DE648763C - Verfahren und Vorrichtung zum Fuellen von Druckflaschen mit hochkomprimiertem Gas - Google Patents

Description

'DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
11. AUGUST 1937

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REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 17 g GRUPPE 5

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. April 1935 ab

Man kann Druckflaschen mit einem komprimierten Gas unter Verwendung desselben Gases in verflüssigtem Zustand als AusgangsmateriaL auf verschiedene Arten füllen. Bei einem der bekannten Verfahren wird in der Hochdruckstahlflasche ein Behälter angeordnet, in welchen durch die obere Behälteröffnung eine bestimmte Menge verflüssigtes Gas eingefüllt wird, sei es durch Gießen nach unten oder unter geringem Druck. Alsdann wird das Ventil geschlossen, so daß infolge der natürlichen Verdampfung in dem zu füllenden Raum Hochdruckgas entsteht.

Bei diesem Verfahren-treten aber erhebliche Verluste infolge des Verdampfens des Gases während der Dauer des Einfüllens in den Behälter ein.

Es ist weiterhin bekannt, einen mit verflüssigtem Gas gefüllten, unter Druck setzbaren Behälter zu verwenden, um so die

. Flüssigkeit unter Druck in die Flasche überzufüllen, jedoch kann ein solcher geringer Druck wegen des großen Verdampfungsdruckes verflüssigter Gase das Verdampfen beim Umfüllen und die damit verbundenen. Verluste nicht verhindern.

Weitere bekannte Verfahren besitzen den Nachteil, daß die zum Fördern des verflüssigten Gases verwendete Pumpe gegen sehr hohe Drucke von beispielsweise 150 kg/cm² arbeiten muß, oder daß vorzeitig entstehende Dämpfe den Zufluß des verflüssigten Gases zur-Förderpumpe stören, so daß schädliche Temperaturerhöhungen eintreten.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden alle diese Machteile, insbesondere die Entstehung von Verlusten, dadurch vermieden, daß die Pumpe das verflüssigte Gas unter einem geringeren Druck als dem Enddruck in einen im Verdampfer befindlichen Behälter fördert, aus welchem es nach Aufnahme einer bestimmten Flüssigkeitsmenge diese in den Verdampfer entleert wird, in dem sodann die Verdampfung unter Drucksteigerung bis zum gewünschten Enddruck einsetzt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnung.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Abfüllen hochkomprimierter Gase in Flaschen dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. ι die allgemeine Einrichtung in einem senkrechten Mittelschnitt und

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel des Behälters im Verdampfer.

Zum Abfüllen hochkomprimierter Gase in Flaschen wird gemäß der Erfindung eine Flüssigkeit mit tiefliegendem Siedepunkt, wie beispielsweise flüssiger Sauerstoff, welcher bei gewöhnlicher Temperatur leicht verdampft, durch ein Rückschlagventil in einen dünnwandigen Behälter in einen Verdampfer

