DE8305747U1

DE8305747U1 - Vorrichtung zum waermeverlustfreien Lagern fluessiger Medien im Tieftemperaturbereich

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Publication number: DE8305747U1
Application number: DE19838305747
Authority: DE
Original assignee: BUSE KOHLENSAEURE
Current assignee: BUSE KOHLENSAEURE
Priority date: 1983-03-01
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1984-02-16

Description

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DIPL.-ING. KLAUS BEHN |jj

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER If

PATENTANWÄLTE || WIDENMAYERSTRASSE 6 D.8000 MÜNCHEN 22 j§ TEL. (089) 22 25 30-29 5192 - TELEX 5 29 568 bemue d Mj BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT ZUGELASSENE VERTRETER B

A 2483 Mü/hm

VORRICHTUNG ZUM WÄRMEVERLUSTFREIEN LAGERN FLÜSSIGER MEDIEN IM !

TIEFTEMPERATURBEREICH !

Dia Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum wärmeverlustfreien \ Lagern flüssigen Medien im Tieftemperaturbereich mit einem das | Lasermedium aufnehmenden Innenbehälter und einem den Innenbehäl- |

ter allseitig mit Abstand umgebenden Außenbehälter, wobei der [,

Zwischenraum zwischen Außen- und Innenbehälter evakuiert ist, |

sowie ein Verfahren zum Evakuieren dieses Zwischenraums. I

I. Vorrichtungen der erwähnten Art sind in vielen Ausführungen be- I

kannt. Probleme ergeben sich bei den bekannten Vorrichtungen da- I durch, daß die Halterungselemente zwischen Innen- und Außenbe- " j

H halter und die Durchführungen zwischen Innenraum des Innenbehäl- |

ters und Außenseite des Außenbehälters Wärmebrücken darstellen, |

die zu beträchtlichen Wärmeverlusten führen. Auch ist es bei den |^:

bekannten Vorrichtungen nur mit vergleichsweise hohem Aufwand '■

möglich, im Zwischenraum zwischen Außen- und Innenbehälter einen |

Unterdruck zu erreichen, der eine hohe Wärmeisolierung gewähr- I

f leistet. |.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die bekannten |

Vorrichtungen in der Weise zu verbessern, daß tiefkalte Flüssig- |

keiten im wesentlichen wärmeverlustfrei gelagert werden können, ι

insbesondere die Zahl und die Wärmeleitfähigkeit der Wärmebrücken j,

beträchtlich vermindert werden. Darüberhinaus soll ein Verfahren |

geschaffen werden, mit dessen Hilfe es möglich ist, den Zwischen- | raum zwischen Außen- und Innenbehälter ohne großen Aufwand weitestgehend zu evakuieren.

Bankhaus Merck. Flnck & Co, München * "» ä^ilkhaus i-l^Au^häuscR. München Postscheclc: München

(BLZ 70O3O4OO) Konlo-Nr. 2S4649 '..* *><(Β1^·?ΐ!θΒΟβΟΟ)ί<οηΙα·ΰΓ. sil3OO (BLZ 7OO 1OOSO) Konlo-Nr. 20904-BOO

TELEGR./CABLE: PATENTSENIOH

Die Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe ist im Hauptanspruch gekennzeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Anspruch 12 gekennzeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt also die Halterung des Innenbehälters im Außenbehälter mit Hilfe von Zugankern, die eine derartige Länge aufweisen, daß nur ein minimaler Wärmeübergang erfolgt. Trotzdem ist die Halterung einwandfrei und sicher, auch bei liegendem Transport des Behälters. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung nur eine einzige Durchführung vom Innenraum des Innenbehälters zum Außenraum auf, wobei diese Durchführung derart wärmeisolierend ausgeführt ist, daß nur minimale Wärmeverluste auftreten können. Das Evakuieren des Zwischenraums zwischen Außen- und Innenbehälter wird bei erhöhter Temperatur durchgeführt, womit auch mit vergleichsweise einfachen Pumpen ein tiefer Unterdruck erreichbar ist.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargstellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Skizze des aufgestellten Behälters im Vertikalschnitt ,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Vertikalschnitt zur Erläuterung der Befestigung der Zuganker,

