DE9416545U1 - Switching device - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Umschalteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a switching device according to the preamble of claim 1.
Mit einer Umschalteinrichtung kann aus einem Behälter ein gasförmiges Medium entnommen und einem Verbraucher zugeführt werden. Kurz vor der Entleerung des Behälters schaltet die Umschalteinrichtung meist über ein Magnetventil auf den in Reserve gehaltenen gefüllten Behälter um. Dadurch ist gewährleistet, daß ohne Betriebsunterbrechung ein nahezu kontinuierlicher Gasfluß zum Verbraucher erfolgen kann. Handelt es sich bei dem Medium um ein gasförmiges Kältemedium das mittels Wärmezufuhr in ein tiefkaltes verflüssigtes Gas gewonnen wird, endet der Siedeprozess bei nahezu entleertem Behälter nicht sofort. Es bildet sich bisA switching device can be used to take a gaseous medium from a container and feed it to a consumer. Shortly before the container is emptied, the switching device usually switches to the filled container held in reserve via a solenoid valve. This ensures that an almost continuous flow of gas to the consumer can take place without interrupting operation. If the medium is a gaseous cooling medium that is converted into a cryogenic liquefied gas by adding heat, the boiling process does not end immediately when the container is almost empty. It forms until
MG 1924 2 j J^. ,0MG 1924 2 j J^. ,0
zum Abkühlen der Heizung ein gasförmiges Kältemedium in dem Behälter. Um zu vermeiden, daß sich dabei ein unzulässig hoher Druck im Behälter ausbildet, werden nichttoxische Gase in die Atmosphäre abgeblasen. Bei dem gefüllten Behälter erfolgt der Medienstrom zum Verbraucher dagegen erst wenn die Heizung genügend Wärmeenergie abgibt. Es kommt daher nach dem Öffnen des Absperrventils in der Entnahmeleitung des gefüllten Behälters zu einer Unterbrechung des Medienstroms während andererseits bei dem entleerten Behälter das anstehende Kältemedium ungenutzt vernichtet wird.to cool the heater, a gaseous cooling medium is placed in the container. To prevent an unacceptably high pressure from building up in the container, non-toxic gases are released into the atmosphere. In the filled container, however, the flow of medium to the consumer only occurs when the heater releases enough heat energy. This means that when the shut-off valve in the extraction line of the filled container is opened, the flow of medium is interrupted, while in the emptied container the cooling medium present is destroyed unused.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die vorstehend genannten Nachteile bei einer Umschalteinrichtung der eingangs genannten Art zu vermeiden und eine Umschalteinrichtung zu schaffen, die zu einer kontinuierlichen Versorgung eines Verbrauchers mit dem gasförmigen Kältemedium führt.The invention is based on the object of avoiding the above-mentioned disadvantages in a switching device of the type mentioned at the outset and of creating a switching device which leads to a continuous supply of a consumer with the gaseous cooling medium.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jeder Entnahmeleitung ein vom Druck des Kältelmediums geregeltes Ventil angeordnet ist.This object is achieved according to the invention in that a valve regulated by the pressure of the cooling medium is arranged in each extraction line.
Eine bevorzugte Ausführung ist in den Ansprüchen 2 bis 3 gekennzeichnet.A preferred embodiment is characterized in claims 2 to 3.
Durch die Erfindung ist eine kontinuierliche Versorgung des Verbrauchers mit einem gasförmigen Kältemedium gewährleistet. Es wird nur der Heizstrom von einem auf den anderen Behälter umgeschaltet. Das natürlich verdampfte Kältemedium eines gefüllten oder das nachverdampfte Kältemedium eines entleerten Kryobehälters wird dem Verbraucher zugeleitet und damit wirtschaftlich genutzt. Ein Handventil oder einThe invention ensures a continuous supply of the consumer with a gaseous cooling medium. Only the heating current is switched from one container to the other. The naturally evaporated cooling medium of a filled or the post-evaporated cooling medium of an empty cryogenic container is fed to the consumer and thus used economically. A manual valve or a
MG 1924 3 &Tgr; £2» OköoßeJ 16*9&: .MG 1924 3 &Tgr; £2» OköoßeJ 16*9&: .
