DE3706488C2

DE3706488C2 -

Info

Publication number: DE3706488C2
Application number: DE3706488A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kobe Hyogo Jp Murai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1990-08-23
Also published as: US4744222A; JPS62200099A; DE3706488A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Überführungsvorrichtung für Tiefsttemperaturflüssigkeiten, beispielsweise flüssiges Helium, flüssigen Stickstoff und dergleichen, nach dem Ober begriff des Anspruchs 1 (US-Z: Cryogenics, September 1981, Seiten 540 bis 542).

Aus der US-Z: Cryogenics ist eine gattungsgemäße Über führungsvorrichtung bekannt, bei welcher an dem ersten Behälter ein Druckmesser vorgesehen ist, mit Hilfe dessen das Bedienungspersonal den Druck in dem ersten Behälter überwachen kann. Eine Drucküberwachung durch Bedienungs personen ist nur bei dem ersten Behälter vorgesehen. Ein im zweiten Behälter gegenüber demjenigen im ersten Behälter höherer Druck wird weder erkannt noch behoben.

Die genannte Überführungsvorrichtung benötigt trotz der automatischen Überwachung des Tiefstflüssigkeitsniveaus in dem zweiten Behälter eine Überwachung durch Bedienungsperso nal von außen, um das Entstehen von abnormen Situationen zu verhindern, wie beispielsweise einen übermäßigen Druckan stieg aufgrund gewisser Ursachen, die eine Beschädigung des Behälters hervorrufen könnten, eine Rückströmung verdampften Gases aus dem zweiten Behälter in die Tiefsttemperaturflüs sigkeit im ersten Behälter aufgrund einer Umkehrung der Druckdifferenz zwischen dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter, einen Temperaturanstieg im zweiten Behälter und eine Steigerung der Verdampfungsgeschwindigkeit der Tiefst temperaturflüssigkeit im zweiten Behälter aufgrund einer völligen Entleerung des ersten Behälters und einer direkten Zuführung des Druckgases bei Raumtemperatur in den zweiten Behälter und dergleichen.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick darauf geschaffen worden, die obenerwähnten Probleme zu lösen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Übertragung von Tiefsttemperaturflüssigkeit anzugeben, bei der verhindert wird, daß Tiefsttemperaturflüssigkeit vom zweiten in den ersten Behälter zurückfließt.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merk male gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Übertragungsvorrichtung für Tiefsttemperaturflüssig keit nach der vorliegenden Erfindung führt die Steuerschal tung die Ermittlung der Logikpegel von Eingangssignalen vom Flüssigkeitspegelsensor und von den Druckmessern aus und erzeugt ein Ausgangsbetätigungssignal für das Drucksteuer system, wodurch die Übertragung der Tiefsttemperaturflüssig keit von dem ersten Behälter in den zweiten Behälter einge leitet, ausgeführt und abgebrochen wird.

Dieses und weitere Ziele sowie der spezielle Aufbau und die Betriebsweise der Übertragungsvorrichtung für Tiefsttempera turflüssigkeit nach der vorliegenden Erfindung werden nach folgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 eine Übertragungsvorrichtung für Tiefsttemperatur flüssigkeiten nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2, 3 und 4 schematische Darstellungen weiterer Ausführungs formen der Erfindung.

In den Zeichnungen ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Tiefst temperaturflüssigkeit, wie beispielsweise verflüssigtes Helium, verflüssigter Stickstoff und so weiter 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 Überfüh rungsrohr gebildet wird, in Verbindung steht und der darin die Tiefsttemperaturflüssigkeit 1, die über das Rohr 4 von dem ersten Behälter 2 zu übertragen ist, aufnimmt. Mit 5 ist ein Flüssigkeitspegelsensor zum Messen des Niveaus der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 im zweiten Behälter 3 bezeich net. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein Drucksteuersystem, das die Zunahme und Abnahme des Drucks im ersten Behälter 2 für die unter Druck ablaufende Übertragung der Tiefsttem peraturflüssigkeit 1 von dem ersten Behälter 2 in den zwei ten Behälter 3 durch das Überführungsrohr 4 steuert, wobei dieses Drucksteuerventil 6 in der Zeichnung beispielsweise als eine Druckgasquelle 7 ausgeführt ist, mit der der Druck in dem ersten Behälter 2 über ein Reduzierventil 8 gestei gert werden kann. Ein Druckmesser 9 zur Ermittlung des Drucks des entspannten Gases und ein elektromagnetisches Dreiwegeventil 10 zur Beeinflussung des Druckes in dem ersten Behälter 2 gehören ebenfalls zum Drucksteuersystem 6. Mit 16 ist eine Steuerschaltung bezeichnet, die den logischen Pegel eines Eingangssignals vom Flüssigkeitspegel sensor 5 ermittelt und ein Ausgangssignal zur Betätigung des elektromagnetischen Dreiwegeventils 10 erzeugt. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gasablaßöffnung zum Ab lassen verdampften Gases der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 im zweiten Behälter 3 in die Umgebungsatmosphäre.

