DE3706488A1

DE3706488A1 - Vorrichtung zum ueberfuehren von fluessigkeiten sehr tiefer temperatur

Info

Publication number: DE3706488A1
Application number: DE19873706488
Authority: DE
Inventors: Takashi Murai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1987-09-03
Also published as: DE3706488C2; US4744222A; JPS62200099A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Überführen von Tiefsttemperaturflüssigkeiten, bei spielsweise flüssiges Helium, flüssigen Stickstoff und dgl., von einem Behälter in einen anderen.

Fig. 5 der Zeichnungen zeigt schematisch ein konventio nelles Tiefsttemperaturflüssigkeitsüberführungssystem, wie es beispielsweise in "Monographs on the Physics and Chemistry of Materials (Experimental Techniques in Low Temperature Physics, Storage and Transfer of Liquefied Gases, Seite 50, Oxford University Press, 1959)" beschrie ben ist.

In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Tiefst temperaturflüssigkeit, wie beispielsweise verflüssigtes Helium, verflüssigter Stickstoff usw. bezeichnet. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen ersten Behälter zur Aufnahme der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1. Mit 3 ist ein zweiter Behälter bezeichnet, der mit dem ersten Behälter 2 über eine Verbindungseinrichtung 4, die von einem Überführungsrohr gebildet wird, in Verbindung steht und der darin die Tiefsttemperaturflüssigkeit 1, die über das Rohr 4 vom ersten Behälter 2 zu übertragen ist, aufnimmt. Mit 5 ist ein Flüssigkeitspegelsensor zum Messen der Menge der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 im zweiten Behälter 3 bezeichnet. Das Bezugszeichen 6 bezeich net ein Drucksteuersystem, das die Zunahme und Abnahme des Drucks im ersten Behälter 2 für die unter Druck ablaufende Übertragung der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 vom ersten Behälter 2 in den zweiten Behälter 3 durch das Überführungsrohr 4 steuert, wobei dieses Drucksteuer system 6 in der Zeichnung beispielsweise als eine Druck gasquelle 7 ausgeführt ist, mit der der Druck in dem ersten Behälter 2 über ein Reduzierventil 8 gesteigert werden kann. Ein Druckmesser 9 zur Ermittlung des Drucks des entspannten Gases und ein elektromagnetisches Drei wegeventil 10 zur Steigerung und Verminderung des ersten Behälters 2 gehören ebenfalls zum Drucksteuersystem 6. Mit 11 ist eine Steuerschaltung bezeichnet, die den logischen Pegel eines Eingangssignals vom Flüssigkeits pegelsensor 6 ermittelt und ein Ausgangssignal zur Be tätigung des elektromagnetischen Dreiwegeventils 10 erzeugt. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gasablaß öffnung zum Ablassen verdampften Gases der Tiefsttempe raturflüssigkeit 1 im zweiten Behälter 3 in die Umgebungs atmosphäre.

