NL1005723C2 - Inrichting voor het afgeven van vloeibare stikstof. - Google Patents

Description

t X Sch/EN/tdv-161

Inrichting voor het afgeven van vloeibare stikstof

De uitvinding ligt op het terrein van het afgeven van vloeibare stikstof. Gebruikelijk is, vloeibare stikstof in een daarvoor geschikte inrichting 5 te maken en een voorraadvat met een afvoer daarmee te vullen. De aandrijvende kracht voor het gedoseerd afgeven van vloeibare stikstof is de hydrostatische druk, die wordt bepaald door de effectieve hoogte van de vloeistofkolom. De verdampte vloeibare stikstof in het 10 vat wordt geventileerd naar de omgeving via een open pijp. Aldus is de druk binnen het vat atmosferisch. De vloeistofspiegel van de vloeibare stikstof correspondeert met de druk van de afgegeven stroom vloeibare stikstof.

De uitvinding verschaft nu een inrichting voor 15 het afgeven van vloeibare stikstof, welke inrichting omvat: een warmtewisselaar met twee voor respectieve media doorstroombare ruimten met elk een toevoer en een afvoer, welke ruimten door een warmtegeleidende schei-20 dingswand van elkaar gescheiden zijn; in welke eerste ruimte via de toevoer een vloeibaar koelmedium met een temperatuur onder de conden-satietemperatuur van stikstof (circa -192’C) kan worden toegelaten en verdampt koelmedium de eerste ruimte kan 25 verlaten; en in welke tweede ruimte gasvormige stikstof kan worden toegelaten, die in de tweede ruimte kan condenseren, zodanig dat vloeibare stikstof de tweede ruimte via de afvoer kan verlaten.

30 In deze inrichting volgens de uitvinding wordt de afgegeven vloeibare stikstof, die bijvoorbeeld kan worden gebruikt voor injectie in metalen bussen, in het bijzonder voor dranken en in PET-flessen, aan de inrichting toegevoerd in de vorm van gas. Het gas kan 1005723 2 worden toegevoerd met omgevingstemperatuur. Een dergelijk gas is zeer eenvoudig beschikbaar en in de handel verkrijgbaar in de algemeen bekende drukcilinders. Het gas wordt volgens de uitvinding aan een condensatie 5 onderworpen doordat het door de genoemde tweede ruimte wordt geleid, die via een warmtewisselende wand in koelend contact staat met het koelmedium in de eerste ruimte. De tweede ruimte is rechtstreeks verbonden met een doseereenheid, die op zichzelf geen deel uitmaakt van 10 de uitvinding. Het is van belang op te merken, dat, in tegenstelling tot de beschreven stand der techniek, het debiet van de afgegeven vloeibare stikstof wordt bepaald door de gasdruk.

In dit verband vertoont een specifieke 15 uitvoering van de inrichting volgens de uitvinding de bijzonderheid dat de toevoer van de eerste ruimte een regelklep is opgenomen, door instelling waarvan het debiet afgegeven vloeibare stikstof kan worden ingesteld.

In het bijzonder kan de inrichting zodanig zijn 20 uitgevoerd dat de tweede ruimte wordt begrensd door een zich in de eerste ruimte uitstrekkende buis.

Ten einde het warmtewisselende oppervlak tussen de eerste en de tweede ruimte en de verblijftijd van de te koelen stikstof in de tweede ruimte, in het 25 voorliggende geval de buis, zo groot mogelijk te doen zijn, verdient die uitvoering de voorkeur, waarin de buis een de effectieve lengte in de eerste ruimte vergrotende vorm bezit.

Een op zichzelf bekende en effectieve vorm 30 omvat een helix-vorm.

Een specifieke uitvoering vertoont het kenmerk dat de buis zich vanaf de invoer eerst omlaag uitstrekt tot in het onderste gebied van de tweede ruimte, zich vervolgens over een zekere hoogte, bijvoorbeeld tot ten 35 hoogste de halve hoogte van de eerste ruimte, omhoog uitstrekt en zich tenslotte naar de afvoer omlaag uitstrekt. Met een dergelijke structuur wordt bereikt, dat de laagste middenzone van de buis een algemene U-vorm 1005723 3 met althans mln of meer verticale benen bezit. Door het principe der communicerende vaten kan zich in deze zone desgewenst een voorraad vloeibare stikstof ophopen. Door regeling van de gasdruk van de ingevoerde gasvormige 5 stikstof kan het vloeistofniveau aan de zijde van de uitvoer in deze communicerende vaten omhoog worden gedrukt voor het afgeven van gedoseerde porties of een continue stroom vloeibare stikstof.