übergeleitet, und zwar mittels einer flüssigkeitspumpe, welche sich in einem Bad einer bei niedriger Temperatur siedenden' Flüssigkeit befindet, und welche von Hand oder einer anderen Kraftquelle mit niedrigem Druck betrieben wird, also ohne daß die Pumpe gegen den hohen Druck des Gases zu arbeiten braucht, welches in die Flaschen abgefüllt werden soll. Der Behälter besteht dabei aus ίο dünnwandigem Materia! und hat ein bestimmtes Fassungsvermögen. Nachdem eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in den Behälter gepumpt ist, läßt man die Flüssigkeit in den Verdampfer überfließen, wo die Flüssigkeit sofort durch die im Verdampfer enthaltene Wärme vergast wird, so daß durch Selbstkompression ein hoher Gasdruck erzeugt wird. Erst darauf erfolgt das Abfüllen in die Druckflasche bei gewöhnlicher Temperatür. Der 'im Verdampfer angeordnete Behälter ist an seinem Boden mit einem Auslaßhalm oder Auslaßventil versehen. Dieses kann eingerichtet sein für eine Betätigung von Hand oder eine selbsttätige Betätigung mittels eines Schwimmerventil oder mit einem Kippgefäß. Die Außenwand dieses Behälters ist mit Absland von der inneren Wand des Verdampfers augeordnet. Nachdem eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in diesen Behalter gelangt ist, wird das Auslaßventil geöffnet, sei es durch Betätigen eines Handgriffes oder selbsttätig durch ■ die Tätigkeit eines Schwimmers, wodurch die Flüssigkeit mit der Wand des Verdampfers in Berührung tritt, welche eine große Masse darstellt, und so ein plötzliches Verdampfen bewirkt. Wenn der Schwimmer bei einer bestimmten Spiegelhohe über dem Auslaßventil anspricht oder wenn das Kippgefäß, welches durch ein Gewicht ausbalanciert ist, ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen abgibt, so wird auch stets ein bestimmter Gasdruck beim Überströmen in die Flasche und nach dem überströmen in der Flasche erzielt. So kann beispielsweise durch Bemessen des Fassungsvermögens der Flasche ein maximaler Gasdruck von 500 Atm. in der !«"lasche erzielt werden, und zwar durch entsprechendes Einregeln der Arbeitsbedingungen des Schwimmers bz^v. des Kippgefäßes. Es kommt also zur Erzielung eines bestimmten Enddruckes auf das Innehalten eines bestimmten Verhältnisses des Fassungsvermögens des Behälters und der Flasche an. Wird dieses Verhältnis innegehalten, so erhält.man den jeweils gewünschten Enddruck bei gewöhnlicher Temperatur innerhalb kürzester Zeit durch Selbstkompression.

Das Anordnen eines besonderen Behälters im Verdampfer erfolgt zu dem Zwecke, die während des Überleitens der Flüssigkeit in den Behälter verdampfende Gasmenge möglichst klein zu halten und damit man kein Gas ins Freie abblasen zu lassen braucht, um die Pumpe mit geringen Kräften betätigen zu 65-können, kurz, um die Verdampfungsverluste möglichst gering zu halten.

Nimmt man an, daß Sauerstoff abgefüllt werden soll und daß das Fassungsvermögen einer Flasche 40 1 beträgt und in der Flasche ein Sauerstoffdruck von 200 Atm. herrschen soll, so müssen ungefähr ro I flüssiger Sauerstoff mit niedrigem Druck unterhalb 10 Atm. mittels der Handpumpe in den Behälter überführt werden, wobei es jedoch nicht nötig ist, mit der Pumpe gegen einen Gegendruck von 200 Atm. zu arbeiten.

Auf der Zeichnung ist die Flüssigkeitspumpe mit ι "bezeichnet, der Verdampfer mit 17 und die Hochdruckflasche mit 33. Das Pumpengehäuse 4 hängt in einem Behälter 2, welcher mit einer bei tiefen Temperaturen siedenden Flüssigkeit 3 gefüllt ist. Das Pumpengehäuse hängt an einer wärmeisolierenden Platte 12, welche an einem Gestell rahmen 11 befestigt ist. Als Aufhängemittel für das Pumpengelläuse 4 dienen Bolzen 5 oder Ketten. Das lampengehäuse besitzt also stets dieselbe Temperatur wie die umgebende Flüssigkeit 3. Zieht man den Pumpengriff y go nach oben, so wird durch das Saugventil 8 im Pumpenkolben 7 Flüssigkeit in den Punipenkolbenzylinder gesaugt. Bei diesem Saughub durch eindringende Wärme entstehender gasförmiger Anteil entweicht am Ende dieses Hubes in die Flüssigkeit zurück, und zwar durch eine öffnung 6, welche sich in der Zylinderwand etwa an der Stelle des oberen l.'mkehrpunktes des Kolbens befindet. Der Grund für das Anordnen dieser Öffnung ist nicht nur der, daß der vergaste Anteil durch die Öffnung in die Flüssigkeit zurückentweichen soll, sondern insbesondere auch der, daß die mit jedem Förderhub des Kolbens geförderte Plüssigkeitsnienge genau konstant ist. Wenn also Handgriff 9 und Kolben 7 nach Vollendung des Saughubes den oberen Totpunkt erreicht haben, befindet sich im Pumpenzylinder nur flüssige Phase. Beim Niederdrücken von Handgriff und Kolben wird die im Pumpenzylinder enthaltene Flüssigkeit durch das Auslaßventil 10 und mit geringem Druck in den Behälter 18 im Verdampfer 17 gefördert, und zwar durch das Rohr 16, welches über das ,Rückschlagventil 15 mit der Leitung 13 in H₅ Verbindung steht, wobei diese Teile, insoweit sie außen liegen, mit einer wärmeisolierenden Packung 14 verkleidet sind.

