DE4326138C2 - Vorrichtung zur Entnahme eines unter Druck stehenden flüssigen Gasstromes aus einem Druckbehälter - Google Patents
Vorrichtung zur Entnahme eines unter Druck stehenden flüssigen Gasstromes aus einem DruckbehälterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme
eines unter Druck stehenden flüssigen Gasstromes aus einem Druckbehälter nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2 bzw. 4.
Unter Druck stehende tiefkalt verflüssigte Gasströme
werden auf verschiedenen technischen Einsatzgebieten
benötigt. Es sind dies vor allem Einsatzgebiete, auf
denen die tiefe Temperatur des verflüssigten Gases gewünscht
wird. Der zum Fördern der Flüssigkeit oder zum
Erreichen eines Druckniveaus in einem durchströmten Behälter
erforderliche Druckaufbau wird üblicherweise
durch Verdampfen eines Teils der Flüssigkeit vorgenommen.
Dabei soll der Druckaufbau schnell und energiesparend
erfolgen und die Entnahme unterkühlter Flüssigkeit
ermöglichen (US-PS 3,648,018).
Mit einer im Behälter in der Flüssigkeit angeordneten
Heizung ist dies nicht möglich, weil die entsprechend
den thermodynamischen Bedingungen zu erwärmende Flüssigkeitsmenge
und damit die Druckaufbauzeit zu groß
sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Entnahme eines unter Druck stehenden tiefkalten
flüssigen Gasstromes aus einem Druckbehälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2 bzw. 4
zu
schaffen,
bei der keine
starke Durchmischung der unterschiedliche
Temperaturen aufweisenden Schichten verursacht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 bzw. 2 bzw. 4 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Im Gegensatz zu den Vorrichtungen nach dem Stand der
Technik wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezielt
eine Temperaturschichtung mit einer obenliegenden
Siedezone und einer darunterliegenden Zone mit unterkühlter
Flüssigkeit (tiefkalt verflüssigtes Gas) in dem
isolierten Druckbehälter erzeugt, wodurch eine Rekondensation
des Gases und ein Kollabieren des Druckes vermieden
wird. Dazu wurden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mehrere Einzelmaßnahmen vorgesehen, die jede für sich
darauf abzielen, eine Übertragung der Temperatur des
jeweiligen Temperaturträgers, z. B. des tiefkalt verflüssigten
Gases, der unterkühlten Strömung der Zulaufleitung
oder der verdampften Flüssigkeit, auf die jeweils
anderen Temperaturträger zu verhindern. Im einzelnen
sind hierzu
die interne Heizung in einem isolierten Behältnis angeordnet
und damit thermisch weitgehend von der Zone unterkühlter
Flüssigkeit entkoppelt und weiterhin
die Strömungen zwischen gasförmiger
und flüssiger
Phase weitgehend reduziert.
Die Schichtung der Flüssigkeit wird durch die Dichteerhöhung
mit fallender Temperatur stabilisiert. Dazu sind
horizontale Trennelemente, wie Platten, mit versetzten,
kleinen Durchtrittsöffnungen in dem isolierten Druckbehälter
vorgesehen, wodurch die verschiedenen Zonen, abgesehen
vom hydrostatischen Druck, auf gleichem Druck gehalten
werden. Die Mischwirkung zwischen Siedezone und unterkühlter
Flüssigkeit wird verhindert bzw. reduziert.
Vorteilhaft wird beim Betrieb der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die in den isolierten Druckbehälter zu- und/oder
im Falle eines Kreislaufs rückgeführte Flüssigkeit in
einer isolierten Zulaufleitung möglichst ohne Erwärmung
durch die wärmeren Schichten geführt.
Der isolierte Druckbehälter dient bei einem geschlossenen
LN₂-Kreislauf zum Druckaufbau, während eine in die Flüssigkeit
getauchte Pumpe die Förderung bewerkstelligt.
Die rückgeführte Flüssigkeit strömt durch einen gegenüber
der Zulaufleitung größeren Öffnungsquerschnitt
mit reduzierter Geschwindigkeit in den isolierten Druckbehälter
und wird direkt vor den ebenfalls in der unterkühlten
Zone liegenden Entnahmestutzen der Pumpe geführt.
Durch die Erfindung kann auf eine großdimensionierte
Heizung verzichtet und eine kompakte Bauweise
erzielt werden. Dies senkt die Herstellkosten.
