einem ,Fassungsvermögen' von 10001 eine Auf be-» ₍ wahrungsdaüer von über 50 Tagen bei Füllung mit flüssiger Luft, für Füllung mit flüssigem Wasserstoff von etwa 30 lagen ergeben und somit sogar< für flüssige Luft die nach dem ' Devvarschen »Prinzip hergestellten .; Gefäße übertreffen. Dabei beträgt ihr Ge-

wicht nur ο,·2 bis 0,3 kg pro Kubikmeter verfügbaren Gases, während die zur Zeit zum Transport der Gase in komprimiertem Zustand, verwandten Stahlflaschen etwa 12 bis 15 kg pro Kubikmeter Gas wiegen.

Endlich bietet die beschriebene Konstruk-

■ tion noch die Möglichkeit leichter Regelung der Verdampfungsgeschwindigkeit durch Ausschaltung eines öder mehrerer Zirkulationszwischenräume, was man bisher durch verschieden tiefes Eintauchen von Metailstäben zu erreichen suchte, die' sich' jedoch an ihrem herausragenden Ende rasch mit Eis überzogen und dadurch ungenügend wirkten.

Man braucht zu diesem Zweck das verdampfte Gas nur anstatt aus η schon aus {in der.Figur nicht gezeichneten) besonderen Röhrchen austreten zu lassen, die von den Zirkulations Zwischenräumen nach außen führen.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Gefäß zum Transport und zur Aufbewahrung verflüssigter Gase, bestehend aus mehreren ineinander stehenden Isoliermänteln, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Isoliermantel^ mit einem solchen Gas gefüllt ist, das sich bei der in diesem Mantel durchschnittlich herrschenden Temperatur möglichst dicht oberhalb sei- · nes Kondensationspunktes befindet, und gefüllt mit eirigr. solchen Packungsdichte des Isoliermaterials, daß gerade der mit der Kombination' Gas plus Isoliermaterial erreichbare Grenzwert "der Isolationsfähigkeit erreicht wird. · .

~2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Isoliermäntel nicht in ihrer ganzen Ausdehnung konstante Dicke haben, sondern daß die Dicke der; Isolierschichten entsprechend der an jeder ^: Stelle zwischen Innen- 'und Außenseite des betreffenden" Tsoliermaritels vorhandenen Temperatürdifferenz variiert;

3. Gefäß nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen ■ den Isoliermänteln befindlichen . Zirkulati5nsfäume mit nach außen führenden! Röhrchen Versehen sind, welche erlauben, die verdampften Gase vor dem Austritt wahlweise ,eine größere öder kleinere Anzahl der 'Zirkulationszwischenräume hintereinander durchströmen zu lassen, wodurch die Verdampfungsgeschwindigkeit des Gefäßinhaltes innerhalb weiter Grenzen ,geregelt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen. _