Bij voorkeur is de inrichting zodanig 10 uitgevoerd dat de eerste ruimte een thermisch geïsoleerd vat is.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekening van een uitvoeringsvoorbeeld. Deze tekening toont schematisch een inrichting volgens de 15 uitvinding in dwarsdoorsnede.

De inrichting 1 is ingericht voor het via een afvoer 2 afgeven van door een pijl 3 symbolisch aangeduide vloeibare stikstof. De inrichting omvat een vat 4, waarvan de wand thermisch isolerend is uitgevoerd, 20 bijvoorbeeld als een verspiegeld glazen binnenvat en een omhulling, dan wel een isolerende sandwich-structuur. Dit vat begrenst een eerste ruimte 5, die is ingericht om vloeibare stikstof 6 met een temperatuur onder de condensatietemperatuur van stikstof te bevatten, zodanig 25 dat deze vloeibare stikstof 6 in staat is om gasvormige stikstof van bijvoorbeeld kamertemperatuur te doen condenseren, dus af te koelen tot een temperatuur van -192*C. Via een toevoerleiding 7, waarin een regelklep 8 is opgenomen, wordt via niet-getekende middelen vloeibare 30 stikstof via een invoer 9 toegelaten tot de eerste ruimte 5. Het vloeistofniveau is met het verwijzingsgetal 10 aangeduid. Verdampte stikstof, die dus een temperatuur bezit van boven -192*C kan via een aan ruimte 5 afsluitende afvoer 11 naar de omgeving worden 35 geventileerd of worden teruggevoerd naar een koelinrichting om daar te worden afgekoeld tot een temperatuur, waarbij deze stikstof weer condenseert en aan toevoerleiding 7 kan worden toegevoerd.

1005723 4

Door de ruimte 5 heen strekt zich een bijvoorbeeld koperen buis 12 uit, waarvan de toevoer 13 via een regelklep 14 in verbinding staat met een toevoerbuis 15 voor gasvormige stikstof. De buis 12 5 vertoont de in de tekening aangeduide helixvormige structuur in dat gedeelte, dat ondergedompeld is in de vloeibare stikstof 6. Hierdoor wordt een groot warmtewisselend oppervlak gecombineerd met een grote verblijftijd van de door leiding 12 stromende stikstof.

10 In de met 16 aangeduide helixvormige zone van de buis 12 wordt de toegevoerde stikstof afgekoeld tot onder zijn condensatietemperatuur, waardoor hij vloeibaar wordt en in stationaire toestand bijvoorbeeld het vloeistofniveau kan bereiken, dat in de figuur met 17 is aangeduid. De 15 aandacht wordt erop gevestigd, dat voorbij de helix-vorm 16 de buis 12 een opstijgend deel 18 vertoont. In stationaire en drukloze toestand zouden de vloeistofspiegels in de helix en in het deel 18, die zijn aangeduid met respectievelijk 17a en 17b, gelijk, zijn.

20 Door regelklep 14 open te zetten wordt door de aldus in leiding 12 ontstane gasdruk de in de communicerende vaten in de onderzijde van de buis aanwezige vloeistof aan de linkerzijde omlaag en aan de rechterzijde omhoog gedrukt, waardoor de vloeistof kan ontwijken in het omlaag 25 gerichte deel 19 van buis 12, die aansluit aan afvoer 2. Daar kan de vloeibare stikstof 3 worden afgegeven aan successieve passerende, gevulde en nog te sluiten houders voor voedingsmiddelen, dranken en dergelijke.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding zich 30 niet tot de beschreven en getekende uitvoeringsvorm beperkt.

De inrichting volgens de uitvinding heeft ten opzichte van de beschreven stand der techniek een aantal belangrijke voordelen.

35 (1) De besturing van het debiet van de vloeibare stikstof vindt buiten het cryogene gebied plaats. De besturing van de druk vindt plaats in de gasfase. Er is geen noodzaak voor cryogene apparatuur in 1005723 5 de gasfase, waardoor de inrichting relatief goedkoop kan zijn en minder gevoelig voor storingen is.

(2) Het gebruik van stikstofgas als basis voor het vormen van vloeibare stikstof maakt het gemakkelijk, 5 de stikstof te filteren voorafgaand aan condensatie. Op deze wijze is het mogelijk standaard vloeibare stikstof voor het koelvat en standaard gasvormige stikstof voor het vormen van vloeibare stikstof te gebruiken. Vastlopen van het systeem door ophoping van in stikstof aanwezig 10 vuil is aldus praktisch uitgesloten. Dit verbetert de betrouwbaarheid en verlaagt de kostprijs van de inrichting.

