Druckgefäss, in dem Pressgase aus ihrem flüssigen Aggregatzustand durch zeitweise Verdampfung bereitet werden sollen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Druckgefäss, in welchem Pressgase aus ihrem flüssigen Aggregatzustand durch zeit weise Verdampfung bereitet werden sollen.
Erfindungsgemäss ist das Druckgefäss mit einem dünnwandigen Einsatz zur Aufnahme des verflüssigten Gases versehen und von einer in die Flüssigkeit mündenden Rohr schlange umgeben, deren Windungsdureb- messer von unten nach oben und dann wie der von oben nach unten bis in die Nähe der Innenwandung des Aussenbehälters rei chend zunehmen, worauf die Rohrschlange aus der Isolationsschicht herausgeführt ist, und aussen um den Aussenbehälter herum nach oben gewickelt ist, wo sie an eine in einen Aufnahmebehälter führende Verbindung angeschlossen ist.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt, und es zeigt Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel und Fig. 2 das zweite, je in einem Längsschnitt. Fig. 3 und 4 sind Beispiele von Diagrammen, welche die Verteilung der Temperaturgrade des Isolationsraumes zwischen Druckgefäss wandung und Mantel zeigen.
In Fig. 1 ist 1 ein Druckgefäss mit einer an sich starken, hohen Drücken Widerstand leistenden Wandung, welche zur Aufnahme des verflüssigten Gases dient, mit einem Halsrohr 3 und einem um dieses gelegten Einfüllrohr 2. Im Halsrohr 3 herrschen stets tiefe Temperaturen, deren Wirkungen sich auf das Einfüllrohr übertragen.
Das Druckgefäss 1 ist mit einem Einsatz 4 aus sehr dünnem Blech versehen, um die Abkühlungsverluste möglicht gering zu halten. Damit der durch den Einsatz gebildete In nenraum, in welchem sich das verflüssigte Gas befindet, mit dem durch die Wandung des Druckgefässes 1 und dem Einsatz 4 ge- bildeten Zwischenraum kommunizieren kann, ist der Einsatz oben gegen die Druckwan dung offen. Der Zwischenraum wird sich daher stets nur mit Gasen füllen; und es ist bei der Einfüllung dafür zu sorgen, dass die Flüs sigkeit nicht überfliesst. So wird der dünn wandige Einsatz gegen auftretende Drücke entlastet.
Die durch zwei ineinandergeschaltete Rohre 5, 6 gebildete Rohrschlange ist in der auf der Zeichnung ersichtlichen Weise derart um das Druckgefäss 1 gewunden, dass die Durchmesser der Rohrwindungen von unten nach oben und von oben nach unten allmäh lich in gleichmässiger Weise zunehmen, und die Rohrschlange den Isolationsraum am un tern Ende verlässt und in weiteren Windun gen um den Aussenbehälter herum nach oben geführt ist. In der praktischen Aus führung nach Fig. 1 kann diese Rohrschlange auch nur einfach sein. Die Rohrschlange 5, 6 ist dem Steigrohr 7 oben angeschlossen, das in das Druckgefäss fast bis zu seinem Boden hineinragt und mündet bei 9 in die Ver brauchsleistung 10 in der Nähe eines Durch gangventils 11.
Der Zwischenraum zwischen dem Druckgefäss 1 und dem Mantel 8 ist mit unverbrennlichem Isoliermaterial (Schlak- kenwolle, Kieselgur und dergleichen) ausge füllt.
Von dem Halsrohr 3 ist ein Umlaufrohr 12 abgezweigt, welches in das Einfüllrohr 2 mündet. Es dient dazu, der Heizwirkung des letzteren mittelst der gälte des im Heizrohr 3 befindlichen Gases zu begegnen. Das Ventil 13 dient zum Abschluss des Flüssigkeitsein flusses. Der Mantel 8 ist durch eine Kappe 14 abgedeckt, die mit Isoliermaterial ausge füllt ist. In das Isoliermaterial ist ein Teil des Verbrauchsgases von geringem Überdruck über Atmosphäre gedrückt, um mit der Aussenluft eindringender Feuchtigkeit zu be gegnen. Der obere Teil am Ende des Heiz rohres 3 ist durch eine Stopfbüchse 15 gegen das Eindringen von umgebender Luft- abge dichtet.