Wenn eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in den Behälter 18 gelangt ist, wird ein Auslaßventil 20 geöffnet. Erfolgt die Betätigung des Auslaßventils auf selbsttätigem Wege mittels

eines Schwimmers 19, welcher auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmt, so wird dieser Schwimmer durch einen Hakmechanismus 22 am oberen Ende der Spindel 21 gehalten. Dieser Schwimmer öffnet dann das Auslaßventil 20, und die im Behälter r8 befindliche Flüssigkeitsmenge fließt in den eigentlichen Verdampfer 17, in welchem infolge der plötzlichen Verdampfung der Flüssigkeit und infolge der Sperrwirkung des Rückschlagventils 15 ein plötzlicher Druckanstieg stattfindet, welchen man an dem Manometer 29 verfolgen kann. Unter der Wirkung dieses Druckes fließt das hochkomprimitierte Gas durch die Rohrleitung 30 und die Ventile 31 und 32 in die Gasflasche 33. Da der im Verdampfer 17 befindliche Behälter 18 aus dünnwandigem Material besteht, welches auch in keiner Weise mit der Innenwandung des Verdamp fers in Berührung steht, kühlt sich das Behältergehäuse schnell ab. Es verdampft • nur eine sehr geringe Menge Flüssigkeit dabei, und obgleich durch dieses geringe Verdampfen im Behälter zu Beginn der Füllperiode ein Druckanstieg stattfindet, so ist dieser doch gering, und trotz dieses geringen Druckanstieges kann die Flüssigkeitspumpe 1 mit nur geringem Kraftaufwand gegen diesen niedrigen Behälterdruck arbeiten. Auch entsteht zu Beginn der Füllperiode des Behälters ein kleiner Überdruck im Verdampfer selbst, welcher einen Rückdruck auf die Pumpe ausübt, jedoch kann dieser geringe Druckzuwachs praktisch außer Betracht bleiben. Auch der Flüssigkeitsverlust infolge dieser Anfangsverdampfung ist praktisch gleich Null. Wenn die Flüssigkeit von dem Behälter in den Verdampfer übertritt und das Rückschlagventil 15 sich selbsttätig in dervorerwähnten Weise geschlossen hat, wirkt ein großer Überdruck gegen die Handpumpe und gibt so zu erkennen, daß die bestimmte Flüssigkeitsmenge in den Behälter 18 gelangt ist.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbei- - spiel -des im Verdampfer eingebauten Behälters dargestellt. An Stelle der Schwimmerreglung ist dort ein Kippgefäß eingebaut. Wenn eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in der vorerwähnten Weise durch das Förderrohr 16 in das Kippgefäß 34 gelangt ist, kippt das Meßgefäß 34 um die Schwenkachse

35 entgegen der Wirkung des Gegengewichtes

36 nach unten und läßt die im Meßgefäß angesammelte Flüssigkeitsmenge in den Verdampfer abfließen. In diesem Fall muß die Lage des' Gegengewichtes genau zur Reglung des Eriddruckes in der Flasche eingestellt werden. ■ Beide Bauarten, diejenige mit der Schwimmerreglung und diejenige mit der Kippgefaßreglung, haben jeweils ihre Vor- und Nachteile je nach dem Ort der Verwendung der Anlage. Handelt es sich um eine Anlage, beispielsweise auf einem Schiff oder an einem sonstigen nicht feststehenden Ort, 'so ist der Schwimmerreglung der Vorzug zu geben. Bei ortsfesten Anlagen auf dem Lande wird der Kippgefaßreglung der Vorzug zu geben sein.