Magnetventil in der Entnahmeleitung zum absperren des momentan nicht genutzten Anschlusses entfällt.Solenoid valve in the extraction line to shut off the connection that is currently not in use is no longer required.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Die Zeichnung zeigt zwei doppelwandige isolierte Kryobehälter 14, 15 wie sie für die Speicherung tiefsiedender verflüssigter Gase, wie LN2, verwendet werden. Jeder doppelwandige Kryobehälter besteht aus Innenbehälter 11, 16, Außenbehälter 12, 17 und im Zwischenraum 10, 18 angeordnetem isolierenden Material, beispielsweise Superisolation. Die Fülleitungen sind mit 13, 19 und die Entlüftungsleitungen mit 49, 50 bezeichnet. In jedem Kryobehälter 14 und 15 ist eine Heizung 20, 21 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 32, 33 des tiefsiedenden verflüssigten Gases 22, 23 in der Nähe des Bodens 24, 25 an tiefster Stelle des Innenbehälters 11, 16 angeordnet. Im Inneren der Kryobehälter 14, 15 sind jeweils Füllstandssonden 26, 27 angeordnet. Die Füllstandssonden 26, 27 weisen zwei Grenzwertsensoren 28, 29 und 30, 31 auf. Sie erfassen, ob die Höhe des Flüssigkeitsspiegels 3 2 oberhalb der Höhe des Füllstandes "Minimum" 28, 29 und der Höhe des Füllstandes "Mangel" 30 liegt. "Minimum" kennzeichnet eine Höhe des Flüssigkeitsspiegels bei dem die Heizungen 20, 21 gerade noch von dem tiefkalten verflüssigten Gas bedeckt sind. Bei "Mangel" ist der Flüssigkeitsspiegel unter die Ebene der Heizungen 20, 21 abgesunken. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 32, enden vakuumisolierte Entnahmeleitungen 34, 35, welche aus den Kryobehältern 14, 15 herausgeführt sind und über eine gemeinsame Versorgungsleitung 38 mit einem Verbraucher 3 9 verbunden sind. In den Entnahmeleitungen 34, 35 sind jeweils ein vom Druck des KältemediumsThe drawing shows a schematic representation of the subject matter of the invention in an embodiment. The drawing shows two double-walled insulated cryogenic containers 14, 15 as used for storing low-boiling liquefied gases such as LN2. Each double-walled cryogenic container consists of an inner container 11, 16, an outer container 12, 17 and insulating material arranged in the space between them 10, 18, for example super insulation. The filling lines are designated 13, 19 and the vent lines 49, 50. In each cryogenic container 14 and 15, a heater 20, 21 is arranged below the liquid level 32, 33 of the low-boiling liquefied gas 22, 23 near the bottom 24, 25 at the lowest point of the inner container 11, 16. Fill level probes 26, 27 are arranged inside the cryogenic containers 14, 15. The fill level probes 26, 27 have two limit sensors 28, 29 and 30, 31. They detect whether the height of the liquid level 3 2 is above the height of the "minimum" fill level 28, 29 and the height of the "shortage" fill level 30. "Minimum" indicates a height of the liquid level at which the heaters 20, 21 are just covered by the cryogenic liquefied gas. In the case of "shortage", the liquid level has sunk below the level of the heaters 20, 21. Above the liquid level 32, vacuum-insulated extraction lines 34, 35 end, which lead out of the cryogenic containers 14, 15 and are connected to a consumer 39 via a common supply line 38. In the extraction lines 34, 35, a pressure-dependent cooling medium
MG 1924 4 "IS- Oktfibfer:MG 1924 4 "IS- Octfibfer:
geregeltes Ventil 40, 41, vorzugsweise Rückschlagventil, zum Steuern des gasförmigen Kältemediums angeordnet. Weiterhin sind in den Entnahmeleitungen 34, 35 Mittel 36, 37, wie Kupplungen, zum Trennen und Verbinden der Kryobehälter 14, 15 mit den Leitungen vorgesehen.regulated valve 40, 41, preferably a check valve, is arranged to control the gaseous cooling medium. Furthermore, means 36, 37, such as couplings, are provided in the extraction lines 34, 35 for separating and connecting the cryogenic containers 14, 15 to the lines.