Nachfolgend soll die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden. Die Menge der Tiefsttempera turflüssigkeit, die in dem zweiten Behälter 3 enthalten ist, wird ständig von dem Flüssigkeitssensor 5 und der Steuerschaltung 11 überwacht. Wenn das Niveau der Tiefsttem peraturflüssigkeit 1 im zweiten Behälter 3 unter den unteren Grenzwert abfällt, dann stellt dies der Flüssigkeitspegel sensor 5 fest und die Steuerschaltung 11 erzeugt ein Aus gangssignal zur Einleitung der Übertragung von Flüssigkeit aus dem Behälter 2 in den Behälter 3. Mit diesem Ausgangs signal beginnt das elektromagnetische Dreiwegeventil 10 zu arbeiten, wodurch das Druckgas, das von der Druckgasquelle 7 abgegeben wird und hinsichtlich seines Druckes durch das Druckreduzierventil 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 in dem ersten Behälter 2 und dem Druck in dem zweiten Behälter 3 wird die Tiefsttempera turflüssigkeit 1 im Behälter 2 in den zweiten Behälter 3 über das Übertragungsrohr 4 übertragen. Wenn die Menge der in dem zweiten Behälter 3 übertragenen Tiefsttemperatur flüssigkeit 1 den oberen Grenzwert erreicht, ermittelt der Flüssigkeitspegelsensor 5 das Flüssigkeitsniveau, und die Steuerschaltung 11 erzeugt ein Ausgangssignal für das Ventil 10, um die weitere Flüssigkeitsübertragung abzubrechen. Mit diesem Ausgangs- oder Betätigungssignal wird der Strömungs weg von der Druckgasquelle 7 zum ersten Behälter 2 durch das Ventil 10 unterbrochen und gleichzeitig wird das Ventil 10 in eine Stellung gebracht, in der das Gas im ersten Behälter 2 in die Umgebungsatmosphäre abgelassen wird, um die Druckdifferenz zwischen dem ersten Behälter 2 und dem zweiten Behälter 3 abzubauen, wodurch die Überführung der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 in den zweiten Behälter 3 augenblicklich unterbunden wird. Die Ablaßöffnung 12 ist in dem zweiten Behälter 3 ausgebildet, durch die verdampftes Gas der Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 ständig abgelassen wird.

Mit dem Bezugszeichen 13 ist ein Druckmesser zur Messung des Drucks im ersten Behälter 2 bezeichnet. Weiterhin er kennt man einen Flüssigkeitspegelsensor 14, der im ersten Behälter 2 angeordnet ist, um die Menge der darin enthalte nen Tiefsttemperaturflüssigkeit zu messen. Mit 15 ist ein Druckmesser bezeichnet, der den Druck im zweiten Behälter 3 mißt. Die Steuerschaltung 16 führt die logische Ermittlung der Eingangssignale, die von den Flüssigkeitspegelsensoren 5 und 14 und von den Druckmessern 13 und 15 geliefert wer den, aus. Die Steuerschaltung 16 erzeugt ein Ausgangssignal zur Betätigung des elektromagnetischen Dreiwegeventils 10 des Drucksteuersystems 6.