Wenn auf die vorbeschriebene Weise die gesamte bestimmte Flüssigkeitsmenge im Verdampfer 17 verdampft ist, kann das hochkomprimierte Gas in die Druckflasche 33 gefüllt werden. Da jedoch der Verdampfer mit hochkomprimiertem Gas in gleicher Weise gefüllt ist wie die Druckflasche, empfiehlt es sich, falls noch weitere FJaschen gefüllt werden sollen, mittels des Ventils 31 den Verdampfer mit einigen der später zu füllenden Druckflaschen zu verbinden, um den im Verdämpfer befindlichen entbehrlichen Druck zum Vorfüllen der nächsten Druckflaschen zu verwenden. Darauf wird das Ventil 31 geschlossen und das Sicherheitsventil 25 geöffnet, bis der im Verdampfer verbleibende Druck nicht mehr höher ist als der für die Pumpe zulässige Gegendruck.

Darauf wird durch Betätigen des Handgriffes 23 das Auslaßventil 20 am unteren Ende der Spindel 21, welche mit einer Feder 24 zusammenwirkt, geschlossen, so daß nunmehr der Ausgangszustand vor der ersten Flaschenfüllung wiederhergestellt ist und ' die neue Füllung in gleicher Weise vor sich gehen kann wie die erste Füllung. Die Außenwand des Verdampfers ist zweckmäßig, wie in Fig. 2 dargestellt, mit Kühl- oder besser Heizrippen versehen. Diese Außenwand hat sich während der Verdampfungsperiode mit einem Überzug aus Schnee und Eis belegt, welche den Wärmeaustausch beeinträchtigen würde. Aus diesem Grunde wird der Verdampfer zweckmäßig in einem Wasserbad 26 untergebracht, in welchem Wasser bzw. Seewasser umläuft, zu dem Zwecke, * die Verdampferwandung zu heizen und so die Temperatur des erzeugten Gases und des Verdampfers selbst möglichst konstant zu halten. Zum Zu- und Abführen des Wassers in und aus dem Wasserbad 26 dienen die Anschlußstutzen 27 und 28.

Die" gezeichneten und vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind, nur beispielsweise beschrieben und dargestellt. Derselbe Erfindungsgedanke läßt sich auch in mancher anderen Ausführungsform verkörpern. So kann beispielsweise die Zuführung der Flüssigkeit nicht durch eine Pumpe erfolgen, sondern statt dessen durch die Schwerkraft über das Absperrventil 15 in den dünnwandigen Behälter 18 oder das Kippgefäß 34. Auch kann das Abmessen der Flüssigkeitsmenge

durch Betätigen des Handgriffes 23 erfolgen an Stelle der Schwimmereinrichtung. In diesem Falle muß die Anzahl der Arbeitshübe der Pumpe in das entsprechende Verhältnis zum in der Druckflasche 33 gewünschten Enddruck gebracht werden. Auf diese und ähnliche Arten kann das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung in verschiedenster Weise abgeändert werden, ohne damit den Lösungsgedanken der Erfindung zu verlassen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ΐζ ι. Verfahren zum Füllen von Druckflaschen mit hochkomprimiertem Gas, bei welchem das verflüssigte Gas durch eine in der Flüssigkeit selbst befindliche Pumpe in einen Verdampfer gefördert wird, von welchem aus die dort entstandenen Druckgase in die zu füllende Druckflasche geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) das verflüssigte Gas unter einem geringeren Druck

   o·; als dem Enddruck in einen im Verdampfer (17) befindlichen Behälter (18) fördert, aus dem nach Aufnahme einer bestimmten Flüssigkeitsmenge diese in den Verdampfer (17) entleert wird, in dem sodann die Verdampfung unter Drucksteigerung bis zum gewünschten Enddruck einsetzt
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Verdampfer (17) angeordnete Behälter CiS) aus dünnwandigem Material eine selbsttätige Meßvorrichtung, beispielsweise in Gestalt einer Schwimmereinrichtung (19) oder eines Kippgefäßes (34), besitzt, welche nach Aufnahme einer bestimmten Flüssigkeitsmenge im Behälter (18) diese selbsttätig in den Verdampfer (17; abgibt.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßrohr (13) der Pumpe (ι) mit dem Zuleitungsrohr (16) des Verdampfers (17) über ein selbsttätiges Rückschlagventil (15) verbunden ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen