DE4314806C2 - Isolierter Behälter zum Aufbewahren von verflüssigtem Helium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen isolierten Behälter zum Aufbewahren von verflüssigtem Helium nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Solche Behälter zum Aufbewahren von verflüssigtem Helium besitzen eine halsförmige Öffnung zum Entnehmen der Flüssigkeit. Hierzu wird in den Behälter ein bis zu dessen Boden reichender Entnahmeheber eingeführt, der im wesentlichen aus einer vakuumisolierten rohrför­ migen Leitung mit am oberen Ende angeordnetem Vakuum­ verschluß- und Sicherheitsventil besteht. An dem Ent­ nahmeheber ist über ein starres oder flexibles Zwischen­ stück ein Füllrohr angeschlossen. In vielen Fällen ist der Entnahmeheber auch mit einem Absperrventil versehen.

Bei einer Siedetemperatur des Heliums von ca. -269°C ergibt sich mit Betrieb des Entnahmehebers eine erhöhte Verdampfungsrate, weil der Entnahmeheber eine Tempera­ turbrücke zu der Atmosphäre darstellt. Aus diesem Grund ist es bisher üblich, den Entnahmeheber für Heliumbe­ hälter außerhalb des Behälters zu verwahren und erst bei beabsichtigter Umfüllung von Helium-flüssig den Entnahmeheber in den Behälter einzuführen.

Dieser Vorgang ist gefahrenvoll (Verbrennungsgefahr durch ausströmendes kaltes Helium) und erfordert einen hohen Personalaufwand und einen entsprechend hohen Raum, da der Entnahmeheber fast der Höhe des Behälters ent­ spricht und auf Behälterhöhe in die halsförmige Öffnung des Behälters eingeführt werden muß oder aus mehreren Teilen beim Einführen zusammengeschraubt werden muß.

Bei jedem Einführen des auf Umgebungstemperatur er­ wärmten Entnahmehebers verdampft dabei Helium.

Aus der US-PS 3,302,419 ist ein Entnahmeheber bekannt, bei dem die Verdampfungsrate bei der Entnahme durch das Kühlen des Entnahmehebers mit verdampftem Medium ver­ ringert wird. Während der Stillstandzeiten hat der Be­ hälter jedoch aufgrund der Wärmeleitung über das Heber­ rohr in das flüssige Helium weiterhin eine erhöhte Ver­ dampfungsrate. Die Kühlung mit verdampftem Medium bringt hier keinen entscheidenden Gewinn, da bei modernen Heliumbehältern mit Abgaskühlung die Abgasenergie schon zur Kühlung der Isolation verbraucht wird. (Das US-Pa­ tent geht von Behältern mit LN₂-Kühlung aus).

Stand der Technik insbesondere für transportable Helium­ behälter ist daher, den Heber bei Nichtgebrauch auszu­ bauen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen isolierten Behälter zum Aufbewahren von flüssigem Helium mit einem Entnahmeheber zu schaffen, der eine geringere Abdampfrate hat. Ferner soll das Einführen eines Hebers in den Behälter erleichtert werden.

Der Verlust von Helium-flüssig durch das Einkühlen des Hebers soll minimiert werden; ferner soll der Verlust von gas­ förmigem Helium durch die vor dem Einführen des Hebers notwendige Druckentlastung des Behälters vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Installation ermöglicht eine schnelle Entnahme des Heliums-flüssig aus dem isolierten Behälter, ohne daß hierzu mehrere Bedienungspersonen benötigt werden.