Nachfolgend soll die Betriebsweise dieses Tiefsttempera turflüssigkeitsüberführungssystems erläutert werden. Die Menge der Tiefsttemperaturflüssigkeit, die in dem zweiten Behälter 3 enthalten ist, wird ständig von dem Flüssig keitssensor 5 und der Steuerschaltung 11 überwacht. Wenn die Menge der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 im zweiten Behälter 3 unter den unteren Grenzwert abfällt, dann stellt dies der Flüssigkeitspegelsensor 5 fest, und die Steuerschaltung 11 erzeugt ein Ausgangssignal zur Einlei tung der Übertragung von Flüssigkeit aus dem Behälter 2 in den Behälter 3. Mit diesem Ausgangsignal beginnt das elektromagnetische Dreiwegeventil 10 zu arbeiten, wodurch das Druckgas, das von der Druckgasquelle 7 abgegeben wird und hinsichtlich seines Druckes durch das Druck reduzierventil 8 und den Druckmesser 9 eingestellt worden ist, über das elektromagnetische Dreiwegeventil 10 in den ersten Behälter 2 gelangt. Aufgrund des Druckunter schiedes zwischen dem Druck im ersten Behälter 2 und dem Druck im zweiten Behälter 3 wird die Tiefsttemperatur flüssigkeit 1 im Behälter 2 in den zweiten Behälter 3 über das Übertragungsrohr 4 übertragen. Wenn die Menge der in den zweiten Behälter 3 übertragenen Tiefsttempe raturflüssigkeit 1 den oberen Grenzwert erreicht, ermit telt der Flüssigkeitspegelsensor 5 die Flüssigkeitsmenge, und die Steuerschaltung 11 erzeugt ein Ausgangssignal für das Ventil 10, um die weitere Flüssigkeitsübertragung abzubrechen. Mit diesem Ausgangs- oder Betätigungssignal wird der Strömungsweg von der Druckgasquelle 7 zum ersten Behälter 2 durch das Ventil 10 unterbrochen und gleich zeitig wird das Ventil 10 in eine Stellung gebracht, in der das Gas im ersten Behälter 2 in die Umgebungsatmos phäre abgelassen wird, um die Druckdifferenz zwischen dem ersten Behälter 2 und dem zweiten Behälter 3 abzu bauen, wodurch die Überführung der Tiefsttemperaturflüs sigkeit 1 in den zweiten Behälter 3 augenblicklich unter bunden wird. Die Ablaßöffnung 12 ist in dem zweiten Be hälter 3 ausgebildet, durch die verdampftes Gas der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 ständig abgelassen wird.

Da das bekannte automatische Überführungssystem für Tiefsttemperaturflüssigkeit in der beschriebenen Weise aufgebaut ist, benötigt es eine Überwachung durch Bedie nungspersonal von außen trotz des automatischen Betriebs, um das Entstehen von abnormen Situationen zu verhindern, wie beispielsweise einen übermäßigen Druckanstieg auf grund gewisser Ursachen, die eine Beschädigung des Behäl ters hervorrufen könnten, eine Rückströmung verdampften Gases aus dem zweiten Behälter 3 in die Tiefsttemperatur flüssigkeit 1 im ersten Behälter 2 aufgrund einer Umkeh rung der Druckdifferenz zwischen dem ersten Behälter 2 und dem zweiten Behälter 3, einen Temperaturanstieg im zweiten Behälter 3 und eine Steigerung der Verdampfungs geschwindigkeit der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 im zweiten Behälter 3 aufgrund einer völligen Entleerung des ersten Behälters 2 und einer direkten Zuführung des Druckgases bei Raumtemperatur in den zweiten Behälter 3 und dgl.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick darauf geschaf fen worden, die oben erwähnten Probleme zu lösen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Über tragung von Tiefsttemperaturflüssigkeit anzugeben, die nicht nur in der Lage ist, gewöhnliche Tiefsttemperatur flüssigkeiten zu übertragen, sondern auch einen Schutz beim Auftreten eines abnormen Zustands in der Vorrichtung zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange gebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Erfindung gibt eine Vorrichtung zur Über tragung von Tiefsttemperaturflüssigkeit an, die mit einem Druckmesser zur Messung des Drucks in dem ersten Behälter sowie mit einer Steuerschaltung zur Bestimmung des logischen Pegels von Eingangssignalen von diesem Druckmesser und einem Flüssigkeitspegelsensor zur Messung der Menge der Tiefsttemperaturflüssigkeit in dem zweiten Behälter und zum Erzeugen eines Ausgangssignals zum Be treiben eines Drucksteuersystems versehen ist.