Weitere Abdichtungen sind auch bei 16, 17 und 18 vorgesehen. 20 ist ein Ent- lüftungsventil. Der Mantel 8 ruht auf einem Sockel 19. Das Rohr 44 verbindet die Ver brauchsleitung 10 mit dem Aufnahmebehälter B, vor und nach welchem die Ventile 42 und 43 angeordnet sind.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung veran schaulicht, wie sie zur Vorkühlung beziehungs weise zur Verflüssigung eines andern Gases beliebiger Art, durch die bei der Verdampfung des Verbrauchsgases frei werdende Kälte Verwendung findet. Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist im allgemeinen dieselbe wie nach Fig. 1. Der innerhalb des Behälters 8 be findliche Teil der Rohrschlange 5, 6 und deren Steigrohr 7 sind in Fig. 2 einfachheits- halber weggelassen.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 besitzt jedoch noch eine zusätzliche Rektifikationssäule. Ausserdem besitzt sie eine Rohrschlange, welche aus drei ineinanderge- schalteten Rohren besteht. Das Druckgefäss ist wiederum mit 1 und der dünnwan dige Einsatz mit 4 bezeichnet. Dieser ist im Gegensatze zur Ausführung nach Fig. 1 derart mit der Druckgefässwandung verbunden, dass der Zwischenraum zwischen dem Druckgefäss 1 und dem Einsatz 4 einen geschlossenen Raum für sich bildet und mit dem Innenraum des Einsatzes 4 nicht kommuniziert.
Das Druck gefäss 1 ist von einem durch eine Dachkappe 11 abgedeckten Mantel 8 umschlossen, wobei Mantel 8 und Kappe 14 mit Isoliermaterial aufgefüllt sind.
Das Halsrohr 3 ist durch das durch das Ventil 22 verschliessbare Rohr 21 mit dem Raum zwischen der Druckgefässwandung und dem Einsatz 4 verbunden. Die Bedienungs spindel 23 für das Ventil 22 trägt ausserhalb der Dachpappe 14 ein Handrad 24.
Im Einsatz 4 befindet sich eine zusätz liche Rektifikationssäule 25 mit Böden 26 und einem Verdampfer 27 an sich bekannter Art, die beispielsweise mit Luft beschickt werden kann. Vom Halsrohr 3 zweigt bei 28 ein Rohr 29 ab, das durch das Ventil 30 abgeschlossen werden kann. An dem im Ein satz 4 liegenden Ende der Rohrschlange 34 ist ein Ventil 33 angeordnet, auf dessen die Dachkappe 14 durchdringender Spindel das Handrad 31 befestigt ist. Jenseits des Ventils 33 setzt sich die Rohrschlange 34 noch bis zur Brause 41 fort. An die Rohrschlange 34 ist das Ventil 36 angeschlossen; welches durch eine die Dachkappe 14 durchdringende Spin del 37 mittelst eines Handrades 38 bedient werden kann.
Im weiteren Verlaufe ist die Rohrschlange 34 i 1s konzentrisches Innen rohr vom Rohr 29 vorgesehen und es ist das Doppelrohrsystem 29; 34 in der in Fig. 2 ersichtlichen Weise weitergeführt. Beim Ventil 30 befindet sich ein Ventil 39, mit- telst welchem die nunmehr für sich weiter geführte Rohrleitung 34 geöffnet und ge schlossen werden kann. Bei Beschickung des Verdampfers 27 mit Luft verlässt der abzie hende Stickstoff die zusätzliche Rektifikations- säule durch das Rohr 40.