Vorteilhaft wird die bei fest installierten Entnahme­ hebern erhöhte Verdampfungsrate durch eine thermische Entkopplung des erfindungsgemäßen Entnahmehebers ge­ senkt. Erfindungsgemäß wird die thermische Entkopplung mit einem Entnahmeheber, der aus zwei Teilen besteht, erreicht, dessen einer Teil relativ zu dem anderen Teil bewegbar ist, wobei die thermische Trennung über den Abstand der beiden Teile zueinander bewirkt wird. Der erste Teil ist fest in dem Behälter installiert und erstreckt sich vom Boden des Behälters bis zum unteren Ende des Halsrohres. Vorteilhaft kann dieses Teil aus einem doppelwandigen Rohr bestehen, in dem während des Betriebes die Luft kondensiert und ein Vakuum erzeugt. Boden und Halsrohr dienen dabei als Befestigungslager für den ersten Teil. Dieser weist an seinem oberen, im unteren Endbereich des Halsrohres angeordneten Ende ein kalt dichtendes Verbindungsteil auf, beispielsweise eine Steckverbindung. Über das Verbindungsteil ist der erste Teil mit dem zweiten Teil des erfindungsgemäßen Ent­ nahmehebers koppelbar, wozu der zweite Teil an seinem unteren Ende ein Gegenstück zu dem Verbindungsteil auf­ weist. Der sich an das erste Teil anschließende zweite Teil des Entnahmehebers wird über die Entnahmeöffnung des Behälters nach außen geführt. Die Entnahmeöffnung ermöglicht eine axiale Verschiebung des zweiten Heber­ teils und ist am Heber, beispielsweise über eine Quetsch­ verschraubung, abgedichtet. Über eine flexible oder starre Verbindungsleitung und eine Absperreinrichtung ist der Entnahmeheber nach der Erfindung mit einem Be­ füllrohr verbunden. Die Verbindungsleitung mit dem Be­ füllrohr wird während des Transportes am Behälter sicher und geschützt gehaltert. Das zweite Teil des erfindungs­ gemäßen Entnahmehebers kann auch aus dem Behälter aus­ gebaut werden, wenn über längere Zeiträume keine Umfül­ lung vorgenommen wird. Auch bei einem Ausbau des zweiten Teiles ergeben sich die wirtschaftlichen Vorteile, da dieses Teil nur eine die Halslänge des Behälters auf­ weisende Länge hat und somit einfach von einer Bedie­ nungsperson in die Entnahmeöffnung des Behälters einge­ führt und mit dem ersten Teil verbunden werden kann. Da das zweite Teil eine wesentlich geringere Länge aufweist als ein einstückig ausgebildeter Entnahmeheber, ist auch dessen Verwahrung außerhalb des Behälters ohne Problem möglich, so daß ein Verbiegen oder Knicken der rohrför­ migen Leitung im täglichen Betrieb ausgeschlossen wird.

Die Trennstelle zwischen erstem und zweitem Heberteil nach der Erfindung kann ebenso weiter oben im Halsrohr öder im Kopf des Behälters sowie auch unterhalb des Halsrohres angeordnet werden, um bei thermischer Tren­ nung von dem zweiten Teil nur einen geringen Wärmeeintrag in das Helium-flüssig zu ermöglichen. In diesem Zusammen­ hang ist es weiterhin vorteilhaft möglich, den Entnahme­ heber nach der Erfindung als Teleskop auszubilden, wel­ ches nach der Entnahme in dem Behälter, insbesondere unter dem Flüssigkeitsspiegel oder im Halsbereich zu­ sammenschiebbar ist und bis zur Entnahmeöffnung oder bis in die Flüssigkeit auseinandergezogen werden kann. Die Längenänderungen des Teleskops können mit einem ein­ fachen Werkzeug ausgeführt werden.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung.