Fig. 2A horizontale Teilschnitte zur Erläuterung der oberen bzw. der unteren Tragpratzen,

Fig. 3 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch die bodenseitige Durchführung des Behälters,

Fig. 4 im vergrößerten Maßstab einen Teilschnitt durch die deckelseitige Halterung·, und

Fig. 4A einen Schnitt C-C von Fig. 4

Gemäß Fig. 1 besteht der Lagerbehälter aus einem Außenbehälter 10 und einem darin mit allseitigem Abstand untergebrachten Innenbehälter 11, wobei der Fohlraum zwischen den beiden Behältern 10, 11 mit 12 bezeichnet ist. Der Außenbehälter 10 steht auf Füßen 13, die ihrerseits auf einem Sockel 14 ruhen. Der Innenbe-

halter 11 ist im Außenbehälter 10 mittels Zuganker 15 aufgehängt, wobei diese Zuganker 15 hochfeste Stahlstäbe sind, deren Länge im wesentlichen der Höhe des Innenbehälters- 11 entspricht. Die Zuganker 15 sind an Pratzen 16 am Oberteil des Außenbehälters 10 eingehängt und tragen den Innenbehälter 11 über Pratzen 17, die am unteren Teil des Innenbehälters 11 befestigt sind. Die Fig. 2, 2A und 2B zeigen im vergrößerten Maßstab die Einzelheiten der Befestigung der Zuganker 15. Die oberen Tragpratzen 16 sind am Außenbehälter 11 befestigt, vorzugsweise angeschweißt, und weisen eine Schlitzöffnung 16a auf, in welche der obere Bereich des Zugankers eingeschoben werden kann. Schraubmuttern

18 legen den Zuganker 15 an der Tragpratze 16 fest. Um sicher zu stellen, daß der Zuganker auch bei horizontaler Lage des gesamten Behälters nicht aus der Schlitzöffnung 16a herausrutschen kann, ist eine nach unten gewölbte Sicherungsscheibe

19 vorgesehen, die in eine pfannenartige Abfasung der Pratze 16 eingreift. Weiterhin ist die Pratze 16, an der ja das Gesamtgewicht des Innenbehälters 11 hängt, durch ein Profil 20 abgestützt, das eine Verstärkung des Außenbehälters 10 darstellt und sich - ohne Berührung des Innenbehälters 11 - unmittelbar auf dem Fuß 13 abstützt. Die untere Pratze 17 ist am Innenbehälter befestigt, vorzugsweise angeschweißt, und weist lediglich eine Durchbohrung 21 zur Hindurchführung des Zugankers 15 auf; die Sicherung des Zugankers erfolgt durch Schraubmuttern 22.

Die für den Betrieb des Behälters notwendigen Vorgänge^ wie etwa Füllung, Entnahme, jeweils gasförmig und flüssig, AnschlußSicherheitsventile , Füllstandskontrolle, Innendruckmessung und Restentleerung erfolgen über eine einzige am Behälterboden befindliche Durchführung, die in Fig. 1 im ganzen mit 30 bezeichnet und in Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist. Gemäß Fig. 3 ist an den Innenbehälter 11 ein Rohrstutzen 31 angeschweißt, der nach unten absteht und konzentrisch mit Abstand eine Durchbrechung des Innenbehälters 11 umgibt. In eine Durchbrechung des Außenbehälters 10 ist ein Rohrstutzen 33 eingeschweißt, der sich sowohl in Richtung auf den Innenbehälter 11 als auch in Richtung