Dieses Rohr 40 umfasst nach seinem Austritt aus dem Be hälter 1 das Doppelrohrsystem 29, 34 kon zentrisch, so dass die im Mantel 8 und teil weise auch ausserhalb dieses liegende Rohr schlange aus drei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren 29, 34 und 40 besteht, an welchen Abzweigungen an jeder beliebigen Stelle angeordnet sein können. Die Ver brauchsleitung 10 ist mittelst eines nicht dar stellten Rohres einem ebenfalls nicht darge stellten Aufnahmebehälter angeschlossen.
Es kann also die gelegentlich der Ver dampfung der Verbrauchsgase frei werdende Kälte zur Vorkühlung oder bei Aufwand zu sätzlicher Kälte zur Verflüssigung eines an dern Gases beliebiger Art (zum Beispiel Sauer stoff der Luft) verwendet werden, um die Flüssigkeit einmal vor Verdampfung zu schützen, dann aber auch um das Verbrauchs gas durch Verflüssigung mit Hilfe des durch das Rohr 34 geschickten Luftstromes aus den Bestandteilen der Luft zu ergänzen.
Die Rektifikationssäule könnte auch be sonders aufgestellt und mit dem Druckgefäss- innern durch Rohrleitung zum Transport der Kälte verbunden sein.
Gas kann aus dem Druckgefäss an zwei verschiedenen Stellen abgezapft werden, ent weder aus dem Druckgasratun über dem Flüssigkeitsspiegel im Gefässinnern, oder durch die Rohrschlange 5, 6 selbst. Der Druck des Pressgases im Druckgefäss kann verschieden gewählt und geregelt wer den.
Naturgemäss kann die Regelung des Pressgasdruckes in verschiedener Weise er folgen, zum Beispiel durch Regulierung des Wärmeaustausches zwischen dem verflüssig= ten Gas und der Aussentemperatur, oder durch Regelung der Aufheizung des verflüs sigten Gases bei der Druckgaserzeugung. Diese Aufheizung des verflüssigten Gases kann ebenfalls in verschiedener Weise be wirkt werden, beispielsweise indem die be reits vergaste Flüssigkeit in einem geschlos senen Rohr durch das verflüssigte Gas hin durchgeleitet wird.
Will man aus der Raumspirale 5, 6 das Gas entnehmen, so schliesst man den Gas raum über dem Plüsssigkeitsspiegel ab, wo durch ein Überdruck im Gefäss am Ende des (nicht dargestellten) Steigrohres der Rohr schlange 5; 6 entsteht. Dadurch wird die Flüssigkeit mit Druck in die Rohrschlange getrieben, so dass nach Entnahme durch die Verbrauchsleitung 10 sich die vergaste Flüs sigkeit in der Rohrschlange aus dem Inhalt des Gefässes stets wieder ergänzt. Jedenfalls wird nicht mehr vergasen, als entnommen wird. Will man aus dem Raum über dem Flüssigkeitsspiegel abzapfen, so öffnet man diesen Gasraum durch Lüften des am Rohr 10 liegenden, als Eckventil ausgebildeten Ventils, das in der Zeichnung nicht beziffert ist, so dass Gas in die Rohrleitung 10 ein strömen kann.
Bei dieser Gelegenheit wird, obwohl die Rohrschlange bei 9 in die Ver brauchsleitung mündet, keine Flüssigkeit aus der Rohrschlange verdampfen, weil der über dem Flüssigkeitsspiegel wirkende Druck da durch ausgeglichen wird, dass er nun in glei chem Masse die Flüssigkeit im Gefäss und die Flüssigkeit in der Rohrschlange belastet. Der Druckausgleich findet bei 9 statt.
Die Raumspirale kann beliebig lang ge halten werden und auch von bestimmtem Durchmesser sein. Dies ist dann von Wich tigkeit, wenn es sich um die Vergasung stofflich verschiedener Flüssigkeiten aus dem Gefäss handelt. Was die Entstehung der erforderlichen Gasmengen während der Entnahmeperiode anbelangt, so findet bei der Entnahme durch die Rohrschlange die Vergasung im ganzen Verlauf der Schlange je nach der von aussen zugeführten Wärmemenge statt. Je weiter die Flüssigkeit in die aussen liegenden Zonen tritt, desto mehr wird sie von aussen beheizt und desto mehr Gas entwickelt sich. Bei der Entnahme aus dem Gasraum über dem Flüs sigkeitsspiegel wird jedoch nur eine bestimmte, vorher entwickelte Gasmenge verbraucht.