Die Füllstandssonden 26, 27, die Heizungen 20, 21 sowie ein in der Versorgungsleitung 38 angeordneter Wärmetauscher 42 mit Temperatursensor 43 sind mit dem Steuergerät 44 verbunden. An das Steuergerät 44 sind über Steuerleitungen Anzeigeelemente 45, 46 angeschlossen, die anzeigen, wenn der jeweilige Kryobehälter 14, 15 entleert ist. Die Umschalteinrichtung arbeitet wie folgt:The level probes 26, 27, the heaters 20, 21 and a heat exchanger 42 with temperature sensor 43 arranged in the supply line 38 are connected to the control unit 44. Display elements 45, 46 are connected to the control unit 44 via control lines, which indicate when the respective cryogenic container 14, 15 is empty. The switching device works as follows:
Beim Einschalten des Steuergerätes 44 wird die Heizung 2 0 oder 21 eines noch ausreichend gefüllten Kryobehälters 14 oder 15 angeschaltet. Aufgrund der zugeführten Wärmeenergie verdampft das tiefsiedende verflüssigte Gas 22 oder 23 und tritt in den oberhalb des flüssigen Gases vorgesehenen Gasraum 47 oder 48. Der Druck innerhalb des Gasraumes z. B. 47 steigt an und das Rückschlagventil z. B. 40 öffnet die Entnahmeleitung 34. Kältemedium strömt zum Verbraucher 39. Aufgrund der Entnahme sinkt der Füllstand des verflüssigten Gases solange, bis er unter das, durch den Grenzwertsensor 2 8 vorgegebene Niveau "Minimum" sinkt. Der Grenzwertsensor 28 erfaßt dies und leitet ein Signal zum Steuergerät 44. Das Steuergerät 44 schaltet die Heizleistung auf die Heizung 21 des anderen, gefüllten Kryobehälters 15 um.When the control unit 44 is switched on, the heater 20 or 21 of a still sufficiently filled cryogenic container 14 or 15 is switched on. Due to the heat energy supplied, the low-boiling liquefied gas 22 or 23 evaporates and enters the gas chamber 47 or 48 provided above the liquid gas. The pressure within the gas chamber e.g. 47 increases and the check valve e.g. 40 opens the extraction line 34. Refrigerant flows to the consumer 39. Due to the extraction, the filling level of the liquefied gas drops until it falls below the "minimum" level specified by the limit sensor 28. The limit sensor 28 detects this and sends a signal to the control unit 44. The control unit 44 switches the heating power to the heater 21 of the other, filled cryogenic container 15.