Die Betriebskosten werden reduziert durch Minimierung
des nötigen Energieaufwands zum Aufheizen der Flüssigkeit im Druckbehälter
und anschließenden Abkühlen.
Dabei ist die Erfindung nicht auf eine LN₂-Kreislaufkühlung
beschränkt, sondern für alle Anwendungsfälle
geeignet, bei denen die Entnahme unterkühlter Flüssigkeit
aus Vorratsbehältern mittels Druckaufbau
erfolgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
in schematischer Form veranschaulicht.
Die Zeichnung zeigt einen Druckbehälter 1 mit einer
Isolierung 2. Erfindungsgemäß ist in dem Druckbehälter
1 eine elektrische Heizung 3 in einem rohrförmigen Behältnis
4 angeordnet, das von einer Isolierung 8 umgeben
ist und in dem durch Verdampfen eines kleinen Teils
der Flüssigkeit der Druckaufbau in dem Behälter 1 erfolgt.
Durch Trennen der Heizung vom Hauptteil der Flüssigkeit
5 durch das Behältnis 4 werden die entsprechend
den thermodynamischen Bedingungen zu erwärmende Flüssigkeitsmenge
und die Druckaufbauzeit erheblich reduziert.
Damit die Heizung immer in der Flüssigkeit 5 steht, ist
am unteren Ende des Behältnisses 4 ein kleiner Verbindungsschlitz
6 zur übrigen Flüssigkeit vorgesehen. Das
Behältnis 4 erstreckt sich von der unterkühlten Flüssigkeit
5 bis in einen oberhalb des Niveaus des flüssigen
Gases 5 vorhandenen Druckgasraum 7. Über die in den
Druckgasraum 7 mündende Öffnung 24 des Behältnisses 4
strömt das bei der Verdampfung entstehende Gas. Dadurch
wird eine Kreislaufströmung durch Dichteunterschiede
innerhalb bzw. außerhalb des Behältnisses 4 verhindert.
Die Schichtung der Flüssigkeit 5 wird durch die Dichteerhöhung
mit fallender Temperatur stabilisiert. Die Anbringung
von mindestens einem horizontalen Trennelement,
wie Platten 9, 10, mit versetzten, kleinen Durchtrittsöffnungen
11, 12 in dem Behälter 1, verhindert bzw. reduziert
die Ausbreitung von Strömungen zwischen dem Gas,
der Siedezone 13 und/oder der unterkühlter Flüssigkeit
und damit deren Mischungswirkung. Vorteilhaft können
noch weitere strömungsstörende Vorrichtungen in der
Flüssigkeit und/oder in der Siedezone 13 und/oder im
Druckgasraum 7 angebracht werden. Zur Reduzierung der
Wärmeleitung zwischen warmen und kalten Schichten sind
die Platten isoliert oder bestehen aus einem isolierenden
Material.
Der Behälter 1 dient im vorliegenden Fall zum Druckaufbau
in einem geschlossenen LN₂-Kreislauf, während eine
in die Flüssigkeit getauchte Pumpe 14 die Förderung bewerkstelligt.
Die Flüssigkeit 5 wird nach der Pumpe 14,
unabhängig vom Druck, in einem Wärmetauscher 15 stark
abgekühlt, bevor sie über einen Verbraucher 16 und eine
Zulaufleitung 17 in den isolierten Behälter zurückgeführt
wird.
Um eine Durchmischung bzw. einen Wärmetausch des Gases im Druckgasraum
7, der Flüssigkeit in der Siedezone 13 und der Flüssigkeit 5 mit dem kälteren
Rücklaufstrom 18 zu verhindern, wird dieser in
einem isolierten Teil 181 der Zulaufleitung 17 durch die
wärmeren Schichten direkt vor den Einlaufstutzen 19 der
Pumpe 14, der sich möglichst tief in der unterkühlten
Zone 25 der Flüssigkeit 5 befindet, geführt. Um vor
allem beim Anfahren der Anlage ein problemloses Ansaugen
durch die Pumpe 14 ohne Gasblasen zu ermöglichen,
ist keine feste direkte Verbindung zwischen dem Einlaufstutzen
19 und der Zulaufleitung 17 vorgesehen. Die
Durchmischungswirkung der Strömung wird verringert, indem
die Strömungsgeschwindigkeit beim Austritt aus der
Austrittsöffnung 20 der Zulaufleitung 17 durch Vergrößerung
des Öffnungsquerschnitts 22 der Austrittsöffnung 20
gegenüber dem Querschnitt 23 der Zulaufleitung 17, z. B.
durch Anbringen einer trichterförmigen Erweiterung 21,
reduziert wird. Dadurch wird auch ein Aufsteigen der
Gasblasen, die sich möglicherweise im Kreislauf befinden,
und damit deren Entfernen vor dem Einlaufstutzen
19 ermöglicht.