Beim Verbrauch aus dem Gasraum kann auch die im Aufnahmebehälter aufgespeicherte, während der Betriebspause durch natürliche Verdampfung entstandene Reserve an Druck gasen rnitverbraucht werden.
Sowohl Einsatz wie Druckgefäss sind aus Stoffen hergestellt, deren Dehnung selbst noch bei niedrigsten Kältegraden sich nicht wesentlich ändert, wie zum Beispiel kohlen stoffarmes Eisen, rostfreier Stahl, Alumi nium eto.
Die graphischen Darstellungen in Fig. 3 und 4 zeigen die,Verteilung der Temperatur grade des Isolationsraumes zwischen der Wandung des Druckgefässes 1 und dem Mantel B.
In der Fig. 3 sind links die Temperatur zonen in der Isolation zwischen dem durch eine Doppellinie mit schraffiertem Zwischen raum dargestellten Innengefäss 1 und dem Aussenmantel 8 durch zur Gefässwand gleich laufende strichpunktierte, isothermische Linien angedeutet. Man erkennt, dass die Temperatur nach aussen hin bis zu + 15 C durch ste tige Heizwirkung zunimmt, während sie an der Gefässwandung in der dargestellten Weise bis zum tiefsten Kältegrad, dem Siedepunkt des Sauerstoffes, reicht. Die durch die Tem peraturlinien bezeichneten Zonen zwischen dem Innengefäss und dem Aussenmantel ent sprechen den in Fig. 3 rechts eingetragenen Abszissen.
Die zugehörigen Ordinaten ent sprechen den in den betreffenden Zonen herr schenden Temperaturen.
Dasselbe zeigt Fig. 4, im Gegensatz zur Fig. 3, welche den Zustand in . der Betriebs- pause von der Füllung bis zum Beharrungs- zustande darstellt, in der Verbrauchsperiode, wo durch stetig neue Vergasung in der Rohrschlange die Verhältnisse wesentlich ge ändert erscheinen, wie sich aus dem Vergleich der Fig. 3 und 4 ergibt.
Die vollausgezogene Kurve rechts in der Fig. 4 mit den beiden nach oben verlaufenden und leicht gegeneinander geneigten Spitzen erhält man durch Verbindung der Mittel punkte der durch den Vertikalschnitt erzeug ten Schlangenquerschnitte. Legt man nun Horizontalschnitte durch diese Kurve, so er hält man auf jeder Seite des Gefässes zwei Schlangenquerschnittflächen, deren Tempera turen gemessen und zusammengezählt, einen Wert ergeben, der für alle solche Horizontal schnittflächen konstant bleibt. Betrachtet man nur die Kurve des aufsteigenden Schlangen teils (innere Schlange), so erhält man selbst verständlich nur ein Absinken der Tempera turen von etwa -150 bis - 182,5 C.
Da aber zu der Summe, wie oben erwähnt, auch die Temperatur des durch den Horizon talschnitt entstandenen Querschnittes des ab steigenden Schlangenteils (äussere Schlange) gehört, dessen Temperatur mit der Annähe rung an den Aussenmantel steigt, wie in der Fig. 4, rechts, deutlich zu erkennen ist, so bleibt die Summe der Temperaturen des innern und äussern Horizontalschlangenquerschnittes bei sämtlichen Horizontalschnitten konstant. Aus den graphischen Darstellungen ist somit ersichtlich, nach welchen Grundsätzen die Rohrschlange um das Gefäss herumgelegt werden kann, um den gewünschten Erfolg sowohl in den Verbrauchsperioden wie in den Betriebspausen zu erreichen.