MG 1924 5 &Iacgr; la. OJcfcoSoer jg9$<MG 1924 5 &Iacgr; la. OJcfcoSoer jg9$<
Anhand der an das Steuergerät 44 angeschlossenen Anzeigeelemente 45, 46 &zgr;. &Bgr;. Leuchtdioden, wird optisch angezeigt, welcher Kryobehälter 14, 15 im Augenblick im Betrieb ist und welcher Behälter nachgefüllt werden muß. Der abgeschaltete Behälter arbeitet noch eine gewisse Zeit mit der in der Heizung z. B. 20 gespeicherten Wärmeenergie weiter, bis die Heizung 21 des anderen Kryobehälters 15 genügend aufgeheizt ist. Der Umschaltvorgang auf den Kryobehälter 15 erfolgt somit fließend und es ist immer ein konstanter Strom des gasförmigen Kältemediums gewährleistet. Der konstante Strom des Kältemediums wird über die vom Druck des Kältemediums selbsttätig geregelten Ventile 40, 41 erreicht. Dabei sollen die Ventile 40, 41 öffnen wenn der Druck in den in Strömungsrichtung des Kältemediums vor den Ventilen 40, 41 liegenden Abschnitten in der Entnahmeleitung 34 oder 35 größer ist als der hinter den Ventilen 40, 41 liegenden Abschnitt der Versorgungsleitung 38. Der Öffnungsdifferenzdruck sollte so gering wie möglich sein. Dieser Druck, der zum Öffnen des Ventils 40 (oder 41) erforderlich ist, ist geringer als der zum Öffnen der in den Entlüftungsleitungen 49, 50 vorgesehenen Abblaseventile. Wenn beide Kryobehälter 14 oder 15 angeschlossen sind wird immer auch das durch natürlichen Wärmeeinfall verdampfte Kältemedium des Kryobehälters genutzt, der gerade nicht in Betrieb ist, da sich in dem Kryobehälter ein Druck aufbaut, der größer ist als der Druck in den jeweils hinter den Ventilen 40, 41 liegenden Abschnitten der Versorgungsleitung 38. Es entstehen so keine Verluste durch natürliche Eigenverdampfung.Using the display elements 45, 46 (LEDs) connected to the control unit 44, it is visually indicated which cryogenic container 14, 15 is currently in operation and which container needs to be refilled. The switched off container continues to operate for a certain time with the thermal energy stored in the heater 20, for example, until the heater 21 of the other cryogenic container 15 is sufficiently heated. The switching process to the cryogenic container 15 is thus seamless and a constant flow of the gaseous cooling medium is always guaranteed. The constant flow of the cooling medium is achieved via the valves 40, 41, which are automatically regulated by the pressure of the cooling medium. The valves 40, 41 should open when the pressure in the sections in the extraction line 34 or 35 upstream of the valves 40, 41 in the flow direction of the cooling medium is greater than the section of the supply line 38 downstream of the valves 40, 41. The opening differential pressure should be as low as possible. This pressure, which is required to open the valve 40 (or 41), is lower than that required to open the relief valves provided in the vent lines 49, 50. If both cryogenic containers 14 or 15 are connected, the cooling medium of the cryogenic container that is not currently in operation and that has evaporated due to natural heat is always used, since a pressure builds up in the cryogenic container that is greater than the pressure in the sections of the supply line 38 located behind the valves 40, 41. This means that there are no losses due to natural self-evaporation.
MG 1924 6 ·5 12. OKtofceJrMG 1924 6 ·5 12. OKtofceJr
Das Ventil 40 oder 41 sperrt die mit dem entleerten Kryobehälter 14 oder 15 verbundene Entnahmeleitung oder 35 erst dann ab, wenn der Druck des in Betrieb befindlichen Kryobehälters 14 oder 15 kleiner oder gleich dem Druck im Abschnitt der Versorgungsleitung ist. Zur Regelung des Heizstromes und damit der Strömung des Kältemediums wird die Temperatur am Wärmetauscher 42 mittels Sensor 43 erfaßt und an einen Regler gelegt. Dieser Regler vergleicht die erfaßte Temperatur mit dem eingestellten Temperatursollwert und regelt so den Heizstrom, der an das Steuergerät 44 gelegt wird. Das Steuergerät 44 schaltet den Heizstrom auf den jeweils in Betrieb befindlichen Behälter 14, 15. Ein Kaltgas mit geregelter Kühlleistung strömt zum Verbraucher 39.The valve 40 or 41 only shuts off the extraction line 35 or 36 connected to the emptied cryogenic container 14 or 15 when the pressure of the cryogenic container 14 or 15 in operation is less than or equal to the pressure in the supply line section. To regulate the heating current and thus the flow of the cooling medium, the temperature at the heat exchanger 42 is measured by means of a sensor 43 and applied to a controller. This controller compares the measured temperature with the set temperature target value and thus regulates the heating current, which is applied to the control unit 44. The control unit 44 switches the heating current to the container 14, 15 in operation. A cold gas with a regulated cooling capacity flows to the consumer 39.