nach außen (unten) erstreckt. Die beiden Rohrstutzen 31 und 33 sind durch eine gerippte Lagerschale 34 aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeübertragung miteinander verbunden. Die untere öffnung des Rohrstutzens 33 ist durch zwei Blockflansche 35 und 36 verschlossen. Der innere Blockflansch 35 weist auf einem Kreis angeordnete Durchbohrungen 37 auf, der angeschraubte äussere Blockflansch 36 eine damit korrespondierende Ringnut 38. Im inneren Blockflansch 3 5 ist zentral ein Gasrohr 39 gehaltert, das sich in den Innenraum des Innenbehälters 11 hinein erstreckt. Im Gasrohr 39 befindet sich ein Teilrohr 40, welches aus dem inneren Ende des Rohrs 39 herausragt und nach unten umgebogen ist. Im äußeren Blockflansch 36 steckt ein T-Rohrstück 41 ,das an einem Ende eine Fortsetzung des Gasrohres 39 darstellt und an seinen beiden anderen Enden 41a, 41b Anschlußkupplungen für Gaszufuhr- und Gasabführrohre aufweist. Weiterhin verläuft im T-Rohrstück ein Innenrohr 42, das einerseits mit dem Teilrohr 40/in Verbindung steht und von seinem anderen, dem Außenende lösbar abgedeckt ist. Weiterhin ist ein Rohr 43 vorgesehen, das beim gezeichneten Ausführungsbeispiel zur Zuführung und zur Ent- , nähme der Lagerflüssigkeit dient; dieses Rohr 43 steht mit dem Ringkanal 38 des unteren Blockflansches 36 in Verbindung. Selbstverständlich können anstelle des Kombinationsrohres 43 auch zwei gesonderte Rohre für die Flüssigkeitszufuhr und die Flüssigkeitsentleerung vorgesehen sein. Schließlich ist ein Balgenrohr 44 vorgesehen, das mit seinem unteren Ende am inneren Blockflansch 35 und mit seinem oberen Ende am Rand der Durchbrechung 32 des Innenbehälters 11 angeschweißt ?st. Dieses Balgenrohr 44 umgibt das Gasrohr 39 und die Durchbohrungen 37 des inneren Blockflansches 36. Im Ringraum zwischen Balgenrohr 44 und Gasrohr 39 ist eine Schikane 45 angebracht. An seiner Oberseite ist der Behälter mit einer Halterung versehen, die in Fig. 1 im ganzen mit 50 bezeichnet und in den Fig. 4 und 4A im einzelnen dargestellt ist. Die Halterung 50 besteht aus einem vom Innenbehälter 11 nach oben abstehenden Rohrstutzen 51 und aus einem von einem Deckel 10a des Außenbehälters 10 nach unten abstehenden Rohrstutzen 52, wobei die beiden Rohrstutzen 51, 52 durch eine gerippte Lagerschale 53 aus wärmeisolierendem Material verbunden sind. Diese rippenförmige Lagerschale besteht vorzugsweise

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aus demselben Material und besitzt dieselbe Gestalt wie die
Lagerschale 34 von Fig. 3.

Die Aufstellung des Behälter erfolgt in folgener Weise. Zunächst wird der Außenbehälter 10 aufgestellt, wobei alle Elemente bereits angebracht sind, etwa die Elemente der Durchführung 30,
nicht jedoch die Zuganker 15 und nicht die Deckwand des Behälters . Daraufhin wird von oben her der Innenbehälter 11 mit den daran bereits befestigten Zugankern 15 eingesetzt/ bis sich
der Rand 32 der unteren Durchbrechung des Innenbehälters 10
über den Oberrand des Balgenrohres 44 schiebt. Die Einführung und Zentrierung wird dabei dadurch erleichtert, daß Balgenrohr und Lagerschale eine gewisse Nachgiebigkeit besitzen. Daraufhin werden die begrenzt ausbiegbaren Zuganker 15 in die Spalte 16a der Flansche 16 des Außenbehälters 10 eingeschoben und mittels der Muttern 18 arretiert. Nunmehr wird die Außenbehälter-Deo-kwand, und zwar ohne den Deckel 10a, auf die Mantelwandung des
Behälters 10 aufgesetzt und mit dieser verschweißt. Schließlich wird der Deckel 10a aufgesetzt und mit der Deckwand des Außenbehälters 10 verschweißt, wobei die Einführung und Zentrierung
durch die Nachgiebigkeit der Lagerschale 53 erleichtert wird.