Die Erfindung schafft eine Tiefsttemperaturübertragungs vorrichtung, die in Kombination enthält: erste und zweite Behälter, die jeweils eine Tiefsttemperaturflüssigkeit aufnehmen, eine Verbindungseinrichtung zur fluidischen Verbindung der ersten und zweiten Behälter, ein Druck steuersystem zum Steigern und Vermindern eines Drucks in dem ersten Behälter zur Übertragung der Tiefsttemperatur vom ersten Behälter in den zweiten Behälter über die Ver bindungseinrichtung durch Anwendung von Druck, einen Druckmesser zum Messen eines Drucks im ersten Behälter, einen Flüssigkeitspegelsensor zur Messung einer Menge der Tiefsttemperaturflüssigkeit in dem zweiten Behälter, und eine Steuerschaltung, die dazu vorgesehen ist, den logischen Pegel von Eingangssignalen von dem Druckmesser und dem Flüssigkeitspegelsensor zu bestimmen und ein Ausgangssignal zum Betreiben des Drucksteuersystems auf der Grundlage der Ermittlung der Logikpegel abzugeben.

In der Übertragungsvorrichtung für Tiefsttemperatur flüssigkeit nach der vorliegenden Erfindung führt die Steuerschaltung die Ermittlung der Logikpegel von Ein gangssignalen vom Flüssigkeitspegelsensor und vom Druck messer aus und erzeugt ein Ausgangsbetätigungssignal für das Drucksteuersystem, wodurch die Übertragung der Tiefst temperaturflüssigkeit vom ersten Behälter in den zweiten Behälter eingeleitet, ausgeführt und abgebrochen wird.

Dieses und weitere Ziele sowie der spezielle Aufbau und die Betriebsweise der Übertragungsvorrichtung für Tiefst temperaturflüssigkeit nach der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Übertragungsvorrichtung für Tiefsttemperatur flüssigkeit nach einer Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 2, 3 und 4 schematische Darstellungen weiterer Aus führungsformen der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 5 eine bekannte Vorrichtung zum Übertragen von Tiefsttemperaturflüssigkeit von einem Behälter in einen anderen Behälter.

Nachfolgend wird die erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. In der Zeichnung sind mit den Bezugszeichen 1 bis 10 und 12 die gleichen Elemente bezeichnet, die unter Bezugnahme auf Fig. 5 bereits erläutert worden sind. Mit dem Bezugszeichen 13 ist ein Druckmesser zur Messung des Drucks im ersten Behälter 2 bezeichnet. Weiterhin erkennt man einen Flüs sigkeitspegelsensor 14, der im ersten Behälter 2 angeord net ist, um die Menge der darin enthaltenen Tiefsttempe raturflüssigkeit zu messen. Mit 15 ist ein Druckmesser bezeichnet, der den Druck im zweiten Behälter 3 mißt, und 16 ist eine Steuerschaltung, die die logische Ermitt lung der Eingangssignale ausführt, die von den Flüssig keitspegelsensoren 5 und 14 und von den Druckmessern 13 und 15 geliefert werden. Die Steuerschaltung 16 erzeugt ein Ausgangssignal zur Betätigung des elektromagnetischen Dreiwegeventils 10 des Drucksteuersystems 6.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Übertragungsvor richtung für Tiefsttemperaturflüssigkeit nach der vor liegenden Erfindung erläutert. Es sei hervorgehoben, daß der normale Übertragungsbetrieb von Tiefsttemperatur flüssigkeit in derselben Weise abläuft, wie unter Bezug nahme auf Fig. 5 bereits erläutert worden ist. Wie der Flüssigkeitspegelsensor 5 in der bekannten Vorrichtung überwachen die Druckmesser 13, 15 und der Flüssigkeits pegelsensor 14 zusammen mit der Steuerschaltung 16 fort während jeden Zustand des Drucks und der Flüssigkeits pegel. Wenn während der Übertragung von Tiefsttemperatur flüssigkeit der Druck im ersten Behälter 2 den oberen Grenzwert überschreitet, wird ein Ausgangssignal von der Steuerschaltung 16 erzeugt, das das Dreiwegeventil 10 veranlaßt, die weitere Druckzufuhr zum ersten Behälter 2 zu unterbrechen und das Druckgas aus dem System nach außen abzulassen. Im Verlaufe dieser Operationen wird die Übertragung von Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 fort gesetzt. Wenn der Druck im ersten Behälter 2 den unteren Grenzwert erreicht, dann wird wieder ein Ausgangssignal von der Steuerschaltung 16 erzeugt, das das Ventil 10 veranlaßt, den Innenraum des ersten Behälters 2 erneut unter Druck zu setzen. Wenn der Druck im zweiten Behälter während der Übertragung der Tiefsttemperaturflüssigkeit den oberen Grenzwert überschreitet, dann wird das elek tromagnetische Dreiwegeventil 10 in der gleichen Weise betätigt, wie wenn der Druck im ersten Behälter 2 zu stark ist, und arbeitet so, daß die Übertragung von Tiefsttemperaturflüssigkeit fortgesetzt wird, während der Druck im zweiten Behälter 3 auf die geeignete Größe eingestellt wird.