Dargestellt ist ein isolierter Behälter 1, in welchem sich flüssiges Helium befindet. Der die Entnahme von flüssigem Helium 2 ermöglichende erfindungsgemäße Heber besteht aus einem ersten Teil 3 und einem zweiten Teil 4. Der erste Teil 3 ist am Boden 5 des Behälters 1 und am unteren Ende des Halsrohres 6 befestigt. Durch diese Anordnung ist der erste Teil 3 des Entnahmehebers bis in den Endbereich des Halsrohres geführt. Dabei liegt das obere Ende des ersten Teiles 3 außerhalb des flüs­ sigen Heliums 2. An dem oberen Ende ist das erste Teil 3 als Verbindungsteil 7 ausgebildet, das vorteilhaft eine vergrößerte Einführöffnung 8 zur leichteren Kopp­ lung mit dem Gegenstück 9 aufweist. Das Gegenstück 9 ist am unteren Ende des zweiten Teiles 4 angeordnet. Ver­ bindungsteil 7 und Gegenstück 9 sind als kalt dichtende Steckverbindung ausgebildet. Das sich an das erste Teil 3 anschließende zweite Teil 4 führt über ein Verschluß­ teil 10, welches eine axiale Verschiebung des zweiten Teils 4 zuläßt, nach außen. Vorteilhaft ist das Ver­ schlußteil 10 als Quetschverschraubung ausgebildet, mittels der einerseits das zweite Teil 4 fixiert ist, wenn es mit dem ersten Teil 3 verbunden ist und das andererseits die axiale Verschiebung ermöglicht, wenn die Verschraubung gelöst ist. Außen ist eine Haltevor­ richtung 11 angeordnet, mit deren Hilfe der Heberteil 4 in der Entnahmestellung und in der Ruhestellung fixiert werden kann.

Es ist selbstverständlich und bedarf keiner näheren Be­ schreibung, daß es auch andere Ausführungsvarianten zur Sicherung dieser Position gibt so z. B. über schiefe Ebenen und dergleichen.

Während den Ruhezeiten kann der zweite Heberteil 4 um den Armaturenschutz des Behälters gelegt und fixiert und das Ventil in einer Schutzeinrichtung abgelegt wer­ den.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, kann dieses zweite Teil 4 des Entnahmehebers auch aus dem isolierten Be­ hälter 1 ausgebaut werden und neben dem isolierten Be­ hälter gelagert werden. Dabei ergibt sich für den An­ wender der Vorteil, daß das relativ kurze zweite Teil 4 einfach von nur einer Bedienungsperson montiert bzw. demontiert werden kann. Hinzu kommt, daß bei der Ver­ wahrung außerhalb des Behälters 1 das zweite Teil 4 aufgrund seiner geringen Länge nicht verbogen wird.

Nach einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Entnahmeheber nach der Erfindung als Teleskop ausgebildet, das nach dem Umfüllen bis unter oder über den jeweils aktuellen Flüssigkeitsspie­ gel zusammengeschoben und zur Entnahme der Flüssigkeit auseinandergezogen wird. Durch das Zusammenschieben des Entnahmehebers unter oder über den Flüssigkeitsspiegel des Heliums-flüssig ergeben sich vorteilhaft keine Wärme­ brücken, wenn der Entnahmeheber außer Betrieb ist.

Claims (6)

1. Isolierter Behälter zum Aufbewahren von verflüs­ sigtem Helium, das über einen Entnahmeheber aus dem Behälter entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Entnahmeheber aus zwei Teilen (3, 4) besteht, daß mindestens ein Teil (3) des Entnahmehebers fest in dem Behälter (1) integriert und zur Umge­ bung thermisch entkoppelt ist.

2 Isolierter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (3, 4) relativ zueinander beweg­ bar sind.

3. Isolierter Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (3) sich vom Boden (5) des Behälters bis zum unteren Ende des Halsrohres (6) erstreckt und ein Verbindungsteil (7) aufweist, über welches es mit einem am zweiten Teil (4) vorgesehenen Gegen­ stück (9) koppelbar ist, das sich über die Entnahme­ öffnung (10) nach außen erstreckt.

4 Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (3) am Boden (5) und am Halsrohr (6) fixiert ist.

5. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil (4) an seinem oberen Ende eine Ver­ schiebeeinrichtung bzw. Arretierungen (10, 11) auf­ weist, mittels der es in einer von dem ersten Teil (3) thermisch getrennten Lage positionierbar ist.

6. Isolierter Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der beiden Teile (3, 4) aus einer im Kalten dichtenden Steckverbindung besteht.