Nach dem Aufstellen des Behälters wird der Spaltraum zwischen
&u3enbehälter 10 und Innenbehälter 11 über eine nicht gezeichnete Evakuierungseifnung evakuiert und die Evakuierungsöffnung daraufhin wieder verschlossen. Dabei hängt die Wirksamkeit
der Isolierung in erster Linie von der Größe des erreichten
Unterdrucks (Vakuum) ab. Je liöher das Vakuum gezogen werden
kann, je geringer ist die Wäremübertragung . Heutige technische Möglichkeiten lassen den Aufbau eines Hochvakuums mittels
Pumpen und anderer Einrichtungen zu. Um das Vakuum über diese
technisch mögliche Grenze noch hinaus^zu_führ°n, wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß währendcfer Evakuierung der Zwischenraum zwischen den beiden Behältern 10, 11 diese auf eine um mindestens 100° C über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur gebracht werden. Dabei dehnt sich das im Zwischenraum zwischen den beiden Behältern 10, 11 befindliche Gas, vornehmlich Luft, aus und kann somit von den mechanischen Evakuierungsgeräten erfaßt werden. Nach der Abfüllung auf Umgebungstemperatur stellt

sich ein höheres Vakuum ein, als durch die mechanischen Einrichtungen bei Evakuierung unter Umgebungstemperatur erzielt werden könnte. Dieses mit einfachen Mittel zu einem Hochvakuum führende Verfahren stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar.

Der Behälter kann nun mit der tiefkalten Lagerflüssigkeit gefüllt werden. Dabei erfolgt das Einfüllen über das Rohr 43, die Ringnut 38, die durch Bohrungen 37 und die Schikane 45 in den Innenraum des Innenbehälter 11 . Das im Innenraum des Innenbehälters 11 befindliche Gas, vornehmlich Luft, wird über das Gasrohr 39 und das Zielstück 41 nach außen abgeleitet. Nach Erreichung des gewünschten Füllstandes dringt Lagerflüssigkeit in das Teilrohr 4 0 ein und tritt aus der unteren Öffnung des Rohres 42 aus; damit ist ersichtlich, daß der Behälter bis in die gewünschte Höhe gefüllt ist. Nunmehr wird der Füllvorgang beendet und die Außenanschlüsse werden verschlossen. Weil die mit dem inneren Blockflansch 36 in Berührung stehende Lagerflüssigkeit gegenüber der Außenumgebung nicht durch ein Vakuum isoliert ist, kann es vorkommen, daß die Lagerflüssigkeit dieses Bereichs verdampft; dabei verhindert jedoch die Schikane 45 ein Aufsteigen des Dampfes in den Innenraum des Innenbehälters 11, das Gas bleibt vielmehr unter Bildung eines wärmeisolierenden Gaspolsters unterhalb der Schikane 45.

Der Entleerungsvorgang erfolgt in entsprechender Weise.

Der erfindungsgemäße Behälter weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. So ist der Behälter vergleichsweise einfach und billig herzustellen und einfach und schnell zusammenzubauen. Weiterhin wird die Vakuumisolierung nur durch wenige Elemente durchbrochen, nämlich die Zuganker 15, die Durchführung 30 und die Halterung 50. Dabei ist der Wärmeübergang über die Zuganker 15 äußerst gering, weil diese eine Länge in etwa entsprechend der' Höhe des Behälters aufweisen. Die Wärmebrücken an der Durchführung 30 und der Halterung 50 bestehen aus gerippten Lagerschalen aus wärmeisolierendem Material, so daß auch hier nur ein minimaler Wärmeübergang erfolgen kann. An

der Berührungsstelle von Lagerflüssigkeit und innerem Blockflansch 36 der unteren Durchführung 30 schließlich bildet sich ein stationäres Gaspolster aus, das ebenfalls eine gute Wärmeisolierung gewährleistet. Die Vakuuitiisolierung selbst schließlich entspricht höchsten Ansprüchen, weil mit dem erwähnten besonderen Evakuierungsverfahren ein sehr tiefer Unterdruck erreicht wird.