Wenn die Menge der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 im ersten Behälter 2 unter den unteren Grenzwert abfällt, dann wird von der Steuerschaltung 16 ein Ausgangssignal zur Unterbrechung der Flüssigkeitsüberführung erzeugt, um die weitere Überführung von Tiefsttemperaturflüssig keit abzubrechen. Darüberhinaus kann eine Umkehrung der Druckdifferenz zwischen dem ersten Behälter 2 und dem zweiten Behälter 3 durch Einstellung der oberen und unteren Grenzwerte der Druckmesser 13 und 15 verhindert werden. Diese Schutzoperationen werden gegenüber den nor malen Operationen bevorzugt ausgeführt, wodurch die Tiefsttemperaturflüssigkeit sicher und automatisch über tragen werden kann, ohne daß die Elemente der Vorrich tung beschädigt werden und weitere Störungen oder dgl. aufgrund abnormer Zustände, wie eingangs erläutert, auftreten können.

Obgleich in der vorangehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Erläutertung unter Bezugnahme auf die Verwendung eines elektromagnetischen Dreiwegeventils 10 im Drucksteuersystem 6 am ersten Behälter 2 gegeben worden ist, sei doch betont, daß es möglich ist, zwei einzelne elektromagnetische Zweiwegeventile 100 a und 100 b anstelle eines elektromagnetischen Drei wegeventils zu verwenden, wobei jedes dieser Zweiwege ventile entsprechend einem Betätigungssignal arbeitet, das von der Steuerschaltung 16 abgegeben wird. Es läßt sich auf diese Weise die gleiche Wirkung hervorbringen wie mit einem Dreiwegeventil. Diese Lösung mit zwei Zwei wegeventilen 100 a und 100 b ist in Fig. 2 dargestellt.

Wenn ein zulässiger Druckgrenzwert am zweiten Behälter 3 in Bezug auf den oberen Druckgrenzwert einen geringen Abstand hat und es daher notwendig ist, einen übermäßigen Druck schnell abzubauen, kann ein By-pass- Ablaßsystem 111 mit einem elektromagnetischen Zweiwege ventil 111 a im zweiten Behälter 3 außer der Auslaßöffnung 12 vorgesehen sein, wie Fig. 3 zeigt, die durch ein von der Steuerschaltung 16 abgegebenes Ausgangssignal geöff net und geschlossen werden kann.

In den obigen Bespielen sind Erläuterungen einer ein fachen Überführungsvorrichtung für Tiefsttemperaturflüs sigkeit von einem Behälter in einen anderen gegeben worden. Es sei jedoch betont, daß die vorliegende Erfin dung auch bei einer Überführungsvorrichtung für Tiefst temperaturflüssigkeit für sogenannte supraleitende An wendungen anwendbar ist, bei der eine supraleitende Spule 17 in die Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 im zweiten Behälter 3 eingetaucht ist, wie Fig. 4 zeigt. An den obigen Ausführungsformen sind fernerhin Fälle erläutert worden, bei denen der erste Behälter 2 mit dem Flüssig keitspegelsensor 14 und der zweite Behälter 3 mit dem Druckmesser 15 versehen ist. Es sei jedoch hervorgehoben, daß diese Einrichtungen in Abhängigkeit von den Bedürf nissen vorgesehen sein können und daß der beabsichtigte Zweck nur dann erreicht werden kann, wenn der Flüssig keitspegelsensor 5 zur Messung der Flüssigkeitsmenge der Tiefsttemperaturflüssigkeit im zweiten Behälter 3 und der Druckmesser 13 zur Messung des Drucks im ersten Behälter 2 vorgesehen sind.