Es sei hervorgehoben, daß der normale Übertragungsbetrieb von Tiefsttemperaturflüssigkeit in derselben Weise abläuft, wie vorstehend bereits erläutert worden ist. Genau wie der Flüssigkeitspegelsensor 5 überwachen die Druckmesser 13, 15 und der Flüssigkeitspegelsensor 14 zusammen mit der Steuer schaltung 16 fortwährend jeden Zustand des Drucks und der Flüssigkeitspegel. Wenn während der Übertragung von Tiefst temperaturflüssigkeit der Druck im ersten Behälter 2 den oberen Grenzwert überschreitet, wird ein Ausgangssignal von der Steuerschaltung 16 erzeugt, daß 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 Übertra gung von Tiefsttemperaturflüssigkeit 1 fortgesetzt. Wenn der Druck im ersten Behälter 2 den unteren Grenzwert er reicht, dann wird wieder ein Ausgangssignal von der Steuer schaltung 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 elektromagnetische 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. Darüber hinaus 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 Erläuterung 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 Bypass- Ablaßsystem 111 mit einem elektromagnetischen Zweiwege ventil 111 a im zweiten Behälter 3 außer der Auslaßöffnung 12 vorgesehen sein, wie Fig. 3 zeigt, wobei das Zweiwege ventil 111 a durch ein von der Steuerschaltung 16 abgegebenes Ausgangssignal geöffnet und geschlossen werden kann.

In den obigen Beispielen 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.

Die erfindungsgemäße Überführungsvorrichtung ist in der Lage, gewöhnliche Tiefsttemperaturflüssigkeit von einem Behälter in einen anderen zu übertragen oder eine solche Übertragung zu unterbrechen und gleichzeitig im Fall des Auftretens abnormer Situationen, wie beispielsweise eines Rückflusses von Tiefsttemperaturflüssigkeit von dem zweiten Behälter in den ersten Behälter, Schutzoperationen des Systems sicher auszuführen.

Claims

1. Überführungsvorrichtung für Tiefsttemperaturflüssig keiten, die insbesondere zum Kühlen von supraleitenden Spulen (17) dienen, mit einem ersten (2) und einem zweiten Behälter (3), wobei die beiden Behälter jeweils Tiefsttemperaturflüssigkeit (1) aufnehmen, mit einer Verbindungseinrichtung (4) zur fluidischen Verbindung des ersten und zweiten Behälters (2, 3), mit einem Drucksteuersystem (6) zum Beeinflussen des Drucks in dem ersten Behälter (2) zur Übertragung der Tiefsttem peraturflüssigkeit (1) von dem ersten Behälter (2) in den zweiten Behälter (3) durch die Verbindungseinrich tung (4) mittels Drucks, mit einem Druckmesser (13) zum Messen des Drucks in dem ersten Behälter (2), mit einem Flüssigkeitspegelsensor (5) zum Messen des Ni veaus der Tiefsttemperaturflüssigkeit (1) in dem zwei ten Behälter (3) und mit einer Steuerschaltung (16) zum Betreiben des Drucksteuersystems (6), wobei die Steuerschaltung (16) Signale von dem Flüssigkeitspegel sensor (5) empfängt, dadurch gekennzeich net, daß die Steuerschaltung (16) auch von dem Druck messer (13) in dem ersten Behälter (2) Signale zum Betreiben des Drucksteuersystems (6) empfängt und daß der zweite Behälter (3) mit einem weiteren Druckmesser (15) versehen ist, von dem ein Signal durch die Steuer schaltung (16) logisch ermittelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Behälter (2) mit einem Flüssigkeitspegelsensor (14) zum Messen des Niveaus der Tiefsttemperaturflüssigkeit (1) versehen ist und daß ein Signal von dem genannten Pegelsensor (14) von der Steuerschaltung (16) logisch ermittelt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der zweite Behälter (3) die supraleitende Spule (17) enthält (Fig. 4).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuersystem (6) die Beeinflussung des Drucks mittels eines elektro magnetischen Dreiwegeventils (10) steuert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuersystem (6) die Beeinflussung des Drucks mit Hilfe zweier elektromagnetischer Zweiwegeventile (110 a, 110 b) steu ert (Fig. 2).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter (3) mit einem Bypass-Ablaßsystem (111) mit einem elektromagnetischen Zweiwegeventil (111 a) versehen ist, das mittels eines Ausgangssignals von der Steuer schaltung (16) betätigt wird (Fig. 3).