(3) Het bevoorradingssysteem van voorraadhouder naar de inrichting volgens de uitvinding maakt gebruik 15 van gas. Er zal geen gasverlies optreden. In geval van gebruik van vloeibare stikstof zoals volgens de stand der techniek zal de vloeistof ten dele verdampen en verloren gaan.

(4) In de structuur volgens de uitvinding wordt 20 het debiet van de vloeibare stikstof, die wordt afgegeven via de afvoer, bepaald door de invoerdruk van de gasvormige stikstof. Deze druk kan zeer eenvoudig door in de handel verkrijgbare regelklep worden ingesteld. Op deze wijze kan het debiet van de vloeibare stikstof 25 eenvoudig worden geregeld door een regelaar die op omgevingstemperatuur werkzaam is en derhalve geen speciale structuur vereist. Een zeer groot drukgebied, bijvoorbeeld in de orde van minder dan 1 bar tot bijvoorbeeld 10 bar en corresponderende stroom vloeibare 30 stikstof aan de afvoer is mogelijk. De gebruikelijke inrichtingen werken uitsluitend bij omgevingsdruk. Dit type inrichtingen is er op gebaseerd, dat het debiet van de afgegeven vloeibare stikstof wordt bepaald door het openen en sluiten van de doseerinrichting aan de 35 afvoerzijde, dus in de cryogene fase bij een temperatuur van ten hoogste -192*C. Afgezien van het zeer beperkte regelbereik vereist dit kleppen die geschikt zijn voor de extreem lage temperaturen van vloeibare stikstof.

1005723 6 (5) De vloeibare stikstof die dienst doet als koelmiddel en zich in het vat bevindt, dient voor het doen condenseren van de gasvormige stikstof, het daarvan aldus brengen in de vloeibare fase en het afgeven 5 daarvan. Naarmate de vloeistofspiegel hoger is, is de condensatiecapaciteit groter. Door het niveau of de vloeistofspiegel van deze vloeibare stikstof te kunnen regelen, kan tevens de temperatuur van de afgegeven vloeibare stikstof worden geregeld. Dit betekent, dat de 10 inrichting in staat is tot het afgeven van lage-temperatuur gasvrije vloeibare stikstof met een temperatuur van bijvoorbeeld -197eC, koud stikstofgas met een temperatuur van bijvoorbeeld -180*C en eveneens voor het afgeven van gas op omgevingstemperatuur of enigszins 15 gekoeld gas. Het koude gas kan worden gebruikt om lucht uit een verpakking te drijven. Voor dezelfde kwaliteit van het verdrijven van lucht is vier tot zes maal minder koud stikstofgas nodig dan men nodig zou hebben ingeval stikstof met omgevingstemperatuur zou worden gebruikt.

1005723

Claims (6)

1. Inrichting voor het afgeven van vloeibare stikstof, welke inrichting omvat: een warmtewisselaar met twee voor respectieve media doorstroombare ruimten met elk een toevoer en een 5 afvoer, welke ruimten door een warmtegeleidende scheidingswand van elkaar gescheiden zijn; in welke eerste ruimte via de toevoer een vloeibaar koelmedium met een temperatuur onder de conden-satietemperatuur van stikstof (circa -192*C) kan worden 10 toegelaten en verdampt koelmedium de eerste ruimte kan verlaten ? en in welke tweede ruimte gasvormige stikstof kan worden toegelaten, die in de tweede ruimte kan condenseren, zodanig dat vloeibare stikstof de tweede ruimte via 15 de afvoer kan verlaten.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin in de toevoer van de eerste ruimte een regelklep is opgenomen, door instelling waarvan het debiet afgegeven vloeibare stikstof kan worden ingesteld.

3. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de tweede ruimte wordt begrensd door een zich in de eerste ruimte uitstrekkende buis.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarin de buis een de effectieve lengte in de eerste ruimte vergro- 25 tende vorm bezit.

5. Inrichting volgens conclusie 3, waarin de buis zich vanaf de invoer eerst omlaag uitstrekt tot in het onderste gebied van de tweede ruimte, zich vervolgens over een zekere hoogte, bijvoorbeeld tot ten hoogste de 30 halve hoogte van de eerste ruimte, omhoog uitstrekt en zich tenslotte naar de afvoer omlaag uitstrekt.

6. Inrichting volgens conclusie l, waarin de eerste ruimte een thermisch geïsoleerd vat is. 1005723