Wie zuvor beschrieben worden ist, ist die Erfindung so aufgebaut, daß der Druck im ersten Behälter vom Druck messer ermittelt wird. Die Menge der Tiefsttemperatur flüssigkeit im zweiten Behälter wird mit Flüssigkeits pegelsensor ermittelt. Eingangssignale von den Druck messern und den Flüssigkeitspegelsensoren werden hin sichtlich ihres logischen Pegels von der Steuerschaltung ermittelt, und auf ihrer Grundlage wird ein Ausgangs signal zur Betätigung des Drucksteuersystems zur Steige rung und Verminderung des Drucks im ersten Behälter er zeugt. Mit diesem Betätigungssignal beginnt das Druck steuersystem die Übertragung der Tiefsttemperaturflüssig keit vom ersten Behälter in den zweiten Behälter oder be endet die Übertragung. Daher kann ein Übertragungssystem für Tiefsttemperaturflüssigkeit aufgebaut werden, das in der Lage ist, gewöhnliche Tiefsttemperaturflüssigkeit von einem Behälter in einen anderen zu übertragen oder eine solche Übertragung zu unterbrechen und gleichzeitig im Falle des Auftretens abnormer Situationen Schutzoperationen des Systems sicher auszuführen.

Claims

1. Überführungsvorrichtung für Tiefsttemperaturflüssig keit, enthaltend in Kombination:

a) erste und zweite Behälter (2, 3), die jeweils Tiefst temperaturflüssigkeit (1) aufnehmen;
b) eine Verbindungseinrichtung (4) zur fluidischen Ver bindung der ersten und zweiten Behälter (2, 3);
c) ein Drucksteuersystem (6) zum Steigern und Vermindern eines Drucks in dem ersten Behälter (2) zur Übertragung der Tiefsttemperaturflüssigkeit (1) vom ersten Behälter (2) in den zweiten Behälter (3) durch die Verbindungs einrichtung (4) mittels Druck;
d) einen Druckmesser (13) zum Messen des Drucks in dem ersten Behälter (2);
e) einen Flüssigkeitspegelsensor (5) zur Messung einer Menge der Tiefsttemperaturflüssigkeit (1) im zweiten Behälter (3), und
f) eine Steuerschaltung (16), die Eingangssignale von dem Druckmesser (13) und dem Flüssigkeitspegelsensor (5) logisch ermittelt und ein Ausgangssignal zum Betreiben des Drucksteuersystems (6) auf der Grundlage der logi schen Ermittlung erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der erste Behälter (2) mit einem Flüssigkeits pegelsensor (14) zum Messen der Menge der Tiefsttempe raturflüssigkeit (1) in dem ersten Behälter (2) ver sehen ist, und daß ein Signal von dem genannten Pegel sensor (14) von der Steuerschaltung (16) logisch er mittelt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Behälter (3) mit einem Druckmesser (15) versehen ist und ein Signal von dem Druckmesser (15) von der Steuerschaltung (16) logisch ermittelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Behälter (3) eine supra leitende Spule (17) enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuersystem (6) die Steigerung und Verminderung des Drucks mittels eines elektromagnetischen Dreiwegeventils (10) steuert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuersystem die Steigerung und Verminderung des Drucks mit Hilfe zweier elektromagnetischer Zweiwegeventile (110 a, 110 b) steuert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter (3) mit einem By-pass-Ablaßsystem (111) mit einem elektroma gnetischen Zweiwegeventil (111 a) versehen ist, das mittels eines Ausgangssignals von der Steuerschaltung (16) betätigt wird.