Der Behälter gewährleistet auch eine beträchtliche mechanisehe Festigkeit, selbst bei hohen Transportbelastungen. Dabei ergeben sich besondere Vorteile durch die Zuganker-Aufhängung sowie durch die Nachgiebigkeit der beiden Lagerschalen 34r 53 und des Balkenrohres 44.

Selbstverständlich kann die Erfindung zahlreiche Abwandlungen erfahren. Dies betrifft insbesondere die Zahl der Zuganker, wobei im allgemeinen mit drei oder vier symmetrisch angeordneten Zugankern auszukommen ist. Auch die spezielle Konstruktion und Gestaltung der unteren Durchführung, insbesondere der Blockflansche und der Anschlußrohre, kann der jeweiligen Erfordernis angepaßt werden. Schließlich können auch die zu verwendenden Materialien gemäß den jeweiligen Aufstellungs-, Lagerungs- und Transportbedingungen gewählt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum wärmeverlustfreien Lagern flüssiger Medien im Tieftemperaturbereich, mit einem das Lagermedium aufnehmenden Innenbehälter und einem den Innenbehälter allseitig mit Abstand umgebenden Außenbehälter, wobei der Zwischenraum zwischen Außen- und Innenbehälter evakuiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (11) im Außenbehälter (10) mittels stabförmiger Zuganker (15) aufgehängt ist, deren Länge im wesentlichen der Höhe des Innenbehälters (11) entspricht und die zwischen oberen und unteren Tragpratzen (16, 17) eingespannt sind, wobei die oberen Tragpratzen (16) vom Außenbehälter (10) in dessen oberen Bereich nach innen und die unteren Tragpratzen (17) in dessen unteren Bereich nach außen abstehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragpratzen (16, 17) jeweils eine 'Durchbohrung (16b, 21) zum Hindirchfuhren der Zugankerenden aufweisen, die oberen Tragpratzen (16) zusätzlich einen Einführschlitz (16a).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbohrung (16a) der oberen Tragpratzen (16) an der Oberseite pfannenartig abgefast ist und daß in die Abfasung eine gewölbte Sicherungsscheibe (19) einpaßt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Tragpratzen (16) durch vertikal verlaufende, an der Ihnenseite des Außenbehälters (10) befestigte Tragprofile (20) unterstützt sind.

Bankhaus Mere». Flnck & Co., München (BLZ 700304 00) KOnIO-Nr. 254 649

, tyünchen KoniJ-Nr J261 300

Postscheck: München

iBLZ 70010080) Konlo-Nr. 2O904-800

TELEGR./CABLE PATENTSENIOR

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine einzige Durchführung (30) vom Innenraum des Innenbehälters (11) durch den Außenbehälter (10) hindurch nach außen, wobei die Durchführung aus einem vom Innenbehälter (11) nach unten abstehenden Rohrstutzen (31), einem den Außenbehälter (10) durchsetzenden Rohrstutzen (33) und einer die beiden Rohrstutzen (31, 33) verbindenden gerippten Lagerschale (34) aus wärmeisolierendem Material besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Durchführung (30) ein Balgenrohr (44) angeordnet ist, durch welches sich ein Gasrohr (39) und ein Peilrohr (40) erstrecken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenpffnung des Rohrstutzens (33) des Außenrohrs durch miteinander abdichtend verschraubte Blockflansche (35,36.) abgedeckt ist, wobei in den Blockflanschen (35, 36) Kanäle (37, 38) zum Zuführen und Abführen des Lageririediums verlaufen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß an der Behälterdecke eine Halterung (50) zum Zentrieren des Innenbehälters (11) im Außenbehälter (10) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (50) aus einem von einem Außenbehälter-Deckel (10a) nach unten abstehenden Rohrstutzen (52), einem vom Innenbehälter

(11) nach oben abstehenden Rohrstutzen (51) und einer in beiden Rohrstutzen (52, 51) verbindenden, gerippten Lagerschale (53) aus warmeisolierendem Material besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gerippten Lagerschalen (34, 53) und das Balgenrohr (44) in begrenztem Umfang nachgiebig sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum zwischen Balgenrohr (44) und Gasrohr (39) eine Gasschikane (45) angeordnet ist.