Dabei wird der Rücklaufstrom 18 im Druckbehälter 1 wenig erwärmt
und der Pumpe direkt zugeführt.
Die Positionierung der Pumpe 14 bzw. des Einlaufstutzens
im unterkühlten Teil der Flüssigkeit verringert außerdem
die Kavitationsgefahr.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Entnahme eines unter Druck stehenden tiefkalten
flüssigen Gasstromes aus einem isolierten Druckbehälter (1) für
flüssiges Gas (5), mit einer Druckerzeugungsvorrichtung (3, 7),
bestehend aus einer elektrischen Heizung (3) innerhalb des
Druckbehälters (1) zum Verdampfen des flüssigen Gases (5) und
einem oberhalb des Niveaus des flüssigen Gases (5) vorgesehenen,
das Gas aufnehmenden Druckgasraum (7),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizung (3) in einem innerhalb des Druckbehälters (1)
angeordneten, isolierten Behältnis (4) vorgesehen ist und
daß das Behältnis (4) eine Eintrittsöffnung (6) unterhalb des
Niveaus des flüssigen Gases (5) und eine Austrittsöffnung (24)
innerhalb des Druckgasraumes (7) aufweist.
2. Vorrichtung zur Entnahme eines unter Druck stehenden tiefkalten
flüssigen Gasstromes aus einem isolierten Druckbehälter (1) für
flüssiges Gas (5), mit einer Druckerzeugungsvorrichtung (3, 7),
bestehend aus einer elektrischen Heizung (3) innerhalb des
Druckbehälters (1) zum Verdampfen des flüssigen Gases (5) und
einem oberhalb des Niveaus des flüssigen Gases (5) vorgesehenen,
das Gas aufnehmenden Druckgasraum (7),
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem flüssigen Gas (5) und/oder in dem verdampften Gas
mindestens ein isolierendes, gasdurchlässiges Trennelement
(9, 10) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennelemente (9, 10) als Platten ausgebildet sind, die
versetzt zueinander angeordnete Öffnungen (11, 12) aufweisen.
4. Vorrichtung zur Entnahme eines unter Druck stehenden tiefkalten
flüssigen Gasstromes aus einem isolierten Druckbehälter (1) für
flüssiges Gas (5), mit einer Druckerzeugungsvorrichtung (3, 7),
bestehend aus einer elektrischen Heizung (3) innerhalb des
Druckbehälters (1) zum Verdampfen des flüssigen Gases (5) und
einem oberhalb des Niveaus des flüssigen Gases (5) vorgesehenen,
das Gas aufnehmenden Druckgasraum (7),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckbehälter (1) eine isolierte Zulaufleitung (17) besitzt;
daß die Zulaufleitung (17) eine Austrittsöffnung (20) aufweist, die in dem flüssigen Gas (5) angeordnet ist; und
daß die Austrittsöffnung (20) einen gegenüber dem Querschnitt (23) der Zulaufleitung (17) vergrößerten Öffnungsquerschnitt (22) aufweist.
daß die Zulaufleitung (17) eine Austrittsöffnung (20) aufweist, die in dem flüssigen Gas (5) angeordnet ist; und
daß die Austrittsöffnung (20) einen gegenüber dem Querschnitt (23) der Zulaufleitung (17) vergrößerten Öffnungsquerschnitt (22) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem flüssigen Gas (5) eine Pumpe (14) angeordnet ist,
deren Einlaufstutzen (19) vor der Austrittsöffnung (20) der Zulaufleitung
(17) liegt.
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DE19934326138 DE4326138C2 (de) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | Vorrichtung zur Entnahme eines unter Druck stehenden flüssigen Gasstromes aus einem Druckbehälter |
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- 1993-08-04 DE DE19934326138 patent/DE4326138C2/de not_active Expired - Fee Related
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