Die Verbindung zwischen Steuergerät 44 und Füllstandssonde 26 oder 27 kann, wenn der Behälter leer ist, gelöst werden. Die Anzeige "Störung" leuchtet am Steuergerät 44 auf und zeigt an, daß die Fühlerleitung 60 oder 61 unterbrochen ist. Diese Anzeige bleibt so lang aktiv, bis die Fühlersonde 26 oder 27 wieder ordnungsgemäß verbunden sind.The connection between control unit 44 and level sensor 26 or 27 can be disconnected when the container is empty. The "Fault" indicator lights up on control unit 44 and indicates that sensor line 60 or 61 is interrupted. This indicator remains active until sensor sensor 26 or 27 is properly connected again.
Der entleerte Kryobehälter z. B. 14 kann nun von der über die Mittel 3 6 oder 37 von der Versorgungsleitung 3 8 getrennt werden. Nachdem die Verbindungen zur Heizung 20 oder 21 gelöst sind, kann der Kryobehälter 14 oder 15 an einem anderen Ort nachgefüllt und anschließend wieder als Kühlmittelreserve mit der Versorgungsleitung 38 verbunden werden.The emptied cryogenic container, e.g. 14, can now be separated from the supply line 38 via means 36 or 37. After the connections to the heater 20 or 21 have been released, the cryogenic container 14 or 15 can be refilled at another location and then reconnected to the supply line 38 as a coolant reserve.
Um für einen gewissen Zeitraum eine unbeaufsichtigte kontinuierliche Versorgung zu ermöglichen (z. B.To enable unattended continuous supply for a certain period of time (e.g.
MG 1924MG1924
»J 12, OktfcHei: If 94: .»J 12, OctfcHei: If 94: .
Wochenende) ist an dem Steuergerät 44 ein manuell betätigbarer Umschalter 53 vorgesehen, mit dem die Versorgung auf den anderen Kryobehälter umgeschaltet werden kann. Dies ermöglicht, daß beide Kryobehälter vor dem unbeaufsichtigten Zeitraum noch einmal gefüllt werden können.During the weekend, a manually operable switch 53 is provided on the control unit 44, with which the supply can be switched to the other cryogenic container. This enables both cryogenic containers to be filled again before the unattended period.
Das Steuergerät 44 stellt intern einen potentialfreien Kontakt für jeden Kryobehälter 14 oder 15 zur Verfügung, mit dem ein externes Signal, z. B. eine Blitzleuchte, angesteuert werden kann. Das Signal für den jeweiligen Kryobehälter liegt so lang an , bis dieser Kryobehälter wieder einsatzbereit ist, d.h. bis er wieder gefüllt und ordnungsgemäß an die Anlage angeschlossen ist. Durch den potentialfreien Kontakt wird vorteilhaft ein Signal zu einer Überwachungsanlage gesteuert.The control unit 44 internally provides a potential-free contact for each cryogenic container 14 or 15, with which an external signal, e.g. a flashing light, can be controlled. The signal for the respective cryogenic container is present until this cryogenic container is ready for use again, i.e. until it is filled again and properly connected to the system. The potential-free contact advantageously controls a signal to a monitoring system.
Gr/IiGr/Ii
Claims (3)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP2041475A2 (en) * | 2006-07-03 | 2009-04-01 | Liquiline AS | Method and system for delivering gas to consumers, and use thereof |
-
1994
- 1994-10-14 DE DE9416545U patent/DE9416545U1/en not_active Expired - Lifetime
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